潛在的未來應(yīng)用和概念

JAPCC美國海軍上尉W(wǎng)illiamA.Perkins

背景與介紹

過去幾年中，俄羅斯聯(lián)邦海軍（RFN）潛艇活動的復(fù)蘇使該聯(lián)盟采取了應(yīng)對行動。在2014年威爾士和2016年北約華沙峰會上，反潛戰(zhàn)（ASW）被確定為聯(lián)盟必須解決的關(guān)鍵重點領(lǐng)域，以確保其在海域保持優(yōu)勢和行動自由。許多文件都提到北約的反潛能力和能力正在下降，這主要是由于RFN潛艇的業(yè)務(wù)迅速下降，從1990年代初到最近幾乎已經(jīng)停止。此外，在冷戰(zhàn)之后，北約采取了一種更遠(yuǎn)征的戰(zhàn)略觀點，導(dǎo)致許多前反潛武器資源重新調(diào)整以支持其他職能，其中許多不在歐洲劇院范圍內(nèi)。鐘擺最近開始向后移，

威爾士峰會之后的“智能防御計劃”激發(fā)了一種有趣的思路。在過去的三個北約行動中，由于空中領(lǐng)域的行動嚴(yán)重依賴于無人駕駛和遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，因此，在北約的海面之上，之下和之上的無人系統(tǒng)在北約的ASW任務(wù)中起什么作用？本文將探討無人機(jī)系統(tǒng)（UAS）在當(dāng)今所扮演的角色，并提供對潛在的未來應(yīng)用的見解。

UAS相對于載人系統(tǒng)的優(yōu)勢

總的來說，無人駕駛系統(tǒng)具有以下與有人駕駛系統(tǒng)不同的特征，如北約海事研究與實驗中心的首席科學(xué)家兼反潛作戰(zhàn)合作項目經(jīng)理KevinLePage博士所表達(dá)的：1

力量倍增器，與地面以上和以下的其他系統(tǒng)和功能的集成，而無需培訓(xùn)有人值班的工作人員；

耐力增強(qiáng)；

在退化/退化的環(huán)境中運行–風(fēng)險閾值高于有人值守系統(tǒng)；

專用于有效載荷的平臺比例更高；

模塊化

可擴(kuò)展性；

比“同等”載人平臺更低的單位成本。

對于ASW而言，這意味著無人系統(tǒng)可以執(zhí)行某些耗時的功能，例如在指定的搜索地點游蕩以監(jiān)視海洋并對穿過該區(qū)域的潛艇進(jìn)行初步檢測。這項特定功能消耗了諸如P-3Orion系列海上巡邏飛機(jī)（MPA）之類的載人系統(tǒng)的相當(dāng)長的使用壽命，但由于難以參與，因此仍然是ASW殺傷鏈中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。如果您還沒有確定魚雷的位置，則該魚雷為潛艇。但是，在對潛艇進(jìn)行初始聲學(xué)檢測和隨后對其運動進(jìn)行監(jiān)視方面，足夠的帶寬來支持船外聲學(xué)處理仍然是一項技術(shù)挑戰(zhàn)，但是這一領(lǐng)域的研究仍在進(jìn)行中。此外，

大型無人系統(tǒng)的作用

大型UAS機(jī)體，例如美國海軍的MQ-4Triton，已經(jīng)與其他有人駕駛的ASW平臺起相互支持的作用。但是，Triton的傳感器套件更適合其他類型的采集。它的檢測潛艇方法僅限于在潛艇暴露其潛望鏡，通氣管或整個表面的情況下，檢測發(fā)射或通過雷達(dá)發(fā)出的任何信號。Triton旨在與P-8Poseidon協(xié)同工作，因為它只能支持純ASW功能（例如聲學(xué)處理或魚雷運輸）的能力有限。

但是，Triton的ASW能力的這些局限性揭示了一種不同類型的無人駕駛系統(tǒng)實際上如何能夠更好地填補(bǔ)這一職位。GlobalHawk機(jī)體（Triton圍繞其設(shè)計）已經(jīng)具有有效載荷和續(xù)航能力，可以在這里很好地使用。傳感器將需要適合特定的ASW檢測傳感器。這些新的傳感器可能是一種新型的海底成像系統(tǒng)，是對濱海航空傳感器高光譜（LASH）2的后續(xù)開發(fā)，水下激光成像，甚至是與其他海底或海底傳感器連接的聲學(xué)處理器。當(dāng)前，潛水艇的聲學(xué)數(shù)據(jù)傳統(tǒng)上是從飛機(jī)發(fā)射的聲波浮標(biāo)產(chǎn)生的。這個概念要求大型機(jī)身能夠攜帶和運送超過100個聲納浮標(biāo)。由于重量和運輸要求，UAS不太可能用作“超音速浮標(biāo)卡車”，因此必須探索其他利用車外檢測傳感器的方法。

小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的概念

從許多國家的艦船上部署了諸如ScanEagle之類的小型戰(zhàn)術(shù)UAS，以充當(dāng)情報監(jiān)視偵察（ISR）角色，為海上形勢的發(fā)展提供支持。與Triton一樣，這些戰(zhàn)術(shù)UAS的ASW作用有限，主要用于潛艇的視覺檢測。但是，如果用能夠跟蹤潛艇的傳感器（例如磁異常檢測或其他跟蹤傳感器）更換其傳感器有效載荷，則它們可以提供寶貴的跟蹤服務(wù)，并減少MPA和ASW直升機(jī)所需的飛行時間。

