2016年,美國防高級研究計劃局(DARPA)、海軍研究辦公室(ONR)等研發的“分布式敏捷反潛系統”、“反潛戰持續跟蹤無人艇”、“深海浮沉有效載荷”等多個顛覆性反潛裝備項目取得重大進展。這些項目是美國近些年推進新型水下戰技術發展成果的一部分。近年來,美海軍積極與DARPA開展合作,探索構建以廣域反潛探測、潛艇無人協同、水下保障、海底預置等為代表的新型裝備體系,創新理念和技術成果頻現,可能會對未來水下戰裝備構成和作戰模式產生重大影響。
“海上獵人”最大航速27節，可對敵方潛艇進行長達70天的持續跟蹤
發展背景
受浪、流、溫、海底地貌等影響,水下聲波探測和通信距離、精度、可靠性受到極大影響,客觀上使得水下難以實現“透明化”,從而也就成為美海軍不能完全掌控的作戰空間。而隨著潛艇主、被動降噪技術的廣泛應用,先進的安靜型潛艇在低速航行時,輻射噪聲接近甚至低于海洋環境噪聲水平,被美海軍視為巨大的威脅。為此,本世紀以來,美海軍將發展新型水下戰能力作為裝備建設重點,開啟了水下戰概念和手段的創新之路。
同時,裝備建設經費投入不足也是促進美海軍水下戰能力創新的另一個重要原因。美海軍一貫依托其先進而龐大的攻擊型核潛艇部隊控制全球關鍵海域和要點海峽。冷戰結束后的前五年,美海軍攻擊型核潛艇總規模保持在大約90艘的水平,之后,由于建造和運行經費不足,這一規模一路下滑,本世紀初降到55艘的水平。此后幾年,美海軍試圖將55艘作為其攻擊型核潛艇長期保有的底線目標,認為低于這個水平,就難以有效承擔水下戰使命。但是,由于作為水下戰主力的“洛杉磯”級核潛艇進入批量退役期,替代艇“弗吉尼亞”級受制于經費不足,建造速度難以加快,從2006年起,美海軍將攻擊型核潛艇保有底線調減為48艘,并一直延續至今。目前,美海軍現役攻擊型核潛艇雖仍有52艘,但根據造艦計劃安排,2022年預計會降到48艘這個底線,2025～2036年的12年間將低于這個水平,最低時將降到接近40艘。面對這種情況,美海軍認為,按照傳統水下戰能力建設方式,不僅無法解決核潛艇規模存在缺口這一問題,而且這一缺口還會繼續擴大,必須尋求新的途徑,建立全新的水下優勢。為此,美海軍2011年發布《水下戰綱要》,強調必須用其他裝備部分替代核潛艇執行水下戰任務,隨后加大了新型水下戰能力的方案論證和裝備技術研發驗證。
美海軍新型水下戰能力的建設思路得到國防部的認可,在2014年啟動“第三次抵消戰略”后,美國防部立即將水下戰能力確立為重點關注領域之一,目前已納入“第三次抵消戰略”初步確定的六大顛覆性能力之列。
“藍鰭-21”自主水下無人潛航器根據任務形式不同可搭載不同的載荷,如情報、監視和偵察傳感器，可增強海上網絡通信能力的通信節點
主要成就
研發新型水下戰裝備和技術,難度極高,必須依靠創新的思維和顛覆性技術,才能取得突破;同時,發展新型水下戰能力,直接關系到美國對全球海洋的控制力。基于這兩個原因,DARPA成為水下戰裝備技術創新的主力,主管美海軍基礎科技工作的海軍研究辦公室也開展了大量研究工作,一些企業也參與其中,近兩年以較快的頻次推出一批創新成果。
通過多種創新方式,實現對潛艇的大范圍跟蹤探測
由于無人系統適用海域廣,美海軍將之作為彌補潛艇規模不足、研發新型水下戰能力的首選,開展多個項目以實現水下大范圍的跟蹤探測能力。
