发展UUV装备的几个问题

第30卷第1期声学技术Vol.30,No.12011年2月TechnicalAcousticsFeb.,2011发展UUV装备的几个问题姚蓝，陈燕(上海船舶电子设备研究所，上海201108)摘要：进入新世纪以后，无人水下航行器(UUV)的装备和技术得到了迅猛的发展，至今大约有1000余艘各种用途的UUV已在军用和民用领域得到应用。预料到2030年，美国将组建有2000艘UUV的水下无人部队投入海军使用。首先介绍了国外UUV技术的发展情况和美国正在发展的UUV装备的主要使命和特点。接着讨论了当将UUV投入反水雷战时将如何改变反水雷战的作战方式，昀后讨论了在发展UUV技术时对水下电子信息技术的需求。关键词：无人水下航行器；使命和特点；反水雷战；电子信息技术中图分类号：TB565文献标识码：A文章编号：1000-3630(2011)-01-0001-08DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2011.01.001DiscussionsondevelopmentofUUVequipmentYAOLan,CHENYan(ShanghaiMarineElectronicEquipmentResearchInstitute,Shanghai201108,China)Abstract:Inthenewcentury,theUUVtechnologyandequipmentarewelldeveloped.Untilnowthereareabout1000UUVsusedinmilitaryandcivilareas.Until2030,anavalunitwith2000UUVswillbebuiltfornavyinAmerica.ThispaperfirstlyintroducesthedevelopmentofUUVtechnologyabroad,themainmissionandcharacteristicofUUVequipmentinAmerica,secondlydiscussesthechangesinbattlestylecausedbyusingUUVinanti-minewarfare,andfinallydiscussesthere-quirementofunderwaterelectronicandinformationtechnologyinthedevelopmentofUUVtechnology.Keywords:unmannedunderseavehicle;missionandcharacteristic;anti-minewarfare;electronicandinformationtechnology1国外UUV技术的发展情况无人水下航行器(UnmannedUnderseaVehicle,UUV)的研究工作开始于20世纪中期。美国上世纪60年代研制的遥控水下航行器(RemoteOperatedVehicles,ROV)就参与了打捞沉入地中海870m海底处的氢弹事件。1974年美国使用“探险者”号UUV参与打捞了沉没在夏威夷海域的苏联潜艇[1]。进入21世纪以来，世界上已有10多个国家的1000余艘各种用途的UUV投入到军用或民用的领域[1]。这里先简要介绍美国、法国和日本等国UUV技术的发展状况。1.1美国近几年的UUV技术发展情况美国于上世纪90年代就制定了发展UUV的全面科技计划，提出了近期水雷侦察系统(Near-termMineReconnaissanceSystem,NMRS)和远期水雷侦察系统(Long-termMineReconnaissanceSystem,收稿日期:2010-10-07;修回日期:2010-12-22作者简介:姚蓝(1937-),男,上海人,研究员,研究方向为水声对抗技术。通讯作者:陈燕,Email:[e-mail])等研制计划，其中NMRS于1998年就作为攻击型核潜艇的制式装备正式服役。该计划中的UUV是一种直径为533mm、由鱼雷管向外发射和回收的装备。其上安装有前视声纳、旁扫声纳、寻的和对接声纳等专用声纳，在浅水和深水中均能工作，航速达4~7kn，任务持续时间为4~5h，控制光缆长达56km，这实际上是一种ROV，是由母船遥控的水下航行器[1]。美国于2002年提出了“21世纪海上力量”的新战略，这是美国海军战略转型的新构想，实际上是海军从原来的深海作战转向适应浅海和近岸作战的战略转变[2]。2004年11月，美国国防部发布了“发展UUV计划”的新要求，明确要发展全自主工作的UUV，并且规定了要发展的UUV的级别、任务和优先级等[3]。美国海军计划要在2030年前组建一支有大约2000艘不同级别UUV的部队，主要使用在浅海、近岸处的对敌情报搜集和侦察监视，进行反潜战和反水雷战，满足近海和港口等地的国土防卫和反恐需要等。图1为美国海军全自主UUV构想图[2]。1.2法国UUV的发展情况法国于本世纪初已为14个国家的海军提供了约2声学技术2011年(a)(b)图1美国海军全自主UUV构想图Fig.1AllindependentUUVStructureofAmericannavy350具用于灭雷的ROV。昀近几年，他们在Oilster型UUV基础上提出了一种新的可重新配置的多用途反水雷装具的概念，即在军事上以反水雷为主，但当用于其它军事场合或民用场合时，其上近90%的装备仍是适用的。法国在反水雷战领域一向具有先进技术。2008年年末，法国海军武器装备总署要求用创新技术的UUV来替代舰队的13艘扫雷艇，因为这些艇的运行成本可能比潜艇还要高。DCNS公司获得了对这些扫雷艇进行技术改造的合同，TUS公司从DCNS处承担了反水雷系统和UUV的设计任务，研究计划将于2010年7月完成。TUS采用的核心技术是使用自主式的UUV，可使其与母船分离，因此母船不再需要特殊设计的扫雷艇，成本可大大降低。