0 引　言

水面无人艇的发展可大致分为3个阶段，第1阶段为雏形诞生阶段，自“二战”至20世纪90年代初，无人艇主要作为一次性制导武器、欺骗性目标和靶艇使用，依赖人员操控，自主能力非常有限。第2阶段为起步阶段，自20世纪90年代至21世纪初，美国率先进行了开发现代水面无人艇的技术探索，无人艇初步具备自主能力，逐步形成了现代无人艇的基本技术特征。第3阶段为快速发展阶段，自21世纪初以来，随着作战方式的变革及关键技术的发展，智能化、自主化水平成为现代武器装备的重点发展方向。在此背景下，水面无人艇进入快速发展时期，国内外均在此领域开展了大量研究工作，取得了丰硕成果，总体来看，水面无人艇的自主等级及智能化程度正在不断提升。国外水面无人艇发展历程如图1所示。

1 发展现状

目前，无人系统正处于高速发展阶段，关于无人艇方面的研究，美国始终处于领先地位。美军水面无人装备体系不断迭代演进，自2007年发布“海军水面无人艇主计划”起，到2019年修订的水面无人艇规划，再到2021年发布的海军无人作战框架，已基本形成了由小型（10吨级左右）、中型（百吨级）和大型（千吨级）等3种吨位无人艇构成的体系结构^[1]。在小型无人艇发展方面，美国海军2007年发布《海军无人水面艇主计划》，提出重点发展3～11 m级的“X－级”、“港口”级、“通气管”级、“舰队”级4类艇型的发展规划，已批量化列装应用。在中型无人艇发展方面，探索发展了百吨级“海上猎人”号和“海鹰”号反潜无人艇，在大型无人艇发展方面，美军大力推进“幽灵舰队”计划^[2]，2000吨级的“游骑兵”号和“流浪者”号无人水面艇已于2022年交付美海军。

我国水面无人艇的研究工作相较美国起步较晚，但21世纪初以来，随着国内对无人系统重视程度的不断提高，相关研究机构凝聚技术力量，加大投入力度，已研制出多型具备一定自主导航控制能力以及任务执行能力的水面无人平台。上海大学研发的“精海”系列无人艇，艇型丰富，自2013年“精海1号”自主完成了对南海部分地域地形和水文的测量，到“精海15号”实现多功能侦察警戒功能，智能化程度不断提升。2018年，珠海云州研制的我国首艘导弹无人艇“瞭望者Ⅱ”在中国航展公开亮相，这是继以色列“海上骑士”导弹无人艇后全球第2艘成功发射导弹的无人艇^[3]。2022年，我国首艘全国产化百吨级无人艇在浙江舟山附近海域完成首次海上自主航行试验^[4]。

2 发展趋势

综合国内外技术研究现状，为适应未来遂行多样化任务及一体化战争的发展需求，水面无人艇未来的发展将呈现以下趋势。

2.1 平台大型化

小吨位无人艇具有成本低廉、结构简单、部署灵活等优点，但受限于平台尺寸，独立执行任务能力有限。在平台大型化方面，美国国防部已于2017年启动 “幽灵舰队”计划，开始发展排水量达千吨级的大型无人艇，2020年9月，美海军向奥斯塔、亨廷顿·英格尔斯等6家造船厂各授予700万美元的合同用于大型无人艇（LUSV）概念设计，2022年4月，美军发布30年造舰计划，按照计划，美海军未来将拥有27-153艘大型水面无人舰^[5]。大型水面无人艇相较中小型平台，具备更强的载荷搭载能力，更长的续航里程及连续工作时间，为解决载荷能力，满足执行多样化任务及长时间部署的使用需求，水面无人平台必然向大型化发展。我国现有的水面无人艇主要以中小型平台为主，搭载能力和续航里程均受平台制约，因此，从发展趋势上看，百吨级、千吨级等大型水面无人平台将是后续的研发方向。

