AI会窃取潜艇的隐身能力吗？

编译 高斯寒

2010年，弗吉尼亚级核潜艇“弗吉尼亚”号巡弋经过地中海。那时，弗吉尼亚号光靠下潜就能有效地消失不见

潜艇的价值主要在于它们的隐身能力。我们确信潜艇很可能会在核战争中挺过第一轮导弹打击，从而能在第二轮打击中发射导弹作为响应，这点对于被称为“相互保证歼灭”的威慑战略来说是至关重要的。任何一种可能致使海洋在实质上变得一目了然的新技术，都会使得确定潜艇位置变得不再重要，从而可能侵蚀世界和平。近一个世纪以来，海军工程师一直在努力研发出速度更快、更为安静的潜艇。但在另一方面，他们同样努力推进雷达、声呐和其他旨在侦测、瞄准和消灭敌方潜艇的技术。

随着核动力潜艇在20世纪60年代初的出现，两者的平衡似乎倾向一边。在战略与预算评估中心2015年的一项研究中，一位如今在哈德逊研究院任职的海军专家布莱恩·克拉克（Bryan Clark）指出，这些核潜艇能够长时间在水下潜伏的能力使得“用雷达和主动声呐几乎不可能发现它们”。但就算是这些擅长隐身的核潜艇，也会发出细微的低频噪声，通过布置在海床上的水下收音器阵列网络，就能捕获到远处传来的这类噪声。

现在，捉迷藏游戏也许接近转折点，潜艇再也无法规避探测，径直消失。根据澳大利亚国立大学国家安全学院近期发布的一项研究，变数可能在2050年出现。这个时间点的意义特别重大，因为设计和建造一艘潜艇需要庞大的开支，意味着潜艇得要能用上至少60年才划算。现在入役的潜艇应该到2082年依然在役。根据美国国会预算办公室的数据，弗吉尼亚级快速攻击潜艇之类的核动力潜艇每一艘耗费大约28亿美元。而那仅仅是购买价，据估计，最新的哥伦比亚级弹道导弹潜艇的总生产周期成本超过3 950亿美元。

侦测对手国家的潜艇，保护本国潜艇免被探测到，这是两个相互关联的难题，相关技术细节是严格保守的机密。许多海军专家构想，传感技术结合现代AI方法，就能让潜艇的隐身能力变得无效。前北约副秘书长罗丝·戈特莫勒（Rose Gottemoeller）发出警告，“随着各种各样的多光谱传感设备在水体内外变得更加无所不在，潜艇的隐身能力将会难以维持”。这些新技术势必推翻平衡，目前进行中的这场隐身能力和探测能力之间的竞赛正变得越来越反复无常。

找出潜艇的新办法

目前侦测潜艇的传感技术在不断发展，不再是仅仅监听潜艇的动静，而是通过许多非声学技术来确定潜艇的位置。如今，可以依靠潜艇排放的微量辐射和化学物质、地球磁场的微小扰动、来自激光或LED脉冲的反射光来侦测潜艇。所有这些方法都是试图探测到自然环境中的异常，而自然环境由最近十年内探索出的基线情况复杂模型来代表。

根据战略与国际研究中心专家的说法，目前有两种方法希望最大：激光雷达传感器可以发射激光脉冲，穿过水体，生成非常精确的物体三维扫描图像；磁异常探测（MAD）仪器则是通过监测地球磁场，探测到水下潜艇的金属壳体引起的微小扰动。

这两种传感器各有缺点。磁异常探测仅能在低海拔或水下发挥作用，常常不够灵敏，难以在海洋下电磁场及许多其他细微扰动中分辨出潜艇引起的扰动。

激光雷达的侦测范围更佳，分辨率更强，能够安装在卫星上，但耗能也较大——一个有效距离为数百米的标准汽车激光雷达单元功率达到25瓦。激光雷达的花费也较昂贵，尤其是在太空中工作时。2018年，美国宇航局（NASA）发射了一颗卫星，用激光成像技术来监视地表的变化，尤其是海洋表面的模式变化，这颗卫星的花费超过10亿美元。

