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【DARPA系列】DARPA海上系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展綜述

 liubazhang 2017-02-24

一、概述

DARPA在海上系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的研究工作始于20世紀(jì)70年代,主要依托戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室開展。戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室重點瞄準(zhǔn)形成武器裝備和作戰(zhàn)能力,開發(fā)平臺、武器系統(tǒng),以及它們內(nèi)部的系統(tǒng)、子系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù),開展高風(fēng)險、高回報的關(guān)鍵技術(shù)研究,形成非對稱技術(shù)優(yōu)勢。戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室的組織形式經(jīng)歷了多次變化,但大多數(shù)時期海上系統(tǒng)技術(shù)都是其重點研究方向,海上平臺系統(tǒng)是目前戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室四個重點研究領(lǐng)域之一(另外3個是空間平臺系統(tǒng)、航空平臺系統(tǒng)和地面平臺系統(tǒng))。

1972年,DARPA將海外防務(wù)研究辦公室、先進傳感器辦公室和先進工程辦公室合并,并從戰(zhàn)略技術(shù)辦公室、核監(jiān)視研究辦公室轉(zhuǎn)移部分項目,正式成立戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室,并明確將海上裝備技術(shù)列為關(guān)注重點之一。1985年研制成功的“海影”號隱身試驗艦是DARPA在此階段取得的一項重大成就,DARPA借鑒F-117隱身戰(zhàn)斗機的研制思路和經(jīng)驗,建造了“海影”號試驗艦,開展隱身技術(shù)在大尺度海上平臺上的實船試驗,“海影”號投入使用的二十多年間進行了以隱身技術(shù)為核心的大量新技術(shù)試驗驗證,研究成果在DDG1000級驅(qū)逐艦、“福特”號航母等核心裝備上均得到應(yīng)用和借鑒。

20世紀(jì)70~90年代,潛艇與反潛技術(shù)一直是國防授權(quán)法案指定DARPA開展研究的領(lǐng)域。70年代初,美國海軍發(fā)展SURTASS聲學(xué)測量系統(tǒng)加強對蘇聯(lián)潛艇的探測,DARPA選擇與海軍完全不同的解決方案,自主投資租用探測地震的拖曳陣列和拖船,改裝后對地震探測技術(shù)用于潛艇探測的可行性進行了驗證并取得成功,在海軍遙測系統(tǒng)探測方案試驗失敗時,及時提供了有效的替代解決方案。80年代末,美國國會預(yù)算投資3億美元設(shè)立先進潛艇技術(shù)項目(ASTP),由DARPA統(tǒng)一管理,為美國未來潛艇設(shè)計研發(fā)創(chuàng)新性技術(shù),DARPA在潛艇主動噪聲控制、復(fù)合材料等方面開展了卓有成效的創(chuàng)新研究。

90年代初,戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室分離為多個技術(shù)辦公室,海上作戰(zhàn)平臺和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)研究統(tǒng)一由海上系統(tǒng)技術(shù)辦公室管理,90年代末,DAPRA整合所有平臺系統(tǒng)相關(guān)辦公室,再次形成戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室,這一時期,海上系統(tǒng)技術(shù)未被明確為重點技術(shù)領(lǐng)域,相關(guān)研究則分散至無人系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)倍增器、先進平臺、先進武器系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域之中。這一階段DARPA公開的與海上系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)研究不多,為海軍研發(fā)的反水雷無人潛航器于1998年轉(zhuǎn)化給海軍,DARPA還進行了“武庫艦”的概念論證,但由于可靠性低、設(shè)計缺陷等諸多問題而備受質(zhì)疑,各方對未來對陸攻擊支援的意見也不一致,最終于1997年被取消。