2.2 功能模块化

传统船舶多针对具体任务开展平台与载荷的一体化设计，功能的丰富带来了对搭载空间的更高要求。水面无人艇由于机动性、低成本等使用需求，平台尺寸普遍较小，内部空间紧凑，难以搭载多种任务载荷。若仅根据某一具体任务开展平台、载荷的一体化设计，则对空间需求高，且任务能力无法拓展。为解决单艇平台有限的搭载能力与多样化的任务需求之间的矛盾，模块化的功能设计必不可少。目前在功能模块化方面，美国已率先开展相关研究工作，“海上猎人”号无人艇进行了加装斜发反舰导弹的兵棋推演^[6]；MARTAC公司研制的T系列无人艇（见图2），采用了“软硬分离，开放集成”的统一开放式架构，支持通信、导航、动力等载荷的快速集成，使用小平台实现了载荷的有效利用^[7]。为快速便捷地实现不同任务要求下的功能组合，采用模块化设计及开放式体系架构的无人艇将是未来的发展趋势，开放式架构平台可通过换装技术成熟的模块化载荷，快速获得主被动搜索、反水雷、反潜、目标打击等多样化任务执行能力。

2.3 载荷专用化

目前无人平台搭载的雷达、声呐、光电等载荷大多沿用有人平台的标准进行设计，未能充分考虑无人平台的固有特点。研制形成的载荷尺寸重量大，空间、功率需求高，对人员依赖较大，缺乏无人化必需的任务在线处理能力，大大限制了无人艇自主能力的发挥。随着无人艇领域研究的逐步深入，对载荷必将提出更高要求，为保证艇平台顺利可靠执行任务，急需针对无人艇开展专用载荷的研制工作，在设计过程中充分考虑无人艇搭载空间有限，无须人员保障、极限恶劣环境工作等特点，发展无人平台专用的小型化、低功耗、高性能、标准化载荷，形成系列化的成熟产品，以支撑水面无人艇性能优化，提升任务执行能力。

2.4 动力来源多样化

为满足环境监测、情报搜集等长时间任务执行的需要，无人艇需具备出色的续航能力，同时，各种大重量载荷也对无人艇的动力设备提出要求。如何在保证有效载荷的前提下实现长航程是无人艇未来发展需解决的关键问题。目前，各国都在着力开发长航时无人艇，美国波音公司与液体机器人公司正在研究通过转化太阳能、波浪能为无人艇提供持久动力来源，初级产品已经在美无人艇“SHARC”上（见图3）展示，续航时间至少一年。日本在太阳能利用方面已有成形产品问世，无人艇携带的蓄电池可通过太阳能电池板阵列、船舶或岸电进行充电^[8]。我国目前研发的水面无人艇大多采用传统的单一动力来源，无法满足续航力不断提升的需求，从长远来看，为了获得更好的动力性能，多样化的动力来源将是水面无人艇领域未来的发展要点。

2.5 作战方式协同化

水面无人艇单平台受自身装载能力制约，可执行任务单一，覆盖区域有限。为完成更加复杂的任务，提高水面无人艇控制范围，需将单一平台联合起来形成集群进行协同决策。水面无人艇集群部署灵活，可应对大规模作战任务，同时，将无人力量融入有人体系将是未来战争的发展方向。美国在无人艇协同作战方面首先进行了有益探索，在2021年4月举行的 “无人一体化作战问题21”（UxS IBP 21）军事演习中，首次开展了无人装备作战演习，为未来有人/无人混合作战积累了作战经验^[9]。作战方式协同化是未来多维、一体化作战方式的有力支撑，将是水面无人艇未来需聚焦的重要发展方向。

3 关键技术 3.1 平台总体设计技术

优异的平台是水面无人艇良好性能的坚实基础。目前大多数水面无人艇在平台总体设计方面，仍然采用的是根据具体任务进行具体设计的研制思路，形成的平台功能简单、类型单一、吨位较小。同时大多沿袭有人船舶设计理念，虽然减少了开发的技术风险，却未能充分利用无人化平台的技术特点进行性能优化。水面无人艇在平台总体设计方面，不必考虑人员保障需求，应根据任务需要，以提高快速性、适航性、隐蔽性等性能为牵引，设计形成能够最大限度发挥无人化任务执行能力的新式平台，在实现更为复杂的大中型平台的无人化设计及可靠运行方面取得技术突破。

