水下网络中心战
来源:用户上传
作者:
网络中心战的水下延伸
20XX年，某个海域，一个被美国视为“眼中钉”的国家在海岸布下多个远程导弹阵地和坚固的火力点，并在海里布下大量水雷，这一切都是为了迎击美国可能发动的攻击。由于之前一直没有侦察到美国航母群活动，所有的军队都稍稍放松了神经。此时，远处的海面上显得很静谧，看来战争近期还不会爆发。就在突然之间，不远处的海底竟然钻出大量火舌，无数的美制巡航导弹向对方各个火力点和雷达阵地、指挥部等发起精确打击；数十架无人机也从水下钻出，在各种军事卫星的支援下，对战场进行全面的侦察、攻击和战果评估：借助事先秘密布设的海底探测网络，水下的无人潜艇四处出击，一一摧毁了敌方的大量水雷、反潜设施和来不及反应的水面舰船，一举打开了敌方的近海屏障，随后从浮出海面的水下两栖潜艇上，大量的战斗机、直升机、地效运输机和气垫船顺利登陆，迅速建立了滩头阵地。这一切就是未来的水下舰队所发起的水下网络中心战。
美国海军自二战以来至冷战结束一直是一支远离本土、横跨大洋进行作战的远洋攻击海军，但随着冷战的结束，苏联迅速崩溃，美国海军面临的威胁大都来自近海(也称近濒海、浅海)，例如伊拉克、伊朗、朝鲜等第三世界国家。根据美国新的海军战略，美海军主战场由原来的“远洋作战为主”改变为离岸500海里范围内的“近海地区作战为主”，重点是对付“第三世界国家中潜在对手”。近海水域环境复杂，威胁更加多样化，航母战斗群等海面舰船的隐蔽性不好，在近海环境会面临敌方水雷、舰艇等近海武器威胁，更会面临岸基武器的严重威胁，大大增加了近海作战的难度，于是美军提出了水下网络中心战思想。
水下网络中心战是美军提出的网络中心战在水下领域的具体应用，是一个集侦察、警戒、指控、通信、导航、定位、目标攻击、综合作战能力的水下网络体系，也分传感器网、信息网和射手网三大部分。按照功能可分为水下传感器系统、水声通信系统、指控系统和武器系统，之间用无线水声数据链、有线通信系统等将水下的固定节点、移动节点(潜艇、UUV等)，以及负责与水上通信的网关节点连成体系。
水下传感器系统即网络感知节点，负责对战区内的水下环境和威胁进行全时、全景、近全频侦察、预警、探测和分辨，尽可能为水下作战平台和水面舰艇提供实时的水下战场态势图，令水下战场透明化，支持指挥控制和制定决策。
水声通信系统是连接指挥控制系统和传感器系统的桥梁，主要以声波为载体，负责传输指控指令和经过压缩的传感器感知数据。
水下指挥控制系统是整个体系的“大脑”，通常以潜艇指控系统作为核心，并间接接收岸基指控中心的指令，负责整个战区网络的正常运行和机动，控制武器系统实施防御和攻击。
水下的千里眼和顺风耳
传感器和信息传输网络
众所周知，空气中无线通信主要是利用电磁波，但其在水中衰减很快，因此水下无线通信只能利用水声信道。与电磁波在空中的传播速度(300000千米／秒)相比，海洋中存在多径传播与环境噪声，声波在水中的传输速度(1500米／秒)要慢得多，延迟也较大(每千米约延迟0.67秒)，使得水下通信的数据速率很低，丢包率较高，受海洋环境的影响非常大。而近海环境更复杂，来自海底和海面的混响、温度和盐度的变化、海底地形的起伏断层等，导致探测和定位目标更困难。如我国中沙和南沙岛之间水深几千米以上的海域存在稳定的深水通道，在传播实验中可清晰地收到几百千米外的爆炸信号。而在南沙群岛复杂海底地形区，同样爆炸声源的接收距离仅为1～2千米。可以说，水下网络在开发伊始就面临着非常复杂的问题。因此如何有效地通信是水下网络中心战面临的首要问题。
未来的水下传感器网络将综合运用天基、空基、水面舰艇、潜艇、水下固定监听站等多平台、多传感器，密切协同对水下目标进行探测和预警，各平台传感器获取的目标信息通过通信链路传输到信息处理中心，经过数据融合综合信息处理后，得出水下目标态势图和威胁评估，提供给作战指挥中心。
