近年來，國外特別重視水下無人自主潛航器（UUV）的研究，國外海軍擁有的各類UUV的數量不斷增多，UUV承擔的任務也日益多樣化，主要包括水下態勢感知、海底測繪、探測和滅雷以及集群應用研究。基于尺寸、重量特征，這些無人自主潛航器可分為超大型無人自主潛航器、大型無人自主潛航器、中型無人自主潛航器和小型無人自主潛航器。超大型無人潛航器和大型無人潛航器可以攜帶大量的各種有效載荷，能夠自主完成更為復雜的作戰任務。美國、俄羅斯、英國、法國和德國在這一領域投入了大量的經費，形成了一系列的研究成果。
圖1 各國大型無人潛航器設計對比
一、美國大型無人潛航器
近年來，美國研制成熟的大型水下無人潛航器主要代表有“虎鯨”（Orca）超大型無人自主潛航器、“蛇頭”（Snakehead）大型潛航器、“蝠鲼”（MantaRay）大型潛航器等。
“虎鯨”（Orca）超大型無人自主潛航器是波音公司在現有Echo Voyager潛航器的基礎上建造的，主要改進之處是自主導航時間增長，能夠在不與控制中心持續通信的情況下獨立執行各種探測、打擊任務。該潛航器的部署不需要水面或水下載體平臺。它被設計為一種自主運載工具，用于在美國海軍作戰區域內運送各種用途的小型水下運載工具和系統。“虎鯨”的模塊化設計使得該潛航器可以裝備不同的有效載荷，幾乎可以完成無人自主潛航器的所有任務。
圖2 Echo Voyager大型自主無人潛航器
2023年12月20日，波音公司宣布正式向美國海軍交付首艘“虎鯨”超大型無人潛航器（XLUUV），并已完成了驗收試驗。作為美軍現役最大的無人潛航器，“虎鯨”超大型無人潛航器長約24.4米，重約80噸，最大水下航速達8節，最大潛深超過3300米。“虎鯨”采用高度模塊化設計，可伸展的桅桿可在接近水面時升起，提供包括衛星連接在內的多種對外無線電通信功能；后部設計了一個長約10米的模塊化載荷艙，可搭載8噸有效載荷。美海軍計劃利用其載荷能力執行布設水雷任務。此外，美海軍還希望利用“虎鯨”的模塊化有效載荷執行掃雷、電子戰和水下監視等多種任務。“虎鯨”未來的有效載荷預計將包括合成孔徑聲吶，使“虎鯨”能夠繪制海底地圖。除此之外，海軍還有興趣增加包括魚雷、巡航導彈，甚至是無人機等武器系統來武裝其超大型無人潛航器。“虎鯨”配備柴電混合推進系統，續航時間可達數月，采用隱蔽式推進器設計，可靜音潛行。
圖3“虎鯨”超大型無人自主潛航器
美國在研的另一款大型無人自主潛航器（LDUUV）稱為“蛇頭”（Snakehead），其設計注重于載具信息、控制和導航系統的集成，以及提高燃料電池的能量容積。不同于“虎鯨”，該潛航器計劃從“弗吉尼亞”級和“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇基地以及從具有專門裝備的沿海地區進行發射和回收。
圖4“蛇頭”無人自主潛航器
2021年2月初，美國國防部國防高級研究計劃局（DARPA）授予諾斯羅普·格魯曼系統公司和馬丁防務集團建造新型“蝠鲼”無人潛航器（UUV）的合同。另外還與法國Metron公司簽訂了開發UUV動力裝置的合同。根據DARPA的說法，“蝠鲼”將具備某些關鍵技術，能夠進行遠距離、長時間的行動，并攜帶包括用于探測潛艇的小型拖曳式水聲天線和部署在海底的水聲傳感器等多種有效載荷。
“蝠鲼”號將配備人工智能系統以及新型傳感器，以識別水面艦艇或潛艇的存在并做出反應。其他技術包括防污劑技術，這對長航時潛艇系統尤為重要。“蝠鲼”（Manta-Ray）項目自2020年3月至今已經歷了三個階段：第一階段選定4家公司完成項目關鍵技術演示驗證和作戰領域集成解決方案研究；第二階段自2021年12月起，由諾斯羅普·格魯曼公司和洛克希德·馬丁公司分別完成各自子系統測試、制造全尺寸無人潛航器樣機并完成海上演示，目前還未全部完成；第三階段將在動態海域、開放環境下進行對抗性測試演示。
