美海军海上无人系统及数字化发展

小飞侠cawdbof0 2022-05-04 发布于北京

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来源：全球航空资讯

作者：远航

根据美国海军未来舰队发展计划，未来30年，美国海军将大力发展海上无人系统，并重点瞄准这类系统发展数字基础设施。但是，美海军海上无人系统在成本预算、战略目标、组织管理及原型开发方法等方面，目前还存在着一系列问题。2022年4月，美国政府问责局（GAO）发布最新评估报告，对这些问题进行了评估。

一、海上无人系统主要项目

（1）主要项目

美国海军正在开发六类大型海上无人系统原型。其中四类由海军采办组织即“海上无人系统办公室下无人和小型战斗系统项目办公室”（PEO USC）发起。另外两类原型由国防部科技机构组织发起，包括DARPA、国防部长战略能力办公室和海军研究办公室。目前，这两类原型开发工作也已移交给PEO USC。

海上猎人/海鹰（Sea Hunter/Seahawk）中排量无人水面舰艇

发起机构：
DARPA/海军研究办公室
重要事件：

·2018 年 6 月，带有侦察载荷的海军演习

· 年2020 9 月，先进自主性和感知能力演习

·21 年20 4 月，秘密有效载荷演习

原型数量：
已交付2艘，计划中0艘
潜在任务：
支持中型无人水面舰艇（MUSV）和大型无人水面舰艇（LUSV）开发

霸王无人水面舰艇（Overlord Unmanned Surface Vessel）

发起机构：
国防部战略能力办公室/海上无人系统项目办公室
重要事件：

·年202010月和21年204月，对两种可用原型开展从墨西哥湾沿岸地区到西海岸的自主运输演习

·年202012月，电子战有效载荷海军演习

原型数量：
已交付2艘，另有2艘计划2023财年交付
潜在任务：
支持中型无人水面舰艇（MUSV）和大型无人水面舰艇（LUSV）开发

大型无人水面舰艇（LUSV）

发起机构：
海上无人系统项目办公室
重要事件：

·2019 年 9 月，海军授出价值 4200 万美元的六项概念设计研究

·根据2021财年预算，海军决定推迟采购

原型数量：
交付0艘，打算将开发计划变更为主要能力采购
潜在任务：
海上作战

中型无人水面舰艇（MUSV）

发起机构：
海上无人系统项目办公室
重要事件：

·2019 年 7 月，海军授予 L3 Harris 公司价值 3500 万美元的制造合同，预计在 2023 财年第二季度交付

原型数量：
交付0艘，已定计划开发2艘，在拟合同7艘
潜在任务：
具有可互换有效载荷，任务多功能舰艇，可执行监视和电子战任务

“乌鳢”大排量水下无人艇（LDUUV）

发起机构：
海上无人系统项目办公室
重要事件：

·2012年，作为采购计划启动，但在2017年才制定加速研发工作

·政府主导的原型将于 2022 财年交付

·21年20发布两艘生产原型征求建议书

原型数量：
1艘在建，2艘计划短期内开发
潜在任务：
具有可互换有效载荷，任务多功能舰艇，可执行监视和电子战任务

“逆戟鲸”超大型无人水下航行器 (XLUUV)

发起机构：
海上无人系统项目办公室
重要事件：

·2017年3月，海军授予波音公司一份价值2.74亿美元的合同

·因持续的生产问题，第一艘XLUUV的交付将延迟21个月至2022年9月完成

原型数量：
已交付0艘，5艘在建，在拟合同4艘，打算将开发计划变更为主要能力采购
潜在任务：
用于海底战争的模块化有效载荷

（2）美国海军对海上无人系统的研究情况

海上无人系统是美国海军舰队现代化方案的一个重要组成。美国海军曾开展了一系列研究认为，海军未来舰队通过海上无人系统应对当前和预期的威胁至关重要。

年2020，美国国防部和海军研究了不同的舰队现代化方案，以应对海上环境中来自对手的日益激烈的竞争。美国海军将舰队运营商与情报和采办界聚集在一起，在规定的预算限制范围内，分析未来作战备用舰队部队结构，这其中包含了不同级别的海上无人系统。在此之后，在21年203月，海军发布了一个无人作战框架。该框架要求开发和部署一系列无人系统，以补充海军现有舰队，并强调了海上无人系统将在海军未来能力中发挥重要作用，描述了通过使用空中和海上系统开发技术来开发和改进海上无人系统的战略。此外，海军还在框架中强调了海上无人系统的经济可承受性。

通过研究，海军确定，海上无人系统可以通过提高载人舰船的能力或独立操作而解决能力差距。例如，海军认为LUSV系统的最初任务是通过提供更多的导弹能力来打击敌舰，从而增强载人水面舰艇的能力。MUSV可以通过提供更低成本和更易消耗的舰船来增强水面舰队的情报、监视、侦察和电子战能力。

