今天小編分享的财經經驗：無人潛艇崛起，或許意味着航母時代的結束，歡迎閱讀。
本文來自微信公眾号：返樸 （ID：fanpu2019），作者：都保傑，題圖來自：AI 生成
俄烏衝突被很多軍事評論專家認為是第一場真正意義上的 " 無人機 " 戰争，成千上萬的改裝無人機在戰場上對傳統武器裝備（如坦克、裝甲車輛）、物資據點、有生力量等造成高效殺傷襲擾，一度起到扭轉戰局的作用。
無人機的大規模實戰應用，徹底颠覆了常規作戰思維，讓人們得以初見未來戰場新形态：投入最少的人類士兵和最多的無人化裝備。無人化裝備從戰場配角向主角轉換，它們往往能夠出其不意，以小搏大，對現代空戰和陸戰的影響已十分明顯。
與無人機的高光時刻不同，無人潛艇作為新興戰力的崛起，被各國視為海戰的下一件大事，它們可能成為傳統軍艦、航母和潛艇戰鬥群的一大克星，一個潛在深海水面下的軍事戰術新時代正在拉開帷幕。
什麼是無人潛艇？
無人潛艇，是指無人駕駛、靠遙控或自動控制在水下自主航行執行任務的智能化裝置，具有隐蔽性強、智能化程度高、活動受限小、作戰成本低等特點，被稱為現代海軍的 " 力量倍增器 "。
無人潛艇屬于自主水下載具（Autonomous Underwater Vehicle，簡稱 AUV）。AUV 最大的優勢是無需用電纜連接到母船或外部操作者，依靠内部控制器編程自動執行其目标任務。由于所有工作都是自動的，AUV 更适合長期性、例行性或具危險性的工作，例如勘探油田、探索深海、海洋學研究等，改造為軍事化和特種作戰變體後，可用于排布水雷、聲納跟蹤以及攻擊艦艇。
無人潛艇是無人潛航器（Unmanned underwater vehicles，簡稱 UUV）的一個重要子類别和發展方向。UUV 在軍用、科研和民用領網域均有廣泛應用，除了無人潛艇，UUV 還包括其他非自主、需要帶纜遠程操作的水下機器人（ROV），自主遙控水下機器人（ARV）以及可載人的智能潛水器（HOV）等。
圖：美國 UUV 發展規劃與類别。｜來源：hisutton
據報道，世界上第一部水下無人潛航器是法國人第米特裡 · 瑞比克夫（Dimitri Rebikoff）于 1953 年發明的，屬于 ROV，而最早将 UUV 投入軍事用途并有公開紀錄的是美國海軍。
1957 年，由美國海軍研究辦公室注資，華盛頓大學應用物理實驗室曾開發出一種水下專用研究載具（SPURV），開發目的是在水下進行擴散效應、聲學傳遞等軍事研究實驗，SPURV 當時最大下潛深度為 3600 米，工作深度為 3000 米，電池動力每次續航約四至五小時，一直被使用到 1970 年代。後來，基于 SPURV 也衍生過很多水下滑翔機產物，采用可變浮力推進的 AUV 設備，具有更遠的航程與續航能力，能夠将海洋任務從數小時延長到數周或數個月以及數千公裡的海網域範圍。
人類對于潛艇的設想和應用年代則更早。據記載，潛艇最早可追溯到 15 世紀的列奧納多 · 達 · 芬奇（Leonardo da Vinci），他曾在書中構思出一種 " 可水下航行的船 "，但由于感覺其天生具有 " 邪惡性 "，達 · 芬奇最終沒有付諸實際建造。但到 16 世紀之後，人類真實意義的潛艇還是出現了，且在戰争中成為兇名赫赫的殺人利器。
第一次世界大戰中，德國克虜伯日耳曼尼亞造船廠開發的 U 型潛艇是個代表，曾擊沉協約國船艦數百萬噸當量。到了二戰期間，嘗到甜頭的德國一度擴建了 1150 餘艘各類改進 U 型潛艇，以損失 807 艘的代價，擊沉盟軍商船與戰鬥艦 2882 艘，合計約 1440 萬噸，此外受到 U 型潛艇重創的盟軍戰艦還有 264 艘，在潛艇海戰史上留下濃墨重彩的一筆。
20 世紀 50 年代至 90 年代，美蘇冷戰逐年升溫，核動力潛艇逐漸替代傳統柴電動力潛艇，電解海水補充氧氣的技術也讓潛艇的水下工作時間更長。目前，最先進的潛艇如中國的 094 型、美國的俄亥俄級、俄羅斯的北風之神級等彈道導彈核潛艇，猶如戰略大國隐藏在深海中的 " 達摩克利斯之劍 "，是毀滅級的戰争武器，在水下枕戈待旦。