圖5 “蝠鲼”設計概念圖
根據美海軍大型無人潛航器發展路線圖，到2027年美海軍將擁有6艘以上“虎鯨”，2040年左右擁有40余艘超大型無人潛航器。可以預見，未來以“虎鯨”為代表的大型和超大型無人潛航器有可能成為改變水下作戰樣式的重要力量。
二、俄羅斯大型無人潛航器
近年來，在北約步步緊逼的戰略圍堵及常規武器逐步落后美國的情況下，俄羅斯劍走偏鋒，重視發展非對稱打擊能力，逐步發展形成了“波塞冬”、“大鍵琴”-2R-PM無人潛航器、“代理”無人自主潛航器等。
“波塞冬”是一款新型水下自主戰略打擊武器，長約24米，直徑約2米，最大潛深1000米，打擊距離10000千米，可攜帶核彈頭執行核打擊任務。據推測，其速度可達200公里/小時，可在水下潛行數千公里。同時，它還能機動繞過敵方的反魚雷防御系統。它的制導系統也是保密的，但很可能是基于慣性導航或衛星導航。“波塞冬”是俄羅斯“三位一體”核戰略的一部分。該概念設想在陸地、空中和海上平臺上部署核武器。設計“波塞冬”的目的是加強“三位一體”中的海上部分，彌補俄美差距而研發，并為俄羅斯海軍提供海洋戰略優勢。據了解，“波塞冬”無人潛航器將由“別爾哥羅德號”核潛艇攜帶，預計每艘“別爾哥羅德號”核潛艇可攜帶6枚“波塞冬”。
圖6 “別爾哥羅德號”核潛艇攜帶“波塞冬”示意
俄羅斯紅寶石中央設計局研制了“大鍵琴”-2R-PM無人潛航器，其長度為6.5米，船體直徑為1米，重量約3.7噸，續航力50千米，最大下潛深度6千米。“大鍵琴”-2R-PM是一種兩用裝備，可用于偵察目的。“大鍵琴”-2R-PM可以攜帶一系列聲吶，包括側掃聲吶，能夠詳細繪制海底地圖，能夠在寬達800米的區域內對海底進行高精度測繪。2023年，一篇關于論證《俄羅斯能用什么武器摧毀英美海底電纜》的文章提到“大鍵琴”-2R-PM具備的4種特性：1) 潛到很深的地方；2) 能夠通過回聲定位研究海底（尋找電纜和管道）；3) 能夠在海底進行操作，例如放置炸藥（至少可以在目標正上方投擲炸藥）；4) 足夠安靜，以便整個過程不被敵人發現。
2020年6月，“紅寶石”中央設計局宣布“代理”無人自主潛航器的研究工作完成。“代理”長度17米，排水量40噸，巡航距離約965.6千米（巡航速度5節），最大速度超過24節，最大下潛深度600米。2021年9月，設計局對其進行升級，開始設計具備水下作戰能力的“代理-V”無人自主潛航器。“代理-V”大型潛航器可以在戰斗條件下用作敵人反潛潛艇的誘餌，當敵人潛艇企圖攻擊這艘潛航器時，伏擊的俄羅斯潛艇可伺機報復打擊。未來，隨著上述三款無人潛航器的服役部署，俄羅斯水下作戰優勢將獲得大幅提升。
圖7 代理-V 無人自主潛航器
三、歐洲超大型無人潛航器
1.英國
超大型無人潛水器（XLUUV）是英國國防部國防與安全加速計劃的一部分。英國MSubs公司以Manta大型無人潛航器為基礎，于2022年12月初開始為皇家海軍建造第一艘“鯨魚”（Cetus）超大型無人自主潛航器。該型無人潛航器全長12米，直徑2.2米，重17噸，最大潛深400米，單次任務航程可達1000英里，自主潛航時間長達170小時。此外，該計劃還將研制32型護衛艦，計劃建造5艘這樣的護衛艦作為自主無人潛航器的母艦。Cetus無人自主潛航器將與這些護衛艦協同完成水下態勢感知、反水雷和反潛戰任務。這種裝備武器、以電池為動力的自主潛航器將獨立運行或與潛艇協同作用，并能裝入一個集裝箱，以便在全球范圍內靈活部署。
圖8 英國海軍設計的超大型無人自主潛航器Cetus概念02
2.法國
2021年10月，法國海軍集團的XLUUV原型首次亮相，其長約10米（可通過安裝額外的電池或推進系統增至25米），目前排水量為10噸，最大速度為8節。據法國海軍集團方面透露，XLUUV未來的任務將包括掃雷或反艦作戰，為此，XLUUV將配備一個武器艙，裝載F21重型魚雷。
