关键词：无人潜航器； 适用平台； 关键技术
0 引 言
无人潜航器是一种航行载体，可以搭载各种功能模块实现海洋资源勘探以及军事探测等用途。随着海洋科研、深海探索、保护海洋进程的不断推进，水下潜航器逐步应用于民用和军用等多个领域，使海洋开发进入到了全新的时代。如今新能源和通讯技术的不断发展使无人潜航器的续航能力和航行深度得到了很大的提高，无论是有缆还是无缆潜航器都具备了进行海洋长期立体监测的能力，能够长时间连续对海洋信息开展探集并执行相关工作任务。
1 潜航体发展现状
随着海洋探索的不断发展，潜航器的用途越来越广泛，越来越重要，也成为了“预置/反预置”环境下探测情报并开展相关投送作业的有效手段之一。目前各国都在大力发展以潜航器为平台的多种设备，用来构建和保持海洋权利和优势，并逐步打造多种水下作战系统。近两年人工智能提到技术前沿，多款无人潜航器衍生出来，其中用于军工系统的包括水下勘测、侦察、反潜、通信、导航等。用于民用主要包括救援、勘察、观测、海洋气候等。
无人潜航器主要是以水面舰艇和潜水艇为支援平台，能够较长时间在水下开展近程、远程自主或操控航行的智能化产品。主要分为有缆和无缆两种，其中无缆又分为遥控无人潜航体和自主无人潜航器。可以搭载多款设备，例如传感器、声呐、武器等，执行特定的使命任务，在技术和使用特点上具有自主性强、风险低、部署性强、隐蔽性强、环境适应能力强等特点，具有很高的军用、民用价值，目前已经成为各大国海洋技术研发的前沿技术，其军事用途目前备受世界各国青睐和重视。
1.1 美国无人潜航器的发展现状
美国在潜航器领域处于领先地位，现在在研和现役有多款无人潜航器，其用途涵盖了海洋水文勘测、远程环境勘察、反水雷、自主预置等各种排水量的类型潜航器。2015年美国开始对多个项目开展测试和试验，并加大了对该领域的研发投入力度。目前美国在研和现役的潜航器主要有自主水文勘测潜航器、环境测量潜航器、水下预置潜航器、反水雷潜航器等。未来几年美国将投入大量研发力量向超大型无人潜航器发展并将其运用于作战任务中，该潜航器比大排水量潜航器拥有更加强大的带载能力，而且在建造上将采用模块化类似于船舶的建造方式。
2017年7月和8月美国的BAE系统公司和亨廷顿·英格尔斯工业公司分别在无人潜航器的发展方面取得了进展。BAE系统公司获得美国国防部的研制合同，开展“机动式艇外通讯与接近”无人潜航器的研制。该潜航器的平台为潜艇，具有两大特点，一个是自身装备了主动声呐，可以在远离母艇的情况下开展探测任务，在保证母艇安全的情况下扩展了自身的作战半径。另一个是能将收集到的信息及时传至母艇。亨廷顿·英格尔斯工业公司所研发的无人潜航器圆满的完成了对抗性任务测试。该公司研制的无人潜航器属于美国在研大型无人潜航器的一种，在自主工作的同时也可以通过人工操作来开展工作，该潜航器具有先进的通讯系统、无线电、GPS等一体化导航系统，可以携带水下攻击性武器针对对方目标开展任务等。
1.2 俄罗斯及欧洲其他国家无人潜航器的发展现状
俄罗斯的无人潜航器发展历史更早，但由于俄罗斯军方财政投入有限致使其发展较美国等国家要滞后，但凭借其雄厚的军事技术基础和工业能力使其在无人潜航器领域也取得了较大的发展。2016年俄罗斯军方通过一项议案，同时研发无人潜航器和无人艇在内的两种无人装备。其在潜航器上的工作任务将扩展至反潜和电子对抗领域。
欧洲的萨博公司在2015年展出一款在无人潜航器领域的研究成果AUV62-MA（如图1所示），该成果具有反水雷、水下探测、远程作业等功能，采用模块化设计理念具备执行多种任务的能力，同时可搭载前视声呐、合成声呐、侧扫声呐、传感器、发射机等设备。
该公司还研制了一种可远程操作的无人潜航器SUBROV（如图2所示），适用平台广发，可被潜水艇搭载至使用区域通过鱼雷发射管发射出去，并能执行多种任务，该潜航器具有扫雷、通讯、监察、干扰等功能。可搭载照相机/摄像机、声呐、AUV恢复工具、爆炸物等。在水雷区域探测水雷、清除水雷和其他水下装备等。