3.2 开放式架构及模块化设计技术

开放式架构及模块化设计技术是水面无人艇在搭载能力有限的情况下，遂行多样化任务的技术基石。开放式架构是功能模块化设计的平台支撑，采用开放式架构的无人艇可实现平台的通用化，使艇平台具备模块化集成与支撑能力。模块化设计则通过分别设计不同的功能模块，将无人艇系统拆分为更小的组件进行模块化的分离和设计。各模块独立研制，相互兼容，通用平台与功能模块可以根据不同的任务需求进行灵活组合，通过快速加载或换装载荷模块迅速生成任务执行能力，这将大大提高水面无人艇功能的多样性，提升总体集成效率，降低研制成本。此外，研制适应无人化使用要求的小型化、低功耗、高性能任务模块也是未来需要突破的重点技术。实现开放式架构的水面无人平台可以通过换装模块化载荷快速获取追踪、扫雷、灭雷、小目标避障等能力。

3.3 能源动力技术

持久高效的动力系统可有效提高水面无人艇的活动半径和续航能力，目前看来，对现有发动机进行改型设计已经无法完全满足无人艇对快速性、续航力等能力的要求，需进一步研究适用于无人平台的续航持久高效的能源动力技术。在这方面，可开展太阳能、波浪能、燃料电池等新型能源的应用研究，为水面无人艇提供更高效的动力来源。其中，太阳能和波浪能是当前无人艇实现长航时的主要途径，燃料电池作为具有长续航潜力的新能源开发热点，进一步开展技术研究，可成为水面无人艇安静持久动力来源。同时，除常规螺旋桨和喷水推进技术外，还可在新型推进方式方面开展技术攻关，以适应不同的任务需求^[10]。

3.4 自主技术

自主技术是水面无人艇的核心关键技术，无人艇能否适应恶劣复杂环境，成功独立执行任务与其自主能力息息相关，同时，无人艇的自主性也是支撑单艇进行协同作业，提高大规模作战效能的先决条件。美国国防部目前发布的5版无人系统路线图中，有4版均将自主技术作为其未来发展的技术方向^[11]。相较有人艇而言，水面无人艇的精准控制难度更大，对数据的依赖程度更高，目前，国内的自主技术智能化水平尚有待提高，亟需在自主控制、数据融合、智能演进等方面开展关键技术攻关，其中，自主控制技术包括运动控制、自主避障、任务规划等内容^[12]，数据融合技术是实现无人艇高精度感知的重要支撑，智能演进技术是无人艇自主能力迭代提升的关键要素。

3.5 协同技术

未来战争将是陆海空天潜多位一体的作战模式，为适应未来更加复杂的任务要求，提高抗毁重构能力，水面无人艇单艇需与其他有人或无人平台进行协同作业，以提高单艇作战效能，形成力量“倍增”效应。多无人艇协作结构通常可分为主从结构和无中心结构^[13]，涉及信息共享、协同规划、协同控制和协同决策等技术。目前在协同技术领域，美国的发展水平最高，2022年已结合“环太平洋”军事演习试验有人-无人舰艇编队。开展协同技术攻关，实现多艘水面无人艇的协同决策与管理，是我国未来水面无人艇需着力突破的重点技术。

4 结　语

本文梳理了水面无人艇自诞生至今的典型装备及发展阶段，阐述了国内外水面无人艇的发展现状。综合现阶段技术能力及无人艇未来大负载、长航程、多协同、灵活配置的发展需求，提出水面无人艇未来的发展趋势将呈现为平台大型化、功能模块化、载荷专用化、动力来源多样化及作战方式协同化，研究工作将重点聚焦于平台总体设计、开放式架构及模块化设计、能源动力、自主及协同5项关键技术。

水面无人艇是支撑军事现代化变革的重要海上力量，其发展将成为影响未来战争形态的重要一环。探索其发展趋势，寻找薄弱环节，以关键技术先行的方式夯实技术基础，对加速水面无人艇的跨越发展，赢得未来海战具有重要意义。