美海軍虎鯨XLUUV項(xiàng)目分析

美海軍虎鯨XLUUV項(xiàng)目分析美國一直致力突破水下平臺傳統(tǒng)對抗模式，注重在水下信息化、無人化、新概念裝備及新型作戰(zhàn)模式的創(chuàng)新研發(fā)，推動水下戰(zhàn)爭模式的根本性轉(zhuǎn)變，以取得非對稱優(yōu)勢。21世紀(jì)以來，美國一直試圖打造無人水下艦隊(duì)，發(fā)展了多型無人潛航器，并逐漸將研究中心轉(zhuǎn)移至大型人潛航器。美海軍XLUUV項(xiàng)目，即超大型無人潛航器（英文：ExtraLargeUnmannedUnderseaVehicle），目前美海軍也稱為虎鯨（Orca）項(xiàng)目?；ⅥL無人潛航器（XLUUV）是波音公司在“回聲旅行者”民用無人潛航器的基礎(chǔ)上研制的軍用型號自主水下載具（AUV）。按照美海軍的標(biāo)準(zhǔn)，XLUUV是指直徑大于84英寸（2.133米）的UUV。由于尺寸太大，XLUUV通常只能從碼頭發(fā)射出去工作。目前，虎鯨UUV是由波音公司和亨廷頓·英格爾斯工業(yè)公司（HII）的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)共同研制開發(fā)，是美海軍無人系統(tǒng)裝備體系建設(shè)的重要組成部分，旨在解決美國海軍的聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求。一項(xiàng)目進(jìn)展2015年，美國海軍部在其無人系統(tǒng)路線圖中公布了超大型無人潛水器（XLUUV）開發(fā)項(xiàng)目的軍事需求。美海軍希望超大型無人潛水器能夠配備巡航導(dǎo)彈、魚雷、水雷和小型UUV，具備情報監(jiān)視偵察（ISR）、布雷（MIW）、反水雷（MCM）、反潛（ASW）、反艦（ASUV）、電子戰(zhàn)（EW）等作戰(zhàn)能力，從而獲得領(lǐng)先于其他水下軍事強(qiáng)國對手的新型水下裝備技術(shù)和作戰(zhàn)能力優(yōu)勢。2016年4月，波音首先于推出了“回聲航行者”XLUUV概念方案。2017年6月，波音披露“回聲旅行者”XLUUV正在南加州海岸進(jìn)行海試，主要測試通信系統(tǒng)、自主控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、系統(tǒng)集成性能、深水長期潛水性能等主要系統(tǒng)和平臺的性能指標(biāo)。2017年6月波音公司公布回聲旅行者XLUUV海試照片2017年1月，美國海軍推動“虎鯨（Orca）”XLUUV項(xiàng)目概念，海軍當(dāng)時對虎鯨XLUUV項(xiàng)目的計(jì)劃是開發(fā)一種軍用XLUUV，并重點(diǎn)解決作戰(zhàn)概念（CONOPS）、布雷戰(zhàn)（MIW）和任務(wù)載荷集成等技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)問題，并希望能在2022年開始測試水下武器發(fā)射能力?；ⅥL項(xiàng)目的第1階段中，美海軍選了兩個團(tuán)隊(duì)參加競爭設(shè)計(jì)工作。2017年10月，美國海軍分別授予波音公司和洛克希德·馬丁公司4230萬美元和4320萬美元的“虎鯨”設(shè)計(jì)合同。2018年，美國海軍追加3018萬美元，支持虎鯨XLUUV部分關(guān)鍵系統(tǒng)研發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注發(fā)射、通信、指揮控制（C2）、導(dǎo)航、續(xù)航、回收、有效載荷可行性、任務(wù)規(guī)劃與執(zhí)行等。2018年底，波音和洛馬團(tuán)隊(duì)分別提交了“虎鯨”方案。波音的方案基本上是“回聲旅行者”的擴(kuò)展版；而洛克希德·馬丁提交的方案，更像是一枚超大魚雷。