反鱼雷技术发展与展望

刘海晓,李 恒,冯 炜,赵 江,唐嘉钰

(海军研究院,北京 100161)

随着现代超空泡、人工智能等高新技术不断进步,鱼雷技术逐步向远程化、隐身化、高速化、智能化方向发展。著名的俄罗斯“暴风”二代超空泡高速鱼雷速度可达到200 kn[1]。鱼雷技术的高速发展,为舰艇及潜艇的水下鱼雷防御带来了更大的挑战。本文对鱼雷防御技术的现状进行归纳总结,并对反鱼雷技术的发展趋势进行了分析。

1 典型反鱼雷技术

1.1 机动规避策略

机动规避即水面舰艇在监测到鱼雷来袭时,通过改变航向,提高航速,脱离来袭鱼雷的感知范围,达到避开鱼雷的目的。对于声自导鱼雷,只要避开其自导接收扇面,拉开与来袭鱼雷之间的距离,即可等其航行耗尽[2]。对于尾流自导鱼雷,舰艇采用高速机动规避未必能摆脱鱼雷的攻击,但可以消耗鱼雷的航程,同时延缓被命中的时间,为其他软硬对抗措施争取时间[3]。对于线导鱼雷,除非确认本舰已走出潜艇声呐探测范围,同样只是延缓鱼雷的命中时间[4]。

因此,该方法只有在应对直航鱼雷或感知范围较小的声自导鱼雷时有一定效果,随着尾流自导鱼雷、线导鱼雷、智能鱼雷的发展,鱼雷机动性能、探测范围、航行速度不断提升,单独依靠舰船机动规避防御鱼雷的效果越来越差,通常作为其他防御方法的补充手段。

1.2 软对抗技术

对于来袭的声自导鱼雷,通过释放声波干扰源,使声自导鱼雷产生误判,跟踪诱饵或击中诱饵,从而起到保护舰船的目的。常用的诱饵有拖曳式声诱饵、悬浮式声诱饵和自航式诱饵。

拖曳式声诱饵是拖在舰艇后面几百米处,发出舰艇模拟噪声,这势必会影响舰艇的机动性能,并且其将鱼雷吸引到距舰艇几百米处,距离较近,有一定风险。悬浮式声诱饵发射后悬浮在水中,可向外辐射舰艇噪声模拟样本,通过检测、应答声呐或声自导鱼雷发射的主动声脉冲信号,实现对来袭鱼雷的诱导[5]。相比拖曳式声诱饵,悬浮式声诱饵可以发射的距离更远,但是模拟的是静止目标,容易被鱼雷识别。自航式诱饵不仅模拟目标的声学特性,还可以模拟目标的运动特性、磁场特性,对抗措施更加多元、智能。

对于尾流自导的来袭鱼雷,可以采用气泡发生器模拟舰船尾部气流方式进行诱导。通过发射携带气泡发生器的火箭弹,将来袭鱼雷引至其他方向。

1.3 硬杀伤技术

1.3.1 悬浮式深弹

深水炸弹可分为普通深弹及悬浮式深弹。普通深弹是当发现来袭鱼雷后,发射到距鱼雷几十米范围以内爆炸,可破坏鱼雷的自导和控制系统,同时,爆炸产生的气泡以及声音也会对鱼雷的声自导、尾流自导产生干扰。

悬浮式深弹是在普通深弹的基础上,添加了声探测声呐、空中减速装置以及悬浮装置,可悬浮在水中。水面舰艇发现来袭鱼雷时,快速完成悬浮式深弹阵的铺设,悬浮在水中的深弹通过声呐探测周边环境,当探测到鱼雷经过时自行引爆[6]。悬浮式深弹是一种行之有效的反鱼雷手段,并且具有操作性强、成本低廉的优点。徐梁等[7]进行了悬浮式深弹拦截方法的研究,田恒斗等[8]进行了悬浮式深弹有效拦截域的研究,周杰等[9]进行了悬浮式深弹毁伤半径的研究。随着悬浮式深弹研究的深入,因其较反鱼雷鱼雷(Anti-Torpedo Torpedo, ATT)操作更加简单、成本低廉,在舰艇或潜艇静止情况下具有十分优秀的作战效能,今后较长时间都会保留该反鱼雷方式。

值得一提的是,由于悬浮式深弹与悬浮式声诱饵的作战方式存在一定的相似性,有人尝试将这两种器材联合使用以期达到更好的作战效能。大连舰艇学院贾跃、任磊等人2011年进行了这两种器材综合使用的研究,对两种器材的发射顺序、布放方案、对抗效果、作战模型、模拟仿真等各方面进行了细致的研究[10-13]。