在各國海軍軍備領網域，未來 AUV 和潛艇技術結合是個必然趨勢，一個凸顯的好處是大幅降低成本。無人潛艇的建造和維護相比載人潛艇要便宜得多，而将人類從變量中删除後，便不用擔心潛在的戰鬥損失和船員們在深海封閉空間内的作戰壓力，執行高風險任務只是輸入代碼指令的事，剩下的就由 AI 系統接管完成。
圖：不同類型 UUV 規劃可執行任務。｜來源：船舶科學技術
無人潛艇可以超越傳統潛艇在海中停留更長時間（取決于動力源），它們永遠不知疲倦、無需食物供給，這意味着執行長期監視或偏遠地區的任務變得輕而易舉；且由于它們體積較小，很容易突破現有反潛防御，潛入目标海網域，在不被發現的情況下對任務目标進行鎖定探測或攻擊，成為傳統海軍資產的力量倍增器。
如同無人機在俄衝突中發揮的效能一樣，大規模、集群化部署的無人潛艇可能會在實戰中攪亂乃至威脅到一個比自身火力強大數十倍的傳統海軍艦艇作戰群的存亡。
可以預見，未來無人潛艇會由單一裝備、傳統裝備向族系化、集群化、體系化、協同化、智能化的趨勢發展。同時，為滿足海陸空聯合作戰需求，越來越先進的超大型無人潛艇是未來水下無人系統的重點技術方向，多型号設備協作形成的海軍無人作戰編隊戰力不可小觑。
嶄露頭角的軍備新寵
一些有趣的無人潛艇已經公開亮相，如美軍的 Orca、Manta Ray 等項目。
Orca 無人潛艇是一款自主超大型無人潛航器（XLUUV），旨在滿足日益增長的海底作戰意識和有效載荷投送需求。美國海軍想要利用 Orca XLUUV 發揮水雷對抗、反水面戰、反潛戰、電子戰和打擊任務等潛在能力，該設備可以在海上獨立運行數月。
據相關報道，2017 年 9 月，美國海軍選定波音公司和洛克希德馬丁公司聯合負責 XLUUV 項目的第一階段設計。至 2023 年 12 月，波音完成驗收測試後交付了首艘 Orca 無人潛艇，該設備采用模塊化設計，15 米長有效載荷部分可容納約 8 噸的載重量，采用動力電池和船用柴油發電機混合驅動，續航裡程可達 6500 海裡。
值得關注的下一代無人潛艇可能還要具備仿生隐形等特性，尺寸變大卻更節能高效、自主性更強，能夠在無人監督的情況下全天候獨立行動，如同現在的高空無人隐形偵察機。
2024 年 5 月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）曾對外公布了一款由諾斯羅普 · 格魯曼公司開發的水下設備：Manta Ray（代号蝠鲼），稱該設備于 2024 年 2 月和 3 月在南加州海岸完成了全尺寸水下測試。
據悉，DARPA 正在與美國海軍合作，研究該技術的下一步測試和應用過渡，有網友發現 Manta Ray 在美國加州文圖拉郡海軍基地的懷尼米港（Port Hueneme）頻頻現身。此外，早在 2011 年，DARPA 就協助美軍着手設計分布式敏捷潛艇狩獵（DASH）計劃，DARPA 公布的數據稱，單個 UUV 設備潛于海底 6000 米監測直徑可達 55～75 公裡，50 台設備協作通過跨網域通信鏈路即可完成對 18 萬平方公裡海網域的布防任務，如今可能正在加速布局實現。
在俄、英、法、德等國，無人潛艇也是軍事裝備的研發 " 熱點 "。
進入 21 世紀後，俄羅斯的新一代無人潛艇已經建成體系，主要有 " 大鍵琴 " 系列大型無人潛艇、專門用于模拟潛艇物理特征的 " 赝品 " 無人潛艇、" 朱諾 " 小型無人潛艇等。而最具威懾力的，無疑是 " 波塞冬 " 核動力無人潛艇，具有長時間水下航行能力和巨大的打擊力，主要用于海上戰略威懾和戰略打擊等。
英、法、德等國根據自身國力和海軍發展需要，也發展了多型無人潛艇。英國主要發展了 Autosub 系列、" 護身符 " 系列以及 " 鲸魚 " 超大型無人潛航器。法國目前主要有 " 阿利斯特 " 系列、" 奧利斯特 " 無人潛艇。德國阿特拉斯電子公司研制了 " 海獺 " 系列、DeepC 偵察型無人潛艇。
