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2016年2月,，美國國防部2017財年預(yù)算中披露,，戰(zhàn)略能力辦公室目前正在與海軍研究署聯(lián)合開展“海上集群”項目，核心是無人水面艇蜂群技術(shù),，驗證無人水面艇開展不同任務(wù)時的情景感知和協(xié)作特性,。 “海上集群”項目2015財年投資550萬美元。2016財年轉(zhuǎn)入樣機試驗階段,，投資2000萬美元,。美國防部計劃，2016年完成一艘無人水面艇在開放水域的遠航程自主航行,，驗證軟硬件的可靠性,；并試驗5艘無人水面艇蜂群子系統(tǒng)，包括傳感器,、導(dǎo)航,、通信和自主系統(tǒng)等。2017財年計劃投資1800萬美元,，開展蜂群無人艇的單項戰(zhàn)術(shù)任務(wù)驗證,，研究復(fù)雜聯(lián)合任務(wù)能力，如自主搜尋和識別等,、先進負載運輸?shù)取?/span> 戰(zhàn)略能力辦公室“海上集群”項目源于美國海軍研究署的無人水面艇蜂群項目,。2014年8月，美國海軍完成相關(guān)技術(shù)的試驗驗證,，使用了13艘無人水面艇（5艘自動控制,、8艘遙控）組成編隊，利用艦載傳感器網(wǎng)絡(luò),，成功由護航模式轉(zhuǎn)變?yōu)閿炒瑪r截模式,，驗證了自主任務(wù)能力。 一,、發(fā)展背景 目前,，由于國防預(yù)算的削減，美國海軍艦艇數(shù)量逐漸減少,，有人艦艇規(guī)模難以滿足大量監(jiān)測,、護航等任務(wù)的需要；同時，美國遠征作戰(zhàn)壓力突出,，有人艦艇執(zhí)行任務(wù)仍具有一定安全風(fēng)險,。與有人艦艇相比，無人水面艇生存能力更強,、不易被探測,、成本更低、不會造成人員傷亡,。為此,，美海軍計劃采用一系列蜂群無人水面艇代替載人艦艇，執(zhí)行偵查,、護航,、小艇攔截等復(fù)雜任務(wù)。 二,、研發(fā)現(xiàn)狀 2014年8月,，美國海軍遠征作戰(zhàn)司令部開展了無人水面艇蜂群試驗，在詹姆士河進行了為期3天,、每天30分鐘的演習(xí),，主要內(nèi)容是開展高價值艦艇護航任務(wù)。試驗使用了美國國家航空航天局噴氣推進實驗室研發(fā)的“機器人智能感知系統(tǒng)控制體系架構(gòu)”（CARACas）,，重點解決了數(shù)據(jù)交互、自主決策等關(guān)鍵問題,。 試驗的5艘無人水面艇有4艘由海軍水面戰(zhàn)中心卡迪洛克分部提供,，1艘由達爾格倫分部提供。其中,，2艘為11米長的剛性船體充氣船（RHIB）,，1艘為11米長的內(nèi)河小艇，1艘為7米長的剛性船體充氣船,，1艘為7米長的港口安全艇,。不同小艇的使用驗證了CARACas的多功能性。試驗小艇均為美海軍現(xiàn)役裝備,，稍做改動就可發(fā)展為自主無人水面艇,。除無人水面艇外，試驗還包括了一艘高價值艦艇,、一艘模擬敵方Mark V特種作戰(zhàn)小艇,，以及交通控制和支援小艇。 試驗共分為四個階段,。第一階段,，5艘無人水面艇執(zhí)行高價值艦艇的護航任務(wù)，8艘人工遙控艇在前方領(lǐng)航。第二和第三階段,，河道變窄,，人工遙控艇在兩側(cè)河岸對危險情況進行偵查，無人水面艇和高價值艦艇通過河道,。第四階段,，無人水面艇發(fā)現(xiàn)敵船，即時改變?nèi)蝿?wù)模式,，由護航轉(zhuǎn)變?yōu)榧汗簟?/span> 無人水面艇試驗過程 三,、關(guān)鍵技術(shù) 無人水面艇蜂群的關(guān)鍵技術(shù)包括兩方面，一是用于自主控制的“機器人智能感知系統(tǒng)控制體系架構(gòu)”CARACas系統(tǒng),，另一個是用于共享態(tài)勢感知數(shù)據(jù)的“分散與自動數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)”DADFS軟件,。