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美國特種水下機(jī)器人REMUS技術(shù)詳解

OaXG_jingzhengl ? 2017-12-11 09:40 ? 次閱讀
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美國海軍專業(yè)排雷中隊(duì)自2002年開始裝備Mk 18 Mod.0型水雷偵察系統(tǒng)(綽號(hào)Skulpi)。其主要組成部分是3臺(tái)便攜式無人自主潛水器(圖1)。后者是“水螅蟲”(Hydroid)公司 (康斯堡海事公司的美國分部)以Remus-100為原型研制的。Remus-100的主要任務(wù)是報(bào)告水下情況、水雷偵察和淺海水下巡視。

圖1 REMUS便攜式自主無人潛水器系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)備

REMUS系統(tǒng)潛水器性能如下:重30.8公斤,長1.3米,直徑0.191米,工作潛深150米,自持力22小時(shí),水下最大航速4節(jié),距海底最小工作距離1.5米(取決于多普勒計(jì)程儀的能力)?;拘脱b備:具有合成孔徑天線(海洋聲學(xué)技術(shù)公司研制)的側(cè)視水聲雷達(dá)(雷達(dá)具有很高的分辨力,距離50米時(shí)為5×5厘米),多普勒計(jì)程儀,GPS導(dǎo)航信號(hào)接收機(jī);溫度和水導(dǎo)電率傳感器

除了制定行動(dòng)計(jì)劃和輸入數(shù)據(jù),操縱員的自動(dòng)化工作席位(配備便攜個(gè)人電腦)還能在彩色編碼顯示器上顯示物體的信息、形狀和水聲影像尺寸,其水聲陰影輪廓,傳輸相對(duì)于環(huán)境背景的水聲對(duì)比效果,從而大大簡化分類,在總體上加快信息處理進(jìn)程。

REMUS系統(tǒng)滿足MIL-STD-810E軍用標(biāo)準(zhǔn),而REMUS的構(gòu)造被美國海軍領(lǐng)導(dǎo)層視為研制新一代小型軍用自主無人潛水器的基本構(gòu)造之一。該系統(tǒng)于2001年列裝,目前是海軍陸戰(zhàn)隊(duì)?wèi)?zhàn)斗蛙人偵察中隊(duì)、SEAL特種戰(zhàn)斗蛙人分隊(duì)和海軍掃雷部隊(duì)潛水中隊(duì)的全套技術(shù)裝備的組成部分。

2003年3月美國海軍第1特種排雷中隊(duì)在伊拉克烏姆卡斯?fàn)柛坶_展入港航道和港灣清理工作的過程中使用了Mk 18 Mod.0“鋸鲉”系統(tǒng)。在一個(gè)月的時(shí)間里一共成功地發(fā)現(xiàn)了237個(gè)水下目標(biāo),其中100個(gè)被認(rèn)定為水雷。REMUS可由海豚攜帶,并使用MK 7 MMS型全套設(shè)備中的設(shè)備(圖2)。

圖2 由海豚攜帶的MK7 MMS系統(tǒng)

美國海軍將自主無人潛水器與在編的海洋動(dòng)物群聯(lián)結(jié)合使用同,每個(gè)單位包括2對(duì)經(jīng)訓(xùn)練能在100米以內(nèi)深度搜索沉底水雷和完全埋入泥土(埋深0.5米)的水雷。海豚還被用于驗(yàn)證無人潛水器對(duì)海底的調(diào)查結(jié)果。

圖3 Remus-600自主無人潛水器

目前已經(jīng)研制了Remus-100的改進(jìn)型Remus-600(圖3)。其特點(diǎn)是,由3個(gè)艏舵和3個(gè)艉舵組成的操縱系統(tǒng)能夠確保潛水器具有高度的機(jī)動(dòng)性,在較大的航速范圍內(nèi)有很好的穩(wěn)定性。Remus-600直徑0.32米,長3.24米。其搜索設(shè)備是小合成孔徑聲納。

小合成孔徑聲納系統(tǒng)重量達(dá)87公斤,消耗功率150瓦。同時(shí),Remus-600有蓄能超過5.4千瓦時(shí)(單組)的蓄電池。利用有效載荷騰出來的地方(即除去小合成孔徑聲納),還可以再布置2個(gè)蓄電池組,使儲(chǔ)備能量達(dá)到16.2 千瓦時(shí),可使航程增加到280海里,自持力達(dá)到數(shù)晝夜。

