无人潜航器：中国海军的新兵

晨枫

1月5日，印度尼西亚海军宣布，渔民在南苏拉维西的萨拉亚岛海域捞起三个中国潜航器。这里就在龙目海峡的出入口，巽他海峡也只有1000公里。1000公里当然不是短距离，但对于长航时潜航器还说，也不是多么了不起的距离。马六甲海峡、巽他海峡和龙目海峡是南海进出印度洋的三大通道。据2016年数据，世界贸易的20%都要经过南海，价值约34000亿美元（美国CSIS数据，也有数据指出为30%、54000亿美元）。对于中国来说，39.5%的进出口都要通过南海，价值14700亿美元。在这样敏感的地方发现中国潜航器，自然引起一阵轰动。
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/ n- o1 A* N& c+ z; I+ J4 c南海是世界贸易的交通要道


+ G2 H4 `2 T! e1 f+ p对中国（红色）尤其重要
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发现中国潜航器的位置接近龙目海峡（Lombok Strait）

1 Z; j0 t* Q3 w" i2 o, C潜航器不大，约2.25米长，翼展0.5米。有“中国科学院沈阳自动化研究所”字样。值得指出的是，这不是通常的潜航器，而是水下滑翔器。也就是说，在通常的鱼雷外形基础上，还有一对较长的“机翼”。潜艇是靠压载改变浮力而在水中控制沉浮的，压载水舱里注水，浮力降低，潜艇就下沉；压载水舱用压缩空气排水，浮力增加，潜艇就上浮。在定常深度潜航时，处于零浮力状态，既不上浮，也不下潜。前进则完全依靠动力推力。换句话说，发动机停了，潜艇也就停了。在某种程度上，潜艇好比水中的动力气球。
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6 u1 D5 v3 Z% V* S2 W3 K+ O印度尼西亚渔民在龙目海峡附近打捞到中国的潜航器，移交给了军方
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  s8 i5 G# f- l* q, v印尼海军参谋长马格诺在介绍被渔民发现的中国滑翔潜航器，上有中科院沈阳自动化所标记，靠近龙目海峡


7 w. Y5 E  \7 o( o& o6 L7 V% f6 d4 e; N' G! ^典型水下滑翔器的构造

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  g; H& Y" W8 @: q典型水下滑翔器的运作示意


$ w0 R$ Z1 [  ]5 n+ p8 R& U) Q改变浮力有很多技术路线。左为电动活塞法，右为热循环法
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2 c3 K3 P& v0 Q. U! g但水下滑翔器装上“机翼”后，潜航机制完全改变了。在静止状态下，水下滑翔器具有负浮力，换句话说，有自然下沉倾向，这是“机翼”提供“升力”，在减速下沉的同时，滑翔前行。在水深很大的大洋，随着下潜的深度增加，海水密度增加，滑翔的距离还更长。水下也有各种上升洋流，遇到还可以借一把力。当然，遇到下降洋流的时候，也逃不掉迅速掉深度。水下滑翔器和潜艇一样有压载水舱，在一定的时刻，用活塞、油囊把海水排出压载水舱而上浮后，重新开始下降中滑翔的过程，周而复始。

内外油囊之间介质油输送最简单的是电动活塞法。这是用电动介质油泵在内外囊袋之间来回抽运介质油；介质油压入外囊袋（往后输送介质油）时，增加排水体积和浮力，开始上升；介质油抽回内囊袋（往前输送介质油）时，减少总排水体积和浮力，开始下降。另一种是热循环法，在内外囊袋外，还有储油囊、海水热交换器和压缩空气舱（头部的圆球）。介质油从外囊袋（后）抽入内囊袋（中）时，排水体积和浮力减小，开始下降。随着下潜深度增加，海水温度降低，海水热交换器里的蜡状物质开始固化和收缩，吸入部份内囊袋里的介质油。到了要上升时，压缩空气把储油囊里的介质油通过旁通管路赶入外囊袋，增加排水体积和浮力。随着深度降低，海水温度增高，蜡状物质融化膨胀，把吸入海水热交换器的介质油再赶回储油囊。热循环法比较复杂，要有一整套管路和阀系，但利用了海水自然温差的能量，自身能量消耗更低，可以水下滑翔的距离更长，理论上可以比电动活塞法增加一倍。
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+ h: `4 ?; M, H0 j. n9 t与常规潜艇需要动力推进相比，水中滑翔使得潜航器可以大大延长潜航时间，同样的能源可以大得多的潜航航程。几百公斤的水下滑翔器动辄可以达到几十天的潜航时间和几千公里的潜航距离，能量效率非常规潜艇可比。2019年11月17日《中国海洋报》报导，沈阳自动化所的海鲸2000重约200公斤，南海创造了连续潜航37天、航程2011公里的记录，最大潜深1500米，最大速度超过1米/秒，最大持续航速2节。

