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无人潜航器彻底改变反潜战争?水下战场远比这复杂
点击:  作者:谌为 乐天    来源:战略前沿技术  发布时间:2017-03-04 10:25:30

 

             过去几年中,科技的光环让很多人认为无人潜航器会彻底改变反潜战争。在2016年年初,英美安全信息委员会(BASIC)发布了一份报告,旨在影响英国对于替换搭载三叉戟导弹的核动力潜艇的辩论。这份报告认为,空中无人机和无人潜航器能力不断增强,水下非声探技术不断发展,处理海量数据的能力不断提升,将导致潜艇没有藏身之处。

无处藏身是夸大

其实,据《简氏国际海军》2月指出,英美安全信息委员会的这份报告仅收集了无人潜航器技术的进展,而没有权衡海洋庞大的规模,和考量在一个敌对、不均衡和不确定的环境中操作可能遇到的种种困难,其所做出的结论——海洋将变得无处藏匿,是过分简单和夸大的。

毫无疑问,技术进步将带来新的攻防方式,同时改变水下战场的作战模式。

核攻击潜艇发展已经有超过60年的历史,其特点为速度快、潜航续航能力无限,巨大的能源储备保证船体搭载大量多套复杂的传感器、数据处理系统和能执行多重任务的武器。美国海军的核动力潜艇已经逐步其降噪和隐形能力。

自冷战结束以来,核攻击潜艇面对的通常是实力比它弱得多的对手,其主要功能——在公海中寻找、跟踪并最终摧毁敌方潜艇——已经极大扩展,现在情报、监视和侦察(ISR),混编入特种部队,和使用巡航导弹对陆地进行攻击已经成为其关键角色,并且这些任务已经拓展到沿海水域。

直到最近,对核攻击潜艇最具威胁的情况才出现,来自浅海水域的空中,部署声纳浮标的海上巡逻机,或者吊放声呐的直升机。尽管如此,这些平台的续航能力和海域搜索能力都是有限的,这极大地削弱了其威胁。

潜艇尽管具有强大的进攻能力,但其自卫能力仍非常有限,并且主要依靠隐身能力来生存。潜艇的反制手段和诱饵提供了一定程度上挫败攻击的能力,但和水面舰艇没法比。

此外,低频声纳(LFAS)已经证明是在公海寻找潜艇的有效手段,但在深海和复杂海洋环境中却远未如此。

低频声纳对有争议领域进行更全面的海底扫描,更好的海洋图形建模和更精细的信号处理都归功于,增加潜艇在沿海水域被探测到的风险。中国已重资投入低频声纳,用可变深度和拖曳声纳来装备越来越多的驱逐舰、护卫舰和巡洋舰。试验已经开始探索无人地面车辆(USV)的适配性系统,在海上提供扩展型持续监测。

磁异探测,激光雷达,弱探测和其他非声学传感器并不是新技术,而且迄今为止在反潜战中影响极小。

然而,他们的潜力可能通过小型化而实现,减少能源需求,提高信号处理,使它们为无人驾驶飞行器(UAV)提供更多的有效载荷。通过快速转换和空中平台协同互联,这可以在有限而多变的区域提供持续监视。

这些传感器也可能适合安装在海底。自1950年代初声监测系统首次部署后,海底声学传感器成为美国反潜战的关键部分。据信,俄罗斯和中国目前已经具有类似的系统部署。早在十年前,美国展示了先进部署系统的可移动临时版本概念,以向沿海地区和港口公开部署无人潜航器。在2015年年底的一个展览,中国船舶工业集团公司展示的模型表明,海底声学阵列和其它传感器极其可能和武器都已联网。

海底已经成为反潜战环境中日益重要的要素。这些变化有可能限制核攻击潜艇操作,需要接受沿岸海域无法进入的决定,或尽量适应能够减少威胁和风险的平台。这不是潜艇战的新现象。以往,通信拦截、雷达和声纳技术方面的进步,都威胁到潜艇的生存能力,但潜艇每一次都能自我演化以降低威胁。

未来道路

从反介入/区域拒止的观点看,美国无法在沿岸水域操作,这将影响潜艇舰队的任务和更广泛的部署,尤其是两栖和舰载航空。美国因此设置课程,以适应其平台和能力来维持在沿海的水下作战能力,其他国家的海军也不得不对其未来做出决定。

在很大程度上,核攻击潜艇的风险与它的大小有关,这是由其核动力决定的,需要部署大量各型设备,装配大型的足够的武器,以产生长期而重要的影响,还需要足够的人员来操作和维护所有的系统。