隐藏在水下的無人潛艇往往比水面上的艦船更具威脅性。雖然我們目前還沒看到任何關于無人潛艇電子戰或火力對抗的實戰效果報道，但俄烏衝突中無人快艇的殺傷效果已經足見一斑，這些無人系統的復雜性和戰場靈活性取得了前所未有的進展。
據相關報道，烏克蘭在近海岸部署了很多能夠攜帶約 300 至 800 公斤爆炸物的多型号海上無人快艇對抗俄羅斯黑海艦隊，突顯了致命效率和突防能力。烏克蘭國防部情報總局曾對外宣稱，利用這種無人快艇成功摧毀了俄軍最新型艦船之一 " 謝爾蓋 · 科托夫 " 号護衛艦，而這艘大型戰艦一艘造價就要超過 6000 多萬美元，不斷增加的船艦戰損迫使俄羅斯黑海艦隊撤離克裡米亞塞瓦斯托波爾港。
來自西點軍校利伯研究所的一些軍事專家對此表示，無人系統已徹底改變了海戰的戰場動态和平衡性，并對海上敵對行為提出了全新的法律和倫理挑戰，勢必極大影響未來海軍的戰略思維，以及進攻和防御戰術。
無人潛艇的關鍵技術
目前，美國是世界上無人潛艇技術發展比較領先的國家。1994 年，美海軍正式将無人潛航器發展列入計劃。2000 年、2004 年、2011 年美海軍先後發布了三版《無人潛航器主計劃》。
無人潛艇的作戰運用主要有以下幾種典型樣式：
偵察情報。無人潛艇能夠搭載包括聲呐、光學攝像頭等在内的各種傳感器設備，在敵方領海内進行長期隐蔽地偵察，了解目标區網域的海底地形、敵方軍事設施、艦船活動等情況，為決策者提供重要的情報支持。
主動攻擊。在實際作戰行動中，後方有人平台可充當無人潛艇的 " 母船 "。無人潛艇作為 " 母船 " 的傳感器，對敵方海上目标進行全方位立體探測、跟蹤，甚至攻擊。而且，多艘無人潛艇一起組成集群，彼此間可以共享探測信息，進一步擴大 " 母船 " 探測範圍，增強反潛、攻擊能力。有些攜帶魚雷、導彈等武器的無人潛艇，一旦發現敵方大型潛艇、航空母艦等高價值目标，還可以立即激活戰鬥模式，對目标實施近距突擊，取得出其不意的作戰效果。
反水雷 / 布雷作戰。一方面，無人潛艇可以對敵方布放的水雷進行有效探測、定位，一些先進的無人潛艇還可以攜帶激光或水下機械臂等工具，執行排雷任務；另一方面，無人潛艇可以遠程自主隐蔽航行至敵人基地、港口和航道等區網域布放水雷。
水下通信與作戰網絡構建。傳統的水下通信設備受限于固定的布設和傳輸距離，而無人潛艇可以作為移動節點，充當中繼站的角色，實現水下通信信号的傳輸和擴散。
從技術角度看，無人潛艇是一個典型的多學科復雜機電系統，雖然不及常規潛艇身軀龐大，但類似的動力系統與流體力學設計、水下通信鏈路、水下定位導航、水下探測技術等缺一不可，很多元器件要做微型化精密化，從軟體系統到硬體材料，涉及諸多技術功課要突破。
整體參數化與多學科建模優化設計。相比傳統大型潛艇，無人潛艇後期在數量上勢必需要大規模的批量高效模塊化生產流程，此類設備優勢在于整體改造和測試起來要便捷得多，更像是生產一批大型的 " 數碼產品 "，因此前期設計階段十分關鍵。傳統大型艦艇串行工程設計迭代方法并不适宜，因此無人潛艇的設計需要構建起一套相關的子學科計算模型系統，把各模型模塊關聯起來，根據建模參數的輸入和調整實時評估預測產品性能，進而靈活優化產生最優投產方案。
防護結構與材料創新。無人潛艇的外殼結構和材料是内部核心元器件的主要屏障，一旦防護結構出現問題艙室進水沒有人工搶修機會，勢必會造成内部儀器、電力系統等短路失靈崩潰。
如何結合其使用特點、工作強度，在給定的工作深度範圍選擇合适的輕質、高強、耐腐蝕、無磁或低磁材料設計出匹配的殼體結構需要系統化分類考量，由于無人潛艇的檢修頻次和工作方式與大型潛艇截然不同，很多相對具有性價比的新型合金和復合材料（如碳纖維、陶瓷基復合材料）有待研發，此外，透聲材料、浮力材料、耐熱阻燃材料、隐身材料等都需要根據無人潛艇的特性進行适配優化。
混合動力系統與推進技術。與現役大型潛艇采用的核動力驅動不同，無人潛艇體積雖然小但卻要保障其實現遠超民用的續航能力、大潛深、超靜音等高标準要求，所以多種能源供給和管控、電機 / 發動機、推進器等是核心所在。業内較新的研究方向目前有燃料電池 − 動力锂電池的混合能源技術、水下無線充電、高功率密度推進電機、低噪聲和高機動的仿生 / 滑翔 / 泵噴推進設計以及更為小型化的核動力裝置研發等。