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" F0 l, z1 Q+ Y1 \1 B: Z( @3 P) p海鲸2000在南海试航

航向可以用常规的舵面控制，包括飞机上常见的三翼面，或者V形尾，也可以用潜艇上常见的十字舵，或者X形舵。还可以用移动配重导致横滚来转向，就像飞机转向一样，这样阻力损失更低。
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! |" u5 s! Z' q! E; Q水下滑翔是60年代开始研究的，或许是受到U-2侦察机的影响。U-2被誉为动力滑翔机，是因为这确实也是按照动力滑翔机运作的。在起飞和爬升到指定高度后，发动机关闭，依靠滑翔飞行一段时间，只有在高度降低到一定程度后再重新启动发动机，在加速中爬升，直至重新关闭发动机、开始滑翔。U-2轻小的机体和不大的载油量达到惊人的航程（至少11280公里！），正是得益于这样的动力滑翔。
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; u! {9 V% K; U% Z- n: p对于水下滑翔器而言，这样周而复始的上浮、下沉很有利于调查不同深度的海洋水文情况，包括水深、流速、流向、环境噪声、温度、盐度、浊度、叶绿素、溶解氧等。水深、流速、流向、环境噪声的重要性不言而喻，温度和盐度有利于勘测水中的温度跃变层，跃变层对声纳好像屏障一样，潜艇躲在另一层就很难被探测到，是各国潜艇活动重要的水文资料。浊度对空中反潜很重要，目视或者可见光搜索依然对浅海潜艇是重要的搜索手段。叶绿素和溶解氧是用于估测海洋生物环境的，这对避免缠绕和吸附也是非常有用的数据。每一次上浮也可以是数据上传、卫星导航定位和接受指令的时候，水下的导航则有三轴陀螺、压力计、磁罗盘等。

8 a% C0 j8 }; a水下滑翔的缺点与滑翔机相同：速度较慢，也不宜用于太浅的浅海。但用于水文调查，这不是问题。用于低成本远程侦察，这些缺点也是可以接受的。但由于用重力推进，水下滑翔器在航行中实际上是无噪声的，隐身能力比最安静的潜艇还要好。由于压载水舱相对较小，不需要压缩空气排水，上浮时的噪声很低，除了低微的水流声，基本上没有其他噪声，延续的时间也较短。

4 ?8 s5 B$ n, {! M4 G没有公开资料表明中国的水下滑翔器的研究是什么时候开始的，但已知2016年时中国渔民在南海捞上美国施放的水下滑翔器，中国还进行过抗议。不管是不是受到美国设计的启示，现在中国的水下滑翔器已经进入实用了，首先在南海发现并不奇怪。

南海对中国曾经是天高皇帝远的遥远存在，抗战胜利后，林遵到南海兜一圈，插几面旗，蒋介石在地图上画了九段线，就算是宣示主权了。但现在不一样，中国不仅在南海认真经营，还要把南海打造成堡垒海域，这里将成为中国战略导弹核潜艇的发射阵地，也是反击美国通过南海军事干预台海战争的主要阵地，更是前出牵制美国在澳大利亚、新加坡、菲律宾的军事基地的出发阵地。不管是潜艇出动，还是反潜战，南海的水文资料都是重中之重。在马六甲、巽他、龙目三个海峡里，马六甲海峡最繁忙，但也最浅，南段（面向南海）只有30多米深。巽他海峡也不深，大约100多米。龙目海峡最深，可达1400米，因此也最适合中国潜艇出入。在印度尼西亚发现的这几个水下滑翔器只是冰山一角。

但水下滑翔器的作用不止水文调查。
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% }; Z2 m7 H* F滑翔机一般是轻巧、单人（或双人）的
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) E8 g$ m$ u2 M# z但在二战时代，滑翔机是大量空运的主要手段，重要性一度超过运输机