根據(jù)Mk 18 Mod.0“鋸鲉”的實(shí)戰(zhàn)使用經(jīng)驗(yàn),美國人做出了對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的決定。重43公斤的新改型Mk 18 Mod.1“劍魚”,用于收集水聲和測(cè)深信息,以及查明敵人近岸地帶深3-12米的抗登陸工程障礙系統(tǒng)。從2008年起列裝了9套該系統(tǒng)。得益于很高的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能,不僅美國海軍使用該系統(tǒng),英國、德國、意大利、荷蘭、比利時(shí)、挪威、瑞典、芬蘭、愛沙尼亞、新加坡、澳大利亞和新西蘭海軍也廣泛使用上述型號(hào)的便攜式自主無人潛水器。

美國特種排雷中隊(duì)從2010年起裝備Silayan系統(tǒng),該系統(tǒng)包括3臺(tái)“金槍魚-9”潛水器,后者重50公斤,長1.65米,直徑240毫米,航速2~5節(jié),工作時(shí)間12小時(shí),使用深度達(dá)200米。它們裝備了同樣的上述側(cè)視聲納和攝像機(jī)。

與此同時(shí),L-3通信海洋系統(tǒng)公司研制了Mk 8 EMD試驗(yàn)型便攜式掃雷潛水器。該潛水器重28公斤,長1.05米,直徑200毫米,最大航速12節(jié),航速8節(jié)時(shí)持續(xù)工作時(shí)間15分鐘,航速4節(jié)時(shí)持續(xù)工作時(shí)間2小時(shí),工作深度2~300米。裝備2臺(tái)電視攝像機(jī)和1臺(tái)作用距離達(dá)50米的聲納。

來自聲納的信息和目標(biāo)影像沿光纜傳輸至艦上控制系統(tǒng)的顯示器,以進(jìn)一步分析和識(shí)別水雷。潛水器的戰(zhàn)雷頭(重16公斤)可裝聚能炸藥或爆破炸藥。

在“外國武器裝備比較試驗(yàn)”計(jì)劃框架內(nèi),美國專家測(cè)試了冰島Hafmynd公司研制的“潛鳥”(Gavia)自主無人潛水器(重44公斤,長1.7米,直徑200毫米,航速達(dá)6節(jié),持續(xù)工作時(shí)間達(dá)30小時(shí))。鑒于良好的試驗(yàn)結(jié)果,2010年特立達(dá)因科技公司獲得了生產(chǎn)權(quán)。

“潛鳥”自主無人潛水器的構(gòu)造特點(diǎn)是采用模塊化配置。設(shè)備系統(tǒng)包括4個(gè)制式密封模塊:裝有攝像機(jī)的艏部模塊,控制、通信和導(dǎo)航模塊,蓄電池模塊,推進(jìn)模塊(圖4)。

圖4 “潛鳥”無人自主潛水器

計(jì)劃使用適用于潛水器極限潛深的可更換有效載荷模塊,后者通過可拆卸的對(duì)接裝置與潛水器連接。據(jù)美國專家評(píng)估,該潛水器的性能優(yōu)于當(dāng)前其他同類型號(hào)。例如,同類型號(hào)的潛深為100~200米,而用鋁合金或高合金鋼制成的“潛鳥”無人潛水器的4種改型分別達(dá)200、500、1000、2000米(在海水溫度為-2~+35°С的情況下)。

潛水器可裝備搜索和探測(cè)水下目標(biāo)的前視聲納,對(duì)發(fā)現(xiàn)的海底目標(biāo)進(jìn)行分類的多射束掃描側(cè)視聲納??筛鼡Q有效載荷包括水深測(cè)量設(shè)備(例如輪廓測(cè)定儀)和水文數(shù)據(jù)收集設(shè)備,以及高分辨率數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。

2008年,潛深達(dá)1000米的“潛鳥”無人潛水器交付澳大利亞海軍。2009年,葡萄牙海軍購買了2臺(tái)探雷型“潛鳥”無人潛水器。潛深為200米的型號(hào)則在美國海軍第1特種排雷中隊(duì)試用。根據(jù)總額1000萬美元的合同,美國海軍將購買10臺(tái)具有不同配置的“潛鳥”無人潛水器。