CARACas可從雷達和DADFS獲取狀態(tài)感知信息，并規(guī)劃航線,。 1,、“機器人智能感知系統(tǒng)控制體系架構(gòu)” 美海軍2004年開始研發(fā)CARACas，并結(jié)合了美國國家航空航天局對火星探測器的研發(fā)成果,，目前已積累了3500海里的研發(fā)測試經(jīng)驗,。目前，CARACas已完成的試驗包括高速避障及探測（浮標(biāo),、橋梁等）,、多種無人艇合作、探測數(shù)據(jù)融合和交互,、艇上任務(wù)規(guī)劃等,。 CARACas由行為系統(tǒng)、動態(tài)計劃系統(tǒng),、感知系統(tǒng)三部分構(gòu)成,。行為系統(tǒng)是軟件核心，基于R4SA（可靠實時可重構(gòu)機器人軟件架構(gòu)軟件）搭建,，用于規(guī)劃無人艇的行為,、任務(wù)等。動態(tài)計劃系統(tǒng)基于CASPER（連續(xù)行為規(guī)劃計劃執(zhí)行和再計劃軟件）搭建,，可根據(jù)任務(wù)內(nèi)容和無人艇當(dāng)前狀態(tài),，制定無人艇動態(tài)行動計劃。感知系統(tǒng)則可繪制部署區(qū)域的環(huán)境感知圖像,，作為安全導(dǎo)航的依據(jù),，主要裝備包括噴氣推進實驗室研發(fā)的“錘頭”立體感知系統(tǒng)以及使用了360°探測頭系統(tǒng)（無人潛航器使用iPUMA聲納系統(tǒng)），可進行威脅探測和態(tài)勢感知,。此外,，CARACas還設(shè)有世界處理器,，可作為無人艇狀態(tài)信息、任務(wù)信息,、導(dǎo)航地圖的外部通用接入點,。 360°探測頭系統(tǒng) 2、“分散與自動數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)” DADFS則是實現(xiàn)多艇控制的關(guān)鍵因素,，可同步各艇的狀態(tài)感知數(shù)據(jù),，并利用各艇上關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)創(chuàng)建統(tǒng)一的態(tài)勢感知圖像，實現(xiàn)多艇感知數(shù)據(jù)的交互與融合,。系統(tǒng)由美國海軍研究署資助研發(fā),，結(jié)合了丹尼爾公司的數(shù)據(jù)融合算法和約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的分布式平臺系統(tǒng)。 四,、未來發(fā)展 無人水面艇蜂群作為美國防部戰(zhàn)略能力辦公室為“第三次抵消”戰(zhàn)略研發(fā)的項目,，即將開展單艇和多艇的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)長航時試驗，短期內(nèi)就可用于海上作戰(zhàn),，顛覆近海,、內(nèi)河的偵察、護航,、負載運輸?shù)饶Ｊ?。未來可利用海軍大型艦艇將無人艇大量運送至全球各地，執(zhí)行復(fù)雜任務(wù),。還可與其他無人平臺聯(lián)合,，更高效地完成任務(wù)，例如與無人機聯(lián)合探測感知戰(zhàn)區(qū)的多維環(huán)境,?？蓤?zhí)行的任務(wù)包括可用于水域水文測繪、水利偵查,、自動避害、航線規(guī)劃,、深海測繪導(dǎo)航,、水下科研、反水雷,、監(jiān)視偵察,、海洋生態(tài)保護等。 相關(guān)閱讀： 未來海戰(zhàn)將無人化,？美海軍宣布無人艇取得重大突破無人艇執(zhí)行護航任務(wù)模擬圖 新聞提示 今年8月,，美國海軍在弗吉尼亞州詹姆斯河進行了一次無人艇“蜂群”作戰(zhàn)演示，安裝了CARACaS系統(tǒng),、故障自動防護系統(tǒng)的13艘無人艇,，以集群作戰(zhàn)模式完成一系列復(fù)雜機動動作后,，實施了對“可疑船只”的包圍和攔截，成功完成了護航作戰(zhàn)任務(wù),?？