但在二战时代，滑翔机也是能空运重型货物的唯一手段

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3 Q, Z! l# S5 B1 Z4 J. Y! \, e8 A当前水下滑翔器以小巧的为主，但只要有需要，大型水下滑翔器在技术上没有不可克服的困难
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1 C- K# C$ e5 X8 G- ?$ k2 W在二战中，由于运输机的数量少、载重量较低，滑翔机一度是空投的主力平台。在大洋深处，水下滑翔机也可以用作投送平台。这不是用于投送海军陆战队或者特种部队的，水下滑翔器可以长时间潜航，人还是需要氧气才能呼吸的。但在水下机器人的配合下，无人的水下滑翔器可以用于在战略位置投放水声传感器，被动探测过往潜艇和水面舰船。更进一步，自然可以用于布设水雷。

7 _$ v9 P0 w, K0 {) ~6 J, ^如果携带鱼雷，水下滑翔器就成为机动的鱼水雷了。鱼水雷是水雷的一种，传统上是锚雷与鱼雷的结合，布设的位置是固定的，待目标舰船驶过附近的时候，启动鱼雷追击。但锚雷一旦布设，位置就固定了，如果敌情有变，就没法重新布设了。用水下滑翔器携带鱼雷，既可以沉底待命，也可以定期上浮，接受新指令，重新部署。这样灵活性和覆盖面积就大多了。水下滑翔器的成本很低，水下滑翔的鱼水雷与系锚或者沉底的鱼水雷相比，成本增加并不多。甚至可以像用制导组件加装在铁炸弹上，将铁炸弹改造为制导炸弹一样，在鱼雷上加装水下滑翔组件，就成为水下滑翔鱼水雷了。由于鱼水雷的探测距离有限，鱼雷的射程也要求不高，用简化的鱼雷就可以，如果还有足够的剩余寿命，用老式鱼雷改装也可以。

但最重要的用途可能还是在水下组网监视潜艇和水面舰船的过往。大量低成本、长潜航时间的水下滑翔器在海洋里巡弋，作用好比中空长航时无人机监视地面目标一样。水下滑翔器适合在远海水下巡弋，与近海海底固定的水声监测网络互补，将补上海洋态势感知关键的一环。在这里，长潜航时间和水声探测不是技术难点，难点反而在于水下数据链。由于水下滑翔器航速太低，且不说核潜艇的高航速，连常规潜艇典型的4节“爬行”航速也跟不上，所以发现水下目标的话，应该直接上浮报信。发现水面目标的话，尤其是经过声纹验证为可疑军用舰船的话，反而应该等目标远去再上浮报信，避免被“抓现行”。如果是敌舰因为无线电信号前来追缴，正好浪费敌人的反潜兵力。水下滑翔器的成本很低，民用的典型成本只有10万美元，换一条甚至几条反潜鱼雷值了，而且扰乱了敌舰的行动。

但水下滑翔器只是无人潜航器的一种，中国也在研制和部署更接近潜艇的潜航器，在国庆70周年阅兵中展示的HSU-001就是其中一种。值得注意的是，中国对HSU-001的基本数据闭口不谈。


3 I4 j) U( p! J4 V8 A9 V在国庆70周年阅兵中展示的HSU-001潜航器除了公布了外观，基本数据依然保密
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据估计，HSU-001长约5米，直径1米，排水量约3吨。采用双轴双桨驱动，具有前后各4具侧推装置。与水下滑翔器相比，HSU-001的潜航时间可能没有那么长，但速度快得多，操控精确得多，运作也要灵活得多。这就是普通飞机与滑翔机的差别。
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HSU-001还有显眼的可升降传感器-通信桅杆。艇艏有一个透明圆窗。这样大小的潜航器除了动力、电子设备，艇内就没有多少体积和重量可用于携带武器了，也没有可见的鱼雷管的盖板。但两根传感器-通信桅杆表明，HSU-001具有强大的侦察和监视能力，还可能有强大的电子战能力。电子战的花招千变万化，但距离是不变的魔鬼，2瓦干扰机在2公里的距离上与1000瓦干扰机在100公里上的功率密度相当。潜航器可以隐蔽地接近到海岸目标，电子战效果比远距离上的飞机或者舰船要好得多。
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有意思的是艇艏的透明圆窗，看来这是光电观察用的。加上前后的4对侧推装置，这意味着HSU-001可能具有另一个用处：破坏海底电缆，或者布设海底装置。4对侧推意味着可以精细控制水下姿态，反潜或者一般的水声探测并不需要这样的高精度姿态控制，水文调查也没有这样的必要。但要破坏通信海缆，或者敌对SOSUS装置和通信电缆，就需要这样的精细。直接往大概位置扔深水炸弹当然可以达到破坏的目的，但也太简单粗暴了，还暴露意图。另一方面，如果要往敌对海缆上安装窃听或者干扰装置，更是需要精细和隐蔽。观察圆窗和高精度侧推这是干这用的。当然，这还需要水下机器手，这就是在舱盖之后看不见的地方了。

