美國海軍潛心發展反潛作戰持續跟蹤無人艇

近年來，美國海軍提出了在空中、海面和水下同時投入無人駕駛平台執行作戰任務的「機器人蜂群」構想，意在通過無人機、無人艇和無人潛航器組成的「無人軍團」實現立體式偵察和搜索，不僅可以減少人力和風險，還能夠長時間執行監視任務，突破當前海上作戰所面臨的一些瓶頸。

作為防務能力和技術創新的機構，美國國防部先進研究項目局（DARPA）和美國海軍研究辦公室（ONR）一直致力於研製和發展無人水面艇/無人水面艇系統，希望這項新興技術可以大大改變兩棲作戰模式和海上打擊戰術。在2016年，雙方合作為美國海軍打造出一艘能橫跨太平洋的「海上獵手」（Sea Hunter）無人艇，希望通過這種自主海上無人駕駛平台來徹底改變艦隊執行任務的方式。

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探索追蹤手段

從水下軍事對抗來看，隨著各國不斷發展新型潛艇聲學靜音技術和逐步提高潛艇的作戰性能，美國海軍在執行追蹤外國潛艇任務時面臨越來越多的困難，日益感到力不從心。當前，現代化的柴電動力潛艇能夠實現有效規避，挑戰一些追蹤潛艇的傳統手段，增大了美國海軍在未來水下戰爭中的風險。

為了應對這一新的挑戰，DARPA在2010年8月正式啟動了「反潛作戰持續追蹤無人艇」（ACTUV）計劃，嘗試通過概念定義、方案設計、建造原型、海上測試等四個階段，研製出一種能夠在海上淺水區長時間跟蹤敵方潛艇的無人駕駛技術驗證平台。著眼未來，這種無人駕駛艦船很適合在遼闊海域執行任務，也可以滿足把各種平台連接起來的需求。

從研製初衷來看，美國海軍此前一直在努力研製體型較小、可以從大型軍艦上投放的無人駕駛海上航行器，並未考慮研製一種中型水面無人艦船。作為五角大樓的創新中心，DARPA的任務並不是由當前需求驅動的，而是比現實需求略微超前一些。此次，DARPA針對美國海軍一直希望擴大海上覆蓋區域的作戰需求，著手為美國海軍發展一種具備自主航行的無人駕駛水面艦船。

ACTUV的設計概念基於一艘獨立部署的無人水面艇，能夠在遼闊的海面上一次持續航行數千千米，持續追蹤水下的靜音潛艇，並不作為一種廣域反潛戰搜索系統。在計劃初期，DARPA項目經理羅伯•麥克亨利表示：「ACTUV是一種完全無人化的海上平台，在執行任務過程中無需任何人員留在艦艇上，將通過獨特的結構設計來實現可靠的平台性能，承擔一系列常規的和非常規的任務，同時探索具有成本效益的製造方式。」

近日，DARPA負責管理「海上獵手」項目研製工作的斯科特·利特菲爾德表示，今天的美國海軍艦隊有些像國際象棋，所有軍艦都是「王」和「后」，都是威力強大但也非常昂貴的平台，失去其中任何一個都是無法承受的，因此，從某種程度來講，我們正在從事的工作是研製更像是「兵」的艦船，可以大批量建造它們，也可以承受失去它們的損失。

這項計劃尋求探索和發展一些先進的自主作戰技術來滿足海上安全導航的要求，同時在一種極少監管的遙控模式下執行各項戰術任務。最終，ACTUV將充分利用一系列新型感測器所具備的獨一無二的性能，來追蹤柴電動力潛艇，為美國海軍提供一種「改變遊戲規則」的作戰能力，在戰術和經濟方面形成非對稱的優勢。

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確定研製方案

在為期6個月的ACTUV計劃第一階段，諾斯羅普•格魯曼公司的水下系統分公司、科學應用國際公司（SAIC）的情報、安全與技術分部和奎奈蒂克北美技術解決方案集團分別提出了各自的綜合系統概念設計方案，完成了與潛艇追蹤感測器和海上自主控制等相關技術的風險降低測試工作。