2023年5月4日，法國軍備總局（DGA）與海軍集團簽署了一份合同，計劃在9個月時間內完成無人潛航器的系統架構。
圖9 法國大型無人潛航器準備水下試驗
法國海軍集團正在研制另一款多用途無人自主潛航器D19，可從潛艇的533毫米魚雷發射管發射。設計人員打算將其改裝到法國正在為印度和巴西海軍建造的“天蝎”級常規潛艇上使用。D19在設計上有許多創新，新一代電池可使其航速達15節，自主航行時間長達15天，它的導航和通信設備與Echo Voyager一樣，都位于折疊式桅桿上。電池的充電、設備的更換和儀器的維護都在潛航器的載具上進行。
為了提高“蘇弗倫”級多用途核潛艇的功能，法國正在研制ASM-X多用途無人自主潛航器。該潛航器長6米多，重量超過1噸，直徑533毫米，可通過魚雷發射管發射。ASM-X 有一個大隔艙，可容納聲吶、干擾器、傳感器、通信設備和武器設備。該飛行器將由鋰電池供電，可提供110英里的續航能力。
圖10 前瞻性多用途無人潛航器D19
3.德國
德國蒂森克虜伯海洋系統公司（TKMS）正在開始建造一種MUM（可改裝成水下母艇）型新型水下無人潛航器。該潛航器可作為小型水下無人平臺的載體。MUM總長度約為25米，與美國海軍最大的水下無人潛航器“虎鯨”的長度大致相同。TKMS稱這種設計為“扁魚”。據說這種布局的優點之一是提高了浮出水面時的穩定性。
按照TKMS公司的設想，MUM將是一款多用途工作母艇，可根據操作員的任務快速定制。該超大型無人潛航器的潛在用途包括檢查、維護和修理等近海服務。此外，它還可以協助勘探海上石油、天然氣或其他礦藏。
MUM將配備獨立于空氣的氫燃料電池推進系統，其額定功率約為80千瓦。此外，MUM還將配備鋰離子電池，用于峰值過載。
圖11 MUM超大型無人潛航器
四、未來無人自主潛航器主要任務及應用形式
UUV能夠成功執行各種作戰任務，是因為它們具有很強的隱蔽作戰能力，能夠對敵人實施突然襲擊、抵近偵察并執行其他重要任務。國外軍方和專家認為，隨著超大型、大型無人潛航器的服役，未來的UUV可以在廣闊區域搜索潛艇和水面艦艇，長時間秘密監視水下和水面核彈載體，并在敵對行動開始時摧毀敵方的打擊力量，以及使護航運輸隊、登陸艦和軍艦、大陸架上的石油生產平臺失效。在情報體系的支持下，水下航行器的隱蔽打擊能力將進一步擴大，能在世界海洋的任何區域使用。
與海軍水面艦艇作戰兵力相比，無人潛航器的一個顯著特點是對海況和天氣的依賴性較低，即便是暴風雨對UUV執行任務的影響也非常小。相反，海況和天氣對水面艦艇作戰力量的影響則非常大。
圖12 未來無人潛航器任務清單
隨著技術的不斷進步和使用方式的變化，自主潛航器的潛能會越來越大。未來數年，無人自主潛航器將為水下作戰方式帶來革命性的變化。未來自主潛航器將可以完成目前分配給艦艇的大量任務，這將大大提高海軍的作戰能力。
未來UUV的應用形式可分為單平臺應用和集群應用。根據集群的組成、互動的性質和參與者之間的任務分配，UUV的集群應用可分為協同應用、多用途應用和集成應用。
圖13 UUV使用形式
隨著海軍水下無人潛航器數量的增加，UUV通過集群化運用可以實現各種規模的武裝對抗目標。集群協同和自主控制將成為未來作戰的主要形式。集群協同應用的特點是多個（同類）自主潛航器同時運行，通過多種單一功能或者多用途無人潛航器的協同運用，解決單類型、單個無人潛航器只能執行特定任務（如偵察和目標指示、擊落、控制等）的限制，UUV集群的領導者能夠制定和發布任務，并在必要時優化調整其他潛航器的任務，適應更為復雜的戰場環境和多樣化的作戰任務。
五、大型無人潛航器的發展趨勢
1、大型化、開放式、大潛深發展，提升多任務作戰能力
