世界各国海上机器人技术系统的现状与发展趋势(上)

世界各国海上机器人技术系统的现状与发展趋势（上）知远战略与防务研究所/蓝山编译自：俄罗斯《机器人技术系统目前发展趋势：军用和民用海洋机器人技术系统》[知远导读]本文译自俄罗斯《机器人技术系统目前发展趋势：军用和特种海洋机器人技术系统》，作者为A·V·洛波塔，A·B·尼古拉耶夫，原标题为Морскиеробототехническиекомплексывоенногоиспециальногоназначения。文章主要内容包括：世界军用和特种海洋机器人技术系统现状概述；国外部分军用和特种水下机器人技术系统型号；国外部分军用和特种海洋无人艇型号；俄军现役军用海洋机器人型号；俄罗斯内务部、紧急情况部、联邦安全局和其他联邦权力执行机关使用的海洋机器人系统型号；俄罗斯国内主动研发的海洋机器人技术系统型号；对军用和特种海洋机器人系统现有情况资料的分析；军用与特种海洋机器人技术系统发展方向预测。一、军用和特种海洋机器人技术系统现状概述军用和特种海洋机器人技术装备的发展目标是提高海军特种系统和装备的效能，扩展其功能，为海军有人驾驶装备的行动安全提供保障，为海洋资源开发部门进行专业水下技术和搜索救援工作。2015年夏天，“弗吉尼亚”级核潜艇“北达科他”号在下潜期间释放和回收了艇上的Remus600型无人潜水器。海军专家称：“最近几十年，美国国防部制定了许多从水面舰船和岸上释放的、主要用于搜索和排除水雷、进行海上侦察的水下无人自动系统方案。对于这些用途来说，水下机器人的尺寸并不重要。现在水下机器人的构造与由系列自动系统组成的潜艇的联系更加紧密。因此海军专家应集中力量于能够利用潜艇水下接点和执行最适于无人潜水器的任务的水下机器人。”微型水下机器人（直径不超过20厘米的无人潜水器）的特点是便宜，性能日臻完善，例如，自主工作能力和电源自持力。可以作为战斗技术装备、海底勘查装备或反潜作战干扰装备大量购买和部署。小型水下机器人（直径约30厘米的无人潜水器），例如Mk-18UUV水下机器人通常用于水文地理调查和水雷探测。它们可在模块化水下机器人计划的框架内用于侦察或进攻行动，以及搭载潜艇或水面舰船和飞机工作。中型水下机器人（直径约50厘米的无人潜水器）尺寸与Mk-48潜射鱼雷相当。尽管美国海军目前没有使用这样的无人潜水器，但计划在模块化重型水下机器人计划的框架内研发未来的鱼雷，它可执行各种任务——从布雷和在远接近地消灭敌人到电子压制。大型水下机器人（直径约2米的无人潜水器），用在研的“弗吉尼亚有效载荷模块”（VirginiaPayloadModule，为“弗吉尼亚”BlockV级潜艇研制的）的鱼雷发射管发射。利用这种系统可提高潜艇性能——提高探测系统作用距离，增加有效载荷或将装备输送至潜艇无法到达的或危险的地方。超大型水下机器人（直径大于2米的无人潜水器）从岸上或具有井甲板的大型舰船上投放。它们可用于长时间执行侦察任务，或运输其他装备和水下机器人。发展其使用构想可考虑大型无人潜水器的使用经验。二、国外部分军用和特种水下机器人技术系统型号美国海军专业排雷中队自2002年开始装备Mk18Mod.0型水雷侦察系统（绰号Skulpi）。其主要组成部分是3台便携式无人自主潜水器（图1）。后者是“水螅虫”（Hydroid）公司（康斯堡海事公司的美国分部）以Remus-100（REMUS：RemoteEnvironmentalMonitoringUnits）为原型研制的。Remus-100的主要任务是报告水下情况、水雷侦察和浅海水下巡视。图1：REMUS便携式自主无人潜水器系统的技术设备潜水器性能如下：重30.8公斤，长1.3米，直径0.191米，工作潜深150米，自持力22小时，水下最大航速4节，距海底最小工作距离1.5米（取决于多普勒计程仪的能力）。基本型装备：具有合成孔径天线（海洋声学技术公司研制）的侧视水声雷达（雷达具有很高的分辨力，距离50米时为5×5厘米），多普勒计程仪，GPS导航信号接收机；温度和水导电率传感器。