在以324毫米小型自主無人潛水器為基礎(chǔ)的探雷系統(tǒng)中,諾斯羅普-格魯曼公司的Mk18Mod.2“無鰾石首魚”是最先進(jìn)的型號(hào)。其海試已從2012年7月開始進(jìn)行。該系統(tǒng)包括3臺(tái)潛水器(工作深度為5~300米,搜索速度為4.5節(jié)時(shí)可持續(xù)工作10小時(shí),由水螅蟲-康斯堡公司以Remus-600潛水器為原型研制)。

其動(dòng)力裝置包括鋰離子蓄電池(5200瓦)和電動(dòng)機(jī)(雙葉螺旋槳)。舵面方向?yàn)?°~120°~240°,從而減小了旋轉(zhuǎn)半徑,大大降低了潛水器受損的可能性。

基本配置包括具有天線動(dòng)態(tài)聚焦設(shè)備的側(cè)視聲納、攝像機(jī)(有輔助照明設(shè)備)、海水溫度和導(dǎo)電性傳感器。為了有效搜索完全埋入底土的水雷,可裝備帶合成孔徑天線的側(cè)視聲納。同時(shí),為了使因攜帶可更換模塊而使長度增加1米、重量增加44.5公斤的潛水器保持機(jī)動(dòng)性,加裝了裝有舵面的的艏艙。原計(jì)劃2013年底進(jìn)行制品各組件的最后配合演練并完成試驗(yàn)計(jì)劃。據(jù)研制方估計(jì),量產(chǎn)型的價(jià)格應(yīng)為10萬美元左右。

目前通用動(dòng)力公司正在研制未來的“小刀魚”探雷系統(tǒng)。該系統(tǒng)將是“自由”級(jí)和“獨(dú)立”級(jí)輕型護(hù)衛(wèi)艦全套反水雷裝備的一個(gè)組成部分。計(jì)劃在在研的模塊(采用20英尺標(biāo)準(zhǔn)20集裝箱的尺寸)中布置2臺(tái)自主無人潛水器、收放裝置和第二套蓄電池,以及操縱員自動(dòng)化工作席位。

系統(tǒng)的主要組成部分--無人潛水器(長6.1米,直徑533毫米,重1360公斤,工作深度12~300米)以正在試用的“金槍魚-21”潛水器為原型。為了降低物理場(chǎng)信號(hào)特征,減小尺寸和重量,除鋁合金外,潛水器構(gòu)造還將采用多層復(fù)合材料和強(qiáng)化玻璃鋼?!敖饦岕~-21”潛水器由金槍魚機(jī)器人技術(shù)公司研制,重750公斤,直徑533毫米,長約5米,搜索速度3~4節(jié),最大時(shí)速8.3公里,持續(xù)工作時(shí)間達(dá)25小時(shí),搜索效率為0.12平方海里/小時(shí),搜索寬度150米,潛深4500米,總動(dòng)力耗量13.5千瓦時(shí)(9組鋰聚合物蓄電池,功率各為1.5千瓦時(shí))

動(dòng)力裝置包括2組模塊化鋰離子蓄電池和1臺(tái)電動(dòng)機(jī),驅(qū)動(dòng)一副用復(fù)合材料制成的三葉片螺旋槳(布置在環(huán)形套筒中),后者是采用鉸鏈的推進(jìn)裝置-舵聯(lián)合系統(tǒng)。采用這種固定方式能夠確保潛水器具有較高的機(jī)動(dòng)性,特別是在以低速和超低速航行時(shí)。據(jù)研制方測(cè)算,該型潛水器在以6節(jié)速度航行時(shí)自持力不少于16小時(shí)。

潛水器上主要的搜索設(shè)備是具有合成孔徑天線的高分辨率低頻側(cè)視聲納,它是由Ultra Electronics公司與賓夕法尼亞國家大學(xué)應(yīng)用研究試驗(yàn)室聯(lián)合研制的。來自聲納的數(shù)據(jù)將被記錄在存儲(chǔ)容量為12TB的可拆卸硬盤中。除制定行動(dòng)計(jì)劃和輸入數(shù)據(jù)外,潛水器上的軟件和硬件設(shè)備還能自動(dòng)處理和分析(通過與所有水雷(或類似目標(biāo))數(shù)據(jù)模型庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì))接收到的信息。