2 大排水量无人潜航器技术指标
2.1 俄罗斯发布了一款核鱼雷“Status-6”其全称为“海洋多功能系统状态-6”（ 如图3所示），也有其他国家新闻报道称其为一款巨型战略鱼雷，但俄罗斯将其归类为“无人潜航器”。该潜航器共有9个舱，其中第六个舱为核动力舱也是长度最长的一个舱。使用螺旋桨推进，通过十字舵实现方向的控制。Status-6的辅助装备包括“萨罗夫”20120型潜艇以及“小星星”20180型拖船。该系统将在2019年设计完成，2019~2020年开展试验，由09851、09852型核动力潜水艇搭载。Status-6的主要性能指标如表1所示。
表1海洋多功能系统状态-Status-6主要性能指标
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2.2 美国蓝鳍水下机器人公司（Bluefin Robotics Corp）自成立之初就专注于无人潜航器的研究，属于该行业中的佼佼者。提到Bluefin系列产品就不得不提Bluefin-21系列潜航器，它是一款集成度比较高的产品，该潜航器动力系统十分强劲，能够携带多种传感器以及大量负载，能够在4500米的深度执行工作任务，目前该系列产品的性能属于世界前列。由于Bluefin-21的功能比较强大，工作深度也比较深，在民用领域常常用作海洋调查、海底搜索、水下文物科考等（Bluefin-21的主要性能指标如表2所示）。Bluefin-21无人潜航器具有如下优点。
（1）设计优化，Bluefin-21能够在水深4000m左右比较恶略的环境下开展工作主要得益于其优秀的设计。该潜航器在水下不仅要保持自身的中性浮力，还要承受巨大的外部压力以提高潜航器的工作效率。
（2）执行多种工作任务，Bluefin-21可以搭载各种工作模块执行各种工作任务。其内部的机械和电子接口部件都是采用标准化产品，能在较短的时间内将各个模块通过软件工具包把各种传感器的各种功能集成到系统的软件中，因此其集成度非常高。
（3）布放回收方法简单，单臂吊的收放系统就可以使用，单臂吊的结构比较简单，其成本较低且占用空间较小。
表2 Bluefin-21的主要性能指标
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3 小排水量无人潜航器技术指标
3.1 美国的蓝鳍水下机器人公司主要以研制水下机器人和潜航器为主。目前Bluefin系列的无人潜航器有很多款，其中Bluefin-9和Bluefin-9M属于轻量级（100kg）潜航器；Bluefin-12S是一款适用于浅水水域执行任务的潜航器。而Bluefin-12D属于一款具备多种功能的潜航器，适合在大于300m和小于1500m的水深中使用，具有很高的可靠性和操控性。
Bluefin-9、Bluefin-9M、Bluefin-12S的使用范围包括环境检测、海洋调查、反水雷（MCM）、水域安全检查、情报收集、区域侦察（ISR）、爆炸物品处理（UXO）等。Bluefin -9M也可以加装反水雷装备来处理水雷。同时Bluefin-12S也能够加载不同的功能模块来执行各种类型的工作任务。Bluefin系列无人潜航器主要性能指标如表3所示。
表3 Bluefin系列无人潜航器主要性能指标
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3.2 俄罗斯的红宝石海洋机械中央设计局长期从事于潜水艇的研制，近些年该部门在无人潜航器上投入了较大的力量，并且新产品源源不断推出，如Amulet AUV、Juno AUV 等。Juno AUV主要用途包括信息收集、传递、救援等，装备平台主要是舰艇和潜水艇。Amulet AUV
适合大规模装配，具有比较强的工作能力，性价比很高。其主要性能指标如表4所示。