尽管海上无人系统最终可能有潜力执行各种不同的任务，但海军的重点是利用尽可能少的技术开发满足既定任务的初始要求。

对于XLUUV，海军计划最初将其设计为一种自主、长航时、码头发射型水下无人系统（UUV），用于输送如水雷这样的有效载荷。

此外，海军计划让LDUUV成为一种长航时、多任务水下无人系统，可使用模块化和可重新配置的有效载荷来提高海军的载人潜艇的态势感知能力。

在对这些系统的能力分析方面，海军的进度不一。目前，美国海军根据2021国防授权法案，已启动了针对LUSV的备选方案的进攻性地面火力分析。而针对XLUUV和LDUUV系统对潜艇舰队的潜在能力影响，海军尚未启动任何分析。按照计划，在原型交付后，将在2024年完成对XLUUV的军事效用评估。目前，海军和国防部的成本评估和项目评估办公室仍在对未来舰队的组成进行评估。

二、自主能力和数字基础设施

美国海军计划采购一种数字基础设施，并通过逐步增强其人工智能能力，使这种数字基础设施能够自主操作海上无人系统。国防部和海军官员将“自主”描述为“运动中”的人工智能，其中自主是通过使用通信、感知和数据管理等多种能力实现的一系列行为，例如避障行为。根据海军官员的说法，为了开发无人系统自主能力，海军将需要专门的工具、技术和计算基础设施，例如：

· 可用于仿真的软件模型

· 自主软件开发过程和任务规划

· 具有分析和机器学习功能的大型数据存储库

· 以及商用软件和技术，可快速购买并集成到海军系统中。

为了推进该领域的这些发展，美国海军正在建立称为“海上无人自主体系架构”的一套自主功能软件开发规则。该体系架构旨在确保海军软件与多个承包商提供的其他软件、无人系统和有效载荷兼容。此外，海军计划建立自主集成实验室，旨在支持承包商自主功能软件的测试和开发。根据海上无人系统办公室称，美国海军计划利用该实验室快速更新软件，并在对水下的物理原型进行测试之前，对无人系统进行建模和仿真模拟。根据海军官员的说法，在2022财年，海军计划开始将第一批无人系统“霸王无人水面舰艇”集成到快速自主集成实验室软件开发过程中。

三、采购计划及成本预算评估

海军在其舰船研制计划中对海上无人系统的列支达43亿美元。但据GAO审查评估认为，该投资计划低估了与开发这些系统相关的一些成本，即没有考虑所有成本，尤其是没有考虑运营和维护成本，以及所需的数字基础设施成本。

（1）采购计划

年202012月，海军发布了一份30年舰船制造计划，指出到2045年将采购143艘海上无人系统和403艘有人系统。而在未来5年，海军计划花费43亿美元采购21艘海上无人系统，其中2022财年计划5.81亿美元。根据该建造计划，按照21年20币值计算，未来30年，海军计划平均每年要投入341亿美元采购海上无人和有人系统。其中，海上无人系统（不包括数字化基础设施）平均每年采购费12亿美元，占比4%，有人系统平均每年采购费329亿美元，占比96%。该建造计划的平均每年采购费比海军过去5年的平均采购费高出50%。

21年206月，海军又发布了一份造船计划，以配合其2022财年预算请求，但该计划仅涵盖2022财年预算，而非30年预测。但是，海军21年206月的造船计划对海上无人系统重要性的认识与年202012月计划一致。

（2）成本预算的缺失

GAO以年202012月计划为基础，对海军海上无人系统成本投资预算进行了审查。根据GAO审查结果认为，美海军海上无人系统投资预算缺少两方面：1）运营和维护成本；2）所需数字基础设施的成本。

而根据《美国法典》第231条第10条，年度造船计划必须包括每艘船舶的预计运营和维护成本。因此，GAO审查认为，在不了解运营和维护成本的情况下，海军无法全面评估海上无人系统的可承受性。海军年202012月的造船计划指出，海上无人系统没有足够的成熟度和保真度，无法模拟运营和维护成本。因此这些成本的估算需要随着时间的推移进行细化。此外，美国海军对海上无人系统的运营人力和所需设施还没有明确的评估结论。

海军的43亿美元预算也不包括数字基础设施的相关成本。根据海军的初始原型设计计划，开发数字基础设施，包括快速自主集成实验室（Autonomy Integration Lab），将需要进行比造船项目更大的软件开发工作。根据海军研究、开发和采办办公室一位高级海军官员的说法，目前数字基础设施仍在开发中，预计将达到数十亿美元。目前海军已经为数字基础设施提供了2.93亿美元预算。即将提交的2023财年预算，预计将为数字基础设施提供更多资金。

四、未来发展情况

海军战略规划对投资海上无人系统的必要性进行了审查，但也仅是刚刚开始评估它们对现有造船计划的影响。根据GAO的审查认为，美国海军在海上无人系统发展方面，在战略目标定位、投资风险管理、项目管理组织机构以及利益相关者责任分工等方面还都存在着不完善的问题。在原型开发方法和时间进度等方面也存在着一系列问题。总之，美国海军的海上无人系统发展还存在着一系列延期或计划变更的不确定性因素。