美国海军的大型无人水面舰和无人水下潜航器项目

渊亭防务 2024-09-09 09:35:03

摘要:2024年,美国国会研究服务处更新了《海军大型无人水面舰和无人水下潜航器:背景和提交国会的问题》(编号:R45757,版本:75),报告详细介绍了美国海军对于大型无人水面舰、中型无人水面艇和超大型无人水下航行器的项目合同授权、相关合同变更情况以及项目进展情况,并梳理了美国国会2025财年的相关立法活动。本文参考了该报告,对美国海军的大型无人水面舰、中型无人水面艇、超大型无人水下潜航器项目的发展以及美国国会针对2025财年的相关立法活动进行了简要介绍。

关键词:美国海军,大型无人水面舰、中型无人水面艇、超大型无人水下潜航器

美国海军及美军的其他军种都在推动无人系统的研发和采购工作,以应对各种新兴挑战。无人系统可装备各种传感器、武器或其他有效载荷,还可以实现远程控制、半自主运行或完全自主运行等作战能力。相比有人舰船和飞机,此类系统的采购单价更为低廉,这是因为其无需专门留出作战人员的空间,也无需搭载相关的生命支持设备。无人系统十分适合执行周期较长的任务或者危险系数较高的任务,此类任务对作战人员的体能要求较高,并且很有可能造成作战人员受伤、死亡或被俘,而无人系统不会有此顾虑。

多年来,美国海军一直在研发和实验各种类型的无人系统,其中已经有部分无人系统进入了采购阶段。即便如此,某些观察人士依然对美国海军的工作表示不满,并认为该军种规模化采购和列装无人系统的工作仍然进展缓慢。2021年3月6日,美国海军部发布了《无人作战框架》(Unmanned Campaign Framework),以推进美国海军和美国海军陆战队无人系统的研发和采购工作,并将这些系统融入美国海上作战行动之中。美国海军希望采购大型无人水面舰、中型无人水面艇以及超大型无人潜航器,这些尺寸较大的无人系统可直接在港口进行部署,并能够执行某些原来由有人舰船和潜艇执行的任务。美国海军还希望将这些大型无人系统用于分布式作战,以进一步提升其舰队结构的分布式水平。本文将对美国海军的大型无人水面舰项目、中型无人水面艇项目以及超大型无人潜航器项目进行介绍。

大型无人水面舰项目

1.项目概念

在美国海军的设想中,大型无人水面舰的长度在200英尺到300英尺之间,排水量在1000吨到2000吨之间,尺寸大约与一艘护卫舰相当。美国海军希望采购成本低廉、续航能力强并且具备模块化能力的大型无人水面舰,此类无人水面艇能够搭载各种模块化有效载荷,特别是反舰导弹和对地打击导弹。每艘此类舰艇都可装备一套垂发系统,发射单元为16到32个。虽然大型无人水面舰属于一种无人系统,但“可选或少量载员舰”可能是对此类舰艇的更为合理的称呼,因为其有时会搭载少量船员,特别是在美国海军开发大型无人水面舰使能技术和作战概念的近期范围内。

“海上猎人”无人水面艇原型

美国海军曾指出,“大型无人水面舰是海军分布式海上作战概念的关键支持装备,其必须能够在前沿进行部署,与单独的有人舰艇进行协同作战,并提升战斗集群的作战能力。大型无人水面舰能够降低采购成本、维护成本和作战人员所面临的风险,并同时为美海军有人作战部队提供更高的战备状态、作战能力和更大的部队规模”。

2.项目经费

在美国海军的2025财年预算申请中,该军种计划将部分造船的款项用于大型无人水面舰的采购准备工作。美国海军预计将于2027财年采购首艘大型无人水面舰,采购成本约为4.976亿美元;2028财年计划采购2艘,总采购成本约为6.528亿美元(单艘成本约为3.264亿美元);2029财年计划再采购3艘,总采购成本约为9.943亿美元(单艘成本约为3.314亿美元)。根据美国海军2024财年的预算申请,大型无人水面舰的采购工作原本应从2025财年开始。美国海军表示:“这两年的必要延迟降低了与需求开发、设计规范和机械可靠性测试有关的并发性风险”。

针对大型无人水面舰的研发工作,美国国防部曾授予了多份相关研发合同,其中包括:

