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潛艇作為海軍作戰的主要裝備之一，在水下攻擊與探測方面發揮著無可取代的作用。在攻擊能力方面，潛艇對水面艦船甚至陸上目標都造成極大的威脅；在探測能力方面，潛艇對海洋信息及相關軍事信息的收集起了重要作用。隨著技術不斷發展，潛艇在隱蔽性、機動性、搭載武器等方面都有長足的進步。
我國擁有長達1.8萬千米的陸地海岸線，水下探潛難度大，力量薄弱。美智庫專家稱：“中國海軍最大弱項是反潛反水雷，美國應充分利用這些弱點”。我國現階段反潛手段主要依賴以潛反潛及以艦反潛，速度慢且易被潛艇發現攻擊，對空中反潛平臺研究亟待進一步展開。近年來無人機集群技術的迅速發展，也為空中反潛這一作戰模式提供了全新的思路。
一、空中反潛平臺種類及特點
現存的空中反潛平臺大多是有人平臺，包括固定翼反潛飛機與反潛直升機。新興的空中反潛無人平臺主要分為固定翼無人機、多旋翼無人機及直升無人機（即單旋翼無人機）等類型。幾種空中反潛平臺（包含有人平臺與無人平臺）的特點對比如表1所示。
表1 空中反潛平臺特點對比
通過對比可以看出，無人機有成本低，操作難度低，體積小，便于形成蜂群集群等特點，可以更好地擔任空中探潛任務，將成為未來的發展趨勢。但其續航時長及載荷重量方面仍有不足，需考慮搭載探潛設備的匹配程度及使用場景。
二、無人機集群研究現狀
無人機集群，指借鑒自然界的自組織機制，使具備有限自主能力的多架無人機在沒有集中指揮控制的情況下，通過相互間信息通信產生整體效應，實現較高程度的自主協作，從而能在盡量少的人員干預下完成預期的任務目標。由于該項技術對自主技術的要求較高，現階段國內外針對無人機集群的研究均處于較初級的階段。
⒈外無人機集群研究現狀
美國對分布式無人機智能蜂群的研究開始于2000年，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）、美國國防部戰略能力辦公室（SCO）及美空軍、海軍等機構都啟動了相關項目開展相應研究，主要項目及研究情況如表2所示。
圖1 拒止環境中協同作戰（CODE）項目作戰概念
表2 美國軍方無人機集群主要研究項目
圖2 “小精靈”（Gremlins）項目作戰概念圖
此外，許多團隊也在研究民用無人機集群，具體情況如表3所示。
表3 國外民用無人機集群研究
⒉內無人機集群研究現狀
國內對集群無人機的理論研究主要集中在大專院校和科研院所。在工程技術方面，航空工業、航天11院、中國電子科技集團等國內企事業單位正致力于無人機集群的工程技術驗證，北京泊松技術有限公司、廣州億航智能技術有限公司、零度智控智能科技有限公司等私營企業，也在進行相關試驗，具體情況如表4所示。
表4 國內無人機集群主要研究進展
可以看出，中國對無人機集群技術研究的起步與國外相差不是很遠，出現過領先國際水平的研究成果。且近年來隨著“翼龍”、“翔龍”無人機偵察機，“利劍”無人機戰斗機的研制成功，我國軍用無人機技術邁入世界前列。民用無人機產業也蓬勃發展，出現了包括大疆在內的具有全球競爭力的企業。中國的無人機集群技術具有堅實的基礎和良好的發展前景。
三、探潛設備特點
探潛設備的信息源為潛艇的目標特性，即潛艇在海洋背景中體現出來的目標固有屬性，指的是潛艇的存在使得周圍海水介質的聲、光、磁、電、水壓、溫度等參數發生的變化。探測設備針對潛艇的一項或幾項目標特性可獲得潛艇相關信息，因此探測技術隨著潛艇目標特性研究的發展而發展。目前，最受重視的潛艇目標特性為聲特性，因此空中探潛設備主要分為聲學探測與非聲學探測兩大類，其中聲學探測為目前主要的探潛方式。
⒈學探測設備
航空聲學探測裝備已經非常成熟，主要有吊放聲吶、聲吶浮標、拖拽聲吶、激光/聲探裝備4種類型。吊放聲吶指用收放絞車和吊放電纜將探頭垂懸入水進行探測的聲吶，比較適用于可進行空中懸停的空中平臺進行布設。它的工作方式是空中反潛平臺懸停在制定探潛海域海面上方約20m左右，利用收放絞車和吊放電纜將探頭放入水下一定深度，先采用被動探測進行探潛搜索，當收到目標信號后轉為主動探測方式獲取潛艇的方位與距離。目前吊放聲吶的整套設備質量較重，無人機作為搭載平臺時需考慮減重設計。聲吶浮標指空中反潛平臺布放于潛艇可能存在的海域，探測并使用無線電將目標信息發送給反潛平臺的消耗性設備。它的工作方式是空中反潛平臺首先在目標海域大面積投放廉價的被動全向聲吶浮標，此類浮標僅可發現潛艇，無法探測潛艇位置。監測到潛艇存在后，需投放2～3枚被動定向聲吶浮標探測潛艇的方位并進行跟蹤。到攻擊階段，還需使用1枚主動定向聲吶浮標對潛艇進行精確定位，測定潛艇距離及徑向速度。以往的美國反潛飛機一般只攜帶1個彈藥箱，裝載20枚被動全向聲吶浮標、4枚被動定向聲吶浮標和4枚主動定向聲吶浮標。1枚被動式聲吶浮標質量低于10kg，1枚主動式聲吶浮標質量約為15kg，對載荷質量有限的無人機，可考慮以集群形式搭載各式聲吶浮標搭配使用。
