近年来，国外特别重视水下无人自主潜航器（UUV）的研究，国外海军拥有的各类UUV的数量不断增多，UUV承担的任务也日益多样化，主要包括水下态势感知、海底测绘、探测和灭雷以及集群应用研究。基于尺寸、重量特征，这些无人自主潜航器可分为超大型无人自主潜航器、大型无人自主潜航器、中型无人自主潜航器和小型无人自主潜航器。超大型无人潜航器和大型无人潜航器可以携带大量的各种有效载荷，能够自主完成更为复杂的作战任务。美国、俄罗斯、英国、法国和德国在这一领域投入了大量的经费，形成了一系列的研究成果。
图1 各国大型无人潜航器设计对比
一、美国大型无人潜航器
近年来，美国研制成熟的大型水下无人潜航器主要代表有“虎鲸”（Orca）超大型无人自主潜航器、“蛇头”（Snakehead）大型潜航器、“蝠鲼”（MantaRay）大型潜航器等。
“虎鲸”（Orca）超大型无人自主潜航器是波音公司在现有Echo Voyager潜航器的基础上建造的，主要改进之处是自主导航时间增长，能够在不与控制中心持续通信的情况下独立执行各种探测、打击任务。该潜航器的部署不需要水面或水下载体平台。它被设计为一种自主运载工具，用于在美国海军作战区域内运送各种用途的小型水下运载工具和系统。“虎鲸”的模块化设计使得该潜航器可以装备不同的有效载荷，几乎可以完成无人自主潜航器的所有任务。
图2 Echo Voyager大型自主无人潜航器
2023年12月20日，波音公司宣布正式向美国海军交付首艘“虎鲸”超大型无人潜航器（XLUUV），并已完成了验收试验。作为美军现役最大的无人潜航器，“虎鲸”超大型无人潜航器长约24.4米，重约80吨，最大水下航速达8节，最大潜深超过3300米。“虎鲸”采用高度模块化设计，可伸展的桅杆可在接近水面时升起，提供包括卫星连接在内的多种对外无线电通信功能；后部设计了一个长约10米的模块化载荷舱，可搭载8吨有效载荷。美海军计划利用其载荷能力执行布设水雷任务。此外，美海军还希望利用“虎鲸”的模块化有效载荷执行扫雷、电子战和水下监视等多种任务。“虎鲸”未来的有效载荷预计将包括合成孔径声呐，使“虎鲸”能够绘制海底地图。除此之外，海军还有兴趣增加包括鱼雷、巡航导弹，甚至是无人机等武器系统来武装其超大型无人潜航器。“虎鲸”配备柴电混合推进系统，续航时间可达数月，采用隐蔽式推进器设计，可静音潜行。
图3“虎鲸”超大型无人自主潜航器
美国在研的另一款大型无人自主潜航器（LDUUV）称为“蛇头”（Snakehead），其设计注重于载具信息、控制和导航系统的集成，以及提高燃料电池的能量容积。不同于“虎鲸”，该潜航器计划从“弗吉尼亚”级和“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇基地以及从具有专门装备的沿海地区进行发射和回收。
图4“蛇头”无人自主潜航器
2021年2月初，美国国防部国防高级研究计划局（DARPA）授予诺斯罗普·格鲁曼系统公司和马丁防务集团建造新型“蝠鲼”无人潜航器（UUV）的合同。另外还与法国Metron公司签订了开发UUV动力装置的合同。根据DARPA的说法，“蝠鲼”将具备某些关键技术，能够进行远距离、长时间的行动，并携带包括用于探测潜艇的小型拖曳式水声天线和部署在海底的水声传感器等多种有效载荷。
“蝠鲼”号将配备人工智能系统以及新型传感器，以识别水面舰艇或潜艇的存在并做出反应。其他技术包括防污剂技术，这对长航时潜艇系统尤为重要。“蝠鲼”（Manta-Ray）项目自2020年3月至今已经历了三个阶段：第一阶段选定4家公司完成项目关键技术演示验证和作战领域集成解决方案研究；第二阶段自2021年12月起，由诺斯罗普·格鲁曼公司和洛克希德·马丁公司分别完成各自子系统测试、制造全尺寸无人潜航器样机并完成海上演示，目前还未全部完成；第三阶段将在动态海域、开放环境下进行对抗性测试演示。