1.3.2 反鱼雷鱼雷

反鱼雷鱼雷(Anti-torpedo Torpedo, ATT)防御是水面舰艇或潜艇发现来袭鱼雷后,发射专用鱼雷直接毁伤来袭鱼雷,使来袭鱼雷自导控制系统破坏或毁灭。因反鱼雷鱼雷的目标为来袭鱼雷,属于高速移动的小目标,所以其较普通鱼雷要有更好的制导能力、目标捕获能力、速度和机动性能。现各国报道的主要反鱼雷鱼雷型号及主要参数如表1所示。

表1 主要反鱼雷鱼雷型号及主要参数Tab.1 Main ATT models and parameters

从表1可以看出,目前国外ATT多数处于研发阶段,俄罗斯小包已有列装部队的报道,海蜘蛛于2022年进行了多项海试试验,计划在2025年实现批量生产[15]。以上研制的ATT口径都属于小口径,ATT航速均不高于50 kn。

各国的反鱼雷鱼雷研制分为两种途径,一是基于现有的轻型鱼雷改装,例如美国曾将Mk-46轻型鱼雷改装为反鱼雷鱼雷,俄罗斯的小包-E/NK系统配备的M-15反鱼雷鱼雷与MTT鱼雷外形参数极为相似,法国和意大利的MU90 HK 反鱼雷鱼雷是在MU90轻型反潜鱼雷的基础上研制的。二是直接研制更小口径的ATT,例如美国SMART、德国海蜘蛛等。反鱼雷鱼雷的目标为鱼雷,鱼雷的目标为舰艇或潜艇,因此,反鱼雷鱼雷的装药量不需要像鱼雷那么大,采用更小口径有助于减小水阻力,节省动力,提高水中航行速度,进而提高作战能力。

除上述四种反鱼雷鱼雷以外,还有一种超空泡反鱼雷鱼雷,例如德国的“梭鱼”超空泡ATT正在研发中,据报道航速可达240 kn[16];俄罗斯在第一代超高速鱼雷基础上成功研制了巡航速度达300 kn的反鱼雷拦截超高速鱼雷[17]。但是超空泡ATT与超空泡鱼雷一样,有两个弊端需要克服。一是超空泡ATT因其空化器及火箭动力的噪声很大,会在前进过程中在周围形成一个空气屏障,造成超空泡ATT的声呐探测功能受损,在航行过程中无法及时探测目标动向。因此早期的超空泡鱼雷没有自导,只有直射,常采用两雷或三雷齐射的方式增加命中率。因超空泡ATT直航的特性,将超空泡ATT用于应对尾流自导鱼雷,但后来尾流自导鱼雷在跟踪到尾流后都采用蛇形路线前进,大大降低了命中率,因此早期的超空泡鱼雷虽然速度上让人惊艳,但是实际作战使用上实属鸡肋。后来,俄罗斯成功研制出装有制导系统的超空泡鱼雷,这种鱼雷航程和速度都有较大提高,可以根据需要减速航行进行目标搜索和捕获,发现目标再高速攻击[17]。而德国“梭鱼”超空泡ATT将开式超空泡、头部锥形空化器、控制舵和自导头集成为一体,空化器位于雷头稍后的位置,雷头布置小型声呐,始终与水接触,可进行机动,自导发现重型鱼雷距离大于 200 m[18]。二是超空泡ATT因其速度极快,相对的航程较短,机动性能较差,在追踪目标过程中无法及时转向追踪目标。现“梭鱼”超空泡ATT明确可以机动,国内也进行了大量超空泡航行体转弯或机动的研究。中船705所宋书龙等人设计了超空泡航行器深度和横滚通道的比例-积分-微分控制器,建立了一种基于主动倾斜转弯控制策略的横滚-航向协调控制的机动控制方法,并通过数学仿真证明该控制器动态性能良好,可满足超空泡航向航行器的机动需求[19]。哈尔滨工业大学王威等人基于有限体积法和VOF多相流模型,采用动态网格技术对航行体转弯运动空泡形态特性进行了非定常数值模拟研究,提出了超空泡航行体转弯运动过程中,在给定偏航角条件下避免出现沾湿区域的侧滑角和侧滑角速度的适用范围[20]。超空泡反鱼雷鱼雷技术在不停地技术革新,弥补自身缺陷,也逐渐向世人展示了其实际作战应用上的潜力。