進入21世紀(jì),新技術(shù)的擴散促進了各國海軍快速發(fā)展。2014年,DARPA再次將海上平臺系統(tǒng)明確為重點技術(shù)領(lǐng)域,并將戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)辦公室先進平臺領(lǐng)域和先進武器系統(tǒng)領(lǐng)域中的相關(guān)項目納入進來。在這一時期,DARPA在海上系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域開展的研究主要集中在海上無人系統(tǒng)技術(shù)、艦載武器技術(shù)、潛艇和反潛技術(shù),通過技術(shù)路線創(chuàng)新和概念創(chuàng)新取得了大量成就。海上無人系統(tǒng)研究內(nèi)容涵蓋了無人水面艇、無人潛航器和艦載無人機;搭載平臺包括航母、中小型水面艦艇、潛艇;關(guān)鍵技術(shù)突破重點是動力能源、自主性、協(xié)同作業(yè)等。反潛技術(shù)研究重點轉(zhuǎn)向發(fā)展依靠無人系統(tǒng)的分布式移動反潛網(wǎng)絡(luò),以應(yīng)對近海區(qū)域安靜型常規(guī)潛艇的威脅。潛艇技術(shù)重點開展無軸推進、舷外武器發(fā)射等創(chuàng)新技術(shù)概念驗證,為未來核潛艇設(shè)計提供選項,確保潛艇技術(shù)優(yōu)勢,此外,DARPA還創(chuàng)新性提出超空泡潛艇概念,持續(xù)投入經(jīng)費支持技術(shù)驗證。艦載武器技術(shù)方面,精確制導(dǎo)武器的快速發(fā)展和擴散使美國海軍現(xiàn)役艦載武器技術(shù)優(yōu)勢不再明顯,低成本的先進制導(dǎo)武器將是未來艦載武器的一個重要發(fā)展方向,DARPA正重點依托遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈和多向防御快速攔截彈藥交戰(zhàn)系統(tǒng)兩項研究開展不依賴GPS的自主導(dǎo)航技術(shù)等創(chuàng)新性研究。

二、DARPA海上系統(tǒng)技術(shù)研究特點

DARPA海上系統(tǒng)的研究工作可大致劃分為新型水面艦船概念研究、潛艇技術(shù)、反潛技術(shù)、海上無人系統(tǒng)技術(shù)和艦載武器技術(shù)等幾個研究方向,這些研究方向的劃分并非絕對的相互獨立,各研究方向間也存在一定的交叉和聯(lián)系。這種交叉和聯(lián)系在潛艇技術(shù)、反潛技術(shù)、海上無人系統(tǒng)技術(shù)上體現(xiàn)的最為明顯,例如,“分布式敏捷反潛”項目是利用無人系統(tǒng)實現(xiàn)反潛探測技術(shù)的創(chuàng)新,反潛持續(xù)跟蹤無人艇(ACTUV)則是專門為常規(guī)潛艇貼身跟蹤開發(fā)的無人水面艇,它們既可視為海上無人系統(tǒng)技術(shù),也可視為反潛技術(shù);“超高速水下運輸”/“藍(lán)狼”項目既可視為潛艇技術(shù),也可視為海上無人系統(tǒng)技術(shù)。