美國計(jì)劃2019年開始批量生產(chǎn)和向海軍交付24套“小刀魚”系統(tǒng)和6套訓(xùn)練設(shè)備。

為了對(duì)海底進(jìn)行高精度的制圖研究,根據(jù)美國海軍海洋地理局的訂貨,“水螅蟲”公司研制了Remus-6000深潛器(重900公斤,長4.1米,殼體直徑600毫米,搜索速度4節(jié),自持力12小時(shí)),得益于鈦合金殼體,它能夠下潛至6000米的極限深度。

這種深潛器的可更換有效載荷包括側(cè)視聲納(工作頻率300/900千赫)、水底輪廓測(cè)定儀(工作頻率30/200千赫)、攝像機(jī)(帶輔助照明設(shè)備)。目前有2艘這種深潛器在美國海軍中服役。

在極淺水域搜索和排除水雷的任務(wù)十分困難。主要問題是,需要在碎波持續(xù)的情況下對(duì)深度小于2~5米的近岸水域進(jìn)行水聲測(cè)位照相,這種水域的典型特點(diǎn)是有猛烈的拍岸浪。而大大的拍岸浪無法到達(dá)、水深小于1米、相對(duì)平靜的近岸淺水區(qū),茂密的水下植物給搜索抗登陸水雷帶來了很大困難。

為了解決上述任務(wù),美國啟動(dòng)了一個(gè)小型(便攜式)自主無人潛水器系統(tǒng)研發(fā)計(jì)劃。這種系統(tǒng)用專門用于在淺水區(qū)和拍岸浪區(qū)(水深小于12米)搜索和排除(壓制、標(biāo)示、摧毀)沉底水雷和抗登陸錨雷。

目前,列入這個(gè)計(jì)劃的候選基本設(shè)計(jì)包括:

①“蟹形爬行”無人潛水器,波士頓iRobot公司于1990年代末研制。這種潛水器(圖5)被稱作“有腿自主潛水器”(Autonomous Legged Underwater Vehicle)。其中最著名的是Arie1-II,其搜雷能力曾在各種條件下進(jìn)行了演示,包括在瑞威爾海灘(馬薩諸塞州)附近,在沿岸系統(tǒng)站(Coastal Systems Station)靶場(chǎng)(佛羅里達(dá)州)和蒙特雷灣。試驗(yàn)證明它在海濱坡地具有良好的穩(wěn)定性和對(duì)鋼鐵目標(biāo)定位的能力,但是據(jù)研制公司披露,“在保障動(dòng)態(tài)控制方面還需要做大量的工作”。盡管在近岸水域行動(dòng)的無人潛水器的構(gòu)想相當(dāng)簡單,但發(fā)現(xiàn)了需要進(jìn)行補(bǔ)充研究的一系列綜合問題。其中包括,在意外故障之后確保精確導(dǎo)航和恢復(fù)無人潛水器的航行速度;在拍岸浪區(qū)猛烈的湍流中越過障礙。

②“游騎兵”自主無人潛水器,由Nekton Research LLC公司研制。長920毫米,直徑90毫米,基本型重約4.5公斤,最大自持力4小時(shí)(潛航速度2-4節(jié))。

③“海爪”自主無人潛水器,由福斯特-米勒公司研制。是在“爪”式陸地機(jī)器人的基礎(chǔ)上研制的能在深度小于30.5米的區(qū)域移動(dòng)的爬行潛水器。

圖5 蟹形反水雷無人潛水器

前面已經(jīng)提到,Remus600無人潛水器成功地在“北達(dá)可他”號(hào)潛艇上進(jìn)行了水下釋放和回收試驗(yàn)??偟貋碚f,美國專家在實(shí)踐中首次實(shí)現(xiàn)了在水下從潛艇上使用可復(fù)用無人潛水器的構(gòu)想。例如:

