美军计划在2014年建成大型无人潜艇

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导读:美国波音公司2001年建造的无人潜艇“Echo Ranger 美军欲打造大型无人潜艇   探测路边炸弹、侦察外国军情、发动远程攻击,美国无人机在各个领域大展身手,成为各国媒体争相关注的宠儿,而无人潜艇似乎还藉藉无名,这是为什么呢?其实早在20世纪60年代无人潜水装置就出现了,广泛应用于打捞、救援、海底勘探、反水雷作战等领域,但因为现有的无人潜艇续航时间短、排水量小,难以执行长时间、复杂化的任务,军事上的应用比较有限。不过一向追求高科技的美军正努力改变这一现状,试图让未来的无人潜艇成为“耳

美军计划在2014年建成大型无人潜艇

美国波音公司2001年建造的无人潜艇“Echo Ranger

美军欲打造大型无人潜艇


探测路边炸弹、侦察外国军情、发动远程攻击,美国无人机在各个领域大展身手,成为各国媒体争相关注的宠儿,而无人潜艇似乎还藉藉无名,这是为什么呢?其实早在20世纪60年代无人潜水装置就出现了,广泛应用于打捞、救援、海底勘探、反水雷作战等领域,但因为现有的无人潜艇续航时间短、排水量小,难以执行长时间、复杂化的任务,军事上的应用比较有限。不过一向追求高科技的美军正努力改变这一现状,试图让未来的无人潜艇成为“耳聪目明”的水下侦察兵、悄无声息的水下杀手。


根据美国海军《情报、监视与侦察路线图》,美军计划在2014年建成大排水量无人水下航行器(LDUUV),从2017年起服役,到2020年左右形成一支无人潜艇部队。不过要想实现这一计划,首先要破解种种技术难题。


难度之大 堪比寻找圣杯


据美国海军研究办公室公布的资料,设想中的大排水量无人水下航行器(LDUUV)将是一种完全自主控制、续航时间长、从岸上发射、能够在浅海活动的无人水下航行器。其直径大于36英寸(约91厘米),排水量约2万磅(9吨),续航力在70天以上,通过配置不同的装备,能够执行长时间的情报、监视和侦察任务,进行长航程的海洋测量,执行爆炸物处理、水雷战、反潜战等任务。


不过,要实现海军要求的性能,需要非常先进的新技术,这些技术也许还只存在于发明家的想象之中,潜在的承包商和技术专家经常把研发大型无人潜艇比作古代骑士寻求圣杯的传说——一项伟大而艰难的任务,没有人见过圣杯的样子,也没有人知道圣杯在哪里。据《防务新闻》网站报道,最主要的技术难题有两个:一、怎样才能提供足够的动力,使其能够续航70天而且不会被轻易发现?二、如何规避水面、水中、水底的障碍物,实现自动导航?


采用新能源技术 寻求持久动力


最大的难题就是如何为大型无人潜艇提供理想的动力。海军对动力系统的要求很多,如不依赖空气、持久耐用、安全、环保、体积小、重量轻、启动快、效能高等。美国海军首先否决了核动力,原因很简单:一旦发生紧急状况,艇上又没有人,无法及时处理,后果不堪设想。为了保持无人潜艇的隐蔽性,将采用“不依靠空气推进”(AIP)系统。传统的动力系统——电池根本无法满足海军的要求,因为其电量无法满足水下航行70天的要求。氢气发生器或许是一种不错的选择。美国海军已经与AlumiFuel动力公司(API)签署了一项合同,试验用氢气发生器为小型潜航器提供动力。尽管氢气在能源领域的潜力众所周知,但氢气必须存储在厚实耐压的容器中,其不小的重量和体积都将给大型无人潜艇带来不少麻烦。也许还有其他能源可以提供足够的动力,但是美国海军此时正在评估各个机构提交的设计方案,各方都不肯透露细节。据独立分析家罗伯特·诺瓦克猜测,最终的设计可能会采用混合动力系统。在低速行驶,对动力要求较低时,采用电池驱动;需要提高速度时,通过转换装置切换到另一种能源系统。海军为了减少对能源的需求,还要求无人潜艇上的其他系统必须高效节能。


美国海军高层非常重视无人潜艇的动力问题,认为如果无法找到满足要求的动力,大型无人潜艇就无法完成其任务。《情报、监视与侦察路线图》指出,海军将首先提供资金解决“无人水下航行器的动力和续航力”问题,然后才是“传感器、指挥控制与计算机、网络和自动控制”等问题。去年9月刚刚退役的海军作战部长加里·拉夫海德上将就非常关注这一问题。去年8月份,在无人航行器系统国际会议上发言时,他指出:“我广泛撒网,坚持不懈地寻求高密度水下动力,这项技术一旦成功,将是革命性的。”作为诱饵,他把过去5年中海军研究与开发预算中的一半都投入到解决潜航器的动力问题上。在2012年,美国海军计划投入4700万美元用于大型无人潜艇的研发。


避开暗礁与渔网 实现自动导航


解决了动力问题,并不意味着就找到了圣杯。无人潜艇的导航可比操纵无人机复杂不知多少倍。金枪鱼机器人(Bluefin Robotics)公司的项目主管杰夫·史密斯主要研究无人潜艇的自动控制问题,他说:“每年被渔网捞到的海豚和海豹数不胜数。而我们要面对的现实是:尽管我们的无人航行器已经很聪明,但在环境感知方面,这些机器的能力将永远不会接近海豚或者海豹。”即便是有人驾驶的潜艇,也多次发生相互碰撞或与商船相撞的事故。此外,由于无线电波难以在深海中传播,岸上控制人员无法与水下活动的无人潜艇建立快速高效的通信,不能进行实时控制。因此,控制无人潜艇尚不能像控制无人飞机那样简单易行。2008年,英国某公司的一艘自主型无人潜艇在试航时发生故障,至今下落不明。所以无人潜艇的自动导航尤为重要。


美军未来的无人潜艇肯定造价不菲,也会涉及很多秘密。美国可不想自己的无人潜艇被外国渔民捞到,或者触礁了被俘获,或者失去控制无处寻觅,所以在自动导航方面提出了很高的要求。首先,大型无人潜艇能够在70天的航程内,按照计划抵达40个规定的航点,抵达每个航点的时间误差在5小时内,距离误差在50米之内。这一点并不容易实现,因为无人潜艇在水下无法接受GPS信号,难以准确校时和定位。其次,该潜艇要能够发现海底所有直径大于6英寸(约15厘米)的障碍物;在水面或靠近水面航行时,发现2海里内所有水面船只的概率要达到99.9%;发现100英尺(约30.5米)内渔网的概率要超过80%,并能够绕开渔网。再次,还能够根据水面船只的活动特点,判断船只的类型是渔船、军舰、游船,还是商船,并根据复杂的自动控制算法确定不同情况下的机动方式。


就算动力问题和自动导航问题都解决了,也并不意味着万事大吉。充足的动力并不能确保持久的续航力,例如潜艇在长时间的航行过程中,船体上会附着大量水生物,增大船体阻力,降低航速。温度控制也很重要,无人潜艇全靠艇上的计算机控制,如何防止计算机过热,也是个棘手的问题。



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