波音“虎鯨”概念方案效果圖洛克希德·馬丁公司“虎鯨”概念方案效果圖2019財年之后，虎鯨項(xiàng)目進(jìn)入第2階段，海軍在兩個競爭者中選定一個供應(yīng)商開展UUV載具和保障元件的制造和測試。2019年2月13日，美國海軍宣布，波音公司方案中標(biāo)，由波音公司來制造、測試和交付首批四艘虎鯨XLUUV。2019年3月27日，海軍宣布追加授予波音第五艘XLUUV合同。波音公司與亨廷頓英格爾斯工業(yè)公司（HII）的技術(shù)解決方案部門合作開展虎鯨XLUUV的建造，目前有5艘虎鯨UUV在建中。海此外，軍還授予洛克希德·馬丁公司近1000萬美元合同，用于開發(fā)虎鯨XLUUV的導(dǎo)航控制系統(tǒng)設(shè)備。美海軍確定的研制目標(biāo)是希望2022年內(nèi)XLUUV能夠具備水下發(fā)射武器（布放水雷）能力。第一艘虎鯨的交付時間推遲了21個月，最早可能2022年9月交付。海軍正在與波音公司合作，通過增加測試和培訓(xùn)等措施，來努力降低項(xiàng)目計(jì)劃延誤和執(zhí)行風(fēng)險。降低項(xiàng)目風(fēng)險的措施主要包括：1）根據(jù)前五個虎鯨UUV的研制建造情況，逐步增加虎鯨UUV的采購數(shù)量；2）與大型無人水面艦艇項(xiàng)目協(xié)調(diào)，升級改造文圖拉縣海軍基地基地的測試和訓(xùn)練設(shè)施，提升成本效益；3）模塊化有效載荷艙都采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口，以確保當(dāng)前和未來的載荷的通用性；4）虎鯨UUV當(dāng)前工作的重點(diǎn)是集成現(xiàn)有的載荷，同步開展新載荷的開發(fā)、評估和初步集成工作。目前，美海軍將虎鯨XLUUV項(xiàng)目定位于解決聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求（JEON），希望為美海軍艦隊(duì)快速提供作戰(zhàn)能力。因此，虎鯨XLUUV現(xiàn)在進(jìn)入美海軍的加速采辦項(xiàng)目程序。根據(jù)美海軍2023財年（FY2023-FY2027）造船計(jì)劃，從2024財年開始，海軍將采購采購更多的XLUUV。根據(jù)造艦計(jì)劃，美海軍希望2024財年至2027財年采購6艘XLUUV（2024年1艘、2025年1艘、2026年2艘、2027年2艘），單個UUV成本為1.156億美元。據(jù)報道，美國海軍“虎鯨”超大型無人水下航行器（XLUUV）的試驗(yàn)艇已于2022年4月28日下水進(jìn)行了首次水中測試?；ⅥL試驗(yàn)艇下水二技術(shù)參數(shù)虎鯨XLUUV以波音的回聲旅行者UUV為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。為了滿足軍事需求，波音和洛馬團(tuán)隊(duì)不僅對回聲旅行者UUV進(jìn)行了重大設(shè)計(jì)更改，而且對原型機(jī)生產(chǎn)過程中的工藝流程、工業(yè)基礎(chǔ)和材料采購等方面均做出了重大的改變。美海軍希望虎鯨UUV成為當(dāng)今水下自主UUV最前沿技術(shù)的代表。根據(jù)公開資料，虎鯨XLUUV長約26米，寬2.59米，高2.59米，空重45噸，可載重8噸，下潛深度超過3000米，最大速度8節(jié)，巡航速度2.5～3節(jié)，續(xù)航力6500海里。虎鯨UUV概念設(shè)計(jì)圖根據(jù)概念設(shè)計(jì)圖，“虎鯨”UUV在首尾設(shè)置縱傾調(diào)節(jié)水艙，首部布置有前視聲吶、長基線換能器、測深儀等設(shè)備，中部設(shè)置有大型的多任務(wù)有效載荷艙可布置無人潛航器、魚雷等有效載荷，尾部布置有柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組、蓄電池艙等動力與能源系統(tǒng)，并帶有折倒式通氣管和通信桅桿、X型和泵噴推進(jìn)器?