USSV-HTF可携带各种各样的大型传感器
无人机已经成为军事任务的固有组成部分，现在很少能够看到美军只依赖有人机的情况。随着美国海军计划迈入一个相似的美丽新世界：使用无人艇减少作战人员伤亡，海军不仅遇到了技术难题，也面临着其它挑战。产业界可以解决一些问题，但解决其它问题则需要世界各国达成共识，用现代船舶制造史从未出现过的分支来改变海域概念。
威拉德•索科尔三世预测，无人驾驶海面舰艇（USV）将对未来军事行动和国土安全行动产生巨大的影响，就像无人机对现代军事产生的巨大影响一样。 率索科尔三世是弗吉尼亚州诺福克海军水面作战中心卡德罗克分部作战舰船海军结构支队的负责人，该支队负责海军无人驾驶海面舰艇的设计工作。在任何无人艇变成军事力量组成部分之前，必须解决很多相似的问题，但是，作战环境塑造设计过程，蓝天使得无人机更容易升空，而无人驾驶海面舰艇则不易入水。在一些情况下，贴近地面有一定的优势，但另一方面，贴近地面就像是拖锚淌航。
尽管遇到了特别的挑战，无人驾驶海面舰艇有很多方面与无人机相似。一些无人艇是摇控操作的，而另外一些无人艇则有程序编定的能力。前者可能具有评估与报告系统等初级自动化能力，后者使用全球定位系统从一个地点航向另外一点，并可根据程序设定改变航向。一种后续的自主性被称作预排程序，包括为无人艇预先设定程序，使其沿特定航线航行，但可以根据艇载传感器的输入而改变航线。
索科尔说，可以用多种方式控制目前在研的无人驾驶海面舰艇。例如，无人艇进港时可以遥控，执行简单任务时可以采用程序编定功能。就完全自主而言，海军一般不会使用没有达到6级或者7级技术就绪性的无人艇。
索科尔坚持认为，虽然设计无人驾驶海面舰艇所面临的挑战与研制无人机所面临的挑战不同，但是性质却是一样的。在无人机设计师解决空中交通问题时，空域管理已经基本完善，甚至私人飞机都必须发射能够标明本机位置的信号。但在海上环境中则不是这样。海上船只发射身份和位置标识信号完全出自自愿，因此，舰船不仅必须与陆地保持安全的距离（这方面的要求与飞机一样），而且必须与航线上的漂浮物和固定物保持安全的距离。索科尔说，这是传感器为导航系统研制提供帮助的一个方面。
海军的第一批无人驾驶海面舰艇将为濒海作战舰（LCS）提供支援。摇控猎雷系统，又名摇控猎雷舰，已经部署到美海军的快速护卫舰上，将来会配备濒海作战舰。美海军正在设计和建造一种可用于水雷战的无人驾驶海面舰艇。这种无人艇可执行扫雷任务。索科尔透露，配备通用动力公司机器人系统分部正在研制的一种系统后，濒海作战舰将可以执行反潜作战任务。
若干年来，美国海军一直在尝试使用无人驾驶海面舰艇为反恐任务提供部队保护。在维持海面秩序或者巡逻时，美海军使用配备相机的无人驾驶海面舰艇对形势进行评估，然后再投入兵力部署。监视任务已经在美国本土和海外军事基地展开。索科尔说：“通常，并没有特意灌输任何东西，广泛地做什么，但已经做了。军方一直在研究其它的使用方式，并取得了一些成功。”
虽然海军一直在探索无人驾驶海面舰艇的这些用途，但是无人艇的研制和部署主要与濒海作战舰的交付和部署时间表捆绑在一起。当濒海作战舰投入使用时，无人驾驶海面舰艇及其操作者必须作好服役准备。这将是未来几年内发生的事。
索科尔承认，无人驾驶海面舰艇的设计在一些方面面临着挑战。他说：“我们首次为舰队增添一种重要的执行任务能力。我们正在做从未做过的事。我们不是在做一个改良项目。我们面对的是启用全新技术必然带来的各种成长烦恼。
我们不仅要面对系统的特定用途和系统集成的工程设计，而且要制定系统的原理与学说。很明显，无人艇将部署在濒海作战舰上，因此我们必须制定无人艇的使用规则。系统应当适用怎样的冗余度？应当采用怎样的自动防故障装置？这些是我们需要从头做起的一些事情。”
除了制定规则外，还有其它必须解决的非技术性问题。例如，索科尔指出，无人驾驶海面舰艇投入使用所面临的一个比较困难的问题是培训。他说：“在操控无人驾驶海面舰艇方面，现在还没有一个完全合格的水手，没有人天生知道如何操控无人驾驶海面舰艇。这是一种全新的装备。”
通信方法和带宽限制也是造成无人驾驶海面舰艇在设计与部署方面和无人机不同的一个因素。索科尔风趣地说，无人机的飞行高度扩展了视距通信的距离，无人驾驶海面舰艇在通信方面一般不会遇到这种情况。因此，无人驾驶海面舰艇距离“母舰”的操作距离受限于视距通信的能力。