为将网络中心战的作战思想贯穿到水上到水下的作战空间，美国海军正在实施多个水下联网项目以构建水下网络，例如“海网”(Seaweb)水声网络、“自主式分布传感器”(DADS)系统、“鲁棒被动声呐”(RPS)系统和“近海水下持续监视网”(PLUSNet)等。
“海网”是一种典型的水下传感器网络，是目前规模最大的在研实用水声网络，节点达17个，可以在近海恶劣条件下利用水声网络在广阔水域进行高质量数据传输，通过水声通信链路将固定节点、移动节点和网关节点连接成网。指控中心部署在舰艇、潜艇、飞机或岸基中心上，通过卫星链路或陆地互联网接入浮标网关节点。高级“海网”服务器负责管理、控制和配置网络，各个“海网”服务器都能记录和处理数据包，支持访问节点数据。固定节点是一组驻留水下的自治节点，包括可部署传感器节点和水声中继节点。移动节点指潜艇、水下无人潜航器(UUV)、蛙人或海底爬行机。
DADS是一种高机动、较廉价、可快速布设的水下监视系统，它随海上作战编队一起行动，使美国海军有能力在潜在敌国的沿海建立水下信息探测网络，有效对付这些国家的低噪声常规潜艇和水雷威胁，并为舰队指挥控制中心提供准确的威胁位置信息和可靠的海洋图像。DADS由14个固定节点组成，包括2个传感器节点、2个浮标网关节点和10个遥控声呐中继节点。系统通过网间连接点浮标或无人潜器的中继连接和岸站一起用有线或卫星链向海上平台报告。DADS固定布设于水深50～300米的海底。位于海底的每一个自动传感器节点(ASN)都有一个约100米的传感器阵列(由声、磁、电传感器组成)，节点上有信号处理器、电磁和声学通信包，装在一个密封的桶内，重约16-19千克，设计寿命约为180天，传感器节点间距2-5千米，由潜艇、水面舰或飞机布设，也可由UUV布放。
由于需要探测的海洋区域广阔，而水下传感器和通信网技术难度大，例如美国目前主要把海底探测网络应用在加勒比海的重要交通咽喉，以及格陵兰岛、冰岛和英国之间的三角地带等。因此在未来数十年，仍有很多水下不可能被探测网络所覆盖，使得水下网络向着稀疏和机动配置方向发展。
潜伏的蛟龙群
水下指挥控制和作战网
水下指挥控制和作战网兵器包括潜艇、UUV、网络化的水雷和鱼雷等，潜艇是水下网络中心战中的核心节点。
潜艇最大的优势就是隐蔽。美国海军战略重点由远洋作战转变为近海作战后，潜艇的主要作战使命发生了巨大变化，它已不再在远洋水域执行反潜作战或对航母战斗群提供支援，而是转变为 在近海实施情报搜集、监视、作战决策、指挥控制、对岸对海攻击，以及特种力量投送等各种作战任务的主力，成为水下网络中心战的核心，因此网络中心战对它的多传感器探测、指挥控制、连通性等提出了很高的要求。
传统的潜艇在水下主要依靠自身的传感器如柱形水听器阵、被动测距阵、拖曳阵等探测和定位目标。在网络中心战体系中，潜艇不再仅仅依靠自身的传感器来获取信息，还要通过链接其它潜艇、UUV、水面舰艇、空中、太空各作战层次的传感器网络获得全方位信息，进行信息综合处理和分析、作战决策，并在水下节点和水上节点之间进行信息传输，控制武器平台发起隐蔽攻击。
目前有几型威力强大，面向近海作战的潜艇。
第一型水下武库舰――“俄亥俄”级常规巡航导弹核潜艇许多人都记得，上世纪90年代，美国曾经提出过反响很大的武库舰概念――携带500枚可垂直发射的各种战术导弹，拥有极其强大的远距离对陆攻击能力。但由于其在隐蔽性、机动性、防御性等方面存在诸多致命缺陷，最终在一片争议声中黯然出局。随后美军提出了DDG--1000新一代驱逐舰，但其隐身性仍然无法与潜艇相比，毕竟探测水上目标要比探测水下目标容易得多。因此未来取代这些水面舰船的就是水下武库舰，即潜艇。
与飞机实施“斩首”的方式相比，用潜艇水下发射“战斧”巡航导弹更具有突然性。“俄亥俄”级常规巡航导弹核潜艇(SSGN)原是弹道导弹核潜艇，美军将其改装为水下武库舰，担负起对敌常规攻击任务。SSGN共装载154枚“战斧”巡航导弹，由于隐蔽性好、远程攻击火力强大，综合作战能力直逼航母战斗群。SSGN还可以携带小型潜艇、UUV等。美军认为，两艘SSGN的火力就能对付海湾地区的紧急情况。
