美海军虎鲸XLUUV项目分析

美海军虎鲸XLUUV项目分析美国一直致力突破水下平台传统对抗模式，注重在水下信息化、无人化、新概念装备及新型作战模式的创新研发，推动水下战争模式的根本性转变，以取得非对称优势。21世纪以来，美国一直试图打造无人水下舰队，发展了多型无人潜航器，并逐渐将研究中心转移至大型人潜航器。美海军XLUUV项目，即超大型无人潜航器（英文：ExtraLargeUnmannedUnderseaVehicle），目前美海军也称为虎鲸（Orca）项目。虎鲸无人潜航器（XLUUV）是波音公司在“回声旅行者”民用无人潜航器的基础上研制的军用型号自主水下载具（AUV）。按照美海军的标准，XLUUV是指直径大于84英寸（2.133米）的UUV。由于尺寸太大，XLUUV通常只能从码头发射出去工作。目前，虎鲸UUV是由波音公司和亨廷顿·英格尔斯工业公司（HII）的联合团队共同研制开发，是美海军无人系统装备体系建设的重要组成部分，旨在解决美国海军的联合紧急作战需求。一项目进展2015年，美国海军部在其无人系统路线图中公布了超大型无人潜水器（XLUUV）开发项目的军事需求。美海军希望超大型无人潜水器能够配备巡航导弹、鱼雷、水雷和小型UUV，具备情报监视侦察（ISR）、布雷（MIW）、反水雷（MCM）、反潜（ASW）、反舰（ASUV）、电子战（EW）等作战能力，从而获得领先于其他水下军事强国对手的新型水下装备技术和作战能力优势。2016年4月，波音首先于推出了“回声航行者”XLUUV概念方案。2017年6月，波音披露“回声旅行者”XLUUV正在南加州海岸进行海试，主要测试通信系统、自主控制系统、推进系统、系统集成性能、深水长期潜水性能等主要系统和平台的性能指标。2017年6月波音公司公布回声旅行者XLUUV海试照片2017年1月，美国海军推动“虎鲸（Orca）”XLUUV项目概念，海军当时对虎鲸XLUUV项目的计划是开发一种军用XLUUV，并重点解决作战概念（CONOPS）、布雷战（MIW）和任务载荷集成等技术和战术问题，并希望能在2022年开始测试水下武器发射能力。虎鲸项目的第1阶段中，美海军选了两个团队参加竞争设计工作。2017年10月，美国海军分别授予波音公司和洛克希德·马丁公司4230万美元和4320万美元的“虎鲸”设计合同。2018年，美国海军追加3018万美元，支持虎鲸XLUUV部分关键系统研发，重点关注发射、通信、指挥控制（C2）、导航、续航、回收、有效载荷可行性、任务规划与执行等。2018年底，波音和洛马团队分别提交了“虎鲸”方案。波音的方案基本上是“回声旅行者”的扩展版；而洛克希德·马丁提交的方案，更像是一枚超大鱼雷。波音“虎鲸”概念方案效果图洛克希德·马丁公司“虎鲸”概念方案效果图2019财年之后，虎鲸项目进入第2阶段，海军在两个竞争者中选定一个供应商开展UUV载具和保障元件的制造和测试。2019年2月13日，美国海军宣布，波音公司方案中标，由波音公司来制造、测试和交付首批四艘虎鲸XLUUV。2019年3月27日，海军宣布追加授予波音第五艘XLUUV合同。波音公司与亨廷顿英格尔斯工业公司（HII）的技术解决方案部门合作开展虎鲸XLUUV的建造，目前有5艘虎鲸UUV在建中。海此外，军还授予洛克希德·马丁公司近1000万美元合同，用于开发虎鲸XLUUV的导航控制系统设备。美海军确定的研制目标是希望2022年内XLUUV能够具备水下发射武器（布放水雷）能力。第一艘虎鲸的交付时间推迟了21个月，最早可能2022年9月交付。海军正在与波音公司合作，通过增加测试和培训等措施，来努力降低项目计划延误和执行风险。