與此同時，華盛頓大學應用物理實驗室測試了捕獲並跟蹤潛艇目標的高頻主動聲吶，空間綜合系統公司研究和驗證了無人艇追蹤潛艇所需的自主演算法和海上航道的匹配規則，Sonalysts公司研製了集群式戰術模擬器。

基於第一階段研究取得的成果，DARPA制定出ACTUV的性能規格參數，並以此作為原型系統設計、建造以及海上驗證等後續競爭的基礎。2012年8月14日，DARPA在經過全面評估后，認可了科學應用國際公司的模塊化設計方案，授予其一項價值5800萬美元的合同，用於ACTUV計劃第2階段至第4階段的研製工作，設計、建造並測試一艘技術驗證艇。

為了保持不同自身在不同領域的競爭力，科學應用國際公司在2013財年下半年拆分為兩個企業，分別從事不同的業務，消除組織冗餘帶來的利益衝突。這樣，更名后的雷多斯公司（Leidos）繼續負責領導ACTUV計劃的技術驗證艇的研製工作。2014年7月，雷多斯公司開始製造技術驗證艇。同年9月，DARPA與ONR簽署了一份聯合研製ACTUV原型艇的協議備忘錄。

在歷經長達4年的研製工作后，ACTUV技術驗證艇在2016年1月27日正式下水，開始為接下來的長時間自主航行試驗做準備。4月7日，美國國防部在俄勒岡州波特蘭市為這艘全新研製的無人駕駛技術驗證艇舉行了命名儀式，正式向外界揭示了「海上獵手」無人艇，標誌著ACTUV計劃已經完成了原型建造工作。

當天，隨著DARPA局長阿爾提·普拉巴卡爾將一瓶香檳酒擲向艇首，「海上獵手」無人艇首次公開展示在世人面前。對此，時任美國國防部副部長羅伯特·沃克在致辭中表示，這艘無人艇看起來就像是《星際迷航》中的「克林貢猛禽」戰艦，所採用的技術代表了自主導航和人機協作的突破，有可能徹底改變美國海軍的海上作戰方式。

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優化總體設計

從DARPA公布的最新畫面來看，「海上獵手」採用了類似三體船的構型，頗具未來感。然而，就設計靈感而言，雷多斯公司為了實現航行速度堪比柴電潛艇的設計目標，在醞釀ACTUV方案時更多地受到了波利尼西亞獨木舟的啟發。

從地理位置來看，法屬波利尼西亞群島位於太平洋中南部，由118個島嶼組成，在歷史上，波利尼西亞人的祖先為了探索新海域和征服新島嶼，發明了在淺海行進的舷外支架獨木舟。這種獨木舟的主要特點是一個細長的空心樹榦通過兩根木製翼梁連接一個或兩個船舷，後者也被稱為「阿瑪斯」（Amas），起到支撐和穩定的作用。現在，這種舷外支架獨木舟已成為法屬波利尼西亞的象徵，並被繪製在該國的國旗上。

研製人員立足於古老的航海方式和現代的材料技術，為「海上獵手」設計了類似「阿瑪斯」的浮筒，從而最大程度地具備了在海上航行時的穩定性和抗風浪能力。這種能力允許「海上獵手」在5級海況下（浪高大約1.82米，風速達到21節）依然保持著設計性能，甚至在7級海況下（浪高達到6米）也能夠保持正常航行。船體外部採用玻璃纖維複合材料，內部填充泡沫材料，可以承受更大的壓力，同時具有良好的堅固程度。

與同等尺寸的單體船相比，這種船體構型具有較高的航行速度和更長的航程，而且可以在各種天氣條件下保持穩定性，續航里程超過6100千米。憑藉著堅固、狹長的船體，「海上獵手」在海上航行時可以劈波斬浪，如同用刀切開黃油的方式迅速地穿過起伏的海浪，即使在最大航行速度50千米/小時情況下也不會受到影響。