①2020年9月4日的研发合同授予

所有合同的总价值为4199万美元。每份合同都包括一个工程支持选项,如果行使该选项,所有合同的总价值将达到5948万美元。根据每份合同,有关大型无人水面舰的研发工作将在美国本土的不同地点进行,预计将于2021年8月前完成。如果美国海军选择实施合同中的可选项目,那么上述研发工作预计将于2022年5月前完成。

②2022年7月29日的研发合同修订

2022年7月29日,美国海军宣布,其对上述六份合同进行了修订。上述六家承包商都获得了一份经过修订的固定价格合同,所有合同的总价值为6213万美元。在这六份修订后的合同中,有五份含有多个可选项目,如果选择实施这些项目,那么所有合同的总价值将达到8267万美元。这六份合同所涉及的研发工作将在美国本土的不同地点进行,预计将于2024年9月底完成。

3.项目现状

美国海军大型无人水面舰项目办公室计划接收7艘大型无人水面舰原型,截至目前,该办公室已经接收了5艘,美国海军计划在2023到2024年之间完成剩余2艘原型的交付工作。美国海军目前正在推进该项目的发展进度,以使其能够在2025年通过一次里程碑审查。届时,该军种将通过重大能力采办路径将该项目过渡到采购阶段。在这之后,美国海军计划在2027年启动大型无人水面舰量产型号的建造工作,预计首批将建造6艘。此外,美国海军正在对这些大型无人水面舰原型进行测试,以了解此类舰艇的能力,让海军人员熟悉操作此类舰艇的流程,并确定是否在其上应用可能的关键技术。美国海军已经在这些大型无人水面舰原型上完成了10万多海里的航行。在航行中,这些原型也暴露出了一些问题,比如其在海上航行时需要持续的监控,在靠近海岸的地方航行时还需要人工操作。

中型无人水面艇项目

1.项目概念

在美国海军的设想中,中型无人水面艇的长度不超过200英尺,排水量不超过500吨,尺寸与一艘巡逻艇相当。美国海军希望采购成本低廉、续航能力强、具备模块化能力并且能够搭载多种有效载荷的中型无人水面艇。此类中型无人水面艇的初始有效载荷分为三类,分别为情报、侦察、监视和瞄准(ISR-&T)载荷;反情报、侦察、监视和瞄准(C-ISR&T)载荷;信息战载荷。

美国海军表示:“中型无人水面艇将为海军提供支持,使其能够以足够的规模生成、部署和分散ISR-&T能力、C-ISR&T能力以及信息战能力,并提高海军在其海上责任区内的分布式态势感知能力。此类无人水面艇还将成为海军实现分布式海上作战概念的关键装备”。

2.项目经费及生产模式

美国海军目前正在推进中型无人水面艇项目,并将其作为快速原型计划的一部分。在美国海军2025财年的预算申请中,该军种并没有为在2025到2029财年中采购中型无人水面艇的工作做准备。该预算申请称:“2019财年内中型无人水面艇的硬件和软件的原型研发工作将为此类装备过渡为‘采购类别’项目提供必要信息。对于中型无人水面艇的正式要求将由一份能力发展文件定义,而与之相关的采购拨款也将成为未来预算决策的一部分”。

①2020年7月的合同授予

2020年7月13日,美国海军宣布,其向L3哈里斯技术公司授予了一份价值3500万美元的研发合同,以研发一型中型无人水面艇原型,预计可能的采购数量为9艘(包括1艘原型舰)。该合同授予过程采用的是全面公开的竞争性采购流程。初始原型的合同资金已经到位。该合同包括多个可选项目,如果选择实施这些项目并且额外的拨款能够在未来预算年内到位,那么该合同的累计价值将达到2.81亿美元。据报道,美国海军表示,有5家公司参与了这一竞争性采购流程,但其他4家公司的身份目前尚未公布。

L3哈里斯技术公司称,其将把自己的ASView自动驾驶技术与一种美国本土制造的195英尺商用船只进行结合。该中型无人水面艇将为舰队提供情报、监视和侦察支持,同时实现自主机动能力,并遵守国际碰撞规则。

L3哈里斯技术公司将担任系统集成商,并作为该项目的主承包商提供任务自主技术和感知技术。该项目团队包括吉伯斯·寇克思公司、因卡特·克劳瑟(Incat Crowther)公司以及斯威夫特船厂(Swiftships),其中吉伯斯·寇克思公司和因卡特·克劳瑟公司将提供船舶设计,而斯威夫特船厂将完成船舶的建造工作。