梢哉f，無人艇的問世在一定程度上創(chuàng)新了美國海軍的作戰(zhàn)方式,。 近年來,，隨著無人機、無人車等新型無人裝備相繼誕生并取得長足發(fā)展,，無人裝備領(lǐng)域發(fā)展正從空中陸地向海上不斷邁進,，無人艇的發(fā)展前景如何？未來海戰(zhàn)是否走向無人化,？本期我們邀請海軍軍事專家劉偉為您作相關(guān)解讀,。 自主協(xié)同 蜂群攻擊 10月5日，美國海軍宣布在無人艇技術(shù)研究領(lǐng)域取得重大突破,，無人艇不僅具備保護本方艦艇的能力,，還能以“蜂群戰(zhàn)術(shù)”向敵方艦艇發(fā)起自主攻擊—— 今年8月，美國海軍在弗吉尼亞州詹姆斯河進行了一次無人艇“蜂群”作戰(zhàn)演示,，共有13艘無人艇參加,，其中5艘無人艇采用自主控制，另外8艘由后方人員實施遠程遙控,。它們在收到來自直升機提供的威脅報警后,，依托雷達和紅外傳感器探測目標(biāo)，以集群作戰(zhàn)模式完成一系列復(fù)雜機動動作后,，實施了對“可疑船只”的包圍和攔截,，保護本方船只安全撤離，成功完成了護航作戰(zhàn)任務(wù),。 所謂“蜂群戰(zhàn)術(shù)”,，顧名思義，就是像蜜蜂一樣成群結(jié)隊地攻擊同一個目標(biāo),，這樣的攻擊具有快速,、機動和密集等特點。在海上實施“蜂群”攻擊,，通常是指同時利用多艘高速快艇協(xié)同攻擊敵方單一大型艦艇的作戰(zhàn)行動,。“蜂群”攻擊要求為協(xié)同行動提供強大的指揮控制,、態(tài)勢感知,、信息共享和實時通信能力，而“蜂群”攻擊的實現(xiàn)則要求無人艇在自主操作的情況下完成,，即信息化之外又增加了自主化,，包括高速的自主信息處理能力和精準的自主路徑規(guī)劃能力,，其難度之大可想而知。據(jù)美國海軍透露,，普通的巡邏艇通常需要3至4名海員操控,，但是安裝了CARACaS系統(tǒng)、故障自動防護系統(tǒng)后,，1名海員就能完成20艘無人艇的操控,。與無人機不同的是，無人艇還具備了一定的自主性,，并且不是每一步都需要有人發(fā)號施令,。 美國海軍之所以大力推進無人艇技術(shù)研究，與2000年美國海軍“科爾”號驅(qū)逐艦遭受恐怖主義襲擊直接相關(guān),。在那次襲擊中,，一艘裝滿炸藥的小艇突然撞向停靠在也門亞丁港的“科爾”號驅(qū)逐艦,，造成17人死亡,，39人受傷。美國海軍認為,，基于網(wǎng)絡(luò)自主化的無人艇將在保護海軍艦艇,、港口和海上設(shè)施免受類似襲擊方面發(fā)揮重要作用，同時還可以使海軍和艦艇裝備從這種危險的防御任務(wù)中解脫出來,。一方面可以避免人員傷亡,，另一方面為更好地執(zhí)行其他任務(wù)創(chuàng)造條件。 蓄力研發(fā) 不斷創(chuàng)新 在過去20年中,，無人裝備尤其是無人機的軍事應(yīng)用取得了突飛猛進的發(fā)展,，各國對無人艇技術(shù)的經(jīng)費投入也逐年增加。從世界范圍來看,，當(dāng)前的無人艇主要由美國,、英國、法國,、加拿大,、以色列、日本等10余個國家研制,，能夠完成情報搜集、物理表征,、反水雷,、海事安全和訓(xùn)練測試等方面任務(wù)。 目前在全球無人艇市場,，共有60余種無人艇,，已經(jīng)投入使用的型號中,，軍用無人艇數(shù)量約占70%。在無人艇的研發(fā)方面,，美國始終處于領(lǐng)先地位,，世界上近一半的無人艇是由美國研制。美國海軍始終重視對無人艇自主化方面的研究,，并積極吸收民事部門針對自主化和網(wǎng)絡(luò)化操作的研究成果,。此外，美國海軍還資助國家航空航天局噴氣推進實驗室開發(fā)了機器人智能指揮與感知的控制體系架構(gòu)（CARACaS）,，旨在使用最少的人工干預(yù)完成無人艇的操控和導(dǎo)航,。在此次無人艇“蜂群”作戰(zhàn)演示中，起關(guān)鍵作用的正是CARACaS系統(tǒng),。