高精度姿态控制的另一个用处是在水下绕过障碍物。在低速无声推进状态下，可以边观察边隐蔽绕行，甚至剪开防潜网，渗透进入严密设防的港口和基地，抵近侦察。然而，在两侧外挂鱼雷后，这样隐蔽进港就可以造成很大的破坏。HSU-001两侧各有一排用途不明的安装点，有可能就是用于配装可拆卸的外挂鱼雷挂架的。如果携带两枚轻型电动直航鱼雷，就可以在隐蔽中接近目标，利用高精度姿态控制精确瞄准，悄悄发射鱼雷后，全身而退。美国SEAL突击队的部份潜航器正是干这用的，用无人潜航器只是无人化了，而且可在潜航中发射鱼雷。电动鱼雷的噪声低，不易惊动敌人，但速度也低，射程较短。这对近距离偷袭问题不大。直航可降低成本和系统重量，把尽可能多的重量留给战斗部，争取一击毙命。


$ W& X, \0 o- @; I! y+ B美国Proteus潜航器有SEAL突击队潜航器发展而来，可挂载鱼雷。这只能浮上水面发射鱼雷，所以只需要控制航向的侧推，不需要控制俯仰的侧推。

( ?/ f; @! [* [' Y, }! j: [载人的潜艇在潜航中，不仅推进需要消耗电力，艇员的生命保障系统也需要消耗电力。无人的潜航器不需要对艇员供氧，理论上在水下漂浮的时候可以根本不耗电，所以只要任务规划得当，潜航时间比常规潜艇长得多。无人的潜航器对安全的要求也较低，可以放心采用能量密度更高的锂电池。
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HSU-001属于大排水量潜航器（简称LDUUV），但更大的超大型潜航器（简称XLUUV）正在成为新的热点，其中波音“虎鲸”是代表。这是从长度16米的波音“回声远航者”发展而来的，但插入了10米长的载荷舱，可搭载8吨载荷，总长也增加到26米。动力为柴油机-锂电池，最大航速8节，巡航航速3节，最大航程10500公里，潜航时间可达几个月之久。X形舵使得“虎鲸”很适合浅水使用。


波音“回声远航者”
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波音“虎鲸”要大得多，载荷舱自然可以搭载更多的有效载荷，绿色的Moor-pedo正是锚鱼雷

) {& w1 }: `, P可以肯定，中国的XLUUV已经在路上了。近些年，中国无人机的百花齐放成为世界航空界的一景，在各种航展上抢尽风头。没有理由不认为各种不同大小、不同功能、不同特点的潜航器也在暗香流溢，只是这些天生就是隐蔽战线的战士除了不巧被哪国渔民捞上来了，或者需要在阅兵时露一脸，一般都是避开注意，而不是抢镜头的。

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水工

这个潜航器应该是在广州研制的，沈阳自动化所在广州搞很大的制造基地。现在中科院和广州市政府合作在广州南沙建一个中科院明珠科学院区，海洋装备就是其中重要一个发展方向，包括数据处理和控制中心也在广州。
沈自所属于一期南部组团先行启动项目。沈自所规划在中科院明珠科学园建设识海工程和广东智能无人系统研究院两部分内容。识海工程主要建设内容为运控与数据中心、综合办公与科学传播中心、科考样品与科学研究中心；智能院主要建设内容为研发办公楼、智能荷载楼、机器人检查中心（保障楼）以及地下室等内容。