▲AN/BLQ-11系統(tǒng)的水下搜雷潛水器(作戰(zhàn)半徑120海里,搜索時(shí)間40小時(shí)(速度6節(jié)),使用深度12~475米)從潛艇魚雷發(fā)射管放出。用同側(cè)的2具魚雷發(fā)射管回收。上邊的魚雷發(fā)射管布置有長18米的可伸縮機(jī)械手,用于抓取潛水器,并將其送入下面的魚雷發(fā)射管。這種方法的不足是需要使用4具魚雷發(fā)射管中的2具,使彈藥架上的彈藥從26件減至16-18件??紤]到這些,以及系統(tǒng)價(jià)格較高(大約180萬美元),只試用了1套設(shè)備(原打算一共購買12~16套系統(tǒng))。

▲代號(hào)為“蝠鲼”的長期計(jì)劃(始于1996年)中的作戰(zhàn)潛水器。計(jì)劃用潛水器將在近岸區(qū)域獨(dú)立進(jìn)行海上偵察,搜索、探測(cè)和用魚雷(包括未來的超空泡魚雷)摧毀敵方水下目標(biāo)。用多用途核潛艇作為其運(yùn)載工具。計(jì)劃在艇艏布置4臺(tái)殼體外形似鰩、不會(huì)影響潛艇的流體動(dòng)力學(xué)性能和水聲特征的潛水器。

自2011年起積極推進(jìn)大型無人作戰(zhàn)潛水器的研發(fā)工作。到2013年3月之前應(yīng)確定對(duì)無人作戰(zhàn)潛水器的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求、必要的技術(shù)研究清單、生命周期成本。美國海軍初步提出了對(duì)這種潛水器的一般要求。根據(jù)其構(gòu)想,LDUVV長6米,直徑1.6~1.8米,在小于250米工作深度時(shí)航速小于6節(jié) ,可在不少于70晝夜的時(shí)間內(nèi)(包括展開和返回駐地時(shí)間)在遠(yuǎn)方海(洋)區(qū)執(zhí)行作戰(zhàn)和特種任務(wù)。其所攜帶的主要裝備是4枚324毫米魚雷和外置的水聲傳感器(多達(dá)16個(gè))。潛水器可從岸上站點(diǎn)上使用,也可從水面艦船、多用途核潛艇(發(fā)射井)以及“俄亥俄”級(jí)巡航導(dǎo)彈核潛艇上使用。對(duì)LDUVV尺寸和重量的要求在很多方面取決于這些潛艇的發(fā)射井的尺寸(直徑2.2米,高7米)。

計(jì)劃2015開始進(jìn)行以“海神”潛水器為原型的LDUUV原型的演示試驗(yàn)。“海神”潛水器由金槍魚機(jī)器人公司和哥倫比亞集團(tuán)公司聯(lián)合研制,重3.7噸,有效載荷1.6噸,航速6節(jié)時(shí)持續(xù)工作時(shí)間為92小時(shí),以5~9節(jié)的平均速度移動(dòng)時(shí)續(xù)航力達(dá)600公里,最大航速10節(jié)(18公里/小時(shí))。是否繼續(xù)研制新系統(tǒng),將于2017年做出最終決定,計(jì)劃2020年開始試生產(chǎn)10臺(tái)。

“海神”潛水器(圖6)能承擔(dān)大量功能:從預(yù)定水域巡邏到隱蔽跟蹤彈道導(dǎo)彈核潛艇。潛水器里配置了貨艙,可搭載180公斤載荷,包括各種傳感器、通信設(shè)備、爆炸裝置(物)等。還可以攜帶MK67水下機(jī)動(dòng)水雷或MK54魚雷,因而在必要時(shí)能對(duì)所跟蹤的目標(biāo)實(shí)施打擊。

圖6 “海神”(Proteus)無人潛水器

在實(shí)施美國海軍的Holdat risk構(gòu)想時(shí)可有效使用這種反潛潛水器。該構(gòu)想是指,在獲悉敵潛艇出航時(shí)間的情況下,做好在已知港灣附近探測(cè)敵潛艇的準(zhǔn)備。同時(shí),根據(jù)敵方在己方港灣附近的制空能力,在敵潛艇駛出港灣后的下潛點(diǎn)附近選擇無人潛水器的投送點(diǎn)。在潛艇未駛離碼頭時(shí),提前將潛水器投送至預(yù)定區(qū)域待機(jī)。根據(jù)港口的水文地理資料,可根據(jù)已知或預(yù)測(cè)的潛艇航行路線分散配置潛水器。