就設計目標而言，「海上獵手」的總體尺寸對於持久作戰能力至關重要。從公開數據來看，這艘無人艇長39.6米，高4.3米，滿載時重量約147.5噸，儘管無法比肩現役軍艦，但已經成為目前世界上最大的無人駕駛水面艦船。值得注意的是，它能夠在內部裝載40噸柴油，可以在海上持續航行約70～90天，具有十分出眾的續航能力，完全具備了現役反潛機、水面戰艦和潛艇的廣域巡航能力，甚至可以在無人維護的條件下長期部署。

歷史上，波利尼西亞人曾經使用舷外支架獨木舟探索周圍世界

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實現自主航行

與持久部署海上和確保穩定航行相比，「海上獵手」最為重要的一個特點是具有自主航行能力。從海上裝備發展來看，美國海軍在數十年來一直投資研製小型無人駕駛水面艦船，但其中大多數設計成為從軍艦上釋放入水和回收的小型平台。不同的是，ACTUV計劃著眼研製一種可以直接從港口碼頭啟航，駛向目標海域，完成任務后再自行返回，能夠從美國國內的任意一個港口航行到世界任何地方。

從ACTUV計劃從初衷來看，DARPA不希望簡單地建造一艘遙控船，而是希望研製一種能夠遵守海上航行規則和完成複雜任務的自主無人船，只需操縱人員進行很少的監督和控制。因此，這種無人艇的關鍵特徵和技術包括先進的自主導航軟體、可根據海洋法的要求執行自主式安全行動任務和可持續追蹤靜音潛艇目標的新型感測器。

為實現這些目標，雷多斯公司專門為「海上獵手」研製了導航軟體，使艇上的計算機可以進行導航，自動避讓其他船隻和目標。為了遵守《國際海上避碰規則》，它必須能夠自主地識別和判斷出海上航行的其他水面船隻，為此配備了商用導航雷達、光電感測器、聲吶系統和自動識別系統（AIS）等多種導航和定位設備。其中，較為成熟的AIS可以接收到海面上行駛的船隻通過VHF頻段廣播數據傳輸系統自動、定時播發的信息，有效地採集到相關的船籍、船型、位置和航向等多種數據，從而可以全面地了解前方海域的目標態勢。

2015年1月26日，雷多斯公司利用一艘12.8米長的模擬試驗船測試了為「海上獵手」研製的感測器、機動性和任務功能。這艘試驗船在密西西比附近海域獨立行駛了65千米，完成了智能化定位和自行調整航路，成功地驗證了這套系統可以遵守《國際海上避碰規則》有關預防海上碰撞的航行規定，避免在跟蹤潛艇時與水面船隻發生碰撞。這艘試驗船僅僅依靠一種預先載入的航海圖，在複雜的沿海環境內實現了自主導航，實時輸入的數據來自商用成品雷達。

從外觀來看，這艘無人駕駛技術驗證艇依然設計了一個可拆卸的操作員駕駛艙，部分原因是這艘無人艇還無法識別海上船隻發出的汽笛等聲音信號，也是雷多斯公司迄今為止還未解決的問題，目前正在一艘獨立的試驗船上進行測試，已經取得了進展。

「海上獵手」的右側浮筒

「海上獵手」的左側浮筒

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配備感知設備

目前，雷達是感知海上船隻的主要方式，但是無法對它們進行分類。為了減少對雷達的依賴性，DARPA戰術技術辦公室在2015年3月發布了需求信息，為ACTUV計劃尋求可用的感測器系統和圖像處理器，以發現和區分附近的船隻和其他目標。預期的感測器系統、圖像處理硬體和軟體包括被動的光電/紅外（EO/IR）或激光雷達等技術。截至目前，DARPA並未向外界透露「海上獵手」所採用感測器的具體類型和技術。