老财迷

开个脑洞扩展一下：
. N) `$ o! g. O( u4 q: ^在解放台湾时，为防止美帝航母舰队干涉，可以在开战前10天，派母船到台湾以东洋面放些携带鱼雷的水下滑翔器、携带侦察通讯设备的水下滑翔器。
  P1 S! Y% B; X: a; D- U- t- E假设以台湾海峡中线为空战地域，F35C海军型作战半径1100km。
0 P+ ]- Z. L) j8 k9 W7 i从中线北端向东北方向划线1100km取点A，从中线南端向东南方向划线1100km取点B，这差不多就是美军航母舰队参加战斗的最远距离。
考虑航母舰队的机动性要求，A点在冲绳群岛太平洋侧、B点在菲律宾群岛东侧，AB的最大长度约1600km。
; P1 e" o) ]* d0 d6 x  |7 S携带鱼雷的水下滑翔器，按10km间隔，需要160枚，除掉鱼雷价钱，“水下滑翔器的成本很低，民用的典型成本只有10万美元”，按中国生产能力，估计军用的也就100万人民币以内。160*100=1.6亿，这比一条常规潜艇都便宜，效能可比常规潜艇大多了，潜伏时间长、不用担心人员牺牲、打完仗也能回收。
在东西方向上间隔10km布上3层防御，也就不到500个。
$ I, R) u9 Z  _/ t' t0 z# k$ F开战时，指挥系统计算好时间，由水下滑翔器先发射鱼雷，至少能扰乱敌人队形、造成航母放飞回收飞机困难，由歼击机队掩护的轰6K发起攻击，同时DF26、DF21D到达，这种饱和攻击怕是美帝也抗不住吧。
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可梦之

是美国抗议吧
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但已知2016年时中国渔民在南海捞上美国施放的水下滑翔器，中国还进行过抗议。

法乎其上

暗香流溢

有点那什么什么文的感觉

pcb

可梦之 发表于 2021-1-30 18:03
是美国抗议吧

- @1 \; N! Z& p$ j7 j哈哈哈哈哈哈

! e" [; C5 t- L1 D! f' g  i想起来者名的海南渔船

pcb

晨枫

老财迷 发表于 2021-1-30 01:34
: v& \& q: V) l开个脑洞扩展一下：
3 U; G  c0 O3 p$ F; Y在解放台湾时，为防止美帝航母舰队干涉，可以在开战前10天，派母船到台湾以东洋面放些 ...

这样的大洋布设水雷是历史上从来没有过的，而且具有智能，只攻击敌对国家军用舰船，对美国海军会是很大的困扰，说不定顺手连日本的海运都封锁了。

数值分析

这深潜器没有自毁装置么？怎么这么容易就让别人捞起来了呢？

海的故乡

老财迷 发表于 2021-1-30 15:34
开个脑洞扩展一下：
9 d$ f- s: V" Z' S  C在解放台湾时，为防止美帝航母舰队干涉，可以在开战前10天，派母船到台湾以东洋面放些 ...

: O: R, s  I# h0 g# B8 C- K大量无人潜航器带鱼雷，要是出故障了乱射鱼雷怎么办？排这种雷极为麻烦。
  ?( X8 n  F5 V" m不如把鱼雷换成可上浮的无线信标，能给北斗发短报文就行。潜航器自己就在水底巡逻，竖起耳朵监听美国航母舰队的声纹，发现目标就把无线信标抛出上浮水面给卫星或者其他监视单位各种报告，报告完了自沉，一个潜航器估计能带20~30个信标，在50km半径的海域能监视一个半月。
" Q8 A" E2 Z; X4 q$ ]2 L* p3 ^打航母还是交给DF21吧

老财迷

海的故乡 发表于 2021-2-2 13:52
大量无人潜航器带鱼雷，要是出故障了乱射鱼雷怎么办？排这种雷极为麻烦。
; j+ s! t7 X; N2 t* n! Y不如把鱼雷换成可上浮的无线信 ...

5 z" u5 |7 z9 E/ x) W; _要相信TG的军工，才几百个潜航器不会都出故障乱射，偶尔个把出问题不用太担心。要打仗了，去那一带的民船会极少，不用担心。
不用排雷啊，打完仗可以回收；出故障射出去的，没动力了就自己沉了，也不用排雷啊。
你说的监控肯定要有，前文说了：派母船到台湾以东洋面放些携带鱼雷的水下滑翔器、携带侦察通讯设备的水下滑翔器。
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DF21D、DF26打靶，已知的就2次。靶子是静止的、还是运动的、运动速度是多少，都没说过。做战前威慑肯定没问题，真要打起来了，不能全指望它一招毙命，总得有些其它方案。
每次美帝航母来了，都会有轰6K陪练，也是这类考虑。
4 I* D) ^, M$ J. Z. L
反正都是脑洞，欢迎继续提意见