索科尔说：“我们还受限于可用的带宽和可用的通信设备。如果可用带宽仅允许操控一艘无人艇，限制就过于苛刻了。但是，在这种情况下，限制条件也可以成为发明之母。这样将促使我们不断地研制、不断地成熟，达到更完善的自主性。”
虽然无人机研发者需要关注信息窜改和信息窃取问题，无人驾驶海面舰艇的设计者们在这方面面临着更大的挑战。索科尔说：“它与空中飞行器不一样。敌人不可能从一个飞行器跳过去控制另一个飞行器。但是敌人却可以获得对我们无人驾驶海面舰艇的控制权。”因此，我们必须有安全的通信链路，防止敌人控制我们的无人驾驶海面舰艇。即使敌人占领了无人驾驶海面舰艇，也无法获取艇上的信息。
产业界可以帮助解决一些这样的问题，但是没有现成的解决方案。就无人机而言，若想确保设备正常操作，就必须恰当地解决重量和重心问题。此外，还必须解决加热和冷却的问题，通信技术必须能够适应海上的大风大浪和海面的迷雾。索科尔说：“我们确实利用了美陆军和其它军种的很多成果，但是这些成果并不完全符合我们的要求。”
传感器及其收集和提供的信息是非常重要的，但是这是一把双刃剑。为了确保可靠性、提高对无人艇能力的自信心，海军希望无人艇配备尽可能多的传感器。通过对无人艇遭遇的困难进行冗余验证，提高了水手对该艇提供的信息的信任程度。索科尔指出：“把这些无人艇从战舰放出去，自信它们有很强的能力，有很好的编程，能够很好地处理遇到的一切情况，在这些方面我们没有多少实战经验。”
但是，随着它们送加大量的数据，人们对无人驾驶海面舰艇的信心会增强，这方面的要求使得带宽挑战更为严峻。更理想的能力是无人艇对收集到的信息进行处理，只把结果改善给操作员。
索科尔说：“我们所谈的实际上是传感器整合，传感器不仅能够来回传送信息，而且要综合每个传感器的信息，形成一个目标信息。这样，传送到母舰的将不是一个相机拍摄的图像、一个雷达成像、或者另一种传感器的数据，而只是‘发现目标、正前方一英里’的报文，这正是操作员需要知道的。”这种能力目前仍在研发中，若干大学正在研究相关的算法。
1006年末，海军水面作战中心与马里兰州罗克维尔市的空间集成系统公司签订了多功能传感器系统的研制合同，包括一种采用智能代理技术的先进三坐标成像系统。依靠这种能力，可以在指定地区自主操作。安装这种系统后，无人驾驶海面舰艇将做出例行性行动决策，捕捉、记录、处理甚至人类也无法发现的信息。
索科尔说，随着研发工作的进展，这种能力将为自主性提供支持。当能够收集、处理数据，并把数据归纳为数量极小的所需信息后，无人艇将能够自主做出决策，操作员只需要监控无人艇的活动即可。
向自主性迈出这一步，需要解决一系列全新的挑战。例如，当无人驾驶海面舰艇能够识别出驶入切萨皮克湾的一艘船只，判定该船需要在一个或者两个航道中航行，无人艇可根据该信息选择一条航道，避免碰撞。这样的自主能力会对当今水手一致遵守的交通规则提出质疑。索科尔说：“你们可以发现这样的信息和各种探测将对导航和交通规则带来什么影响，最终，海上交通法规将因此而做出修改。”
目前，海军主要在其管辖的海域使用无人驾驶海面舰艇。美海军正在与美国海岸警卫队协调调度和测试事宜，并发布与无线电通信相关的命令。但是，一旦无人驾驶海面舰艇开始执行船只检查扫描任务，判定船只是否载有违禁品，那么无人艇将需要部署在商用船只和游船活动的水域。索科尔解释说：“我们必须把技术提高到很高的水平，使得我们可以相信无人艇能够自主航行到任务水域，相信其所完成的任务不会违反交通规则和相关法律。例如，无人艇撞到其它船只时由誰承担责任？现在，我们正在创造一种全新的船只，这种船只投入使用需要有相关的规则和法律。”
索科尔承认，美海军还没有研制出一种能够入水后不用再管的无人艇，但是正在努力研制一种具有极大自主性的船只。索科尔说：“我们需要告诉无人艇当遇到某种物体时应当调整计划，避开该物体。我们可以做到这一点。难点是，如何设计出一种在任何条件下都能够发现目标、并判定目标类别的传感器。这方面的能力越强，需要监视无人艇并做出决策的水手就越少。在我看来，这应该是最低的要求。”
来源：美《信号杂志》
作者：玛丽安-劳洛尔
编译：知远/绿菊 |