当然，将传感器布置在什么地方至关重要。单单凭借水下传感器阵列，不会终结潜艇的隐身能力。退役海军少将约翰·高尔（John Gower）担任过英国皇家海军潜艇指挥官，他指出传感器“需要布置在不会有曳绳钓鱼、捕鱼，没有地震活动的海域，周围要有合适地点来监视传感器，收集到的数据也要能传送到那儿。这些要求大大限制了可供选择的地点数量”。

一种回避精确布置这一需求的方法是让传感器变得可移动。水下无人机集群能实现这个目标，所以一些专家已经提出，水下无人机是终极的反潜艇手段。

譬如，克拉克指出，这些水下无人机已经提升了计算能力和电池性能，在两次充电之间能持续工作两周。美国海军正在研究一种能持续运行90天的水下无人机。现在的无人机也配备了前文提到过的化学、光学和地磁传感器。网络化的水下无人机——或许与空中无人机协作——不仅可以探测潜艇，还能摧毁潜艇。为此，多国军方都在投入大量资源研究无人机。

譬如，美国海军正在研发低成本无人飞行载具集群技术，用于执行监视任务。每一架配备MAD传感器的“蝗虫”无人机重约6千克，成本为1.5万美元。它能够低空掠过洋面，探测水下信号。各国军方积极研究无人机技术，是因为它可能真的切实有效。但话要说回来，结果很可能并非如此。

高尔认为，水下无人机这个创新最不可能在潜艇隐身能力的衰落中发挥重要影响。一支海军会需要大量无人机，数据传输速率非常慢，而且无人机的数据传输距离很短。无人机的噪声不小，十分容易被探测到。“更不用说，控制数千个水下无人机远远超出目前的技术能力。”高尔补充道。

高尔说，可行的做法是“在咽喉点同时使用无人机和声呐网络，探测潜艇巡航行为”。在具有重要战略意义的潜艇巡航咽喉点之中，对于英国潜艇来说，爱尔兰两侧的撤离路线至关重要；对于俄罗斯潜艇来说，巴伦支海和库里尔群岛岛链至关重要；对于美国太平洋舰队的潜艇来说，胡安·德·富卡海峡十分重要。高尔指出，另一方面，“因为在咽喉点部署的设备靠近各国主权领土，可能会遭到监视和拆除。就其本身而论，这种做法带来的挑战很可能超过获益。”

高尔相信，更具威力的潜艇探测方法存在于“通过商业卫星持续覆盖监视地球表面”，他说这“代表我们探测能力相较于过去的最大转变”。早已有2 800多颗这类卫星在绕地球运作的轨道上运行。因为建造和发射卫星的开支十分庞大，各国政府一度主导太空。近年来，有了不少低廉的卫星技术可供使用，私营公司正在发射由数十颗到数千颗卫星构成的卫星星座，它们一起协作，能够为地表每一处地方成像。这些卫星装备了各种不同传感技术，其中包括合成孔径雷达（SAR）。这些卫星每天多次掠过同样的地点，所以它们能捕捉到海洋活动的微小变化。

过去数十年里，专家们早已知道，基于潜艇穿过海洋时形成的尾迹模式，可以用SAR来探测潜艇。为了探测这些被称为伯努利水丘和开尔文尾迹的模式，美国海军已经投资了雷神公司研发的AN/APS-154先进机载传感器。按照设计，这种装于飞机上的雷达可在低海拔条件下运行，还配备了高分辨率SAR和激光雷达传感器。

目前，配备SAR和其他成像仪器的商业卫星达到的分辨率能够与政府卫星的分辨率竞争，并且以极其合理的价格向顾客提供使用权。换言之，可获取许多相关的、非保密的数据用于追踪潜艇，而且数据量呈现指数级增长。