此外，較小的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開辟了許多有趣的可能性。2017年，美國國防部發(fā)射了103架PERDIX微型無人機(jī)，并展示了它們作為單個實體運行的能力，重組了自己的編隊以完成一系列任務(wù)，并在空間上進(jìn)行了自我安排，以應(yīng)對某些無人機(jī)的損失或失敗進(jìn)行維護(hù)覆蓋并完成任務(wù)。3這個概念很容易適應(yīng)反沖目標(biāo)，以應(yīng)對動態(tài)而逃避的目標(biāo)。

考慮一下Aqua-Quad。這種小型四旋翼無人機(jī)由太陽能電池供電，持續(xù)時間為三個月，它具有降落在海洋上，在水面以下部署小型聲傳感器，檢索該傳感器并升空以重新定位的能力。4在測試中，盡管它看上去脆弱，但已證明能夠在14英尺海（4.3m）中運行。5推斷多個聯(lián)網(wǎng)無人駕駛飛機(jī)的概念自同步執(zhí)行一組任務(wù)的任務(wù)，一個可以設(shè)想的Aqua-四邊形的服務(wù)于初始檢測車隊和長持續(xù)時間的跟蹤功能。

這些系統(tǒng)的形式可以設(shè)置在已知的海底運輸區(qū)域（例如地理阻塞點）上，其中部署了聲傳感器，并在等待和監(jiān)視時為太陽能電池充電。在檢測到潛艇后，編隊會重新組織自身以包圍潛艇，確保多個元件始終保持在行進(jìn)方向之前，以允許其他元件有時間重新定位或為適應(yīng)潛艇路線的變化做好準(zhǔn)備。如前頁圖1-3中的概念圖所示，由25個左右的此類系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)甚至可以在躲避型潛艇上保持適當(dāng)?shù)母檸缀涡螤睢?br />
此愿景存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，網(wǎng)絡(luò)必須能夠相互通信以有效地組織起來。其次，網(wǎng)絡(luò)必須能夠與船外指揮與控制（C2）單元進(jìn)行通信，以告知潛艇的存在和移動，以便可以就下一步的起訴做出決定。第三，該網(wǎng)絡(luò)還必須能夠與車外傳感器通信，即使是在地面上方和下方運行的無人系統(tǒng)也是如此。這就需要開發(fā)健壯的通信網(wǎng)絡(luò)。北約位于意大利拉斯佩齊亞的海事研究與實驗中心致力于探索應(yīng)對海底系統(tǒng)挑戰(zhàn)的解決方案，因為水對機(jī)載鏈接網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸提出了一些挑戰(zhàn)。

為了解決這些類型的無人系統(tǒng)在其本地網(wǎng)絡(luò)之外進(jìn)行通信的能力，可能需要一種新型的數(shù)據(jù)傳輸。WolfgangGriethe博士和MarkusKnapek博士討論了光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路的潛力及其在無人系統(tǒng)中使用的應(yīng)用。他們得出結(jié)論，緊湊的微激光數(shù)據(jù)鏈路終端可能是增強(qiáng)機(jī)載通信的可行解決方案。6對于上面的四旋翼機(jī)，沒有必要在每個單獨的平臺中構(gòu)建其中之一，而是使用單獨的無人系統(tǒng)，例如長時間的UAS，可以將機(jī)群作為本機(jī)的一部分在軌道上空飛行。通信網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)一步通過光數(shù)據(jù)鏈路將信息傳播到岸上或漂浮的C2節(jié)點。

盡管本文以“quad-quad”作為可通過這種方式加以利用的一種技術(shù)的示例，但并不建議您購買某個特定的系統(tǒng)或設(shè)計而不是另一個。需要對可捕捉這種潛力的最佳設(shè)計模型進(jìn)行研究。作為可以實現(xiàn)此功能的其他類型機(jī)體的一個示例，MQ-8消防偵察機(jī)還可以進(jìn)一步配備浸入式聲納和魚雷發(fā)射功能，類似于現(xiàn)役的ASW直升機(jī)在從船上遠(yuǎn)程駕駛時所執(zhí)行的功能以同樣的方式執(zhí)行ISR任務(wù)。此外，圖2-4中的潛艇跟蹤圖是概念性的，一旦構(gòu)建了系統(tǒng)，

結(jié)論

無人系統(tǒng)技術(shù)為ASW任務(wù)區(qū)提供了潛在的應(yīng)用。盡管當(dāng)今存在一些系統(tǒng)，但是它們的大多數(shù)傳感器都是針對情報搜集任務(wù)的，并且僅直接應(yīng)用于反潛戰(zhàn)，盡管應(yīng)該繼續(xù)探索創(chuàng)新方法來利用傳感器功能。然而，未來發(fā)展無人駕駛系統(tǒng)的前景是光明的，該系統(tǒng)專門用于反潛戰(zhàn)任務(wù)。反潛戰(zhàn)作為一項任務(wù)，需要延長出擊時間和傳感器停留時間，并在起訴初期及早進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)發(fā)布，然后在情況需要時選擇潛艇參與。群集系統(tǒng)的新技術(shù)以及可靠的高帶寬光鏈路功能的潛在發(fā)展使無人系統(tǒng)的未來成為協(xié)助ASW任務(wù)的可行的近期解決方案。無論如何，仍然需要無人駕駛系統(tǒng)與ASW領(lǐng)域中的其他要素（包括船舶和有人駕駛飛機(jī)）集成。盡管無人系統(tǒng)非常適合偵查和追蹤起訴階段，但在短期內(nèi)，有人機(jī)仍可能需要魚雷以產(chǎn)生致命影響。