；ⅥLUUV采用商用系統(tǒng)架構(gòu)和接口，具有冗余備份設(shè)計(jì)，具備自主導(dǎo)航能力。采用X型尾舵設(shè)計(jì)和柴油-電池混合充電動力系統(tǒng)方案，使用安靜高效的泵噴推進(jìn)器。未來確保航速和續(xù)航力的要求，“虎鯨”XLUUV將使用大容量的電池和大功率的柴油發(fā)電機(jī)；浮潛-柴油發(fā)動機(jī)浮在水面發(fā)電，單次全充能以2.5節(jié)的速度在水下巡航50小時以上，攜帶燃料在深海連續(xù)作業(yè)6個月以上。波音“回聲旅行者”XLUUV相比虎鯨UUV原型波音回聲旅行者（EchoVoyager）UUV，虎鯨的設(shè)計(jì)多一個長約10米的有效載荷模塊，有效載荷模塊內(nèi)部容積約2,000立方英尺（56.63立方米）；此外，波音團(tuán)隊(duì)還給出一個短尺寸有效載荷的選項(xiàng)（14英尺，約4.27米），內(nèi)部容積為900立方英尺（約25.49立方米）。此外，虎鯨XLUUV還可以搭載外部有效載荷?；ⅥLUUV是全自動控制UUV（AUV），不需要支援艦就能獨(dú)立完成預(yù)定任務(wù)。它可以從自己的港口或前線基地港口航行到戰(zhàn)區(qū)，完成任務(wù)后自行返回基地，自動運(yùn)行數(shù)周甚至數(shù)月，定期聯(lián)系基地更新任務(wù)。在航行中，它可以繞過障礙物，收集數(shù)據(jù)，完成各種探測工作，并上升到海面，通過衛(wèi)星將探測到的和收集到的數(shù)據(jù)傳回基地。任務(wù)完成后，你可以自己返回港口。三作戰(zhàn)使用根據(jù)美國海軍XLUUV的發(fā)展路線圖，“虎鯨”XLUUV將是首個具備布雷（MIW）作戰(zhàn)能力的UUV。2021年3月18日海軍部作證稱，水雷將成為XLUUV的初始載荷，即布放水雷將作為虎鯨XLUUV的初始作戰(zhàn)任務(wù)。根據(jù)波音公司公布的概念方案，虎鯨UUV的任務(wù)裝載艙將采用類似轟炸機(jī)艙的底孔設(shè)計(jì)，10米長的艙可用于運(yùn)載水雷、重型魚雷、甚至巡航導(dǎo)彈等大型水下作戰(zhàn)武器?！盎ⅥL”XLUUV任務(wù)裝載艙開啟方案為提升水下隱蔽布放水雷能力，美國自2016年起先后研制了可由XLUUV搭載的“隱蔽投送水雷”和“錘頭（Hammerhead）”水雷。“隱蔽投送水雷”于2016年研制，利用MK67潛射自航水雷的彈頭，改進(jìn)引信、電池、雷殼、雷軌；采用最新的Mk71型可編程目標(biāo)探測裝置，集成遠(yuǎn)程指控和雷間通信組網(wǎng)能力等?！板N頭”水雷于2018年研制，用于彌補(bǔ)MK60水雷退役所造成的反潛能力不足?！板N頭”為系留式魚水雷，用于在較大水深部署，探測到潛艇目標(biāo)后，將釋放MK54輕型魚雷實(shí)施攻擊。兩型雷均可由XLUUV部署，在不考慮額外布放裝置的情況下最大可攜帶水雷量為4×4×N，其中N為XLUUV載荷艙長度與水雷長度的比值取整。目前，海軍希望使用虎鯨XLUUV秘密部署錘頭水雷，錘頭水雷將系留在海床上并配備反潛魚雷，與海軍冷戰(zhàn)時期的CAPTOR（封裝魚雷）類似?；ⅥLUUV作戰(zhàn)概念圖四威脅評估基于XLUUV項(xiàng)目路線圖和最新造船計(jì)劃，2040年左右，預(yù)計(jì)美國海軍將服役40余艘XLUUVs，依托美軍在歐亞大陸邊緣的海軍基地群，形成水下無人隱蔽布雷戰(zhàn)（MIW）、情報監(jiān)視（ISR）、電子戰(zhàn)（EW）等實(shí)戰(zhàn)能力?！盎ⅥL”XLUUV的隱身指標(biāo)明顯優(yōu)于核潛艇，并且具有在大陸架、港口進(jìn)出航道等淺海進(jìn)行水下隱蔽機(jī)動的能力，將進(jìn)一步加強(qiáng)美海軍進(jìn)攻性隱蔽水雷戰(zhàn)（MIW）能力，大大增強(qiáng)美國海軍在戰(zhàn)略進(jìn)攻型水雷戰(zhàn)中的優(yōu)勢，形成以“靜制動”和“源堵”攻擊敵水面艦艇和潛艇奪取海權(quán)。