技术派|美智库前瞻未来水下战争:大数据颠覆现有潜艇战模式

澎湃新闻记者 吴挺

2015-02-28 13:32 来源:澎湃新闻

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       在亚洲各国纷纷投入大量资金打造潜艇部队并力求在数量上取得更大突破之时,美国有人已经开始从技术和实战角度对海军水下战斗方式进行反省,思考今天看来仍然先进的潜艇一旦“过时”之后——如“大数据和新探测方法的发展”对美国潜艇的水下隐身性构成致命威胁——如何能够确保“美国无人匹敌的水下主导时代”不会突然终结。
       在近期发布的一份名为《水下战争的新时代》的报告中,美国智库战略和预算评估中心(CSBA)高级研究员及海军分析家布莱恩·克拉克(Bryan Clark)提出,尽管美国有机会抢占先机,在水下战争的新兴领域树立领导者地位,但是考虑到今天主要水下平台——载人潜艇——的脆弱性,美国海军将必须放弃现有的水下战斗理念,研发新的水下装备系统家族。
       从实战任务角度而言,报告给出的预判之一是,载人潜艇可能需要从前沿战术平台(如同战机)转变成为和航母一样的指挥和协调平台。这意味着,新一代载人潜艇可能需要比今天的“弗吉尼亚级”潜艇大得多,以容纳一系列新的反探测、通讯及指挥和控制系统,并装载一系列的无人机和武器。
       “大型无人水下潜航器(UUV)及其他部署系统将日益成为替代载人潜艇执行战术任务的依靠,如沿岸情报收集、陆上攻击或在敌方沿海的反舰任务。”报告写道,除了比载人潜艇(在新的反潜战技术条件下)具有更大的隐身性外,无人水下潜航器的成本应该更为低廉,使得指挥官能够在执行极度高风险任务时更为大胆。
       技术层面上,计算机处理能力的迅速增强和小型化趋势,将对水下感应、通讯和“水下战斗网络”带来巨大的突破。加之能量产生和储存技术的进展推动了无人水下潜航器在续航、速度及战斗力上的重大提升,这些技术上的进步将迫使战略家们对长期秉持的水下战斗基础性假设进行全面的重新评估,这包括实战操作层面,也有战术层面。而水下系统的未来设计也将被重新评估。
       随着新技术的涌现和突破,报告作者认为,水下“战斗网络”将出现。新的远程感应器和新兴的水下通讯能力将推动水下火力控制网络的发展,如同水面战争中对无线电信号的使用。譬如,远程反潜战武器——一枚携带有超轻型鱼雷(CVLWT)弹头的导弹可能与远程感应器形成网络,打造一种有效的僵持反潜战能力,通过找出潜艇在速度、态势感知和自我防卫能力方面固有的局限对其进行拖延或驱逐。
       报告发布机构美国智库战略和预算评估中心(CSBA)在过去十年里起草了多份含金量颇高的军事研究报告,因应了美国国家安全面临的最为紧迫的挑战,因着眼于未来战争而极具前瞻性。如曾经轰动一时的“空海一体化”概念最早便由该智库抛出,但最近也未能逃脱“被军事现代化迅猛步伐所淘汰”的命运。
       抛开报告中惯常隐含的将中国作为最大假想敌的意识形态色彩不论,这份不到20页的“水下战争”报告对水下军事技术发展的现状和趋势作出了精当的归纳和分析。相较于预测性和前瞻性观点,报告对当今水下军事技术如何进行专业的评估更具有价值。于是,本栏目对报告该部分要点进行了编译和整理。
摘要
       计算机处理能力(即大数据)的快速提升推动了技术诸多方面的进步,将有可能激发新一轮水下战争的剧烈变化,这些新技术归纳成三方面:
       1.寻找和攻击水下平台的新反潜能力
       2.提升巡航能力和隐身性的水下平台技术进展
       3.新水下武器、感应器和通讯技术
反潜战:计算机处理器可“潜伏”海床
美国海军使用的波音公司制造的大型无人潜航器“回声测距仪”。
       新探测技术捕捉环境现象的变化,而不再只依赖潜艇发出的声音加以探测。这种技术在计算机处理器速度过慢时还无法使用,因为无法运行精细的数据模型以识别一艘安静型潜艇带来的微小环境变化。如今,“大数据”正在提供实时运用复杂的海洋学模式的能力。同时,随着计算机处理器越发走向小型化,舰船、飞机、无人机以及放置在海床的可部署系统都将能安装足够小的数据处理器。这些系统将使得沿海区域对载人潜艇构成巨大的危险,可能推动对无人水下潜航器(UUV)前往敌方沿海执行战术任务的更大依赖。
       目前舰艇上的绝大多数主动声纳都是“中频”(MF),即声音在1000-10000赫兹之间传播。而低于1000赫兹的“低频”(LF)声纳拥有更大的传播范围,因为声音受到的弱化更小,不过,提供的精确定位和范围等信息则更少。建模和计算机处理技术的进步将提升目标信息,这使得“低频”声纳在战术和作战层面作为反潜战传感器大有用武之地。“大数据”还能通过与海洋生物、浪潮、地震等产生的周围噪音进行比较,可能辨别出声音从潜艇反射或是被船体所淹没的位置,进而探测到潜艇。
       新涌现的非声学探测技术包括对潜艇释放的放射性或化学物质进行探测,这种方法在冷战时期就被想到了,但同样受益于“大数据”带来的敏感性的提升方能真正发挥作用。再如激光和发光二极管 (LED),通过从潜艇船体反射的光以实施非声学反潜战能力。由于材料和计算机控制方面的局限,之前几代的系统只能在特定频率之间操作,而在这些频率之间,光能又极易弱化(转变为热量)或是被水或其他分子所吸收。然而,新的激光和发光二极管可以被直接且精确地转化为波长,光能因此损耗更小,将探测范围提升到作战任务实用的距离。
       最至关重要的是,反潜部队改变了今天人员和技术密集型的战术,这种战术的由来与足够支撑反潜交战的短程探测感应器密切相关。局限在于反潜舰艇及战机需要在一片广阔区域有条理地搜索潜艇,之后追踪到武器射程范围之内。新的感应器和搜寻能力则推崇一种“即发即弃”(fire and forget )的办法,反潜力量可以在远程范围探测到潜艇,并应用计算机数据处理能力获取打击目标的准确位置,之后采用远程导弹加鱼雷弹头发动袭击。这种袭击并不会击沉潜艇,而是可能迫使潜艇至少逃避,破坏其原有计划,使得敌方潜艇更容易被探测到。
无人潜航器混合动力,可续航两月
       电化电池和燃料电池技术的进步有望实现非核动力潜艇、无人水下潜航器(UUV)以及其他水下系统在远离友好水域之外进行远距离续航军事作战任务。譬如,最新的日本“苍龙”级潜艇在潜入水下时将使用锂离子电池而不再是装备氢氧燃料电池AIP系统获取动力。大型无人水下潜航器混合使用燃料电池、电化电池和传统的推进动力来源,有望在未来两年内实现1到2个月的续航时间。这些潜航器可以携带感应器执行沿海侦察任务,以及/或者携带大型武器如鱼雷和地雷,执行一些当下由载人潜艇实施的任务。
       潜艇探测技术上的进展同样可能推动新一代复杂的反探测技术和战术。应对被动声纳,潜艇或无人水下潜航器可能发出声音以淹没自身释放的噪音,或者释放诱饵以制造虚假目标。针对主动声纳,水下平台可以——靠自身或联合无人水下潜航器及其他声音释放器——进行声音干扰,如同空中电子战系统针对雷达采取的技术。不论积极还是被动的反探测系统都将受益于计算机处理和海洋模拟技术上的不断改进,这使得这些系统可以实时控制并且调整他们的任务行动,作为整体水下欺诈行动的一部分。新隐形增强能力的影响之一可能是,载人潜艇将需要增加体积以容纳额外的舰上和可部署系统。
无人潜航器载无人机携手打电子战