小型無人潛航器盡管有成本優勢，但其航行能力、任務載荷搭載能力非常有限，僅可用于執行近距離情報偵察等任務，難以形成區域威懾能力。大型無人潛航器將成為各國發展潛航器的重點。“蛇頭”、“虎鯨”等大型潛航器都具有開放式架構和載荷重新配置的潛力，能夠與模塊化的傳感器、武器、通信等載荷進行快速集成，可以適應未來最新技術升級，并應對不斷變化的多任務需求。
此外，無人潛航器技術的主要發展前景之一是提高潛航器的下潛范圍和深度。目前的潛航器可以下潛到相當大的深度，但其航程有限。預計未來將開發出新的材料和技術，使潛水器能夠在更深的水下作業，覆蓋更遠的距離。
2、水下高精度導航、遠程通信和長時工作能力
目前水下航行器已經具有一定的自主定位精確度，能夠執行較多的任務。北斗/GPS、慣性導航、地形匹配導航、地磁場匹配導航、量子導航等技術的發展，以及多種導航手段的組合運用，將為水下無人潛航器適應復雜環境、遠距離隱蔽行動提供更好的保障支撐。未來無人潛航器需要發展新的自主定位導航算法和系統，使水下航行器能夠更長時間、更高精度地自主定位。限制無人潛航器向更深、更遠海域應用的另一技術難題是水下遠程隱蔽通信技術。未來多種通信模式的綜合運用、隱蔽加密水聲通信技術發展將為無人潛航器信息獲取、情報交互、遠程控制等提供更多的手段。
此外，水下無人潛航器更長時間的水下自主工作也是非常重要的。大型無人潛航器更大的外形結構將能夠攜帶更多的能源，會提高推進系統的航程能力，從而實現更長的任務和水下駐留時間。自主性可以擴大更為復雜的任務范圍，例如更遠距離的海底攻擊和監視。先進的自主性和指揮控制可使潛航器與母艦之間能實現更無縫、實時的連接。
3、水下隱蔽突襲與戰略威懾，核魚雷等新質新域潛航器不斷涌現
無人潛航器將在未來海上安全中發揮更重要的作用，通過隱蔽地滲透到關鍵海域對沿海國家和全球貿易路線構成威脅。一方面水下無人潛航器的隱蔽偵察、區域游弋甚至廣泛使用可能導致新的混合沖突，在這種沖突中，灰色地帶行動可能成為各國的首選，從而成為在不進行全面戰斗的情況下實現其目標的一種手段；另一方面，俄羅斯正在研發的核動力水下無人潛航器，在具有重要戰略意義的地點進行巡航、封鎖、打擊甚至自我爆炸，均可能對作戰海域、作戰對象及海上戰場產生毀滅性威脅和打擊，造成災難性后果。各種類型的無人潛航器的發展將為未來海上新質新域能力生成提供更多可能性。
4、集群協同、智能技術運用，助力支持水下分布式作戰能力生成
大型無人潛航器可搭載更多的智能化設備，具備更強的智能感知、智能識別、智能決策等自主工作能力，通過集群化運用、分布式協同工作可支撐水下分布式作戰能力生成。由此，美國海軍和海軍陸戰隊認為，海面和水下無人平臺及集群對海軍的未來行動越來越重要。無人平臺未來將轉向更分散的部隊架構，支持實施海軍和海軍陸戰隊分布式海上作戰（DMO）新概念。2021年8月3日，美國國會研究服務處發布《海軍大型無人水面艇與潛航器：背景及國會需要考慮的問題》的報告，認為美國海軍希望獲得更多的大型無人裝備，作為將海軍轉變為更加分散的艦隊架構計劃的一部分，助力支持水下分布式作戰能力生成。
六、結語
大型無人潛航器代表了自主無人海上裝備技術的前沿，必將深刻影響未來的海上作戰模式。以美國為首的北約國家紛紛加大對大型無人潛航器的研制，美國海軍利用大型無人潛航器可實現包括水雷戰、反潛戰、電子戰、反水面戰等多種軍事用途，尤其是隨著“虎鯨”大型無人潛航器的服役，意味著無人潛航器正在由美海軍的輔助作戰裝備向主力作戰力量的轉變。俄羅斯在此方向上也在持續發力，“波塞冬”核動力潛航器等裝備的研發展示了俄羅斯積極推進大型無人潛航器裝備運用的新探索。在美俄等海軍強國推進無人作戰理論向實戰轉化的形勢下，我國應在此領域積極謀劃，加大對無人裝備的研發力度，大力提升我國在相關領域的技術能力水平，從而達到保護自身利益的目的。
編譯 | 彭傳微
核對 | 胡志強
責編 | 姜松
審核 | 陳嫣