图5 “蝠鲼”设计概念图
根据美海军大型无人潜航器发展路线图，到2027年美海军将拥有6艘以上“虎鲸”，2040年左右拥有40余艘超大型无人潜航器。可以预见，未来以“虎鲸”为代表的大型和超大型无人潜航器有可能成为改变水下作战样式的重要力量。
二、俄罗斯大型无人潜航器
近年来，在北约步步紧逼的战略围堵及常规武器逐步落后美国的情况下，俄罗斯剑走偏锋，重视发展非对称打击能力，逐步发展形成了“波塞冬”、“大键琴”-2R-PM无人潜航器、“代理”无人自主潜航器等。
“波塞冬”是一款新型水下自主战略打击武器，长约24米，直径约2米，最大潜深1000米，打击距离10000千米，可携带核弹头执行核打击任务。据推测，其速度可达200公里/小时，可在水下潜行数千公里。同时，它还能机动绕过敌方的反鱼雷防御系统。它的制导系统也是保密的，但很可能是基于惯性导航或卫星导航。“波塞冬”是俄罗斯“三位一体”核战略的一部分。该概念设想在陆地、空中和海上平台上部署核武器。设计“波塞冬”的目的是加强“三位一体”中的海上部分，弥补俄美差距而研发，并为俄罗斯海军提供海洋战略优势。据了解，“波塞冬”无人潜航器将由“别尔哥罗德号”核潜艇携带，预计每艘“别尔哥罗德号”核潜艇可携带6枚“波塞冬”。
图6 “别尔哥罗德号”核潜艇携带“波塞冬”示意
俄罗斯红宝石中央设计局研制了“大键琴”-2R-PM无人潜航器，其长度为6.5米，船体直径为1米，重量约3.7吨，续航力50千米，最大下潜深度6千米。“大键琴”-2R-PM是一种两用装备，可用于侦察目的。“大键琴”-2R-PM可以携带一系列声呐，包括侧扫声呐，能够详细绘制海底地图，能够在宽达800米的区域内对海底进行高精度测绘。2023年，一篇关于论证《俄罗斯能用什么武器摧毁英美海底电缆》的文章提到“大键琴”-2R-PM具备的4种特性：1) 潜到很深的地方；2) 能够通过回声定位研究海底（寻找电缆和管道）；3) 能够在海底进行操作，例如放置炸药（至少可以在目标正上方投掷炸药）；4) 足够安静，以便整个过程不被敌人发现。
2020年6月，“红宝石”中央设计局宣布“代理”无人自主潜航器的研究工作完成。“代理”长度17米，排水量40吨，巡航距离约965.6千米（巡航速度5节），最大速度超过24节，最大下潜深度600米。2021年9月，设计局对其进行升级，开始设计具备水下作战能力的“代理-V”无人自主潜航器。“代理-V”大型潜航器可以在战斗条件下用作敌人反潜潜艇的诱饵，当敌人潜艇企图攻击这艘潜航器时，伏击的俄罗斯潜艇可伺机报复打击。未来，随着上述三款无人潜航器的服役部署，俄罗斯水下作战优势将获得大幅提升。
图7 代理-V 无人自主潜航器
三、欧洲超大型无人潜航器
1.英国
超大型无人潜水器（XLUUV）是英国国防部国防与安全加速计划的一部分。英国MSubs公司以Manta大型无人潜航器为基础，于2022年12月初开始为皇家海军建造第一艘“鲸鱼”（Cetus）超大型无人自主潜航器。该型无人潜航器全长12米，直径2.2米，重17吨，最大潜深400米，单次任务航程可达1000英里，自主潜航时间长达170小时。此外，该计划还将研制32型护卫舰，计划建造5艘这样的护卫舰作为自主无人潜航器的母舰。Cetus无人自主潜航器将与这些护卫舰协同完成水下态势感知、反水雷和反潜战任务。这种装备武器、以电池为动力的自主潜航器将独立运行或与潜艇协同作用，并能装入一个集装箱，以便在全球范围内灵活部署。
图8 英国海军设计的超大型无人自主潜航器Cetus概念02
2.法国
2021年10月，法国海军集团的XLUUV原型首次亮相，其长约10米（可通过安装额外的电池或推进系统增至25米），目前排水量为10吨，最大速度为8节。据法国海军集团方面透露，XLUUV未来的任务将包括扫雷或反舰作战，为此，XLUUV将配备一个武器舱，装载F21重型鱼雷。