试验性燃料电池 (XFC) 无人机从水下发射,美军试验已经成功。
       引入新武器、传感器和通讯系统之后,大型无人水下潜航器和潜艇执行和协调实战任务的能力将提升。譬如,美国海军正在投放通用超轻型鱼雷(CVLWT)到战场,比现在舰队使用的最小鱼雷的三分之一还要小。尽管射程是短程,大型无人水下潜航器可以装配大额数量的通用超轻型鱼雷用作攻击性武器,并利用无人水下潜航器的安静性把鱼雷送达接近目标的位置。通用超轻型鱼雷用同样可以作为潜艇的积极防御武器加以应用。同样的,小型无人机,如海军的试验性燃料电池 (XFC) 无人机拥有相对较短的续航能力,但可以被潜艇或无人水下潜航器发射到敌方的海岸。 它们可以利用目前电子光学、红外线和雷达传感器的小型化执行侦察或电子战任务,将目标信息通过直接视距(line-of-sight)提供给附近的潜艇或攻击性战机。这些系统甚至可以携带弹头,用作巡弋抗辐射制导武器,攻击敌方防空雷达。
       新技术同样将解决水下平台在通讯方面长期存在的脆弱性问题。在过去的竞争中,潜艇在任务执行相关距离之外进行信息传输通常都会置自身最大的优势,即隐身性,于危险之中。新的反潜技术将使得水下平台面临被探测到的风险,即便是在临近水面时被动地接受通讯。这些风险未来可能将降低。随着新的或改善了的水下通讯方式的到来,水下平台之间、水下平台与海床上的系统以及和水上联合部队之间将实现直接通讯,同时保持潜水深度。
       总体而言,水下通讯受益于反潜战探测方法的一样的技术进步。与积极声纳的改善同步,水声通讯也在提升其长度和宽度达到可以支持水下任务的程度,对相关距离进行实时的覆盖。除了用于水下感应,可调谐激光器和发光二极管也可以提供水下宽带通讯,虽然比声音的传播距离短。漂浮电缆或水下电缆,以及浮动的无线电收发机可以使下潜的水下平台在没有被探测到的风险之下与水面部队进行通讯。计算机处理能力的增强也将使得水下系统可以进行更多的船上感应数据处理,以减少通讯宽带的数量,通讯宽带可用以将信息传输给水下平台或“战斗网络”。 
责任编辑:吴挺澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 潜艇,水下战争,无人潜航器

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