UUV与AUV

UUV:Unmanned Underwater Vehicle = 无人水下航行器
AUV:Autonomous Underwater Vehicle = 自主式水下航行器
自主式水下航行体(AUV)是水下无人航行器(UUV)的一种。水下无人航行器(UUV)技术无论在军事上、还是民用方面都已不是新事物,其研制始于50年代,早期主要用于海上石油与天然气的开发等,军用方面主要用于打捞试验丢失的海底武器(如),后来在战中作为灭雷具得到了较大的发展。80年代末,随着计算机技术、人工智能技术、微电子技术、小型导航设备、指挥与控制硬件、逻辑与软件技术的突飞猛进,自主式水下航行体(AUV)得到了大力发展。由于AUV摆脱了系缆的牵绊,在水下作战和作业方面更加灵活,该技术日益受到发达国家军事海洋技术部门的重视。
AUV的战略意义
AUV是一种综合了人工智能和其他先进计算技术的任务控制器,集成了深潜器、传感器、环境效应、计算机软件、能量储存、转换与推进、新材料与新工艺、以及水下智能武器等高科技,军事上用于反潜战、战、侦察与监视和后勤支援等领域。
(1)反潜战
AUV上装备有先进的探测设备和攻击武器,可用于跟踪并攻击敌方潜艇,并在完成任务后返回母艇。AUV也可作为诱饵,将敌方潜艇引开。AUV还可作潜艇远距离水下通信的中继站,增加母艇的隐蔽性。在搜索侦察方面,AUV可作为艇外水声或尾流传感平台进行区域监视和情报收集。
(2)战
在战中,AUV可携带1枚或多枚头自主航行到目标海域实施布放,装备前视声纳和侧视声纳,可用于探测、监视可疑雷场。
(3)目标靶
装上靶雷的有关设备后,AUV可用于靶场试验、鉴定、或日常操练中充当靶雷,以试验、鉴定的性能或提高海军使用的作战能力。
(4)侦察与监视
大型AUV续航时间长,可航行至敌方或危险海域执行侦察和监视任务,能够长时间隐蔽地采集信息。战争时期,还可为两栖突击队侦察、障碍等开辟水下进攻通道。
(5)后勤支援
AUV可向海水中投放通信和导航装置,成为前方部署的网络中心的节点。还可以为前方运送急需物资,战后还可用来清理水下战场。此外,AUV还可用于寻和打捞沉入海底的物体,比如、导弹、人造卫星等。
(6)其他使用
AUV还可用于其他一些水下领域,如:海洋测绘、近岸巡逻、破坏、干扰、潜水支援、水下导向和求援,此外也可用为工作平台,在海洋施工中发挥作用。
国外AUV研发现状
(1)美国
根据1994年美国海军制定的水下无人航行器(UUV)发展计划,包括AUV和ROV(遥控航
行器)两个方面的研究涉及五个领域:运载器、能源、传感器、导航与控制、通信。其它方面的研究包括:1)AUV和ROV探测网反潜的研究,利用探测网进行水下三维探测,通过就地采样或层析获得的环境信息有利于提高反潜探测,同时还可以利用多个小型分散平台与有人平台一起构成反潜作战探测网;2)作为武器平台,携带近程攻防武器对敌方潜艇进行秘密攻击;3)布设水下通信网络;4)进行海洋探测。
美国海军主要研制UUV的单位包括:美国海军水下作战中心(NUWC)、美国海军研究局(ONR)、美国海军海洋系统中心(NAVOCEANO)、美国海军空间和海战(SPAWAR)系统中心、美国国防高级研究计划局(DARPA)和查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室(CSDL)、美国海军研究生院(NPS)等。此外,麻省理工学院、Woods Hole海洋研究所、通用动力公司和雷声公司、洛克希德导弹和宇航公司、佩里技术公司等,下面分别就各单位的AUV研发情况进行介绍。
美国海军空间和海战(SPAWAR)系统中心
该中心主要从事AUV的指挥和控制系统、光纤和水声通信系统、非金属材料和运载器总体的研制。该中心拥有三个UUV试验运载器:先进的无人搜索系统(AUSS)、自游者II(Fr
ee Swimmer II-SFII)和飞行插塞(Flying Plug)。AUSS是一个用于深海搜索的形AUV,全长5200mm,直径800mm,重量1230kg,以最大速度6kn航行航力为10小时,采用20kWh银锌电池,推进装置为2个垂直推进器和2个纵向推进器。AUSS带有水声通信设备,可在水深6000m的水下向水面传送侧视声纳数据或CCD电视枷瘛S捎贏USS是自主式的,它对目标的搜索时间只需常规拖曳式搜索系统的1/10。该AUV通过声遥链控制,已经通过了演示和鉴定。此外,自游者是一种可用作自主式运载器的形UUV,飞行插头是一种小型运载器。
麻省理工学院
由麻省理工学院研制的ODYSSEY AUV主要用于科学考察和海洋自动取样网络研究,该AUV长度为2200mm,直径570mm,水平运动速度大于4kn,爬升速度大于3kn,续航力6小时(3kn时),如果采用最大电池结构,续航力可达24小时。该AUV主要采用1.1kWh的银锌电池(采用最大电池结构时>5kWh),推进系统在四个控制面之后有一个电动推进器。
Woods Hole海洋研究所
由该海洋研究所研发的ABE AUV主要用于深海海底观察,其特点是机动性好,能完全在水中悬停,或以极低的速度进行定位、地形勘测和自动回坞。该AUV长2200mm,速度2kn,续航力根据电池类型在12.87~193.08km之间。其动力采用铅酸电池、碱性电池或锂电池。
通用动力公司和雷声公司