針對搜索和探測潛艇任務的需要，「海上獵手」在船體的水下部分安裝了可擴展模塊化聲吶系統（MS3）。這是雷神公司研製的首個第五代中頻船體聲吶系統，採用了主動和被動一體化設計和數字式多波束掃描等技術，通過計算機自動實施探測與跟蹤、魚雷探測與告警、小目標規避探測等功能。其中，它在主動模式下可以完成聲波導航與測距，有效探測距離為18千米，在被動模式下只能接受信息。

為了在「海上獵手」的有限空間內安裝MS3，雷神公司重新設計了SQS-56聲吶，重點改進了收/發陣列，降低功耗和重量，提高其靈敏度和反應速度，並通過採用光纖和數字技術，將可替換元器件數量從400個減少到15個，從而大幅提高了可靠性。作戰使用中，MS3產生的數據反饋回中央指揮和控制節點，並形成通用作戰圖用於反潛作戰。

從作戰用途來看，「海上獵手」將主要承擔反潛戰任務。在海上巡弋時，它一旦發現敵方潛艇，便對目標實施持續跟蹤，並通過衛星通信數據鏈向附近的水面艦船傳輸敵方潛艇的實時坐標，引導打擊行動。目前，反水雷任務是各國賦予無人艇的最主要任務，不過往往都是尺寸較小的平台，以便配備在軍艦上。作為合作計劃的一部分，ONR還在尋求一些反水雷任務載荷，特別是一種可以掃雷的載荷。

除了反潛和反水雷外，DARPA可能為「海上獵手」配備其他類型的任務載荷，以執行其他一些戰術任務，如情報、監視與偵察（ISR）、通信中繼和後勤補給任務。它憑藉著相對較大的外形尺寸，具有更多的空間和承載能力，甚至可以為多種任務載荷安裝一種可提供電力的發電設備。

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測試任務載荷

2016年6月22日，雷多斯公司在加利福尼亞州的聖地亞哥海岸完成了「海上獵手」無人艇的初始性能測試，標誌著海上試驗工作達到了第一個里程碑。在開放水域里，「海上獵手」的速度、機動性、穩定性、適航性、加速/減速、油耗、機械系統的可靠性均達到或超過預期目標。隨後，DARPA和ONR繼續利用「海上獵手」無人艇測試一些感測器和自主能力，並將進行海上任務的概念演示。

2016年10月下旬，「海上獵手」無人艇初步測試了第一種任務載荷。DARPA利用「海上獵手」無人艇在加利福尼亞海岸試驗期間，為其加裝了一種拖曳式感測器設備，直譯為「海軍系統之拖曳式空中浮升」（TALONS）系統。從字面上看，這個名稱有些拗口，實際上就是藉助系留式翼傘，將以往安裝在軍艦桅杆上的ISR和通信設備部署到空中。

DARPA研製TALONS系統的目標是驗證一種拖曳式空中陣列的探測距離可以大大超出傳統上桅杆安裝的偵察設備。隨著「海上獵手」正式下水，DARPA嘗試將「海上獵手」作為一種靈活的任務載荷平台，用於擴大ISR感測器的覆蓋範圍和延長船舶通信的距離。TALONS系統嵌入在「海上獵手」無人艇的後部，在試驗中釋放並展開翼傘，藉助浮力將感測器陣列提升到預期高度。在TALONS系統飛行期間，「海上獵手」無人艇以設計巡航速度在海面上自主前進。

長期以來，美國海軍一直使用拖曳式聲吶執行ASW任務，通過艦船和潛艇在後面拖曳聲吶偵聽器，有助於減少艦船自身產生雜訊的干擾。TALONS拖曳式陣列是一種在拖曳式聲吶陣列基礎上發展的空中型，內部攜帶有68千克的ISR感測器和通信設備，藉助翼傘產生的浮力，可保持在45米到450米高度。

10月24日和25日，DARPA通過每天將TALONGS系統釋放到空中並懸浮90分鐘，驗證了這種拖曳式感測器的基本性能。在持續飛行期間，研製人員測試了ISR感測器和通信設備，然後利用無人艇上的捲筒設備將其回收到安放位置。測試結果表明，與桅杆安裝的探測設備相比，TALONS系統顯著提高了感測器和無線電的覆蓋範圍。例如，在305米高度，水面跟蹤雷達的探測距離延長了五倍，光電/紅外掃描儀的識別距離增加了一倍，而商用無線電的傳播距離增加了三倍。