L3哈里斯科技公司所研制中型无人水面艇的渲染图

②2024年6月的资源寻求书/信息请求书(RFI)

2024年6月17日,美国海军针对中型无人水面艇项目发布了一份资源寻求书/信息请求书。该文件指出,美国海军正在根据《联邦采办条例》(FAR)第十章内容开展一项市场调研活动,以确认现存的资源/承包商是否能够满足该军种对于在一定时间范围内部署多艘中型无人水面艇的需求。PMS406办公室(美国海军海上系统司令部下属的一个无人海上系统办公室)对于长度不超过200英尺(52.83米)、排水量不超过500吨且能够携带指定载荷的中型无人水面艇很感兴趣。该办公室正在考虑对现有的有人或无人水面艇进行改造,以快速向美国海军交付一型无人水面艇或可选无人水面艇。

该文件还表示,缩短的交付时间表要求研发人员采用现存且经过验证的设计,并在此基础上对其进行一些细微改动,或者直接将现存的美制船只改装成无人水面艇。为了实现快速交付,从头开始的研发流程已经不符合要求了。美国海军希望能在合同授予后的12个月内接收中型无人水面艇的首舰,并在24个月内接收剩余的中型无人水面艇。美国海军可能采购7艘中型无人水面艇,而这7艘舰艇可能都由同一承包商生产。

超大型无人潜航器

1.项目概念

美国海军的超大型无人潜航器项目名为“虎鲸”(Orca),该项目旨在满足该军种的联合紧急作战需求(Joint Emergent Operational Need)。在美国海军的定义中,超大型无人潜航器的直径超过84英寸,这一尺寸使其难以由有人潜艇进行部署。因此,超大型无人潜航器大多会被运送到前沿作战军港以进行部署。美国海军部于2021年3月16日发布的《无人作战框架》指出,“超大型无人潜航器将被设计用于搭载各种大型载荷”。2021年3月18日,美国海军确认,其研发的超大型无人潜航器的初始载荷包括水雷。具体而言,美国海军将使用包括超大型无人潜航器在内的多种装备以秘密部署“锤头”(Hammerhead)水雷,该型水雷可固定在海底并可携带反潜鱼雷,与美国海军在冷战时期使用的封装水雷十分相似。

“虎鲸”超大型无人潜航器原型

在2019财年中,美国海军使用研究和发展拨款为首批5艘超大型无人潜航器原型的研发和生产工作提供了资金支持。美国海军举行了一场针对超大型无人潜航器设计方案的竞赛,最终波音公司脱颖而出。2019年2月13日,美国海军正式选定波音公司作为研发、测试和交付首批4艘“虎鲸”超大型无人潜航器及其相关设备的承包商。2019年3月27日,美国海军宣布,波音公司所获合同的采购量增加到5艘。在这之后,美国海军还增购了1艘主要用于测试和训练的超大型无人潜航器。据悉,波音公司已经与亨廷顿·英戈尔斯工业公司的技术解决方案部建立合作关系,以建造“虎鲸”超大型无人潜航器。

2.项目经费及生产计划

根据美国海军提交的2025财年预算申请,该军种计划在2026到2029财年间以每年1艘的速度增加采购4艘超大型无人潜航器,预计每艘的采购价格分别为1.133亿美元、1.156亿美元、1.179亿美元以及1.204亿美元。美国海军2025财年预算申请指出,“由于承包商挑战以及供应商问题,有关超大型无人潜航器及其支持设备的测试和交付工作已经推迟到了2023到2025财年。美国海军正与波音公司进行合作,通过增购1艘用于测试和训练的超大型无人潜航器的方式,来缓解时间表延期问题并进行风险降低测试。美国海军计划在2026财年及之后的时间里授权更多的超大型无人潜航器生产合同,并根据前5艘的进展情况,在未来财年逐步增加采购数量。”

2024年3月29日的一份媒体报道指出,首艘用于测试和训练的超大型无人潜航器原型已于2023年12月交付,在此之后,波音公司计划在2025年年底前向美国海军交付剩余的5艘。报道还指出,该项目的生产线曾面临新冠疫情所带来的供应链难题,但目前这一难题已经得到解决,波音公司对于该项目的未来持乐观态度。