总有一天，这个趋势会变得很重要。但现在还未到时候。

詹姆斯·马丁防扩散研究中心的东亚防止核武器扩散项目主管杰弗里·刘易斯（Jeffrey Lewis）在工作中经常使用卫星影像来追踪核武器扩张状况。但追踪潜艇是另一回事，“尽管这是商业上可获取的技术，我们目前仍然不能够实时看见潜艇。”刘易斯说。

高尔说，商业卫星影像削弱潜艇的隐身能力的一天可能会到来，但我们尚未到达那个阶段。就算你实时确定一艘潜艇的位置，十分钟后，就极难再度找出它。

机载激光传感器能探测到潜藏于洋面附近的潜艇

美国海军最近在印太地区部署了诺斯洛普·格鲁曼公司MQ-8C无人直升机用于监视。未来，这款无人直升机也会被用于反潜作战

人工智能结合其他探测潜艇的科技手段

尽管这些新的传感方法有潜力让潜艇进一步现形，但没有一种方法能独自实现目标。有一种手段可以让那些方法联合发挥作用，那便是我们时代的最重要技术：人工智能。

“当我们看到现今无所不在的传感能力与大数据分析的威力相结合后的潜力，”戈特莫勒说，“自然而然会提出一个问题：是否最终可以实现目标？”戈特莫勒在20世纪70年代开始军旅生涯，那时美国海军已经在担心苏联的探测潜艇技术。

和必须预先编程的传统软件不一样，这里使用的机器学习策略（称为深度学习）无需外界帮助就能寻找到数据中的模式。2021年，人工智能公司DeepMind的阿尔法折叠（AlphaFold）程序在预测氨基酸如何折叠成蛋白质上实现突破，使得科学家可以识别98.5%人类蛋白质的结构。棋弈方面的更早期工作（特别是围棋和国际象棋）显示出，深度学习能战胜最出色的旧软件技术，甚至在并不快的硬件上运行时也是如此。

人工智能要用于探测潜艇，必须先克服几个技术挑战。第一个挑战是训练算法。要从持续覆盖海洋表面的卫星、战略性地点的定期水下数据收集中采集大量、多种多样的传感器数据。人工智能使用这些数据，就能建立基线情况的详细模型，再向模型馈送新数据，找出细微的异常。这样的自动化侦察最有可能在海洋中任何一个角落探测到潜艇的存在，并基于过去的通行模式来预测地点。

第二个挑战是实时收集、传输和处理海量数据。这个任务需要强大的计算能力，远远超过我们目前在固定平台和移动收集平台上拥有的计算能力。但就算凭借目前的技术，也能开始将技术难题的不同碎片拼合起来。

核威慑依赖于潜艇的藏匿能力

在未来的许多年里，广阔的海洋会继续保护潜艇的隐身能力。但海洋变得一目了然的前景对于全球安全有隐含意义。携带弹道导弹的潜艇隐匿在深海里，提供了对抗第一轮核打击的报复威胁。假如这种情况有所改变呢？

“我们有很大一部分军力存在于一个基本上无懈可击的位置，我们在很大程度上仰赖于这种安排，认为这是理所当然的。”刘易斯说。就算新技术发展没有大幅降低潜艇的隐身能力，单单对于这种认知的降低就可能破坏战略稳定。

戈特莫勒警告说：“装备核武器的潜艇已经变得更加容易被盯上，这点认知会导致大家质疑二次核打击力量的生存能力。所以，各国会竭尽全力来对抗这些脆弱性。”

专家不同意海洋变得一目了然这一过程是不可逆转的。因为任何技术突破都不会在一夜之间得到施行，“各国应该有充足的时间来发展反制措施，从而抵消在探测能力方面的任何改进。”美国科学家联盟的高级研究院马特·科达（Matt Korda）说道。然而，罗杰·布拉德伯利（Roger Bradbury）和他在澳大利亚国立大学国家安全学院的8名同事不同意上述观点，宣称任何反制探测技术的技能到2050年就会开始走下坡路。