除了制定行动计划和输入数据，操纵员的自动化工作席位（配备便携个人电脑）还能在彩色编码显示器上显示物体的信息、形状和水声影像尺寸，其水声阴影轮廓，传输相对于环境背景的水声对比效果，从而大大简化分类，在总体上加快信息处理进程。REMUS系统满足MIL-STD-810E军用标准，而REMUS的构造被美国海军领导层视为研制新一代小型军用自主无人潜水器的基本构造之一。该系统于2001年列装，目前是海军陆战队战斗蛙人侦察中队、SEAL特种战斗蛙人分队和海军扫雷部队潜水中队的全套技术装备的组成部分。2003年3月美国海军第1特种排雷中队在伊拉克乌姆卡斯尔港开展入港航道和港湾清理工作的过程中使用了Mk18Mod.0“锯鲉”系统。在一个月的时间里一共成功地发现了237个水下目标，其中100个被认定为水雷。REMUS可由海豚携带，并使用MK7MMS型全套设备中的设备（图2）。图2：由海豚携带的MK7MMS系统美国海军将自主无人潜水器与在编的海洋动物群联结合使用同，每个单位包括2对经训练能在100米以内深度搜索沉底水雷和完全埋入泥土（埋深0.5米）的水雷。海豚还被用于验证无人潜水器对海底的调查结果。图3：Remus-600自主无人潜水器目前已经研制了Remus-100的改进型——Remus-600（图3）。其特点是，由3个艏舵和3个艉舵组成的操纵系统能够确保潜水器具有高度的机动性，在较大的航速范围内有很好的稳定性。Remus-600直径0.32米，长3.24米。其搜索设备是小合成孔径声纳（SSAM：SmallSyntheticApertureMinehunter）。小合成孔径声纳系统重量达87公斤，消耗功率150瓦。同时，Remus-600有蓄能超过5.4千瓦时（单组）的蓄电池。利用有效载荷腾出来的地方（即除去小合成孔径声纳），还可以再布置2个蓄电池组，使储备能量达到16.2千瓦时，可使航程增加到280海里，自持力达到数昼夜。根据Mk18Mod.0“锯鲉”的实战使用经验，美国人做出了对其进行改进的决定。重43公斤的新改型——Mk18Mod.1“剑鱼”——用于收集水声和测深信息，以及查明敌人近岸地带深3-12米的抗登陆工程障碍系统。从2008年起列装了9套该系统。得益于很高的战术技术性能，不仅美国海军使用该系统，英国、德国、意大利、荷兰、比利时、挪威、瑞典、芬兰、爱沙尼亚、新加坡、澳大利亚和新西兰海军也广泛使用上述型号的便携式自主无人潜水器。美国特种排雷中队从2010年起装备Silayan系统，该系统包括3台“金枪鱼-9”潜水器，后者重50公斤，长1.65米，直径240毫米，航速2-5节，工作时间12小时，使用深度达200米。它们装备了同样的上述侧视声纳和摄像机。与此同时，L-3通信海洋系统公司研制了Mk8EMD（ExpendableMineDestructor）试验型便携式扫雷潜水器。该潜水器重28公斤，长1.05米，直径200毫米，最大航速12节，航速8节时持续工作时间15分钟，航速4节时持续工作时间2小时，工作深度2-300米。装备2台电视摄像机和1台作用距离达50米的声纳。来自声纳的信息和目标影像沿光缆传输至舰上控制系统的显示器，以进一步分析和识别水雷。潜水器的战雷头（重16公斤）可装聚能炸药或爆破炸药。在“外国武器装备比较试验”计划框架内，美国专家测试了冰岛Hafmynd公司研制的“潜鸟”（Gavia）自主无人潜水器（重44公斤，长1.7米，直径200毫米，航速达6节，持续工作时间达30小时）。鉴于良好的试验结果，2010年特立达因科技公司（TeledyneTechnologies）公司获得了生产权。“潜鸟”自主无人潜水器的构造特点是采用模块化配置。设备系统包括4个制式密封模块：装有摄像机的艏部模块，控制、通信和导航模块，蓄电池模块，推进模块（图4）。图4：“潜鸟”无人自主潜水器计划使用适用于潜水器极限潜深的可更换有效载荷模块，后者通过可拆卸的对接装置与潜水器连接。