1988年,通用动力公司开始研制XP-21 AUV,该AUV的研制工作目前已由雷声公司承担。XP-21是一型直径为533mm的自主式AUV,采用模块化设计,长度可在2.44~7.32之间任意选择,其标准型的重量为635kg,速度为0~5kn,工作深度为9.14~3653.63m。该AUV主要用于战。其侧视声纳为双频、单波束、数字式声纳,频率为100kHz和500kHz。高频用于探测大型,低频用于探测沉底雷并对其进行分类。前视声纳采用多波束数字式声纳,可填补侧视声纳的探测盲区,以探测和分类沉底雷和锚雷,同时也可用于避障。 离合器盘
美国国防高级研究计划局(DARPA)和CSDL
DARPA和CSDL已经建成了两个可用作试验平台的AUV,该AUV长10.97m,直径1.112m,重6804kg,第一个AUV的最大工作深度为304.48m,第二个为457.2m。该航行
体采用12马力的无刷电机,最大航速为10kn,续航力为24小时。这两个AUV已经成功完成了海试。
佩里技术公司
佩里技术公司研制的MUST(机动系统试验)AUV是一种供试验和演示用的AUV,长9.144m,重8834.8kg,工作深度60.96m。该AUV采用10马力主推进电机,电源为铅酸悬挂式电解电池组,航速为0~8kn。推进系统采用于个推进器,使航行体可作悬停、垂直或横向运动。
美国海军研究生院(NPS)
NPS于1987年开始研制AUV,其第一代AUV为NPS AUV I,全长只有76.2cm,宽17.78cm,高1016cm。第二代NPS AUV II 全长2.1336m,可用作控制技术、人工智能和系统综合等基础研究的平台,采用场台高频定向换能器、2台正反转10cm螺旋桨、铅酸电池、Gespac计算机和平面的控制面。其推进器可使航行体的姿态得到控制,并在水中保持稳定。
其他单位的UUV研制情况
美国海军水下作战中心(NUWC)正在研制两个供试验用的UUV:大直径水下无人航行体(LDUUV)和直径21英寸的UUV(21UUV),这两种UUV是为评价UUV的各种负载及先进技术而研制的,其中的许多先进技术将直接应用于远期侦察方案(LMRS)中。
美国海军研究局(ONR)的工程部、材料部、物理科学和技术部都在从事UUV的研究工作,主要涉及UUV的续航力、能源与推进、传感器信号处理、通信、使命管理控制、导航和运载器设计等,这些技术的发展还将涉及到海军的其他单位和地方科研院所。
美国海军海洋系统中心(NAVOCEANO)购进了一型先进的AUV用于获取海洋数据,并在此基础上开展一项研究,以使各种UUV都能适应对水下军事海洋学观察的需要。
洛克希德导弹和宇航公司的航海部于1990年获得了研制MSS(搜索系统)/SOMSS(潜艇舷外搜索系统) UUV的合同,其研究目的是验证AUV能够引导水面战舰和潜艇通过雷区,并自主探测。该研究的演示和鉴定从1994年一直延续到1998年(或更久),预计要到2006年以后才能投入使用。由于研制周期过长,该计划已被美国国会取消,
MSS/SOMSS将由NMRS(近期探测系统)和LMSS(远期探测系统)取代。
1997年10月,诺期罗普·格鲁曼公司和波音公司竞争设计、制造一种长航时水下探雷系统。1999年,波音公司获胜,于2000年11月向美国海军交付首套样机(包括回收装置、任务规划/分析计算机、两条AUV),其中AUV长6m,直径530mm,重约450kg,可从发射管发射,航行时间40~50小时。
信道数(2)加拿大
加拿大在UUV领域的研究工作已开展了20多年,除了各种各样的ROV,他们也在建造AUV,其中几家公司已研制出了铝-氧化银电池,正在AUV进行试验。
(3)英国
木纹扣板在AUV的研制方面,虽然英国国防研究局起着关键作用,但其他私营公司也是AUV技术的主要参与者和研制者。由英国政府出资研制的AUV在不久前的伦敦水下技术展览会上首次亮相。该AUV由三家公司联合研制(马可尼水下系统公司是总承包商),其首要技术目标是开展极地冰下研究和搜集近海海洋学信息。该AUV的主体采用壳体改进而成,全长
6.5m,直径533mm,稳定鳍直径900mm,重量1315kg,额定航速度5kn,工作深度300m,续航力36小时,航程大于300km。能源采用耐高温钠硫电池,电池组向48伏总线上提供37kWh的有效电能,无刷直流推进电机靠48伏总线供电。控制舱内装有精确测量航向与航速的导航系统,能修正潮汐与海流引起的误码率差。尾舱装备有通信电子设备、卫星定位信标、雷达遥控器与应答器等。尾端的推进电机安装在耐压壳上,直接与推进器连接。
此外,英国还参加了欧共体的一项合作研究,目前正从事AUTOSUB方案的研究,为欧共体开发一个试验型AUV,该AUV被称为海豚(Dolphin),其工作深度为6000m,据称其续航力很长,能从英国航行到美国,并搜集海洋数据。
(4)德国
德国的STN、HDW等几家公司正在为德国海军研制一种用于反潜战的水下无人航行体——TCM/TAU 2000对抗系统。该系统主要由探测设备及信号处理装置、指挥控制装置、发射集装箱、4个铰接盖板和TAU效应器组成,能进行全方位的区域侦察,作战系统信号处理时间短、反应速度快;发射速度快、使用效应器后可不受潜艇战术的限制;效应器对付
轻型和重型的威胁,都有很高的效能。由于采用了模块化设计,该系统能很容易地装配到209、212级潜艇上,其费效比很好。
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