罗得岛州纽波特市纳拉甘西特湾的舰船下水仪式上展示了美国海军的“蛇头鱼”潜航器，按照设计，这种大型水下无人机会由核动力潜艇发射和回收

科达也指出，在海洋变得“透明”发生之时，“对各国的影响不一样，那就引出一些有趣的问题”。譬如，美国的核动力潜艇是世界上最安静的潜艇，几乎无法探测到。就算潜艇大体上变得更加无所遁形，这对美国潜艇生存力的实质影响可能为零。

以伦敦为大本营的智库“欧洲领导力网络”的新科技核武器研究员西尔维娅·米什拉（Sylvia Mishra）说，她“更关心海洋底下总体的模棱两可的问题” 。直到近期，海洋下面的动向还在各国政府的权限范围内。然而，现在海洋下面有越来越多的产业存在。比如，各家公司铺设许多水下光纤通信电缆。米什拉说：“这可能导致水下检查载具的严重堵塞，造成混乱。”

混乱可能源自这个事实：无人机和水面舰艇不一样，并不挂上国旗，因而它们归谁所有可能不清楚。这种不确定性——加上无人机也能携带致命武器的可能性——增加了海军部队将无害的商业无人机视为敌对力量的风险。“任何一种将对手的战略资产置于危险下的行动都可能产生新的冲突，加剧战争风险。”米什拉说道。

高尔问道，鉴于潜艇隐身能力的战略重要性，为何会有国家想要侦测和追踪潜艇？这是你想要让核武器大国紧张时才会做的事。即便在冷战时期，美国和英国例行追踪苏联的弹道导弹潜艇，它们会那么做，也仅仅是因为它们知道自身的行动不会被人发现——也就是说，风险不会升级。高尔主张，这种做法傲慢又危险：“积极追踪二次核打击力量差不多与你想象中一样，会让战事风险升级。”

“所有核武器国家都重视二次打击力量。”戈特莫勒说。她说，假如海洋变得更加透明，更加一目了然，给核潜艇的生存力带来新的风险，不管是真实的风险还是感知上的风险，各国都可以用两种方式来应对：继续打造核力量，采取新措施来保护和防卫核力量，开启新的军备竞赛；要不然就保持有限数量的核武器，寻找其他方法来支撑它们的生存能力。

2022年4月，加州亨廷顿海滩，美国海军旗下的最大型水下无人机“杀人鲸”举办下水仪式，它的多种用途包括用于反潜作战

最后，这些考量并未打消某些国家政府获取潜艇的热忱。2021年9月，澳大利亚政府宣布加强与美国、英国的三边伙伴关系。这个名叫AUKUS的伙伴关系会给澳大利亚提供最多高达八艘核动力潜艇，那些潜艇会拥有全球最受觊觎的技术。然而，可能要到至少20年后，澳大利亚皇家海军才能部署第一艘新潜艇。

作为核武器现代化计划的一部分，美国已经开始用哥伦比亚级潜艇替换总共14艘的俄亥俄级弹道导弹潜艇。这个替换项目预计将花费1 280多亿美元来购买潜艇，整个生产周期的花费将达到2 670亿美元。美国政府官员和专家用潜艇在支持核威慑上发挥的关键作用，来为这些潜艇的高昂开支辩护。

米什拉说，为了保护潜艇的隐身能力，“需要用上创造性的思考。一种可能性是探索用一套行为准则来规范新兴技术在监视任务上的运用。”

这样的合作有先例可循。冷战时期，美国和苏联建立一个可靠的通信系统——一条热线——来帮助避免一次误解像雪球一样，越滚越大，最后变成一场灾难。美苏两国也制定了一套规则和程序，譬如永远不沿着具有潜在威胁性的弹道发射导弹。有核国家可能同意在探测潜艇上执行类似的限制措施。神秘鬼祟的潜艇没有消失，它依然有许多年可以发光发热。这给予我们充足的时间去寻找维持和平的新办法。

资料来源 IEEE Spectrum