据美国专家评估，该潜水器的性能优于当前其他同类型号。例如，同类型号的潜深为100-200米，而用铝合金或高合金钢制成的“潜鸟”无人潜水器的4种改型分别达200、500、1000、2000米（在海水温度为-2至+35°С的情况下）。潜水器可装备搜索和探测水下目标的前视声纳，对发现的海底目标进行分类的多射束扫描侧视声纳。可更换有效载荷包括水深测量设备（例如轮廓测定仪）和水文数据收集设备，以及高分辨率数字摄像机。2008年，潜深达1000米的“潜鸟”无人潜水器交付澳大利亚海军。2009年，葡萄牙海军购买了2台探雷型“潜鸟”无人潜水器。潜深为200米的型号则在美国海军第1特种排雷中队试用。根据总额1000万美元的合同，美国海军将购买10台具有不同配置的“潜鸟”无人潜水器。在以324毫米小型自主无人潜水器为基础的探雷系统中，诺斯罗普-格鲁曼公司的Mk18Mod.2“无鳔石首鱼”是最先进的型号。其海试已从2012年7月开始进行。该系统包括3台潜水器（工作深度为5-300米，搜索速度为4.5节时可持续工作10小时，由水螅虫-康斯堡公司以Remus-600潜水器为原型研制）。其动力装置包括锂离子蓄电池（5200瓦）和电动机（双叶螺旋桨）。舵面方向为0°-120°-240°，从而减小了旋转半径,大大降低了潜水器受损的可能性。基本配置包括具有天线动态聚焦设备的侧视声纳、摄像机（有辅助照明设备）、海水温度和导电性传感器。为了有效搜索完全埋入底土的水雷，可装备带合成孔径天线的侧视声纳。同时，为了使因携带可更换模块而使长度增加1米、重量增加44.5公斤的潜水器保持机动性，加装了装有舵面的的艏舱。原计划2013年底进行制品各组件的最后配合演练并完成试验计划。据研制方估计，量产型的价格应为10万美元左右。目前通用动力公司正在研制未来的“小刀鱼”探雷系统（SurfaceMineCountermeasureUnmannedUnderseaVehicle）。该系统将是“自由”级和“独立”级轻型护卫舰全套反水雷装备的一个组成部分。计划在在研的模块（采用20英尺标准20集装箱的尺寸）中布置2台自主无人潜水器、收放装置和第二套蓄电池，以及操纵员自动化工作席位。系统的主要组成部分——无人潜水器（长6.1米，直径533毫米，重1360公斤，工作深度12-300米）以正在试用的“金枪鱼-21”潜水器为原型。为了降低物理场信号特征，减小尺寸和重量，除铝合金外，潜水器构造还将采用多层复合材料和强化玻璃钢。“金枪鱼-21”潜水器由金枪鱼机器人技术公司研制，重750公斤，直径533毫米，长约5米，搜索速度3-4节，最大时速8.3公里，持续工作时间达25小时，搜索效率为0.12平方海里/小时，搜索宽度150米，潜深4500米，总动力耗量13.5千瓦时（9组锂聚合物蓄电池，功率各为1.5千瓦时）动力装置包括2组模块化锂离子蓄电池和1台电动机，驱动一副用复合材料制成的三叶片螺旋桨（布置在环形套筒中），后者是采用铰链的推进装置-舵联合系统。采用这种固定方式能够确保潜水器具有较高的机动性，特别是在以低速和超低速航行时。据研制方测算，该型潜水器在以6节速度航行时自持力不少于16小时。潜水器上主要的搜索设备是具有合成孔径天线的高分辨率低频侧视声纳，它是由UltraElectronics公司与宾夕法尼亚国家大学应用研究试验室联合研制的。来自声纳的数据将被记录在存储容量为12TB的可拆卸硬盘中。除制定行动计划和输入数据外，潜水器上的软件和硬件设备还能自动处理和分析（通过与所有水雷（或类似目标）数据模型库中的数据进行比对）接收到的信息。美国计划2019年开始批量生产和向海军交付24套“小刀鱼”系统和6套训练设备。为了对海底进行高精度的制图研究，根据美国海军海洋地理局的订货，“水螅虫”公司研制了Remus-6000深潜器（重900公斤，长4.1米，壳体直径600毫米，搜索速度4节，自持力12小时），得益于钛合金壳体，它能够下潜至6000米的极限深度。这种深潜