總地來說,該計(jì)劃的特點(diǎn)是技術(shù)和財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)較高。據(jù)初步估計(jì),量產(chǎn)型的價(jià)格可能不低于7500萬美元,20年使用成本約為7億美元。

另一方面,正在積極研制可對(duì)抗上述反潛和反水雷無人潛水器的無人駕駛系統(tǒng)??筛鶕?jù)所擔(dān)負(fù)的任務(wù)將后者分為以下幾類:欺騙型、殲擊型、捕獲型、綜合型;集上述兩種或三種功能于一體?;蛘吒鶕?jù)所防護(hù)的目標(biāo)類型分為:用于保護(hù)潛艇、雷場(chǎng)的,用于保護(hù)水區(qū)、港區(qū)、導(dǎo)彈載艇駐區(qū)、水下靶場(chǎng)的,用于守衛(wèi)邊界的,用于保護(hù)海上固定設(shè)施(石油平臺(tái)等)的,用于保護(hù)水面艦船的。

反無人潛水器欺騙系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)抗敵方無人潛水器的引導(dǎo)系統(tǒng)和傳感器,暗中調(diào)換其目標(biāo),其最終目的果是“迷惑”敵無人潛水器,將其從任務(wù)目標(biāo)引開,或者創(chuàng)造條件使其不能發(fā)現(xiàn)或識(shí)別目標(biāo)。這種類型的無人潛水器目前最常見的是水聲對(duì)抗裝備、漂移型自衛(wèi)型無人潛水器和其他類似裝置。通常,這種設(shè)備被視為反魚雷裝備,亦即使來襲魚雷偏離潛艇,或制造干擾影響魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)的工作。

這種水聲對(duì)抗裝備的典型例子是“水利儀器”中央科學(xué)研究所MG-74E自行水聲對(duì)抗裝置(圖7),其功能是對(duì)抗?jié)撏А⑺媾炌У乃曄到y(tǒng),反潛兵力的水聲監(jiān)視裝備和魚雷的自導(dǎo)系統(tǒng)。

圖7 MG-74E水聲壓制裝置

這些系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)是潛艇上的水聲對(duì)抗裝置數(shù)量有限,而且在水聲對(duì)抗裝置存放在潛艇魚雷艙里和用制式魚雷發(fā)射管發(fā)射的情況下,它們占用潛艇本可裝備的武器的位置,因此削弱了潛艇的作戰(zhàn)效能。

還必須指出,在用大型反潛潛水器(例如“蝠鲼”項(xiàng)目)探測(cè)和攻擊潛艇時(shí),具有一定效能的水聲壓制裝備只能幫助把潛水器直接發(fā)射的武器引開,但不能把威脅更大的潛水器本身引開,因?yàn)楹笳邠碛懈蟮哪芰績?chǔ)備,能使它跟蹤并再次對(duì)目標(biāo)發(fā)起攻擊。

因此只裝備了用于反無人潛水器欺騙系統(tǒng)的潛艇應(yīng)盡可能多地?cái)y帶這種系統(tǒng),以便能至少破壞無人潛水器的幾次攻擊。目前,一些國家正在積極研制的舷外裝備模塊(甚至在小型潛艇上也可以布置)是部署足夠數(shù)量的反無人潛水器欺騙系統(tǒng)這一問題的解決辦法。

反無人潛水器殲擊系統(tǒng)既能完全地、也能部分地對(duì)敵無人潛水器進(jìn)行物理摧毀,包括破壞其傳感系統(tǒng)(例如利用爆炸)、關(guān)鍵組成部分——?dú)んw、控制系統(tǒng),包括通信線路、發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)系統(tǒng)等。其工作的最終結(jié)果是對(duì)無人潛水器進(jìn)行破壞,阻止其執(zhí)行任務(wù)。

目前一些國家正在積極研制作為“反魚雷魚雷”使用的反無人潛水器殲擊系統(tǒng),也就是能夠瞄準(zhǔn)并利用戰(zhàn)斗部不接觸爆炸來消滅小型快速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的專業(yè)潛水器。這種反無人潛水器系統(tǒng)不僅可用于對(duì)付來襲武器,還可對(duì)付武器的運(yùn)載工具——無人潛水器。賓夕法尼亞州國立大學(xué)應(yīng)用研究試驗(yàn)室研制的反魚雷魚雷就是一個(gè)例子(圖8)。

