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? 美國海軍從上世[1]紀90年代開始研究無人水面艇。2007年，美國海軍發布《海軍無人水面艇主計劃》，為無人水面艇賦予了7項任務，同時還界定了無人水面艇的船型、尺寸和標準等要素，這標志著美國無人水面艇走上正規發展階段。 以色列“保護者”型無人水面艇已經開始批量生產，并裝備部隊。新加坡海軍是它第一個海外用戶，在一次演習中，他們利用登陸艦搭載2艘“保護者”無人水面艇，進行海上保衛和封鎖行動，據新加坡國防部稱，“保護者”無人水面艇是“非常高效的”。 美國2007年7月23日，美國海軍發布了《海軍無人水面艇主計劃》。該計劃從滿足美國海軍戰略計劃、艦隊發展以及國防部到2020年部隊轉型的需求等方面，詳細介紹了美國海軍未來無人水面艇（USV）的發展計劃。 發展設想USV的發展設想是：開發和裝備成本節約型的USV，改善海軍和聯合作戰能力，支持本土防御、全球反恐作戰、非對稱作戰和常規戰爭。為提升USV穩定性和耐波能力，協助打擊地區性、跨國界、以及全球范圍內的敵人。USV將完全實現自動化，從而降低通信/數據交換的需求以及操控人員的負擔。此外，USV可通過布放和回收儀器設備，收集、發送和處理各類信息，使美軍及其盟軍能夠以最低的風險或代價攻擊目標。[1] 為了實現USV的發展設想，USV主計劃確定了以下目標： （1）確定USV近期（5年）、中期（5年至10年）和未來（10年以上）的能力，具體包括：任務描述和優先性，每項任務的高層次作戰概念（CONOPS），并通過對備選能力進行評估，確定這些能力是否適用于USV。 （2）建立USV的性能級別，使各級USV能夠滿足能力的需求：①推薦若干級別的水面艇，構建高效的、集團化的、互為補充的能力；②在海軍項目中，界定USV類型和尺寸的具體范圍；③審查各USV級別內部以及彼此之間的模塊化和通用化水平。 （3）評估技術要求以及技術準備情況，為USV平臺和相關負載的研制提出相應的技術投資策略。 作戰使命根據國防部和海軍的指導性文件，這份主計劃確定了USV優先發展的7個任務領域，按照優先級排列，包括：反水雷戰(MCM)；反潛作戰(ASW)；海上安全(MS)；水面作戰(SUW)；支持特種部隊作戰（SOF）；電子戰(EW)；支持海上攔截作戰(MIO)。針對每一項任務領域，研究團隊將開發一種USV任務包，這個任務包包括平臺尺寸/類型、負載和可能的應用描述等。 級別USV主計劃推薦了一個非標準級的USV和三個標準級的USV，這4種級別的USV能夠完全滿足美國海軍USV優先發展的7個任務領域的能力需求，具體包括： “X－級”是一個長3米或更小的非標準級USV，采用非標準模塊建造，能夠支持特種部隊作戰、以及海上攔截作戰任務。它將提供低層次的情報、偵察、監視能力，以及有限的續航力、有效載荷和適航性，支持有人操作。它可通過一個小型有人駕駛的小艇進行布放，例如，11米的剛性充氣艇或充氣式作戰偵察突擊艇。 “海港”級（Harbor Class）USV主要是在海軍標準7米剛性充氣艇基礎上研制的，具有中等續航力，主要是執行海上安全任務，擁有較強的情報、監視和偵察能力，并裝備了致命和非致命性武器。“海港級”USV具有7米充氣艇的標準接口，可由多型艦艇部署。[2] “斯諾科勒”級（Snorkeler）USV是一個7米的半潛式水面艇，在航行過程中，除通氣管之外，船體其余部分均在水下。相對于其它水面船體類型，這種作業模式可在7級海況下提供更為穩定的平臺。“斯諾科勒”級USV將支持反水雷戰拖曳（搜尋）/滅雷任務、反潛作戰（海上盾牌），另外還可以充分利用相對隱蔽的外形支持特種作戰任務。 “艦隊”級（Fleet）USV是一個11米的滑行或半滑行水面艇，在拖曳掃雷具時具有中等航速/續航力，而在支持反潛戰、水面戰或電子戰作戰時，“艦隊級”級USV能夠提供較長的續航力。當移除或替換掉任務模塊后，在24小時內，“艦隊級”級USV還能支持有人駕駛。 動力在無人水面艇的動力方面，由于柴油機的可靠性好，油料熱效率高，因而應用比較廣泛。美國海軍無人水面艇發動機的主要供應商是洋馬海事公司。該公司提供一系列柴油機，單機最大輸出功率達720馬力。該公司最新型柴油機采用電子發動機管理系統監視和調節發動機轉速、渦輪增壓、冷卻溫度和節流閥，并調整電噴時間和油料流量，確保工作環境下油料完全燃燒并獲得最大的燃油熱效率。此外，美國還在研究一種高能量密度動力源，推進柴油機作為混合系統中的一部分，再輔以鋰電池組和其它可能的動力源，為無人水面艇提供高可靠性、低維護量的發動機，保證它能夠在海洋環境和惡劣海況下，無需再加油連續運轉2周。 自主技術能夠降低USV對于人員和帶寬需求，同時擴展超視距作戰的戰術應用范圍，例如，對于海上安全、反潛戰和反水雷領域，需要USV長期、獨立地運行，并執行長距離航行、探測、評估、危險規避和信息收集等任務。