在人类发明雷达之前，海平面上肉眼所能达到的最大观测距离不超过16千米。对于一名港艇艇长而言，如何更早地发现敌情和及时隐蔽自己，实在是个大问题。把潜艇和飞机结合起来的概念应运而生。美国“俄亥俄”级装备的这种“上可飞天，下可入海”的新式武器叫“鸬鹚”潜射无人机，为隐身飞行器，全重4100千克，长5.8米，有一个可折叠的鸥形4.9米宽的翼，动力为一台涡轮风扇发动机，能持续飞行3小时，航程达900千米。“鸬鹚”平时放在潜艇的弹道导弹发射管内。起飞前，潜艇在水下通过垂直发射管或者鱼雷发射管释放“鸬鹚”，先漂浮到水面，找准一个发射位置，然后在两枚“战斧”型固体火箭推进器的帮助下起飞。降落时，一个降落伞帮助该机稳定入水，然后漂浮着，直到由潜艇部署的遥控潜水器利用声呐声波发射器找到它。随后，遥控潜水器把一根缆绳系到该机上，移动的潜艇像收风筝一样将它收回到艇内。“鸬鹚”无人机可携带雷达、光电和红外探测器、数据链、导弹等设备来执行侦察、监视、中继通信、打击、战损评估等广泛任务，并对潜艇提供近程空中支援。
相比庞大的航空母舰编队，潜艇尤其是核潜艇具有长时间水下隐蔽航行能力，不易被对方发现。携带了无人机，美军可以秘密逼近对方近海，用无人机深入对方陆地侦察或引导武器攻击，无需获得制空权，而美国航空母舰编队是做不到的。
可以看出，美国对“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇的改造，使其成为一种不折不扣的全能王，将对世界弹道导弹核潜艇的改造和发展产生强烈冲击。
美国21世纪的水下网络中心战核心――“弗吉尼亚”级核潜艇美国海军有史以来第一种按照“近海作战”任务为主设计的多功能潜艇，旨在保持美国在近海地区和大洋中的水下控制权，将成为美海军21世纪上半叶的主力潜艇。由于定位为近海作战，“弗吉尼亚”级下潜深度仅为244米，艇长114.91米、宽10.36米，长宽比为11，细长的身材有利于减小排水量，降低中高航速下的阻力。
“弗吉尼亚”级核潜艇是最先拥有网络中心战能力的潜艇，艇内安装了一个宽带局域网，连接“弗吉尼亚”级的所有战斗指控和通信系统。它还可连接到外面目标和智能栅格的最新战斗系统，具有指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察(C4KISR)能力，作为网络中心战的关键节点，能够在作战中将人员、作战平台、各种传感器和各种武器系统有机地结合在一起。
“弗吉尼亚”级核潜艇号称是“世界上最安静的潜艇”，所发出的噪声仅为当今潜艇的1／10，得益于它采用了喷水推进器。它可以装备多种武器，包括新型鱼雷、新型战术“战斧”导弹、水雷、无人水下航行器(UUV)和无人空中飞行器(UAV)。
美军认为保持水下优势最少需要50艘核潜艇，但由于“弗吉尼亚”级造价高昂，迄今为止美国海军只能每年采购一艘。财大气粗的美国尚且面临着舰艇高昂价格的采购问题，其它国家就更毋庸讳言了。而且在近海水域大吨位的核潜艇行动不便，目标暴露率高，难以担当重任，需要机动灵活的小型常规潜艇的参与。从效费比上来说，在近海浅水地区小型常规潜艇也超过了大型核潜艇。这个趋势是最有前途的，但是各国解决这一问题的方法却不尽相同。
法国的网络中心战潜艇――SMX-22目前，法国舰艇建造局(DCN)专家正在推出一种名为SMX-22的水下概念潜艇系统。
法国的SMX-22网络中心战潜艇系统由三艘潜艇组成：一艘排水量为2750吨的网络中心战潜艇和两艘排水量为480吨的小型作战潜艇。母艇为子艇提供水下支持，指挥子艇独自前往危险区执行各种作战任务，完成任务后返回母艇。三艘艇都是真正的潜艇，子艇放弃了部分不需要的功能，只具备一些主要功能(如武器系统、操控系统)。水下作战无人多面手UUV
1991年2月18日凌晨，美国海军“普林斯顿”号巡洋舰小心翼翼地以最低速度行驶在科威特以东的海面上，为扫雷特遣舰队提供防空掩护，突然一声巨响，军舰尾部发生猛烈爆炸，3秒钟后，舰首的右舷又有一枚水雷爆炸，军舰遭到重创。