圖8 賓夕法尼亞州國立大學(xué)研制的反魚雷魚雷

反無人潛水器捕獲系統(tǒng)能捕獲敵潛水器。網(wǎng)、特種誘餌等都屬于這種系統(tǒng)。通常,這種反無人潛水器系統(tǒng)用于裝備潛水器,但是不排除也為水面無人艇研制捕獲系統(tǒng)的可能性。

這種系統(tǒng)對(duì)無人潛水器的作用包括:使?jié)撍鲉适Щ顒?dòng)能力,壓制其用于傳輸信號(hào)的通信信道(對(duì)于沒有水下通信信道的潛水器來說,不許其浮到水面就足夠了)。

綜合型反無人潛水器系統(tǒng)可擔(dān)負(fù)多種系統(tǒng)的功能??筛鶕?jù)具體任務(wù)確定其組成。例如大深度錨泊裝置。其主動(dòng)部分上升到水面,制造“假目標(biāo)”(同時(shí)通過敵我識(shí)別系統(tǒng)防止捕獲己方無人潛水器),引誘敵潛水器靠近自己,使其不能活動(dòng),并捕獲之,然后利用錨上的絞盤,將敵人潛水器拖至其不能承受的深度,使其報(bào)廢。

除了上述無人潛水器。值得一提的還有近年來快速發(fā)展的滑翔型和漂移型自主潛水器。許多專家認(rèn)為,用它們?cè)陬A(yù)定行動(dòng)區(qū)域隱蔽收集水文資料更加有效,因?yàn)槠渥猿至^高(長達(dá)數(shù)月),水聲特征弱。

這種無人潛水器裝備測(cè)量和信息系統(tǒng),能沿1或2個(gè)指揮和通信信道定期傳輸收集到的測(cè)量數(shù)據(jù)和部分加工過的測(cè)量數(shù)據(jù)。

滑翔型潛水器在水中通過調(diào)整剩余浮力上下和前后移動(dòng)(傾斜軌跡)。為此,取代配備螺旋槳的動(dòng)力裝置,為其裝備了浮力自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以調(diào)整剩余浮力值和標(biāo)記的方式形成控制動(dòng)作。

浮力自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)包括平衡水柜(布置在固殼中)、彈性容器(布置在水循環(huán)艙中)、配電電磁閥、工作液液壓泵(通常是礦物油)、艉穩(wěn)定器。在質(zhì)量排水量不變的情況下,可通過從平衡水柜中排出工作液或相反——向平衡水柜調(diào)節(jié)潛水器的容積排水量,從而調(diào)節(jié)浮力。因?yàn)楦×ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)是潛水器電能的主要用戶,滑翔型潛水器的自持力在很大程度上既取決于浮力自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作算法,也取決于執(zhí)行系統(tǒng)的類型。

圖9 “斯洛克姆”G2水下滑翔機(jī)

美國特立達(dá)因公司研制了“斯洛克姆”滑翔型潛水器(圖9)。該潛水器重52公斤,長1.5米,直徑213毫米,2組堿性蓄電池,裝備2種動(dòng)力裝置(電動(dòng)力裝置和熱動(dòng)力裝置)。下水時(shí),潛水器沿平緩傾斜軌跡以0.8節(jié)的平均速度下潛至200米以內(nèi)深度,然后沿上升軌跡上浮,周而復(fù)始。該潛水器自持力20~30天(取決于所搭載的設(shè)備),在沿1500公里的航線航行時(shí)能向岸上信息收集與處理中心傳回資料??筛鼡Q有效載荷包括各深度層海水溫度、鹽度、密集、導(dǎo)電率測(cè)量傳感器,聲測(cè)設(shè)備,水聽器,表層流和深層流參數(shù)測(cè)量傳感器。潛水器由其搭載的處理器程序控制。每2~3小時(shí)上浮至半潛狀態(tài),用“銥”星系統(tǒng)設(shè)備與岸上信息收集與處理中心交換數(shù)據(jù),并根據(jù)“導(dǎo)航星”空間導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)的數(shù)據(jù)校正位置??臻g導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)的天線裝置和無線電通信設(shè)備安裝在垂直穩(wěn)定鰭上。