表4 Amulet 、Juno 主要性能指标
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3.3 康斯伯格是一家挪威的主要从事研发和生产海洋监控产品的企业，从该公司所公布的产品内了解到部分属于无人潜航器的系列产品，主要有REMUS系列、Seaglider系列潜航器。其中REMUS系列分为REMUS-100、REMUS-600、REMUS-6000这三种型号。Seaglider系列分为Seaglider C2、Seaglider、Seaglider M6三种型号。该公司还有两款无人潜航器HUGIN和MUMIN，其中HUGIN适用于海洋监测、海洋地质调查的潜航器；MUMIN适用于水下救援、生态科考等工作任务。康斯伯格系列无人潜航器主要性能指标如表5所示。
表5 康斯伯格无人潜航器性能指标
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4 未来发展趋势
4.1 独立的导航通讯，目前限制无人潜航器向更深更远海域发展的技术壁垒是水下导航和水下通讯。未来导航通讯技术将逐步一体化，组合也将多种多样，例如北斗/GPS、惯性导航系统、无线导航系统等。各导航系统都存在优点以及不足，利用其优点将其放置在更加适合的区域使用，尽最大可能发挥各导航系统的优点，并通过各种传感器来更多的获取潜航器的航行信息和姿态信息通过通讯技术及时向导航系统发出指令，控制潜航器的安全有效航行。
4.2 小型化和智能化，随着各国在无人潜航器领域的不断投入，未来的潜航器武器装备的威力将会更大，隐蔽性也将更强，小型化的发展趋势不可忽略。小型潜航器具备体积小、机动性强、隐身性好、成本低、突破性强、平台广泛等优点，随着智能化设备的不断发展，小型潜航器结合人工智能系统的作战能力将在未来时间内不断得到提升。搭载智能化设备的潜航器将具备很强记忆学习能力、自主工作能力，控制人员只需将工作线路、地点、任务通过无线通讯传达给潜航器就能通过自主工作能力、精确的导航能力完成工作任务。同时搭载各种工作模块完成水下多种作业模式，弥补潜航器在复杂海底环境下无法开展工作的缺点。
4.3 集群编队、协同工作，无人潜航器未来将向集群编队、分布组网的协同工作方向发展，组合将多种多样，例如数个无人潜航器集中编队、潜航器与潜水艇编队、潜航器与舰艇编队、潜航器与无人机、潜航器与浮标编队等。形成以北斗通讯、人工智能、大数据、大容量锂电池等相融合的技术支撑，由浮标、预置设备、声呐、潜航器组网的工作模式，形成察打一体的空海立体化作战模式。随着人工智能和水下通讯技术的不断发展，无人潜航器协同编队开展探测工作时将能实现针对水下快速航行目标信息的收集、跟踪、自主识别等，并协同其他潜航器共同完成目前无法完成的工作任务。
5 结论
随着无人潜航器的深入发展，各项技术水平和智能化设备的不断提升，无人潜航器的竞争将越发激烈。目前各国都在电池、航速、隐身、通讯等领域受到制约。当这些技术困扰得到化解后，无人潜航器的军事、民用领域的潜力将更加广阔。目前我国在水下潜航器领域的技术发展相对落后，本文通过对世界各国在大排水量和小排水量无人潜航器的关键性能指标的分析来得出目前该领域的关键技术发展情况和未来的发展方向。有助于进一步在关键技术领域更好的发展，提高我国无人潜航器在海洋资源探测和水下作战的能力，维护我国的海洋权益并在未来新的作战模式下起到引领作用。
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论文作者:袁晓宇
论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期
论文发表时间:2020/4/28
标签：水下论文; 水雷论文; 海洋论文; 美国论文; 领域论文; 工作任务论文; 性能指标论文; 《科学与技术》2019年18期论文;