“普林斯顿”号触雷事件对各国的海军震动极大：两枚不到1000美元的小小的水雷，竟然重创了上亿美元的大型军舰，水雷真是海军的大敌!为避免人员伤亡，一些发达国家依靠遥控潜水器(R0v)扫雷。2003年3月，美海军在进入伊拉克的乌姆盖斯尔港时，在强海流和低能见度条件下，利用uuv进行反水雷，成功地减少了战术时间，将在雷区中的系统对人的威胁降到最低限度，首次证明uuv对舰队作战具有明显的意义。
uuv作为一种新兴的水下作战平台，在保证水下舰队隐蔽性的条件下，扩大了执行任务的规模和范围，增强体系战场感知度和作战环境的透明度，最大限度地发挥作战效能，成为水下网络中心战的能力倍增器。
uuv具有作战用途广、智能、隐身性能好、机动、效费比高等突出优势，可依据不同的使命携带不同作战模块，执行 搜索和侦察、监视与跟踪、警戒和诱骗、探雷和灭雷、中继通信以及水下攻击等多种任务。此外，uuv在海洋科学观测、考察、渔业和失事船舶的打捞等方面也被广泛应用。
美国在uuv研究领域居于国际领先地位，目前美国海军的UUV已呈现出“无人化”、“模块化”和“智能化”三大趋势。据美国海军的《UUV总体规划》，到2020年前后，美海军将拥有1000套以上的UUV，建成一支庞大的水下无人舰队助其继续称霸海洋。
美海军的无人水下舰队将包括4个级别的无人水下运载器，可执行9种作战任务。例如美国“PLUSNet”计划中的“海马"UUV，长8.6米，直径966毫米，重4.5吨，最大航速6节，采用燃料电池，可以在半径90千米的范围内连续工作125小时，在水下完成远程情报、监视和侦察任务，还可以完成反水雷和跟踪潜艇的监视任务。“海马”由潜艇的弹道导弹发射管投放，通过瞄准线射频系统、卫星通信系统和水声装置与潜艇通信联络，主要装备“俄亥俄”级导弹核潜艇，用于近海作战。
美国水下作战中心主导开发的“蝠鲼”无人潜艇将具备上述要求的多种功能，它的外形与海洋动物蝠鲼很像，不仅具有强劲的动力，还可以搭载多种探测仪器，甚至对小型鱼雷等进行攻击。虽然美海军的新计划雄心勃勃，但要完成上述规划任务还将面临诸多挑战。
美国海军的仿生学UUV――“金枪鱼”长2.5米，重2吨，依靠特殊的机械鱼鳍摆动来向前游动，具有续航时间长、速度低等优点。
声呐能通过声学原理识别水下物体，但受到物体大小和水下条件的限制，而激光成像具有极高的分辨率。美国海军正在研制一种以UUV为主要设备的海底激光探雷系统，用于识别近海港口海底水雷和其它威胁。大量的UUV发出激光束对水下进行扫描，描绘出整个海区的水下三维图像。
欧洲国家的UUV同样也很有特色，如德国的MK1，MK2AUV，实现模块化设计，根据使命要求选择所需的模块，共有9钟模块可供选择，包括控制、推进、电源能量、通信、导航、软件、有效载荷、发射回收以及存储与维修系统等。
此外，水下网络中心战中的装备还包括许多新概念武器。例如潜水飞机、潜射无人机、潜空导弹、超空泡UUV、网络化鱼雷等。
潜水飞机是既能在水下航行，又能在水面起降和滑行，还能在空中飞行的多用途飞机，同时具备潜艇、水面舰船和飞机的特点，一直是理想武器。但这种武器涉及水和空气两种介质过渡，前者的密度是后者的800倍，加上水下深度、航速和海情的变化，使问题变得更错综复杂，因此飞机制造难度非常大，面临水上、水下必须使用不同的发动机，深潜时飞机的结构难以承受水压，浅潜时容易被探测，高强度合金材料研制难度大等问题，因此至今还处于探索阶段。潜艇携带无人机是一种好的解决途径，“俄亥俄”级和“弗吉尼亚”级潜艇就具有一些水下航母的雏形。
未来的水下航母
航母可携带大量舰载机，具有速度和作战范围广的优势，但其自身防护能力差，而且是一个噪音大、显眼的目标，完全处于暴露状态。潜艇则能够潜伏于大洋底下像“水下幽灵”样神出鬼没地发起攻击，作战效率和防护能力强得多，但对空对陆攻击能力较弱。对于这两类各自称霸一方的海战霸主，曾有人突发奇想：将二者长处巧妙结合，创造出一种“潜水航母”?