DARPA先后開展了“分布式敏捷反潛系統”和“反潛戰持續跟蹤無人艇”兩個重點項目,研究驗證利用水下和水面無人系統進行反潛作戰的方式。前一方案是利用數十個無人潛航器潛伏海底組成網絡,向上仰視監測大面積海域。這個方案首創了自下而上探潛的模式,可以克服海面、海底散射對聲探測的不利影響。理論上,潛伏在水下6千米的無人潛航器網絡能夠監視18萬平方公里水域內敵方潛艇的活動。該項目于2010年啟動,2013年完成大潛深試驗,2016年完成組網海試。后一方案旨在利用無人水面艇貼身跟蹤目標潛艇。DARPA委托美國科學應用國際公司研制一型三體無人艇進行概念和技術驗證,艇長40米,最大航速27節,可對敵方潛艇進行長達70天的持續跟蹤,首創持續貼身跟蹤的反潛模式;該艇2010年開始研發,2016年6月首艇“海上獵人”號完成航速、機動性、穩定性等性能的海上試驗,預計2018年服役,此后可能將批量建造。
美海軍研究辦公室2007年啟動“深海主動探測系統”研發項目,旨在研發一套無人值守探測系統,通過水面艦布放,一套系統可探測近1萬平方千米的海域,多套系統組網,可實現更大范圍的探測。2009年,系統完成樣機海試,2011年完成升級型海試。
液力機器人和波音公司聯合開展了“自主無人水面艇”項目,目標是用滑翔式無人艇,將波浪的上下起伏轉化為前進的動力,實現超長續航力。艇上搭載先進傳感器,能有效探測安靜型常規潛艇和無人潛航器。應用設想是:與P-8A反潛巡邏機協同探潛,或由多個水面艇組網探潛。在2015年完成與P-8A反潛機的聯合應用試驗;2016年“無人戰士”演習期間,完成4艘無人艇的組網探潛試驗。
采用潛布系統,形成新型水下集群作戰能力
潛布系統以潛艇為母艇,布放后前出執行情報監視偵察和打擊任務,美海軍將其視為延伸潛艇“手眼”、擴大潛艇控制范圍、保護潛艇安全的有效手段。目前發展的主要潛布系統包括“近海水下持久監視網”、大排水量無人潛航器、“藍鰭-21”無人潛航器等。
“近海水下持久監視網”是美海軍研究辦公室的項目。該方案利用核潛艇搭載和布放固定式水聽器陣、多種無人潛航器,確保眾多裝備各司其職,形成作戰集群,對1萬平方公里水域內的常規潛艇進行數月乃至數年的探測、識別、定位、跟蹤。2005年開始樣機研發,2012年完成樣機研發,2013年完成樣機海試,現在正處于艦隊轉化階段。
大排水量無人潛航器也是美海軍研究辦公室的項目。該方案旨在研發長13.5米、排水量10噸、續航力超過120天的察打一體化無人潛航器,搭載聲學傳感器組網探測潛艇,可發射輕型魚雷攻潛,還可搭載和布放多個小型無人潛航器。2015年4月,美海軍研究辦公室首次展出大排水量無人潛航器樣機,8月通過低風險評審,按計劃2017年服役。
2016年“海軍技術演習”中,金槍魚機器人公司研發的“藍鰭-21”和“沙鯊”無人潛航器、航空環境公司研發的“黑翼”無人機參與其中。演習中,潛艇發射了一個“藍鰭-21”無人潛航器,“藍鰭-21”再釋放兩個微型“沙鯊”無人潛航器和一架“黑翼”無人機,執行情報、監視與偵察任務。演習中,由“黑翼”無人機完成潛艇與“沙鯊”間的通信中繼,實現水下和水面的跨域通信和指控。
發展新型補給和導航技術,提高持續作戰能力
為彌補水下平臺續航力的不足并減少對GPS的依賴,DARPA于2016年5月啟動了“深海定位導航系統”項目,方案是通過在深海中布放可連續高精度定位的聲源,使潛艇、無人潛航器等獲得連續高精度的導航信息,無需定期上浮修正累積誤差。此前,在美國海軍研究辦公室的支持下,波特羅公司開展了“無人潛航器水下母港”研究工作,研發對無人潛航器進行無線數據中繼和充電的技術。方案是布放數個“無人潛航器水下母港”,對無人潛航器進行補給,提高其持續作戰能力。2007年開始研制該技術,2011年技術成熟度達到7級,2015年充電功率達到1700瓦。
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