具體到各研究方向中看,新型水面艦船概念研究方向既有獲得重大成就的“海影”號隱身試驗艦,也有“武庫艦”這樣的失敗案例,但重視技術(shù)發(fā)展的延續(xù)性是這一領(lǐng)域研究的突出特點。“海影”號持續(xù)發(fā)揮作用近20年,還建造了后續(xù)艦;“武庫艦”雖然項目流產(chǎn),但并未影響相關(guān)技術(shù)研發(fā)的繼續(xù)推進,一些技術(shù)得到了轉(zhuǎn)化應(yīng)用;潛艇技術(shù)領(lǐng)域的研究工作從潛艇性能提升,到未來小型潛艇的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),發(fā)展為超空泡潛艇/無人潛航器技術(shù),大量成果轉(zhuǎn)化至海軍,技術(shù)發(fā)展思路也與美國海軍水下戰(zhàn)整體發(fā)展思路相契合;反潛技術(shù)領(lǐng)域方面,DARPA開展的工作從解決反潛探測對聲納性能需求起步,逐步發(fā)展到通過無人系統(tǒng)進行反潛探測的概念創(chuàng)新,謀求引領(lǐng)未來水下戰(zhàn)的新變革;海上無人系統(tǒng)方面,DARPA從基礎(chǔ)研究做起,緊跟相關(guān)通用技術(shù)發(fā)展,重點瞄準(zhǔn)反潛戰(zhàn)、大范圍敏捷態(tài)勢感知等當(dāng)前及未來軍事需求,在21世紀(jì)初開始爆炸式推進研究工作,謀求引領(lǐng)未來武器裝備體系建設(shè)的創(chuàng)新發(fā)展;艦載武器領(lǐng)域重點發(fā)展新型制導(dǎo)能力的艦載武器系統(tǒng)相關(guān)技術(shù),遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈項目已轉(zhuǎn)化至海軍,為美國海軍艦載武器的更新?lián)Q代做出了重要貢獻(xiàn)。

DARPA在海上系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新研究主要有以下幾方面的特點:

一是承擔(dān)指定性任務(wù)。潛艇、反潛技術(shù)是20世紀(jì)70~90年代美國國防授權(quán)法案指定DARPA開展的研究領(lǐng)域,國會直接劃撥經(jīng)費,由DARPA統(tǒng)籌管理,根據(jù)美國海軍潛艇、反潛技術(shù)的軍事需求,發(fā)起了多個項目,為目前在役的“海狼”、“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇,以及正在設(shè)計的下一代戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇和正在論證的下一代攻擊型核潛艇的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

二是按照軍種要求,共同出資解決關(guān)鍵技術(shù)難題。開展了“海影”號隱身試驗艦、遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈等大量項目,“海影”號隱身試驗艦首創(chuàng)的內(nèi)傾隱身船型已在DDG 1000驅(qū)逐艦船型、“福特”號上層建筑上應(yīng)用;遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈是世界首型半自主反艦導(dǎo)彈(不依賴GPS導(dǎo)航,無需其他平臺指控信息),射程達(dá)到900km,解決了反艦導(dǎo)彈遠(yuǎn)程制導(dǎo)難題。

三是瞄準(zhǔn)當(dāng)前及未來軍事需求,另辟蹊徑發(fā)展顛覆性技術(shù)?!胺植际矫艚莘礉撓到y(tǒng)”項目中的“海底星座”利用數(shù)十個無人潛航器組網(wǎng),跨過目前主流的橫向水聲探測技術(shù),轉(zhuǎn)而采用自下至上水聲探測方式,避開了艦艇聲納橫向探測常遇到的因海底和海面聲波折射造成的目標(biāo)信息模糊問題,從而能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的水下“透明”;“海德拉”是充分體現(xiàn)DARPA技術(shù)突襲思路的項目,利用“海德拉”這種全新的水下預(yù)置裝備,形成全新的技術(shù)優(yōu)勢和對敵威懾能力;大孔徑海洋原始數(shù)據(jù)陣列(LAMBDA)項目則是DARPA主動作為,自籌經(jīng)費尋求更優(yōu)解決方案的典型代表,在海軍選擇的技術(shù)路線走不通時,DARPA利用成熟的地震探測陣技術(shù)研發(fā)了大孔徑聲學(xué)陣列,及時滿足了當(dāng)時的應(yīng)用需求;ACTUV則是通過高速長航時無人水面艇執(zhí)行安靜型常規(guī)潛艇的持久貼身跟蹤,減輕核潛艇的反潛戰(zhàn)負(fù)擔(dān)。