⒉非聲學探測設備
隨著聲學探潛技術的發展，新型潛艇的研發都將“聲隱身”技術作為重點研發方向，美國“弗吉尼亞”級、“哥倫比亞”級等新型潛艇聲噪聲低于海洋背景噪聲，使用聲學探測手段很難探測，非聲學探測手段的重要性日益提高。目前的非聲學探測方式主要包括雷達探測、磁場探測、激光探測、生物探測、紅外探測、廢氣探測、電場探測、核輻射探測等。雷達探測的設備主要是機載搜潛雷達探測系統，主要利用空中反潛平臺的現有雷達搜索系統進行探潛。磁場探測的設備主要是磁探儀。磁探儀是非聲探測中最廣泛使用的探測設備。磁探儀是磁異常探測儀的簡稱，它的工作原理是探測潛艇存在使得所在位置磁場產生的變化，從而發現潛艇。磁探儀質量較小，且安裝方便，與空中平臺適配較好。激光探測的設備主要是激光雷達探測系統，指的是用激光器作為輻射源的雷達系統。它的工作原理是激光雷達發射脈沖激光串，接收裝置接收反射光，經處理可顯示潛艇形狀。生物探測的設備主要是藍綠激光探測系統。這種探測手段的工作原理是海洋中的發光細菌會發出450～490nm波長光，在潛艇經過的海域會引起這種發光強度的變化，通過藍綠光探測系統可發現這種持續時間10min以上的光尾流，從而跟蹤潛艇位置。紅外探測依靠紅外探測儀，通過探測潛艇的熱輻射與周圍海洋的背景溫差來探測潛艇。廢氣探測依靠廢氣探測儀，通過辨認常規動力潛艇內燃機排出的工作廢氣來發現潛艇。電場探測與核輻射探測還在論證階段。電場探測指利用潛艇艇體與螺旋槳金屬材料的電化學性質，檢測潛艇存在引起的軸頻電場。核輻射探測指利用光學檢測核潛艇周圍核輻射產生的可見藍光，從而監測潛艇的存在。
四、無人機集群探潛
由于單無人機作戰平臺載荷帶載量不足，可通過構成同構無人機集群的方式協同進行探潛任務，也可進一步構成異構無人機集群進行探潛與反潛任務。而由于無人機集群執行探潛任務無法改變其固有短板，如無人機續航能力有限，可考慮構建異構無人集群（如將無人機與無人水面艇、無人潛航器等編隊）或有人-無人系統協作執行探潛反潛任務。本文將針對以下典型應用場景闡述異構無人機集群執行探潛任務的作戰方式。
⒈構無人機集群近岸探潛反潛任務
從岸基起飛異構無人機集群中，部分飛行速度快、載荷重量小的無人機攜帶初步探潛設備（如被動全向聲吶、被動定向聲吶、磁探儀等）及通信中繼設備，另一部分載荷較大的無人機攜帶精確探潛裝備（如主動定向聲吶等）及攻潛武器，通過無人機集群自主協同進行探潛與攻潛任務。
⒉人-無人集群協作探潛反潛任務
可將一架有人機與無人機集群編成反潛編隊執行探潛反潛任務。具體分工是由無人機集群承擔探潛任務，并將探測結果傳輸至有人機，由有人機承擔信息匯總處理與進一步攻潛的任務。這種架構既可發揮無人機集群在探潛任務中的規模優勢，且由于無人機靈活、成本低的特點，可減少探潛過程中的損耗；也可發揮有人機在信息處理及指控方面的優勢，以及其載荷重量大的優點。
⒊異構無人集群護航應召探潛反潛任務
護航編隊中，可將無人機與無人艇編成異構無人集群執行反潛任務。當無人集群收到探潛指令時，攜帶探潛設備與通信中繼設備的無人機快速飛往目標海域進行探測，無人艇攜帶探潛設備與攻潛武器同時趕往目標海域。先期到達的無人機投放聲吶浮標，并用機上其他探潛設備進行探潛任務，發現可疑潛艇后，將信息在無人集群中共享，并傳回護航編隊指揮中心。在指揮中心的指令或無人集群自主協同指揮下，無人艇將靠近目標位置作進一步精確探測甚至進行攻潛任務。
五、結語
隨著無人機集群技術的進一步發展，以空中反潛平臺為代表的機動探潛將會在反潛領域發揮越來越重要的作用，與水下固定探潛網一道，成為我國水下預警體系不可或缺的一部分，為解決我國“水下國門洞開”問題發揮更大的作用。、
【作者簡介】文/劉婧 閆建峰 潘小群 文斌 溫雯，來自中國艦船研究院。第一作者劉婧，女，1998年出生，工程師，主要從事軍事無線通信相關研究。本文來自《艦船科學技術》（2021年增刊1），參考文獻略，用于學習與交流，版權歸作者及出版社共同擁有，轉載也請備注由“溪流之海洋人生”微信公眾平編輯與整理