1.3.3 超空泡射弹

随着超空泡技术的发展,出现了尝试利用超空泡射弹进行水下鱼雷防御的相关研究。北京理工大学蒋文禄等对水中子弹群反鱼雷可行性进行了分析,认为采用子弹群反鱼雷能够有效提高毁伤效能,在原理上是可行的[21]。江苏自动化研究所洪浩等人[22]进行了小口径超空泡射弹打击鱼雷研究,提出当超空泡射弹入水初速大于1 000 m/s,雷弹交汇时射弹存速大于150 m/s时可毁伤来袭鱼雷。中北大学黄鸿鑫等人[23]进行了130 mm大口径射弹入水、外弹道以及水下爆炸研究。随着该方向研究的进一步深入,未来超空泡射弹或超空泡雷弹直射可以作为鱼雷末端防御的补充手段。

2 反鱼雷技术发展趋势

2.1 反鱼雷鱼雷技术全面向智能化发展

反鱼雷鱼雷与鱼雷是一对相辅相成的矛与盾,但同时反鱼雷鱼雷又是鱼雷的一种,很多反鱼雷鱼雷都是在鱼雷的基础上改装的,它们具有基本相同的结构设计、作战方式,因此,各国的反鱼雷鱼雷与鱼雷的技术发展水平基本保持在同一个水平线。若想成功消灭敌方鱼雷,就要求我方反鱼雷鱼雷指标性能更优。目前鱼雷关键技术主要包括水声探测技术、水声对抗技术、制导与控制技术等。其中决定最终胜利的应是各种技术智能化运用程度。例如,水声探测技术能否精准识别对方的诱饵,合理避开对方的悬浮式深弹阵;水声对抗技术能否精确干扰;制导控制技术能否合理规划路线、拦截对方鱼雷,技术的智能化水平起决定作用。在智能化技术高速发展的今天,是反鱼雷鱼雷最终击中鱼雷,还是鱼雷靠着高超的探测技术、灵活的机动性能、高速的航行避开反鱼雷鱼雷的拦截和追击,可以说是AI与AI的博弈。

2.2 超空泡技术将会成为发展重点,探测预警技术是决胜关键

超空泡技术是一个划时代的技术,通过其在水下射弹、鱼雷及潜艇等方面的应用,水下航行器的速度得到大幅提升。普通鱼雷速度50 kn即为高速,而超空泡鱼雷速度可达200 kn。若为超空泡鱼雷攻击,留给对手的反应时间都会变为普通鱼雷的四分之一,若超空泡鱼雷伪装潜伏到对方附近再加速,对方几乎没有防御的可能。因此,超空泡ATT未必能拦截超空泡鱼雷。为避免这种情况的发生,首要是防止超空泡鱼雷靠近。因此在发展超空泡技术补齐自身短板,紧跟国际水平的同时,一定要大力发展探测预警技术,争取尽早发现来袭的鱼雷。提高探测预警技术,一方面是提高单个探测器的精度和距离,另一方面可以利用水下通信技术形成水下网络,扩大探测距离。现在除了声探测以外,电磁探测、光电探测、电场探测等非声探测技术[24],结合人工智能领域研究成果,正在大力发展。

2.3 发展指挥控制决策技术,实现多元防御方式协作互补是必然发展趋势

当前各种防御鱼雷技术已形成较为完备的技术,如何综合运用好这些防御技术是需要研究的课题。根据文献[25]所述,水面舰艇对来袭鱼雷的报警距离一般在3～7 km范围内,但在声学环境复杂的浅海,或是对舰尾方向的来袭鱼雷,其报警距离更近,若来袭鱼雷速度50 kn,距离3 km时发现,留给舰艇的发射时间窗口只有60 s[25]。在这么短的时间内,必须快速反应确定当前的最佳防御组合方式,因此需要研究发展指挥控制决策技术。指挥控制决策技术,一是确定在未发现鱼雷时应采取什么样的常规防御手段,更重要的是在发现鱼雷后帮助指挥人员快速确定最佳防御组合方式。这需要综合考虑舰船的当前静止/行驶状态、周边的环境、当前的速度、自身的机动能力等,发现鱼雷时的舷角、鱼雷距离、来袭速度、来袭鱼雷的型号、制导方式、运动特性等,舰船当前具备的软杀伤或硬杀伤器材的装载情况等。随着人工智能技术的兴起,指挥控制决策技术也向着智能化发展[26],但是还需要进一步的探索。

3 结束语

综上所述,当前反鱼雷技术已形成多种较为完备的技术,美、俄、德等国家具有一定的技术优势,我国应结合自身,找准目标,确定反鱼雷技术发展主线,促进多种反鱼雷技术协同发展,提高反鱼雷技术总体水平。