具體來說，一次出動4到9個“虎鯨”XLUUV集群，可以在目標(biāo)港口和海峽的進(jìn)出航道投放數(shù)百噸智能雷和戰(zhàn)術(shù)水雷，攔截敵方水面艦艇和潛艇。早在20世紀(jì)80年代，美軍的智能水雷可以封鎖幾十公里的寬度的海域。加上隱蔽式移動無人“虎鯨”UUV的新型能力，勢必對競爭對手帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)與威脅?；ⅥLUUV執(zhí)行隱蔽布雷任務(wù)，將在重點(diǎn)海域?qū)撤脚炌г斐蓺?；可偵察敵方艦?duì)和海岸線，把握敵方艦艇動向；可直接攻擊敵方水面戰(zhàn)艦，或與美海軍潛艇協(xié)同，監(jiān)視敵方潛艇，并充當(dāng)誘餌，為攻擊潛艇創(chuàng)造伏擊的機(jī)會。將對敵方航線上的艦艇以及潛艇均具備相當(dāng)?shù)耐{。除了布放水雷的任務(wù)能力，美海軍希望未來的虎鯨UUV具備反艦、反潛作戰(zhàn)能力，以期對競爭對手帶來新型水下威脅。XLUUV項(xiàng)目三期將支持XLUUV適應(yīng)反潛（ASW）、反艦（ASUW）等更復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)，在更廣闊的海域?qū)崿F(xiàn)更主動的?？啬芰?。在情報監(jiān)視(ISR)/電子戰(zhàn)(EW)中，“虎鯨”XLUUV將主要用于偵察敵方艦隊(duì)和海岸線，或者部署能夠探測電磁輻射的天線，積累電磁頻譜指紋等目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫。此外，虎鯨XLUUV將充分發(fā)揮其大深度、遠(yuǎn)航、耐鏜、抗危等優(yōu)勢，還將進(jìn)一步形成反水雷作戰(zhàn)、海底特種作戰(zhàn)等新的作戰(zhàn)能力。五風(fēng)險分析2022年4月，美國政府問責(zé)局發(fā)布報告，分析了美海軍的幾個重點(diǎn)無人項(xiàng)目的研發(fā)風(fēng)險，其中包括XLUUV項(xiàng)目。1、海軍的造船計(jì)劃中，預(yù)估未來5年海軍將在無人系統(tǒng)上的花費(fèi)43億美元采購21艘大型USV和UUV，美海軍計(jì)劃2045年前采購143艘大型USV和UUV。但報告認(rèn)為這顯然是個被低估的成本，因?yàn)檫@里并未考慮后期的運(yùn)營和維持成本，以及相關(guān)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本等。2045年美海軍采購USV和UUV的數(shù)量（2020版造艦計(jì)劃）2、美海軍尚未啟動XLUUV的能力評估工作。根據(jù)計(jì)劃，需要等到海軍接收了原型樣機(jī)之后，即至少2024年之后，海軍才有可能完成XLUUV的效能評估，這也是新版造艦計(jì)劃的重要輸入。當(dāng)前，XLUUV的作戰(zhàn)概念問題是海軍的工作重點(diǎn)。3、關(guān)于項(xiàng)目管理，報告指出海軍并沒有將海軍的無人項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌管理，而是分別歸于三個項(xiàng)目辦公室——水面、水下和作戰(zhàn)集成。這樣的管理方式并不利于跨域和通用部分的開發(fā)工作，比如數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的部分。4、海軍沒有建立指標(biāo)體系用于衡量其在《無人裝備發(fā)展行動框架》中確立的戰(zhàn)略目標(biāo)方面取得的進(jìn)展。報告認(rèn)為，海軍已經(jīng)確立了戰(zhàn)略目標(biāo)，就應(yīng)該制定目標(biāo)和指標(biāo)，以便跟蹤進(jìn)度。而海軍目前甚至還沒有對一些關(guān)