降低项目风险的措施主要包括：1）根据前五个虎鲸UUV的研制建造情况，逐步增加虎鲸UUV的采购数量；2）与大型无人水面舰艇项目协调，升级改造文图拉县海军基地基地的测试和训练设施，提升成本效益；3）模块化有效载荷舱都采用标准化的接口，以确保当前和未来的载荷的通用性；4）虎鲸UUV当前工作的重点是集成现有的载荷，同步开展新载荷的开发、评估和初步集成工作。目前，美海军将虎鲸XLUUV项目定位于解决联合紧急作战需求（JEON），希望为美海军舰队快速提供作战能力。因此，虎鲸XLUUV现在进入美海军的加速采办项目程序。根据美海军2023财年（FY2023-FY2027）造船计划，从2024财年开始，海军将采购采购更多的XLUUV。根据造舰计划，美海军希望2024财年至2027财年采购6艘XLUUV（2024年1艘、2025年1艘、2026年2艘、2027年2艘），单个UUV成本为1.156亿美元。据报道，美国海军“虎鲸”超大型无人水下航行器（XLUUV）的试验艇已于2022年4月28日下水进行了首次水中测试。虎鲸试验艇下水二技术参数虎鲸XLUUV以波音的回声旅行者UUV为设计基础。为了满足军事需求，波音和洛马团队不仅对回声旅行者UUV进行了重大设计更改，而且对原型机生产过程中的工艺流程、工业基础和材料采购等方面均做出了重大的改变。美海军希望虎鲸UUV成为当今水下自主UUV最前沿技术的代表。根据公开资料，虎鲸XLUUV长约26米，宽2.59米，高2.59米，空重45吨，可载重8吨，下潜深度超过3000米，最大速度8节，巡航速度2.5～3节，续航力6500海里。虎鲸UUV概念设计图根据概念设计图，“虎鲸”UUV在首尾设置纵倾调节水舱，首部布置有前视声呐、长基线换能器、测深仪等设备，中部设置有大型的多任务有效载荷舱可布置无人潜航器、鱼雷等有效载荷，尾部布置有柴油机发电机组、蓄电池舱等动力与能源系统，并带有折倒式通气管和通信桅杆、X型和泵喷推进器。虎鲸UUV采用商用系统架构和接口，具有冗余备份设计，具备自主导航能力。采用X型尾舵设计和柴油-电池混合充电动力系统方案，使用安静高效的泵喷推进器。未来确保航速和续航力的要求，“虎鲸”XLUUV将使用大容量的电池和大功率的柴油发电机；浮潜-柴油发动机浮在水面发电，单次全充能以2.5节的速度在水下巡航50小时以上，携带燃料在深海连续作业6个月以上。波音“回声旅行者”XLUUV相比虎鲸UUV原型波音回声旅行者（EchoVoyager）UUV，虎鲸的设计多一个长约10米的有效载荷模块，有效载荷模块内部容积约2,000立方英尺（56.63立方米）；此外，波音团队还给出一个短尺寸有效载荷的选项（14英尺，约4.27米），内部容积为900立方英尺（约25.49立方米）。此外，虎鲸XLUUV还可以搭载外部有效载荷。虎鲸UUV是全自动控制UUV（AUV），不需要支援舰就能独立完成预定任务。它可以从自己的港口或前线基地港口航行到战区，完成任务后自行返回基地，自动运行数周甚至数月，定期联系基地更新任务。在航行中，它可以绕过障碍物，收集数据，完成各种探测工作，并上升到海面，通过卫星将探测到的和收集到的数据传回基地。任务完成后，你可以自己返回港口。三作战使用根据美国海军XLUUV的发展路线图，“虎鲸”XLUUV将是首个具备布雷（MIW）作战能力的UUV。2021年3月18日海军部作证称，水雷将成为XLUUV的初始载荷，即布放水雷将作为虎鲸XLUUV的初始作战任务。根据波音公司公布的概念方案，虎鲸UUV的任务装载舱将采用类似轰炸机舱的底孔设计，10米长的舱可用于运载水雷、重型鱼雷、甚至巡航导弹等大型水下作战武器。“虎鲸”XLUUV任务装载舱开启方案为提升水下隐蔽布放水雷能力，美国自2016年起先后研制了可由XLUUV搭载的“隐蔽投送水雷”和“锤头（Hammerhead）”水雷。