翼身融合水下滑翔机可能重新定义水下战

 

 

 

 

图1. 蝠鲼（Manta Ray）UUV的概念想象图（图片来源： DARPA） 

 

自从亨利·斯托梅尔（Henry Stommel）在1989年《海洋学》（Oceanography）期刊上的一篇文章中首次提出水下滑翔机以来，它已成为海洋科学研究的热点领域。Teledyne Marine公司的“斯洛克姆”（Slocum）滑翔机（以Joshua Slocum命名，他是第一位独自驾驶帆船环球航行的人），以及它的表兄弟、最初由华盛顿大学开发的“康斯伯格”海洋滑翔机（Kongsberg SeaGlider），和由伍兹霍尔（Woods Hole）及斯克里普斯（Scripps）海洋研究所联合开发的Spray滑翔机一道，一直走在海洋机器人革命的前沿。滑翔机在自主水下航行器（AUVs）中是独一无二的。它们不是使用推进器或螺旋桨来推进，而是依靠浮力的变化，结合机翼和稳定器，以上下锯齿形方式在水体中“飞行”，周期性地浮出水面与操作人员（“驾驶员”）通信。虽然滑翔机由电池供电，但它消耗的能源比使用传统推进装置的AUVs更少，从而可为航行器上的传感器、C2和通信系统提供更多的能量。它们价格低廉，可以深潜至几百米到几千米不等，能够容纳一系列复杂的传感器，并可在原地停留数周、数月甚至数年，从而能够持续观察和收集大范围水文数据。

 

这些能力，以及它们固有的隐蔽性，也使它们成为国防应用的理想选项。例如，美国海军目前运营着一支Slocum滑翔机舰队——“濒海战斗空间传感滑翔机”（Littoral Battlespace Sensing Gliders，LBS-Gs）——用于反潜战（ASW）和作战环境的情报准备（intelligence preparation of the operational environment，IPOE）。就像他们的科学同行一样，LBS-Gs也收集水文数据，但目的是优化水下战行动。深度、温度、压力和盐度等属性决定了声音在水中的传播方式，反过来又影响到水声传感器系统探测和跟踪水下目标的能力。

 

滑翔机价格便宜、用途广泛、节能，它们更适合安装用于水文和海洋学测量的较小、较轻的传感器。它们速度慢，平均0.5~1 kn，而且很容易受到水下海流的影响。它们缺乏携带较大、较重载荷的能力，例如水听器阵列、用于增程的附加电池、扩展的航行器上处理能力，甚至是水雷或重型战斗部。如何重新设计这种平台，以克服这些限制并使之能执行更广泛的任务？

 

21世纪初，海军研究办公室（ONR）与Scripps海洋学研究所、Woods Hole、SAIC、Bluefin Robotics公司、宾夕法尼亚州立大学应用研究实验、德克萨斯大学奥斯汀分校合作，寻求开发一种可容纳大型任务载荷的大续航力水下滑翔机，用于海洋哺乳动物观察或ASW中的“担险监控”（hold-at-risk）行动（译注：“hold-at-risk”意指监测所有离开港口或经过咽喉要道的敌潜艇，或在足够近的距离上保持跟踪。参见图2）。结果产生了“自由”（Liberdade）级翼身融合水下滑翔机，一种更像隐身轰炸机而不是AUV的水下航行器。先后制造了两个版本——XRay和它的更有能力的后继者ZRay，采用水动力高效外形，升阻比为35：1，据报道ZRay能携载800 kg的有效载荷，航速达到5 kn，可遂行长达6个月的持续作战任务。

 

 

 

关于ZRay的报道很少，除了在科学出版物中零星提到外，几乎已经消失了。有人提到它在美国海军“持续浅海水下监视网”（Persistent Littoral Underwater Surveillance Networks， PLUSNets）中的潜在作用——由固定式海床传感器和AUVs组成的自主水下ASW网络，部署在沿海地区，跟踪对手的柴电潜艇。美国国防部高级研究计划局（DARPA）目前的“蝠鲼”（Manta Ray）项目是一个翼身融合试验平台，用于开发“一种新型长航时、远程、大载荷的UUVs”，它可能是Liberdade研究成果的一种重构，也可能仅是其成果的继承。或许，美国的研究工作可能已经改变（“gone black”），并形成了机密研究和开发的基础。

 

无论ZRay的命运如何，对翼身融合滑翔机的兴趣仍在继续，且不限于美国。2020年，澳大利亚海洋工程公司（Ron Allum Deepsea Services）推出了Deep Ray，这是一型根据与澳大利亚国防科技集团（Defenze Science and Technology Group，DST）签订的合同开发的航行器。日本、德国、印度、韩国和中国都对这类航行器进行了独立的科学研究。中国科学家对翼身融合滑翔机表现出了浓厚的兴趣，自2013年以来已发表了40多篇有关该主题的论文。鉴于中国长期以来对传统滑翔机的科研兴趣，这应该不足为奇。中国科学家对传统滑翔机进行了多年的实验，在深度和续航力方面都创造了多项引人注目的记录。它们已经被部署到南中国海和印度洋。考虑到水文数据的双重用途，中国和美国一样，部署滑翔机肯定不仅是为了科学研究，也是为了ASW。为此，中国研究人员已探索使用传统滑翔机作为声学传感器节点，为其配备一个或两个单矢量水听器。而采用安静、载荷能力强的翼身融合滑翔机，可以沿着航行器的前缘布置一套完整的水听器阵，使其成为一个高性能的ASW平台。如果它们被大量部署，或者像PLUSNets那样与海床传感器和其它自主航行器一起部署，它们就可能会将试图沿第一、第二岛链或更远海域行动的敌方潜艇逼入进退两难的困境。

 

随着包括大排量和超大型AUVs（XL-AUVs）在内的潜水器数量的激增，对海洋深处持续、综合、广域监视的需求将不断增加。鉴于其令人印象深刻的性能特征——高速、高续航力、重载能力，翼身融合水下滑翔机非常适合这一角色。随着世界各国海军加大对水下战技术的投资，包括那些与水下战和海床战（Subsea and Seabed Warfare，SSW）相关的新兴领域，这些滑翔机也可能在布雷、海床打击、甚至部署第一代机动式蜂群雷区等任务中发挥积极作用。在这个高超音速导弹和人工智能等前沿战场技术充斥新闻标题的年代，不起眼却令人尊敬的水下滑翔机可能会改变水下游戏。