“回声航行者”超大型无人潜航器

值得一提的是,“虎鲸”超大型无人潜航器是由波音公司的“回声航行者”(Echo Voyager)超大型无人潜航器改进而来。“回声航行者”超大型无人潜航器长51英尺(15.54米),船体横截面面积为8.5英尺(2.6米)×8.5英尺(2.6米),岸上重量为50吨,体型与一节地铁车厢相当,航程高达6500海里。该型无人潜航器可携带一个34英尺长(10.36米)的模块化载荷舱段,这将使其长度增加到85英尺(25.9米)。34英尺长的模块化载荷舱段可提供2000立方英尺(56.63立方米)的内部载荷空间,而14英尺(4.27米)长的模块化载荷舱段可提供900立方英尺(25.49立方米)的内部载荷空间。此外,该无人潜航器还可携带外部载荷。

美国海军曾表示,为满足军事任务的要求,波音公司对“回声航行者”超大型无人潜航器进行了改进。这一改进工作在建立制造流程、构建工业基础和调整材料采购以生产第一批原型方面面临着种种挑战。改进后,“虎鲸”超大型无人潜航器将拥有更长的航程和可重新配置的模块化有效载荷舱,以携带多种有效载荷并执行各种任务。

3.项目现状

目前超大型无人潜航器的项目成本比2016年的最初预估成本高出了64%,达到了2.42亿美元。该项目报告称,目前的建造成本已经达到了承包商所能承受的极限。

美国海军于2017年开始实施超大型无人潜航器项目以满足紧急需求,但该项目却延迟了3年之久。美国海军官员表示,承包商原计划在2020年12月交付1艘超大型无人潜航器原型,在2022年底前交付另外的5艘。然而,承包商目前计划在2024年3月至2024年8月间交付这些原型。为满足美国海军要求而对超大型无人潜航器所做的改动以及新冠疫情所带来的挑战,是造成这一项目延迟的部分原因。美国海军官员称,承包商更换了超大型无人潜航器原型所配备的电池以满足续航要求。截至2023年3月,新电池的生产工作尚未完成。此外,美国海军尚未确定超大型无人潜航器的关键技术。

为了减少延迟的影响并更好地了解超大型无人潜航器,美国海军以7300万美元的价格采购了计划外的第6艘超大型无人潜航器原型,这也是该项目成本增长的原因之一。美国海军计划在等待原计划的5艘原型的同时,用这艘增购的原型来开展测试工作。然而,这艘增购的原型并没有携带原计划中用来携带关键系统或武器的电池或有效载荷模块。

美国海军计划通过重要能力采办路径在未来几年内采购更多的超大型无人潜航器。2022年9月,美国国会研究服务处曾建议美国海军在采购更多的超大型无人潜航器之前进行生产准备状态评审,美国海军接受了这一建议。

2025财年美国国会的相关立法活动

表2总结了美国国会针对2025财年海军大型无人系统预算申请所采取的行动。美国海军为大型无人水面舰、中型无人水面艇、无人水面艇使能技术(大型无人水面舰和中型无人水面艇)、先进水下原型研发(超大型无人水下潜航器)以及水下潜航器核心技术分别申请了5400万美元、1.018亿美元、9290万美元、2150万美元以及6820万美元。美国众议院军事委员会和美国参议院军事委员会都支持美国海军的这些预算申请。相比之下,美国众议院拨款委员会和美国参议院拨款委员会则对具体资金额度进行了调整(具体见表2)。

表2:美国国会就2025财年海军大型无人系统预算申请采取的行动

此外,美国参议院军事委员会还为美国海军的大型无人系统发展提出了几点建议,具体如下:

美国海军部长需在2025财年《国防授权法案》通过后的180天内举行一场关于“无人海上自主架构”(UMAA)的论坛,以促进国防产业参与到模块化开放系统架构和相关海上无人系统标准的创建和管理工作之中;

美国海军部长需与美国印太司令部司令合作开展一场有关超大型无人水下潜航器的竞争性演示活动,参与演示的系统应包括商用系统供应商或外国合作伙伴供应商的现成系统,以此为美国海军2026财年的相关采购活动提供必要参考;

美国海军部长需在2025年2月1日前为国会的军事委员会一份简报,以确定有关无人系统的主要术语以及美国海军如何确保其无人系统能够满足国内和国际法的相关规定;

美国海军部长需在2025年2月1日前为国会的军事委员会一份简报,该简报内容包括:(1)为无人系统设立一个或多个类型指挥官;(2)在海军作战部长办公室内建立或重组与无人系统需求和资金有关的资源供应商体系;(3)在海军负责研究、开发和采购的助理部长的参谋部设立一名职业高级行政人员,负责监督和指导无人系统的采购工作。

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