CARACaS系統(tǒng)成本極其低廉,，并很容易安裝在巡邏艇及其他船只上，配備該系統(tǒng)的無人艇一定程度上可以自主完成運輸特種部隊,、保衛(wèi)港口和碼頭的任務(wù),，真正做到了“低投入高回報”。 反復(fù)測試 攻堅克難 截至目前,，美國海軍已經(jīng)在無人艇和無人潛航器上對CARACaS系統(tǒng)進行了長達8年的全面測試,，下一步美國海軍還將組織更多無人艇參與試驗，并將引導(dǎo)無人艇開展更為復(fù)雜的協(xié)同行動,?？偟膩碇v，其未來發(fā)展方向包括以下幾個方面： 進一步加強無人艇協(xié)同自主化,。減少操作人員的數(shù)量,、構(gòu)建安全的艦艇網(wǎng)絡(luò)、具備自主機動和待命以及清除障礙的能力,，是美國海軍對未來無人艇能力構(gòu)想的重要方面,。由于無人艇所處的水面環(huán)境十分復(fù)雜，不僅包含靜態(tài)障礙物,，同時還受海況,、其他艦船航行的影響，對自主化操作的要求很高,。因此,，相比于其他無人系統(tǒng)，除了傳感器,、通信與數(shù)據(jù)接口,、動力等所有無人系統(tǒng)都存在的技術(shù)問題外，高度自主化是影響未來無人艇發(fā)展的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),。 進一步提高續(xù)航能力,。隨著未來無人艇向執(zhí)行偵察監(jiān)視,、反水雷、反潛等多種任務(wù)的方向發(fā)展,，對其續(xù)航能力要求越來越高,，但由于要與速度、耐波性以及有效載荷和動力等方面進行權(quán)衡,，制約了續(xù)航能力的發(fā)展,。為此，美國海軍將提高無人艇的燃料有效載荷率作為技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)之一,，同時還在研究通過轉(zhuǎn)化太陽能,、海浪能量等方式為無人艇提供持續(xù)不斷的能源供應(yīng)。 此外,，武器化也將成為未來無人艇發(fā)展的一個重要趨勢,。正如無人機近年來走過的歷程一樣，無人艇未來最有可能首先具備反潛攻擊能力,，可發(fā)射魚雷或小型反魚雷武器,，其在反水雷方面所發(fā)揮的作用將進一步拓展，可以執(zhí)行目前由有人駕駛直升機和反水雷系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù),。無人艇還將在電子戰(zhàn)領(lǐng)域得到應(yīng)用,，幫助海軍艦艇對敵實施引誘和迷惑。 制圖：梁淼隆 世界無人艇發(fā)展進行時 ★1898年 著名發(fā)明家尼古拉·特斯拉進行了遙控?zé)o人艇試驗,，其試驗艇成為人類第一艘水面無人艇,。 ★20世紀60年代 美國將一型V-8汽油機驅(qū)動的小艇，改裝為遙控掃雷艇,。 ★20世紀90年代 美國研制的“遙控獵雷作戰(zhàn)樣機”成功在波斯灣進行了海上作業(yè),。 ★2003年 美國海軍研制的“斯巴達人”無人艇首次演示，可通過換裝任務(wù)模塊,，執(zhí)行多樣化任務(wù),。 ★2005年底 以色列展示了“黃貂魚”無人水面艇，其具有出色的自主導(dǎo)航與定位能力,。 ★2006年 以色列海軍對“保護者”無人艇進行了新一輪作戰(zhàn)評估海試,，旨在研究未來無人艇發(fā)展的突破口。 ★2010年 美國“食人魚”無人艇亮相,，可執(zhí)行海岸部隊的任務(wù),。 ★2013年9月 新加坡大型無人艇完成海上試驗，可進行連續(xù)48小時的自主航行,。 ★2014年 美國海軍研究局取得新突破,，無人艇不僅具有保護本方艦艇的能力，還能以“蜂群戰(zhàn)術(shù)”向敵方發(fā)起自主攻擊。 未來無人艇發(fā)展路向何方,，讓我們拭目以待…… 前沿君微信：tech9999 |
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