而这种新一代灭雷用的UUV与10年之前设计使用的ROV灭雷相比又上了一个新台阶。这是一种真正的无人扫雷技术。图2为DCNS公司研制的UUV示意图。图2DCNS公司的UUVFig.2UUVofDCNSCompany法国ECA公司宣称，它们的名为Alister的全自治式UUV能够在水下3000m执行监视和绘图等任务。未来的高性能燃料电池可供Alister在水下航行数十小时以上[1]。1.3日本UUV的发展情况日本在上世纪90年代前后，已为发展UUV技术进行了相应的投资，主要的研究领域包括：高性能电池、无污染的推进系统、高效的热机技术、高数据率水声通信技术、低成本的地形匹配和精密导航技术、低噪声和低电磁的传感器技术、涂层隐身技术、控制UUV的人工智能、神经网络和模糊逻辑等技术、高可靠性和低维护技术等。图3和图4分别是东京大学研制的Twin-Burger2号水下机器人和PTEOROA25号水下机器人[4]。图3东京大学的Twin-Burger2号水下机器人Fig.3Twin-Burger2ROV,TokyoUniversity,Japan图4日本东京大学PTEOROA25号水下机器人Fig.4PTEOROA25ROV,TokyoUniversity,Japan除上述三国外，英国、德国、意大利、瑞典等主要海洋国家，都有各种用途的UUV投入使用，其中在军事上昀重要的应用领域是发展了各种型号的灭雷用UUV。2UUV的主要使命和特点2002年美国海军提出了“21世纪海上力量新战略”的新战略构想，目的是要完成海军从深海作战向浅海和近岸作战的战略转移。但是对美国来说，即使是到敌对国的100m水深的近海活动，现有潜艇将难以发挥作用。因此，需要依靠隐形的、无人驾驶的、全新的海上力量去敌对方的近海活动，包括收集情报、监视对方和实施攻击等，这种情况下，无人驾驶水下航行器(UUV)便脱颖而出。这里介绍美国海军2005年1月发布的新的《无人航行器(UUV)总体规划》中指出的UUV应具有第1期姚蓝等：发展UUV装备的几个问题3的使命和能力，以及工业部门应参与的工作方向。这些提法对于我国海军发展UUV技术有重要的参考价值[1]。2.1美国海军UUV总体规划(2004年)中提出的UUV的主要功能包括[3]：(1)对敌方进行情报搜集、侦察和监视其要地，这是现阶段的重要任务。(2)部署能够发现和摧毁对方的水雷区，这是近期发展的重点。(3)执行反潜作战任务，不仅要能发现、跟踪和攻击敌方潜艇，还要能进入敌方潜艇(或舰艇)基地发动毁灭性打击。(4)作为水下运载工具，运送特种部队所需的装备，在特定水域布放自动监视器和水雷、炸弹等。当然还可执行反恐和国土防卫任务，承担通信导航任务，参与电子战，完成干扰敌军通信网络和作为诱饵诱骗敌方潜艇等。图5[3]和图6[5]分别为美国海军的UUV任务规划图和多个水下航行器的反水雷水声通信网络概念图。图5UUV任务规划图Fig.5UUVmissionstructure图6多水下航行器的反水雷水声通信网络概念图Fig.6Conceptualdrawingofunderwateracousticnetworkformultiplevehiclemine-countermeasures2.2为了完成上述多方面的海上作战任务，美军提出了发展四种不同级别的UUV[3]美国海军规划的四种UUV示意图如图7所示。图7美国规划的四种UUV示意图Fig.7FourkindsofUUVsofAmerica(1)小型便携式UUV，其尺寸(直径)仅在70mm到230mm之间，重量在45kg以下，可以从潜艇的各种小型发射管中发射出来，例如从声纳浮标和水声对抗器材的发射管中发射出来。其航程仅在10海里左右，作业时间在10~20h范围。这类UUV可执行的任务有：情报、监视和侦察，浅水域反水雷、监视和灭雷，一次性通信/导航网络的节点。(2)轻型UUV，其直径为324mm，可利用现役轻型鱼雷装具实现发射和回收，连续工作时间可达到20~40h，主要完成港口的情报搜索、监视和侦察，对水雷区域的侦察，作为移动式通信/网络的节点，以及采集海洋信息等。(3)重型UUV，其直径达533mm，可利用现役潜艇鱼雷发射管发射，重量达到1000kg以上，低载荷下可连续工作40~80h，其任务包括战术性情报搜集、监视和侦察、反水雷、以及作为潜艇模拟器诱骗敌方鱼雷等。(4)大型UUV，直径在1m左右，排水量可达10t，在高载荷下还可工作100~300h。这种UUV适用于在大多数美国攻击型核潜艇上安装。其任务是持续的情报搜索、监视和侦察任务、特种作战和紧急攻击任务、水雷战及反潜战等。2.3美国正在研制的巨型UUV——MANTA简介[6]MANTA是美国本世纪初就开始研制的一种巨型UUV。它平时是潜艇的一部分，可在潜艇上，也可离开潜艇独立完成作战任务。完成任务后可返回母艇接受新任务。美国海军计划在未来潜艇上装载4具MANTA。每具MANTA上可装载鱼雷、导弹、或水雷等武器。它的模块化设计可根据不同任务随时改变其配置。MANTA使用效果图如图8所示。MANTA平时与潜艇共形，安装在艇的艏部，此时，潜艇可直接利用MANTA的武器和传感器。当MANTA离开母艇独立完成任务时，要对原来MANTA的位置进行填补，以保证潜艇的流体动力学特征和噪声特性不受大的影响。图9和图10分随时随地布放、回收设4声学技术2011年别为MANTA测试航行器内部结构示意图和MANTA测试航行器外部安装艇首声纳示意图。初步设计的MANTA每具达到50吨量级，每具MANTA可携带4枚重型鱼雷。MANTA携带的发射器示意图如图11所示。MANTA的另外一个重要特点是具有先进的水图8美国海军水下作战中心MANTA使用效果图Fig.8MANTAUUVdepartingfromafuturesubmarine.Thesubmarineisfiringweaponsfromanon-boardMANTA.图9MANTA测试航