另外，通過自主技術，USV可與多個航行器進行協同作業，這在大規模反潛作戰和反水雷戰中被視為一項重要的使能能力。提高USV的自主性，需要推動最低層面的信號處理和決策能力，而自主控制水平可根據操作人員的操控頻率和復雜性進行衡量。USV必須收集來自傳感器的各種數據，自主地識別威脅數據，并做出適當地反應。不可預知的情況或數據信息可能導致航行器放棄任務或改變攻擊計劃。在提供初始能力時，由于操控人員和航行器之間仍需保持通信聯系，因此USV所需的復雜自主技術可能少于其它類型的無人系統。 各種無人系統的武器自主控制技術正通過陸軍、海軍、空軍試驗室和美國國防部長辦公室“聯合地面機器人計劃”（JGRE）進行研究。對于近期能力而言，大多數無人系統的武器控制將需要人員參與，以確定正確的打擊目標。例如，USV反潛戰“殺傷區”或反水雷戰“水雷危險區”將依靠人為確定。對于滅雷系統，存在一些特殊的武器發射問題，其中，較為重要的是目標定位精度，滅雷具必須借助低廉的近程傳感器定位目標。在開發出可靠的自動目標識別（ATR）算法之前，將需要健壯的、高頻帶指揮、控制和通信系統來支持人員參與的反水雷戰任務。 總之，USV任務的預置程序不可能適應所有任務的動態變化特性，因此USV要能夠適應環境和任務的變化。面臨的挑戰是為USV提供自主的自適應能力，而且未來能力將需要更多無人系統進行自主的、協同作業。 除最小的特種任務航行器之外，所有的USV必須具備自主的障礙規避能力。這些障礙具體包括：大面積岸區、船只、低垂的障礙物（例如在近岸作戰中遇到的橋梁、樹枝等）、淺水障礙（例如沉船、暗礁和沙洲等）、水面障礙物（例如游泳者、浮標、漂浮的殘骸等）、USV拖曳系統遇到的水中障礙物等。 多數任務領域需要USV具備自主的威脅避免能力，這將涉及艦船、小艇、飛機、主動傳感器系統（例如雷達）、以及大范圍的被動探測系統。這里需要權衡的是，航行器對于攔截或破壞的易損性，以及USV自我保護組件的復雜性和成本。 在所有的任務領域，自動目標識別（ATR）有助于障礙規避和威脅避免，并且是完成反水雷戰、海上安全、反潛戰和水面作戰任務的支撐技術之一。ATR是確保USV無需返回母船或依靠人員遙控執行多步驟任務的關鍵。 執行所有的任務時，USV都需要進行一定程度的障礙和碰撞規避。盡管船艇控制算法已經足夠成熟，但是自主運行過程中的傳感器處理技術還不夠完善。在某些情況下，USV需要集成聲納、雷達、光學和紅外傳感器信息，但是針對光學和紅外傳感器的圖像處理算法仍處在初期發展階段。 感知技術是一項取得較快發展的技術領域，它直接關系到USV作戰，特別是反水雷戰、反潛戰和水面戰。USV對于這一技術領域的需求是，進一步提高區域覆蓋率（ACR），提高分類和識別能力和非傳統跟蹤技術，改進用于探測化學、生物、核、放射性和爆炸威脅的傳感器。在滿足USV反水雷戰任務需求方面，合成孔徑聲納(SAS)技術處于領先的地位。SAS技術能夠大幅擴展探測區域，并能夠提高目標的分辨率，這個特性對于反水雷戰模塊的開發具有重要意義。此外寬帶水聲技術也具有提高水雷探測范圍的能力。 傳感器處理和相關的自主決策技術是USV反水雷戰和反潛戰任務模塊正在開發的技術領域。對于反水雷戰模塊，主要的技術風險是在識別類似水雷的對象和確定水雷過程中應用的聲納和光學圖像自動處理技術。研究團隊正在開發第二代自動聲納處理設備，并在特定環境下實現了聲納信號的自動處理。但是，用于識別水雷和水面物體的光學處理技術僅僅處于初始研發階段。對于USV反潛戰任務模塊來說，最大的技術挑戰主要是在自主處理、目標識別、對抗措施、目標運動分析（TMA）和戰術運用等方面。 USV負載自動布放和回收是一項還未進行開發的技術領域，可能需要很長一段時間才能夠完全實施。 USV主計劃預期USV能力將通過大量不同無人系統聯合作戰得到有效運用，這就需要一個集中控制方案，降低各種特殊硬件、軟件、人員和訓練、以及通信系統的分散程度。美國國防部長辦公室和各軍種無人系統之間的聯合互操作標準研究工作還沒有啟動。但是，海軍和國防部長辦公室已經啟動了“聯合無人系統集中控制先期概念技術演示”（JUSC2 ACTD）項目，在無人系統集中控制技術發展方面邁出了第一步。這個先期概念演示項目在瀕海戰斗艦的0型（Flight 0）上集成了無人航行器集中控制系統，并且增加了聯合標準（JAUS & STANAG 4586），但是，JUSC2項目僅是減少了操控人員的數量。海軍正在討論將JUSC2項目轉移到統一的集中控制臺項目，該項目將為瀕海戰斗艦、以及其他海軍水面和潛艇等平臺開發、集成、配置和維護一個統一標準的集成控制臺，這個控制臺將完全取代用于單獨無人航行器的分散控制系統。實現這一最終目標的關鍵是制定相應的標準，包括互操作性，通信，艇體、機械和電氣(HM&E)，有效負載的模塊化，指揮、控制、通信和計算機（C4）體系結構。
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