2023年5月4日，法国军备总局（DGA）与海军集团签署了一份合同，计划在9个月时间内完成无人潜航器的系统架构。
图9 法国大型无人潜航器准备水下试验
法国海军集团正在研制另一款多用途无人自主潜航器D19，可从潜艇的533毫米鱼雷发射管发射。设计人员打算将其改装到法国正在为印度和巴西海军建造的“天蝎”级常规潜艇上使用。D19在设计上有许多创新，新一代电池可使其航速达15节，自主航行时间长达15天，它的导航和通信设备与Echo Voyager一样，都位于折叠式桅杆上。电池的充电、设备的更换和仪器的维护都在潜航器的载具上进行。
为了提高“苏弗伦”级多用途核潜艇的功能，法国正在研制ASM-X多用途无人自主潜航器。该潜航器长6米多，重量超过1吨，直径533毫米，可通过鱼雷发射管发射。ASM-X 有一个大隔舱，可容纳声呐、干扰器、传感器、通信设备和武器设备。该飞行器将由锂电池供电，可提供110英里的续航能力。
图10 前瞻性多用途无人潜航器D19
3.德国
德国蒂森克虏伯海洋系统公司（TKMS）正在开始建造一种MUM（可改装成水下母艇）型新型水下无人潜航器。该潜航器可作为小型水下无人平台的载体。MUM总长度约为25米，与美国海军最大的水下无人潜航器“虎鲸”的长度大致相同。TKMS称这种设计为“扁鱼”。据说这种布局的优点之一是提高了浮出水面时的稳定性。
按照TKMS公司的设想，MUM将是一款多用途工作母艇，可根据操作员的任务快速定制。该超大型无人潜航器的潜在用途包括检查、维护和修理等近海服务。此外，它还可以协助勘探海上石油、天然气或其他矿藏。
MUM将配备独立于空气的氢燃料电池推进系统，其额定功率约为80千瓦。此外，MUM还将配备锂离子电池，用于峰值过载。
图11 MUM超大型无人潜航器
四、未来无人自主潜航器主要任务及应用形式
UUV能够成功执行各种作战任务，是因为它们具有很强的隐蔽作战能力，能够对敌人实施突然袭击、抵近侦察并执行其他重要任务。国外军方和专家认为，随着超大型、大型无人潜航器的服役，未来的UUV可以在广阔区域搜索潜艇和水面舰艇，长时间秘密监视水下和水面核弹载体，并在敌对行动开始时摧毁敌方的打击力量，以及使护航运输队、登陆舰和军舰、大陆架上的石油生产平台失效。在情报体系的支持下，水下航行器的隐蔽打击能力将进一步扩大，能在世界海洋的任何区域使用。
与海军水面舰艇作战兵力相比，无人潜航器的一个显著特点是对海况和天气的依赖性较低，即便是暴风雨对UUV执行任务的影响也非常小。相反，海况和天气对水面舰艇作战力量的影响则非常大。
图12 未来无人潜航器任务清单
随着技术的不断进步和使用方式的变化，自主潜航器的潜能会越来越大。未来数年，无人自主潜航器将为水下作战方式带来革命性的变化。未来自主潜航器将可以完成目前分配给舰艇的大量任务，这将大大提高海军的作战能力。
未来UUV的应用形式可分为单平台应用和集群应用。根据集群的组成、互动的性质和参与者之间的任务分配，UUV的集群应用可分为协同应用、多用途应用和集成应用。
图13 UUV使用形式
随着海军水下无人潜航器数量的增加，UUV通过集群化运用可以实现各种规模的武装对抗目标。集群协同和自主控制将成为未来作战的主要形式。集群协同应用的特点是多个（同类）自主潜航器同时运行，通过多种单一功能或者多用途无人潜航器的协同运用，解决单类型、单个无人潜航器只能执行特定任务（如侦察和目标指示、击落、控制等）的限制，UUV集群的领导者能够制定和发布任务，并在必要时优化调整其他潜航器的任务，适应更为复杂的战场环境和多样化的作战任务。
五、大型无人潜航器的发展趋势
1、大型化、开放式、大潜深发展，提升多任务作战能力