二战时日本曾有过潜艇携带有人机进行作战的先例，如日本企图使用伊400潜艇携带战斗机攻击美国本土。即使以今天的眼光来看，伊400的设想也是超前的。伊400级长89米，水下排水量6560吨，设计最高航速水上20节，水下7节，航程33000海里／16节，可持续作战4个月以上，作战半径可达世界上任何一个角落，是二战期间建造的最大潜艇。在它的上甲板上，布置着一个长35米，直径3.66米的密封机库，里面可装载三架鱼雷轰炸机。这些水上飞机在战时从液压舱门里拖出来，在前甲板上组装好，加油挂弹后，用一具26米长的蒸汽弹射器发射。战斗结束后，它们会降落在潜艇侧面的海面上，用一具大马力吊车回收。虽然伊400级的作战思想和设计都相当先进，但因为到来得太迟而没有发挥多大影响。
现代技术的发展和作战的需求，为潜水航母的出现打好了基础：首先，新型核反应堆的应用为潜水航母的发展提供了强大的动力；其次，现代潜艇的巨型化，为潜水航母的研制和发展提供了宝贵的经验。如苏联的“台风”级弹道导弹核潜艇的排水量为2.65万吨，美国的“俄亥俄”级、法国的“凯旋”级等弹道导弹核潜艇排水量均在1.5万吨以上，是伊400级潜艇的数倍。无人机的发展，为潜水航母提供了最好的载机。例如折叠式和仿生学无人机，不需要潜艇有像水面舰艇那样宽大的甲板和空间就能起飞和回收。如果“俄亥俄”和“弗吉尼亚”潜艇能携带更多的无人机，则离潜水航母更近了一步。
因此二战结束以后，美、俄等国都提出过多种潜水航母的方案，例如波音公司的AN-1潜水航母方案，潜艇的吨位超过1万吨，携带8架飞机，但因当时军方不感兴趣而作罢。俄罗斯红宝石设计局也提出了“潜水航母计划”――983工程，把“台风”级核动力潜艇改造成适合于未来海战的水下航母，可以容纳30～33架三代或四代战斗机和5架直升机，包括两架预警直升机和3架反潜直升机。在水面大量覆盖冰层难以使用水面舰艇的北冰洋，潜水航母会使俄罗斯海军获得宝贵的海战制空权。
不过要使潜水航母真正问世还面临很多难题，例如飞机的水下发射和回收时涉及水和空气两种介质过渡，再加上水下发射时潜艇的深度、航速和海情的变化，使问题变得更为复杂。因此，飞机的水下发射和回收是一项十分复杂的系统工程，涉及到流体力学、空气动力学以及电子技术等多门学科。潜射无人机的水下发射需要多种技术予以支持，主要有发射管技术、运载器技术、无人机的折叠和展开技术、推进技术、无人机的回收系统等。随着技术的进步，这个问题的解决指日可待，未来潜水航母将具备航空母舰和攻击性核潜艇二者的优势，很有可能成为一件可水下、水面、空中立体作战的可怕武器，届时海战的爆发更具有突然性和难以预料性。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-9150244.htm
