水下无人潜航器步入新时代

水下无人潜航器步入新时代

2013年10月04日14:22来源：搜狐军事作者：知远

世界各国军队都借助无人系统来提高他们的作战能力。然而，对于海军来说，使用无人系统仍然受到一定的限制。但是，随着对潜航器、自动控制软件和水下通信技术的发展，这种情况将发生改变。

最近几年，水下无人潜航器（AUV）技术逐渐满足了军事行动对它们的需求，这主要归功于世界上走在前列的海军科学家和工程师。他们不知疲倦的工作，把水下无人潜航器（AUV）技术推向前进。

工业部门的许多人士认为，水下无人潜航器与无人机(UA V)平分秋色的时代已为期不远。

但要实现这个目标，还要克服许多困难，包括潜航器的操控性、动力限制以及水下系统之间的自动控制模块的整合和配合。一些组织，比如美国的海军研究办公室、国防高级研究计划局(DARPA)和北约，他们同商业和非商业组织一道正在攻克这些难题。

现在，这些年来的努力将要获得回报。

深入研究：水下无人潜航器技术

著名的水下无人潜航器计划是美国国防高级研究计划局的“深海行动计划”(DSOP)——这是其“分布式灵巧潜艇搜索计划”的一部分。2013年4月，自动水下无人潜航器的生产商“金枪鱼”机器人公司结束了“深海行动计划”第二阶段的试验，成功进行了一次潜航器的深水试验。这次为期6天的运行测试，进行了两次4450米的下潜，耗时11个小时。

“金枪鱼”机器人公司的首席执行官兼主席大卫•P•凯利指出：“正像我们计划的那样，我们取得了预期的阶段目标”。

“潜航器的速度可以保证在其上整合其它的能力，并且证明这些能力非常好，或许比期望的还要好”。

凯利补充说：“下一步要对携带传感器和自动控制系统的潜航器进行测试。目前，我们处于合同的第三阶段，这个阶段关注的是把传感器完全整合进潜航器，而且还要生产第二套系统来验证水下无人潜航器的联网能力。”

“金枪鱼”机器人公司以及其它的生产厂家正在研制潜航器，这样的潜航器可以在载人平台难以适应的深度开展工作。

这个能力对于发现头顶上的潜艇是必需的，这是国防高级研究计划局和“金枪鱼”机器人公司研发的潜航器的主要设计指标之一。

凯利解释：“对于深海行动计划来说，关注点是下潜深度，要下潜6000米。其次是深水超高压浮力控制以及动力管理技术，动力管理技术可以保证耗能低，增加潜航器的续航力。”

“金枪鱼”机器人公司和通用动力高级信息系统公司共同参与了海军的“刀鱼”（Knifefish）水下无人潜航器计划。“刀鱼”潜航器是从金枪鱼机器人公司成功研发的“金枪鱼—21”水下无人潜航器演变而来的，估计“刀鱼”潜航器将在2017年投入使用。

具有重要意义的是，“刀鱼”的使用将结束海军部队使用海豚和海狮来侦察和扫除鱼雷的历史。在过去50里，饲养和使用海豚和海狮是海洋哺乳动物计划的组成部分。

正像金枪鱼机器人公司一样，它们已经取得了一定的进步，但潜航器的续航力还需要改进。“这还不是我们的预期目标，”凯利承认，“美国海军希望水下无人潜航器在离开母艇的情况下独立执行任务达一星期，这有点超出了今天的能力。”

但是凯利认为，在不久的将来，水下无人潜航器将变得健壮和可靠，可以完成多种任务。凯利预测，在十年内，潜航器将由概念系统完全变成实际装备。

自动控制技术解析

8月5日，国防高级研究计划局就一种新型的水下无人潜航器计划（被称为“长蛇座”（Hydra））同工业部门进行磋商。按照国防高级研究计划局的要求，该潜航器可以在“在作战条件下以一种新的方式来投送无人机和水下潜航器”。这个“母艇”计划意味着将更多地依赖自动系统来执行更高级的任务。

自动控制软件的发展为克服一些关键问题提供了保证，比如水下通信和导航问题。无人机（UA V）和遥控地面车辆的好处是人可以从数千英里之外对其控制，但是对于水下无人潜航器来说这是不可能的。