小型无人潜航器尽管有成本优势，但其航行能力、任务载荷搭载能力非常有限，仅可用于执行近距离情报侦察等任务，难以形成区域威慑能力。大型无人潜航器将成为各国发展潜航器的重点。“蛇头”、“虎鲸”等大型潜航器都具有开放式架构和载荷重新配置的潜力，能够与模块化的传感器、武器、通信等载荷进行快速集成，可以适应未来最新技术升级，并应对不断变化的多任务需求。
此外，无人潜航器技术的主要发展前景之一是提高潜航器的下潜范围和深度。目前的潜航器可以下潜到相当大的深度，但其航程有限。预计未来将开发出新的材料和技术，使潜水器能够在更深的水下作业，覆盖更远的距离。
2、水下高精度导航、远程通信和长时工作能力
目前水下航行器已经具有一定的自主定位精确度，能够执行较多的任务。北斗/GPS、惯性导航、地形匹配导航、地磁场匹配导航、量子导航等技术的发展，以及多种导航手段的组合运用，将为水下无人潜航器适应复杂环境、远距离隐蔽行动提供更好的保障支撑。未来无人潜航器需要发展新的自主定位导航算法和系统，使水下航行器能够更长时间、更高精度地自主定位。限制无人潜航器向更深、更远海域应用的另一技术难题是水下远程隐蔽通信技术。未来多种通信模式的综合运用、隐蔽加密水声通信技术发展将为无人潜航器信息获取、情报交互、远程控制等提供更多的手段。
此外，水下无人潜航器更长时间的水下自主工作也是非常重要的。大型无人潜航器更大的外形结构将能够携带更多的能源，会提高推进系统的航程能力，从而实现更长的任务和水下驻留时间。自主性可以扩大更为复杂的任务范围，例如更远距离的海底攻击和监视。先进的自主性和指挥控制可使潜航器与母舰之间能实现更无缝、实时的连接。
3、水下隐蔽突袭与战略威慑，核鱼雷等新质新域潜航器不断涌现
无人潜航器将在未来海上安全中发挥更重要的作用，通过隐蔽地渗透到关键海域对沿海国家和全球贸易路线构成威胁。一方面水下无人潜航器的隐蔽侦察、区域游弋甚至广泛使用可能导致新的混合冲突，在这种冲突中，灰色地带行动可能成为各国的首选，从而成为在不进行全面战斗的情况下实现其目标的一种手段；另一方面，俄罗斯正在研发的核动力水下无人潜航器，在具有重要战略意义的地点进行巡航、封锁、打击甚至自我爆炸，均可能对作战海域、作战对象及海上战场产生毁灭性威胁和打击，造成灾难性后果。各种类型的无人潜航器的发展将为未来海上新质新域能力生成提供更多可能性。
4、集群协同、智能技术运用，助力支持水下分布式作战能力生成
大型无人潜航器可搭载更多的智能化设备，具备更强的智能感知、智能识别、智能决策等自主工作能力，通过集群化运用、分布式协同工作可支撑水下分布式作战能力生成。由此，美国海军和海军陆战队认为，海面和水下无人平台及集群对海军的未来行动越来越重要。无人平台未来将转向更分散的部队架构，支持实施海军和海军陆战队分布式海上作战（DMO）新概念。2021年8月3日，美国国会研究服务处发布《海军大型无人水面艇与潜航器：背景及国会需要考虑的问题》的报告，认为美国海军希望获得更多的大型无人装备，作为将海军转变为更加分散的舰队架构计划的一部分，助力支持水下分布式作战能力生成。
六、结语
大型无人潜航器代表了自主无人海上装备技术的前沿，必将深刻影响未来的海上作战模式。以美国为首的北约国家纷纷加大对大型无人潜航器的研制，美国海军利用大型无人潜航器可实现包括水雷战、反潜战、电子战、反水面战等多种军事用途，尤其是随着“虎鲸”大型无人潜航器的服役，意味着无人潜航器正在由美海军的辅助作战装备向主力作战力量的转变。俄罗斯在此方向上也在持续发力，“波塞冬”核动力潜航器等装备的研发展示了俄罗斯积极推进大型无人潜航器装备运用的新探索。在美俄等海军强国推进无人作战理论向实战转化的形势下，我国应在此领域积极谋划，加大对无人装备的研发力度，大力提升我国在相关领域的技术能力水平，从而达到保护自身利益的目的。
编译 | 彭传微
核对 | 胡志强
责编 | 姜松
审核 | 陈嫣