严格来说,无人潜航器能力有限,只能是核攻击潜艇的一部分。它们在声、磁或可视方面不起眼,因此难以发现。即便这样的潜航器被发现或摧毁,也无关紧要。核攻击潜艇是一种非常昂贵的资产,需要大约100人操作,如果被摧毁,对环境的破坏是长期的。因此,十多年来,海军对核攻击潜艇到高风险沿海部署无人潜水器任务相当谨慎。

然而,无人潜航器的发展明显滞后于无人机,在很大程度上因为环境的障碍。最重要的因素是海水介质,在低频不支持电磁波的传播。两个重大的挑战:如何远距离控制发射后的潜航器;以及如何传输收集的数据。

动力挑战

开发实用型潜航器的第三大挑战是可用的电源,表现在推进动力和武器载荷。

电池或燃料电池技术的功率限制影响无人潜航器的速度和续航能力,比如环境型波浪推动滑翔机,如201612月被中国发现的斯洛克姆G2。水下潜航器似乎有无限期的潜力,续航时间极长,但速度缓慢。

水下滑翔机的两种基本设计已成为主流:一采用低阻力的流线型外壳,水下翅膀然后转换为前进运动;第二组潜航器脐带附有浮漂利用海水膨胀运动传输到底部,进而机翼产生浮力产生向前的运动。

尽管这样的滑翔机有很强的巡航能力,但速度只有1节,他们遵循侧通过特性。这限制了它们在战术上的效用,但适合海洋数据采集等任务,按预定程序可跟踪、传感和记录海洋特征如温度、盐度、和其它数据,可用于改善声纳性能建模。

缺乏战术机动性使得水下滑翔机无法满足核攻击潜艇的要求。与鱼雷类似,无人潜航器的设计选择主要围绕储能电池或燃料推进装置,如Otto燃料发动机,或混合动力。

然而,除非他们是一次性的,而且成本低廉,无人潜航器使用液体燃料具有挑战性。大多数常规动力无人潜航器的重点是电力推进,使用锂离子和其他先进的电池技术。

虽然无人水下潜航器的电池能用几个小时或几天,它必须是受距离和传感器负荷的影响,它们需要充电。无人水下潜航器的回收将带来新的难度和位码头、感应充电选项正在研究中,如在海底创建基础设施。这是海军研究办公室的计划概念,也是DARPA水螅计划重要部分。

无人水下潜航器流体动力学表明,速度翻倍,所需能量要增加8倍。更高效、更慢的速度显然需要更长的时间,才能达到操作区域。性能的妥协导致大多数无人潜航器目前运行在5节之内。类似的权衡需要优化能量存储和负载之间的关系,如大小、动力和续航。

在与母艇保持足够的距离的同时,水下潜航器要求50-100节的发射平台,对网络和数据传输提出了真正的挑战。

无人潜航器一直用于危险的任务,如在近海猎雷/清雷,一般都与母艇相连,而不是远程操作,并非真正的无人潜航器。

深海海洋调查需要做出合乎逻辑的选择,复杂的环境和任务需要更高层次的人工智能。

潜艇的能力取决于许多传感器,靠处理器强大的计算机,仍然需要相对庞大的团队和人员,来解释和过滤信息。

复制所有态势中感知的图像对于小型无人潜航器是一个巨大的挑战,虽然自主水下航行器能只提供核攻击潜艇的子传感器。

水的光通信可以支持更高的数据速率,但目前受限于短视线范围。声学通信距离较长,但不能支持高数据速率,严重限制了无人潜航器水下搜集的情报。

运载工具

从部署的角度,核攻击潜艇可以作为无人潜航器的母船,但是它将对潜航器短期和中期的设计产生不利影响。无人潜航器的尺寸和形状必须兼容母艇的运输和发射设施,这受限于潜艇设计。

无人潜航器可以从船内信号发射装置发出,圆柱形装置直径约为100毫米,长度约为500毫米。略大的炮弹(直径约200毫米和长度1.5)可以部署在潜艇的反制发射口,但这些必须事先加载。

中型水下潜航器可以利用潜艇的鱼雷发射管。重量级的鱼雷是通常直径约533毫米,长约7米,所以能兼容水下潜航器。俄罗斯潜艇装备有650毫米管,美国海狼级核攻击潜艇有直径660毫米的发射管。

弗吉尼亚级核攻击潜艇有12个单独的战斧巡航导弹垂直发射管,被两个87英寸的多用途弗吉尼亚载荷管(VPT)替换。这种设计是为了重构战斧发射管,以部署大型无人潜航器。俄亥俄级潜艇携带巡航导弹的导弹发射管提供了更大有效载荷,最重要的是能够在核潜艇船体部署更长的水下机器人。

责任编辑:向太阳
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