在“斯洛科姆”中使用“熱機(jī)”(利用不同深度層的溫差工作)的情況下,自持力超過300晝夜,工作深度達(dá)1500米,因?yàn)樵谏疃确秶鷶U(kuò)大的情況下,溫度升降率也隨之增加,這提高了動(dòng)力裝置的效能。

例如,以“斯洛科姆”為原型研制的“紅色騎士”于2009年用221晝夜從西向東橫越大西洋,航程11745公里,創(chuàng)造了自持力和航程紀(jì)錄。同時(shí)完成了11000次下潛和上浮,與岸上信息收集處理和定位中心進(jìn)行了約1000次數(shù)據(jù)交換。

特立達(dá)因公司的“斯洛科姆”被美國海軍領(lǐng)導(dǎo)層選為“瀕海戰(zhàn)場(chǎng)傳感——滑翔機(jī)”計(jì)劃框架內(nèi)海洋地理潛水器采購計(jì)劃的基本方案之一。

近年來,國外自主無人潛水器市場(chǎng)的發(fā)展速度趨緩。2012年中期以前建成的自主無人潛水器總數(shù)估計(jì)為1100~1200艘,其中70%是2002~2008年建造的。近85%在用的自主無人潛水器極限工作潛深小于600米。小型無人潛水器(重50~70公斤,價(jià)格為6~30萬美元)占比最大(65%,不包括水下滑翔機(jī))。

軍隊(duì)對(duì)研制和使用具有超長自主續(xù)航時(shí)間(從數(shù)周到1年)的無人潛水器的興趣在增加。這種潛水器在執(zhí)行與大范圍測(cè)量水層和海底附近環(huán)境參數(shù)相關(guān)的海洋地理研究任務(wù)中表現(xiàn)良好。鑒于其構(gòu)造特點(diǎn),它們被單獨(dú)歸為一類無人潛水器——水下滑翔機(jī)。目前國外已經(jīng)研制了8~10個(gè)水下滑翔機(jī)型號(hào),其中值得一提的是:“海洋滑翔機(jī)”、“斯克洛姆-E”、“斯克洛姆-T”、“噴射滑翔機(jī)”、“X射線滑翔機(jī)”(圖10)、“ANT淺水滑翔機(jī)(美國),“斯特恩”(法國)、“佛拉加”(意大利)。目前世界上已經(jīng)建成超過550艘水下滑翔機(jī)。預(yù)計(jì)到2020~2025年之前,它將成為執(zhí)行各種軍事任務(wù)需求最大的無人潛水器

截至2012年12月,美軍有500艘無人潛水器,其中67%屬于自主無人潛水器。到2017年之前美國海軍的潛水器將超過700艘,不包括用于滅雷、施放水聲干擾、模擬水下目標(biāo)等的潛水器。

在水下環(huán)境不明和缺乏高精度導(dǎo)航設(shè)備的情況下,同時(shí)導(dǎo)航和繪制地圖的的構(gòu)想是比較現(xiàn)實(shí)的。同時(shí),與按聲納影像探測(cè)和識(shí)別重要目標(biāo)相關(guān)的問題以及建立潛水器載地理信息系統(tǒng)(用于儲(chǔ)存、處理和提取海量的外部環(huán)境數(shù)據(jù))的問題尤為重要。

現(xiàn)代化的自主無人潛水器一次下潛能自主完成一系列任務(wù),這要求研制以有效的和富于表達(dá)力的邏輯為基礎(chǔ)的高水平的自主無人潛水器任務(wù)說明與給定設(shè)備,開發(fā)相應(yīng)的自主無人潛水器控制系統(tǒng)架構(gòu)及其行為形成方法;可以通過使用自主無人潛水器編隊(duì)提高水下工作效能。同時(shí),會(huì)出現(xiàn)制定多目標(biāo)編隊(duì)任務(wù)計(jì)劃,在環(huán)境信息不全面、不準(zhǔn)確和有無源及有源障礙的情況下指揮自主無人潛水器編隊(duì)航行的任務(wù)。

圖10 “X射線滑翔機(jī)”無人潛水器

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原文標(biāo)題:美軍部分軍用和特種水下機(jī)器人的技術(shù)系統(tǒng)

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