多維水下定位與導航。無人潛艇由于沒有人工進行信息甄别和判斷，往往需要更多維度的水下定位導航技術和數據支撐其自主行動能力，目前慣性導航和聲學定位系統仍是水下導航常用技術，各類元器件在小型化的同時，精度需要不斷提升才能滿足實際需求。
未來可能還要融合海洋地磁輔助導航、海底地形匹配導航、重力輔助導航，建立多維一體的導航信息庫，最終形成協同導航、組合導航技術系統，這樣，無人潛艇在自主行動的同時，也能更好地輔助常規大型艦艇編隊的軍事行動，起到力量倍增器效果。
水下通信與探測。目前，各類水下潛航器通信方式主要還是依靠 " 聲光電 "，而探測通信系統的輕量化、小型化、一體化、智能化、低能耗是無人潛艇的發展剛需，相關技術還要最大化克服海洋帶來的強多普勒、高背景噪聲幹擾和信道時變等問題。
近年來，主要技術突破在實現電聲、聲電轉換的換能器方面，很多科研機構也在深入研究水聲通信、水下光通信、磁感應通信等，以完善和強化水下通信鏈路系統。另外，激光光電探測、合成孔徑聲納、智能避障等技術賽道也是日新月異，是很多國家軍工的重點研究方向。
AI 技術加持。随着近年來多目标優化算法、機器學習等 AI 技術介入，無人潛艇的指揮控制可能更多依靠内嵌的智能化模塊 " 大腦 " 進行模型解算、信息甄别、規則分析後完成，最終實現自主航行、自行編組、自主決策、信息共享等自控能力。此外，AI 技術對于無人潛艇在高速運動狀态下突破強背景噪聲進行信号處理、異構多源信息融合分析等能力進行加持，最終有望促使無人潛艇的 " 大腦 " 做出比肩乃至超越人類軍官水平的戰術判斷和決策。
未來水下無人作戰編隊的戰力如何，本質是一場群雄逐鹿的多學科技術創新融合競賽，已在廣袤的海洋深處無聲展開。
參考資料
[ 1 ] https://cenjows.in/wp-content/uploads/2022/05/Chinese-Autonomous-Underwater-Vehicles-HSU-001-09-Oct-2019.pdf
[ 2 ] https://reportify-1252068037.cos.ap-beijing.myqcloud.com/media/production/s_f5053365_f5053365c976051fbdbfcd120995edda.pdf
[ 3 ] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%9B%E8%89%87
[ 4 ] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%84%A1%E4%BA%BA%E6%B0%B4%E4%B8%8B%E8%BC%89%E5%85%B7
[ 5 ] https://www.ship-research.com/cn/article/pdf/preview/10.19693/j.issn.1673-3185.02939.pdf
[ 6 ] https://www.darpa.mil/news-events/2024-05-01
[ 7 ] https://www.boeing.com/defense/xluuv#gallery
[ 8 ] http://www.hisutton.com/USN_XLUUV.html
[ 9 ] https://www.reddit.com/r/drydockporn/comments/uy4wic/hsu001_autonomous_underwater_vehicles_auv_peoples/
[ 10 ] http://www.81.cn/yw_208727/16303868.html
本文來自微信公眾号：返樸 （ID：fanpu2019），作者：都保傑