2016年11月初，DARPA向雷多斯公司授予了850萬美元的續約合同。根據合同內容，該公司將繼續開展「海上獵手」無人艇試驗階段的技術發展。按照計劃，「海上獵手」驗證船的全部測試工作將持續到2018年9月結束。如果一切順利，美國海軍希望「海上獵手」無人艇在當年底列入型號發展計劃，準備小批量生產。

「海上獵手」正在釋放TALONS系統

「海上獵手」拖曳著TALONS系統進行測試

美國海軍設想，瀕海戰鬥艦可以藉助於TALONS系統執行監視任務

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協同作戰能力

目前，美國海軍希望「海上獵手」無人艇作為現役艦隊的補充，執行一些基本任務來減少人員的風險，實現無處不在的部署能力。這些基本任務主要包括前沿部署偵察和監視設備、提供設備和補給品、通過「蜂群」戰術攻擊小型艦船和驅散敵方艦隊。

作為一種全新的反潛平台，「海上獵手」的最大優勢在於性價比高。考慮到採購成本，DARPA在ACTUV計劃啟動時希望能以每艘無人艇2000萬美元的成本實現批生產，與現役P-8A反潛巡邏機的2.5億美元相比，可謂天壤之別。目前，這艘原型船的製造成本大約在2200～2300萬美元之間，不包括設計和軟體的費用。

可見，DARPA基本將成本控制在預定目標內，下一步藉助於批生產的規模效應和精益生產，完全能夠實現預定的成本目標，對於美國海軍來說具有極大的吸引力。而從使用成本來看，DARPA通過估算認為，如果用無人艇來替代類似尺寸的軍艦，將會節省一個數量級上的日常運作成本。目前，「海上獵手」的每天使用成本只有大約1.5～2萬美元，大大低於無人直升機每天30萬美元的使用成本，更是遠遠低於現役導彈驅逐艦每天70萬美元的作戰成本。

隨著美國國防部開始嘗試發展有人/無人協同作戰的概念，DARPA希望「海上獵手」無人艇可以與其他的無人船和有人駕駛艦船協同作戰。DARPA認為「海上獵手」是一個優秀的平台，可以用於學習如何與有人駕駛艦船協同作戰。儘管這種無人艇不適合放置在瀕海戰鬥艦（LCS）的內部，但它可以作為LCS的一個任務模塊來使用，通過「狼群」戰術達到作戰目的。「海上獵手」憑藉著良好的隱身性能和強大的探測能力，可以充當LCS的「偵察兵」，即便遭到敵方攻擊，也不會引發人員傷亡的後果。

正因如此，美國國防部副部長沃克在命名儀式上說：「為了這一天，我已經等了很久，我們正處於令人難以置信的技術飛躍階段。」他甚至還毫無掩飾地直言，新型無人艇在完成安全性驗證測試后，可能在美國海軍第三艦隊或第七艦隊的轄區內繼續進行作戰測試，看看「海上獵手」執行一些什麼任務，並希望美國海軍在5年內組建一支無人艦隊，隨時部署到西太平洋和波斯灣。

與此同時，美國多家媒體紛紛刊文，極力吹捧這種新概念反潛利器的作戰優勢。2016年4月8日。美國《戰爭很無聊》網站更是以《俄羅斯、和伊朗做好準備：美國的新潛艇殺手來了》為標題，將「海上獵手」炒作成為中、俄潛艇的「剋星」。的確，美國海軍出於節省成本的考慮，格外看重這種無人反潛利器，因此「海上獵手」驗證艇在數年後極有可能投入批量生產，發展成為在全球緊盯各國潛艇的「哨兵」。

美國國防部副部長羅伯特·沃克在「海上獵手」命名儀式上致辭

與原型艇相比，「海上獵手」在正式裝備后的總體構型更加簡潔

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