三、未來發(fā)展方向

DARPA在2015年3月發(fā)布的《保障國家安全的突破性技術(shù)》戰(zhàn)略文件指出,海洋是美國的戰(zhàn)略中心,在當(dāng)前預(yù)算縮減的大背景下,主戰(zhàn)平臺數(shù)量難以保障廣域海上的持續(xù)存在,尤其是多個區(qū)域同時出現(xiàn)沖突時更容易捉襟見肘;另外,高性能常規(guī)潛艇、精確打擊武器等非對稱打擊手段的擴散使美國高價值平臺面臨日益嚴(yán)峻的威脅。因此,急需采用創(chuàng)新的方法、更靈活的方式,以更低的風(fēng)險和成本實現(xiàn)對海洋的持續(xù)有效控制??梢?,DARPA未來的發(fā)展方向?qū)@增強海上作戰(zhàn)靈活性開展。

1

探索復(fù)雜作戰(zhàn)平臺的替代方案

DARPA認(rèn)為,現(xiàn)代化作戰(zhàn)平臺和系統(tǒng)功能強大,但因構(gòu)成復(fù)雜、研制和升級改造周期長、成本高,尤其是在當(dāng)前非對稱作戰(zhàn)手段不斷增多、能力越來越強的情況下,復(fù)雜武器系統(tǒng)成為重點打擊對象,執(zhí)行任務(wù)風(fēng)險越來越高,一旦被摧毀損失嚴(yán)重,追求復(fù)雜系統(tǒng)的現(xiàn)行做法可能已經(jīng)過時且低效,需要反思。DARPA已明確將替代復(fù)雜作戰(zhàn)平臺和系統(tǒng)作為未來的投資重點,“戰(zhàn)術(shù)偵察節(jié)點”(TERN)項目就是DARPA在這項工作中的創(chuàng)新嘗試,未來將重點在制電磁權(quán)、導(dǎo)航定位授時、高超聲速、太空、空中、地面、海上、反恐等方面繼續(xù)研究新技術(shù)、新方案,探索構(gòu)建低成本、分布式的新型武器裝備體系,避免高價值目標(biāo)的損毀風(fēng)險。

2

構(gòu)建新型反潛探測網(wǎng)絡(luò)

常規(guī)潛艇技術(shù)的快速擴散,未來核潛艇規(guī)??s減的環(huán)境下,僅依賴傳統(tǒng)的有人裝備執(zhí)行反潛任務(wù)很難滿足未來水下戰(zhàn)需求,DARPA正嘗試依靠無人系統(tǒng)組網(wǎng),構(gòu)建新型反潛透明網(wǎng)絡(luò),為美國海軍的水下戰(zhàn)透明提供新的選項。DARPA正通過在水面、水下、空中三個維度探索無人反潛探測網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)水下空間的單向透明。分布式敏捷反潛項目分別通過無人潛航器深海組網(wǎng)、無人機近海組網(wǎng),構(gòu)建近海、深海的移動式無人反潛探測網(wǎng)絡(luò);ACTUV可在水面對安靜型常規(guī)潛艇實施大范圍持續(xù)跟蹤。

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發(fā)展新型海上打擊能力

豐富美國海軍海上打擊能力也是DARPA的一個重要發(fā)展方向,為海軍從空中、水面、水下提供更強打擊能力、更多打擊選項是DARPA的主要研究思路。DARPA協(xié)同海軍研發(fā)遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈,擴展反艦射程,提升制導(dǎo)能力,將成為美國海軍未來的核心反艦武器;發(fā)展TERN察打一體型無人機將使整個航母編隊艦艇均具備遠(yuǎn)程空中打擊能力;“海德拉”、“上浮式有效載荷”等預(yù)置式無人系統(tǒng)可實現(xiàn)全新的水下戰(zhàn)術(shù)突襲,將有效補充當(dāng)前單純依靠核潛艇的水下打擊模式。(藍(lán)海星:于憲釗)

(藍(lán)海星智庫針對DARPA在研的十余個技術(shù)領(lǐng)域開展了系統(tǒng)深入的研究,近期將陸續(xù)發(fā)布系列綜述文章。)

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