“环境实在苛刻，在这样的环境下，我们的行动受限，”马萨诸塞州技术研究所(MIT)自动海洋感知系统实验室(LAMSS)的负责人亨利克•施密特（Henrik Schmidt）教授解释说，“在水下环境中，我们使用水下网络的方法与在空中完全不同。”

马萨诸塞州技术研究所的研究人员已经找到潜航器在水下航行时不需大量人为干预的方法。最近，他们演示了一种系统，该系统可以使水下无人潜航器自动根据环境传感器的感知信息作出不同的反应。

这个载荷自动系统或者称为“后座驾驶员”是一个独立的平台，可以使用于不同的水下无人潜航器上，以完成不同的任务，并且不要改变软件。“我们可以购买现成的潜航器来完成许多任务，因为自动控制系统被加装在载荷上，”施密特说，“我们的载荷很轻便”。

这是研发面向任务的操作系统(MOOS)软件结构的结果。面向任务的操作系统计划是由美国海军研究办公室发起的，最近使用一种即插即用的自动模块，这种模块被称为“Gumstix”，该模块作为水下无人潜航器的可移动存储驱动装置。

马萨诸塞州技术研究所对国防高级研究计划局的“深海行动计划”作出了许多贡献。“我们把传感器数据同建模结合起来，在艇上精确地获得声学和海洋环境，然后把这些措施用于

决策，”施密特教授说，“5年前，我们不可能把这些模型和估计安装在潜航器上，因为适用于潜航器的计算机技术还不够成熟。”

由于Gumstix模块和面向任务的操作系统（MOOS）的出现，把自动系统安装在任何现成的水下无人潜航器上成为可能。最近在对“金枪鱼”潜航器的测试中，即使用Gumstix 单元替换了标准可移动数据存储单元(RDSM)。然后，载荷软件同便携式电脑之间进行了通信，这模拟了实际环境，呈现了实际动态和传感器的输入情况。

施密特教授预测，水下无人潜航器技术的下一次创新将是多个潜航器之间协同工作，而不是局限于单个单元。但是，在这样的情况下，通信将是面临的一个大问题。施密特教授说：“同传统平台对比，我们必须了解潜航器作为一个小组将如何工作。”

水下编组：形成强大的编队

在北约海洋研究和实验中心(CMRE)，关于水下无人潜航器之间配合的研究已经开始。北约海洋研究和实验中心位于意大利，该中心一直与其欧洲伙伴致力于研发水下无人潜航器系统，该系统通过水声调制解调器保证一个水下无线网络实现通信。最终研制的系统是一个由多个不同的无人艇组成的系统，该系统可以合作完成任务。

北约海洋研究和实验中心的一个主要目标是，对通信进行标准化，形成一套通用的协议，从而保证北约成员国之间的水下无人潜航器可以协同工作。北约海洋研究和实验中心的副首席科学家詹姆斯•H•米勒博士说，希望实现符合WIFI标准的水下连接。

“这对于北约来说，是一件比较困难的事情，因为我们使用不同的语言，而且每个国家的潜航器使用的通信语言也不同。”

7月，自组织海洋机器人系统逻辑连接物理节点(MORPH)计划的海试将举行。来自5个国家和8个研究组织的32个科学家成功演示了组成钻石形的水下无人潜航器之间（两个水下和两个水上）的配合行动。

在一些领域合作效果显著，比如反潜战，因为同有人潜艇相比，水下无人潜航器的速度较低。米勒博士说：“我们喜欢驾驶一辆速度较低的摩托车，试图抓获一辆高速行驶的轿车的警察。所以，我们必须部署许多潜航器来等待和抓获潜艇。”科学家正在研究水下无人潜航器发现、跟踪以及把相关信息通知其它潜航器的方式，这意味着在一段距离内，要重复几个这样的动作。

海洋研究和实验中心同北约盟军海上司令部（位于英国的诺斯伍德）和盟军转型司令部紧密合作，以加速把水下无人潜航器从概念变成实际能力。

最近几年，潜航器技术进步较快，这包括自动控制软件和水下通信技术。同载人平台相比，水下无人潜航器的风险和成本较低，尤其是，无人平台的成本同现有的载人平台相比，成本低得多。

把水下无人潜航器使用于反潜战和扫雷行动，那么接下来还要发生什么？海军正在研究