“隐蔽投送水雷”于2016年研制，利用MK67潜射自航水雷的弹头，改进引信、电池、雷壳、雷轨；采用最新的Mk71型可编程目标探测装置，集成远程指控和雷间通信组网能力等。“锤头”水雷于2018年研制，用于弥补MK60水雷退役所造成的反潜能力不足。“锤头”为系留式鱼水雷，用于在较大水深部署，探测到潜艇目标后，将释放MK54轻型鱼雷实施攻击。两型雷均可由XLUUV部署，在不考虑额外布放装置的情况下最大可携带水雷量为4×4×N，其中N为XLUUV载荷舱长度与水雷长度的比值取整。目前，海军希望使用虎鲸XLUUV秘密部署锤头水雷，锤头水雷将系留在海床上并配备反潜鱼雷，与海军冷战时期的CAPTOR（封装鱼雷）类似。虎鲸UUV作战概念图四威胁评估基于XLUUV项目路线图和最新造船计划，2040年左右，预计美国海军将服役40余艘XLUUVs，依托美军在欧亚大陆边缘的海军基地群，形成水下无人隐蔽布雷战（MIW）、情报监视（ISR）、电子战（EW）等实战能力。“虎鲸”XLUUV的隐身指标明显优于核潜艇，并且具有在大陆架、港口进出航道等浅海进行水下隐蔽机动的能力，将进一步加强美海军进攻性隐蔽水雷战（MIW）能力，大大增强美国海军在战略进攻型水雷战中的优势，形成以“静制动”和“源堵”攻击敌水面舰艇和潜艇夺取海权。具体来说，一次出动4到9个“虎鲸”XLUUV集群，可以在目标港口和海峡的进出航道投放数百吨智能雷和战术水雷，拦截敌方水面舰艇和潜艇。早在20世纪80年代，美军的智能水雷可以封锁几十公里的宽度的海域。加上隐蔽式移动无人“虎鲸”UUV的新型能力，势必对竞争对手带来严峻的挑战与威胁。虎鲸UUV执行隐蔽布雷任务，将在重点海域对敌方舰艇造成毁伤；可侦察敌方舰队和海岸线，把握敌方舰艇动向；可直接攻击敌方水面战舰，或与美海军潜艇协同，监视敌方潜艇，并充当诱饵，为攻击潜艇创造伏击的机会。将对敌方航线上的舰艇以及潜艇均具备相当的威胁。除了布放水雷的任务能力，美海军希望未来的虎鲸UUV具备反舰、反潜作战能力，以期对竞争对手带来新型水下威胁。XLUUV项目三期将支持XLUUV适应反潜（ASW）、反舰（ASUW）等更复杂的作战任务，在更广阔的海域实现更主动的海控能力。在情报监视(ISR)/电子战(EW)中，“虎鲸”XLUUV将主要用于侦察敌方舰队和海岸线，或者部署能够探测电磁辐射的天线，积累电磁频谱指纹等目标特征数据库。此外，虎鲸XLUUV将充分发挥其大深度、远航、耐镗、抗危等优势，还将进一步形成反水雷作战、海底特种作战等新的作战能力。五风险分析2022年4月，美国政府问责局发布报告，分析了美海军的几个重点无人项目的研发风险，其中包括XLUUV项目。1、海军的造船计划中，预估未来5年海军将在无人系统上的花费43亿美元采购21艘大型USV和UUV，美海军计划2045年前采购143艘大型USV和UUV。但报告认为这显然是个被低估的成本，因为这里并未考虑后期的运营和维持成本，以及相关数字基础设施建设成本等。2045年美海军采购USV和UUV的数量（2020版造舰计划）2、美海军尚未启动XLUUV的能力评估工作。根据计划，需要等到海军接收了原型样机之后，即至少2024年之后，海军才有可能完成XLUUV的效能评估，这也是新版造舰计划的重要输入。当前，XLUUV的作战概念问题是海军的工作重点。3、关于项目管理，报告指出海军并没有将海军的无人项目进行统筹管理，而是分别归于三个项目办公室——水面、水下和作战集成。这样的管理方式并不利于跨域和通用部分的开发工作，比如数字基础设施的部分。4、海军没有建立指标体系用于衡量其在《无人装备发展行动框架》中确立的战略目标方面取得的进展。报告认为，海军已经确立了战略目标，就应该制定目标和指标，以便跟踪进度。而海军目前甚至还没有对一些关