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紀永添專欄:美國正在打造未來的幽靈艦隊

紀永添 2019年06月18日 00:02:00
美國則開始興建殺人鯨(Orca)無人潛艇,第一批預計生產4艘。(圖片摘自波音公司)

美國則開始興建殺人鯨(Orca)無人潛艇,第一批預計生產4艘。(圖片摘自波音公司)

軍用無人機的出現,已在短短的十幾年內,徹底改變了二十一世紀的作戰方式與戰場形態。雖然目前的軍用無人機仍然侷限於空中偵察、對地火力支援、防空網壓制等任務,還沒有辦法成為空戰主力,但這應該只是時間上的問題。美國空軍日前剛剛試飛成功的XQ-58女武神(Valkyrie),已可望成為第一款能進行空戰的無人機。同樣的,未來這樣的技術,遲早會從空中,發展到海上與陸地上,世界各國都正在努力研發無人車與無人水中載具。未來無人水面艦艇、無人潛艇肯定會成為新的海上作戰利器,而可以自動駕駛的無人車,甚至是機械人,也將改變目前的地面作戰型態。其中執世界軍武發展牛耳的美國,是最為積極發展無人水面艦艇與無人潛艇的國家,除了已經推動許多研究計畫外,明年也將開始打造未來的海上無人「幽靈艦隊」。

 

美國將採購10艘大型無人艦

 

美國海軍已在送交國會審查的2020年度國防預算中,編列了預算採購2艘大型無人艦,而且這個計畫預計將會持續五年,總共要採購10艘。這款被稱為大型替換性無人水面艦(Large Displacement Unmanned Surface Vessel , LDUSV)的新型艦艇,長度約90公尺,排水量2000噸,已達中小型護衛艦的大小,是基於之前美國海軍成功測試的海獵人號(Sea Hunter)無人艇技術發展而來。海獵人號無人艇是之前「可持續追蹤反潛無人載具(ACTUV)」計畫的成果,利用無人載具可以長期執行危險任務的特性,來擔任反潛追蹤工作。海獵人號日前由美國西岸自動航行到夏威夷,航程超過8000公里,全程僅有工程師上去檢測機械裝備是否正常,沒有任何人員介入操作,成功驗證了無人水面載具的技術,也讓美國海軍更有信心開始興建大型無人水面艦。

 

美國海軍成功測試的海獵人號(Sea Hunter)無人艇。(圖片取自DAPRA網站)

 

海獵人號僅有140噸,而美國海軍所訂購的大型無人水面艦則達2000噸,無疑是非常大的進展。無人水面艦艇比無人機困難的部份,在於一艘上千噸的巡邏艦或護衛艦,其操作的水手往往需要數十人,兩千噸級艦艇的水手人數超過上百人的也不少見。水面艦有太多需要人為操作、維護保養的地方,要全面自動化的困難度很高,也讓無人水面艦艇的發展一直遠遠落後於無人機。而且在複雜的海洋環境下,有許多狀況沒有辦法用遠方遙控的方式來處理,所以利用人工智慧來進行半自動操控(Semi-autonomously)的技術就很重要,這也是人工智慧在這幾年突飛猛進後,連帶使無人水面艦艇的技術變成熟的關鍵原因。而無人水面艦艇的大型化是非常重要一步,因為這代表無人水面艦艇將可配備雷達、聲納、熱影像儀等設備,成為傳統水面艦隊的耳目。

 

讓無人水面艦艇擔任傳統水面艦隊的外圍警戒任務,以保護由人所操作的高價值船艦,是美國未來使用無人水面艦艇的最重要構想之一。這種被稱為「分散式海上作戰(Distributed Maritime Operations , DMO)」的新觀念,與之前海軍陸戰隊在沖繩群島上驗證的「遠征前進基地作戰(EABO)」,將共同成為未來美國海上作戰的新架構。簡單來說,就是傳統的水面艦隊受限於地球的曲率,其偵測範圍有限,在未來超音速反艦飛彈與極音速(Hypersonic)武器越來越普及後,水面艦隊所受到的威脅也越來越大。由於人類無法克服地球曲率影響雷達探測範圍的物理限制,唯一的解決之道,就是將搭載雷達與聲納的無人艦艇,部署在水面艦隊的外圍,擴大偵測範圍,一旦可以提早發現威脅,就能擁有更為充裕的時間攔截反制,以加強水面艦隊的安全。

 

無人水面艦艇可擔任傳統水面艦隊的外圍警戒任務,以保護由人所操作的高價值船艦。(圖片取自DVIDS網站)

 

無人艦艇擔任傳統艦隊的外圍警戒

 

這種新型態的作戰思維,除了是利用無人艦艇不怕傷亡的特點外,另外一個重要的原因,在於美國海軍是標準的遠洋海軍,在全球各地海域進行巡航,也因此需要大型的精密戰艦。如目前擁有最多的柏克級飛彈驅逐艦,與提康德羅加級飛彈巡洋艦,都已接近萬噸,並搭載複雜的神盾系統,極為昂貴,更不用說造價更為驚人的核動力航空母艦,或是相對便宜一點點,但也是一筆不小支出的兩棲突擊艦與船塢登陸艦。因此美國海軍一直希望可以想辦法節省經費,如最新的濱海戰鬥艦或仍在發展的下一代飛彈巡防艦,都是噸位小很多的較便宜替代方案。但是只要有船員,就需要高昂的人事成本、後勤補給,而且為了要保護船員,還需要增加許多安全設備,這都讓花費居高不下,而無人艦艇完全沒有這些問題,也讓美國海軍選擇全力發展這項新技術。

 

綜合來看,無人水面艦艇擁有便宜不怕傷亡的優勢,能為傳統水面艦隊提供早期預警外,還能搭載各種武器系統,發射反艦飛彈、攻陸巡弋飛彈、魚雷,擔任水面武器庫。而且就算計入未來的通貨膨脹,與後面幾艘大型無人水面艦會進行的局部改良費用,讓接下來的造價會比較高,10艘大型無人水面艦的平均造價也只要2億多美金,遠比大型飛彈驅逐艦要便宜太多了。這也讓美國海軍將大型無人水面艦視為是未來最重要的發展計畫,與可在航空母艦上起降的魟魚無人加油機MQ-25A,並列為最優先的投資項目。美國海軍甚至還向國會要求,希望讓航空母艦杜魯門號提前退役,以節省大量經費來投入這些先進武器的研發中。而我們從這一系列的發展,就已經可以預見未來的方向,由無人艦艇所構成的「幽靈艦隊」將會改變以後的海上戰場。

 

美國的通用無人水面載具(CUSV)在搭載無人掃雷系統(UISS)後,就成了無人掃雷艇。(圖片摘自網路)

 

俄羅斯海神無人潛艦可發動核子攻擊

 

水面上的無人艦艇正如火如荼地發展,水面下的情況也不遑多讓。俄羅斯之前才公開其最新的海神(Poseidon)無人潛艇,可以發動核子攻擊,製造人工海嘯來摧毀敵方的沿海城市與港口設施,被視為是俄羅斯的新型戰略性報復武器。而美國則開始興建殺人鯨(Orca)無人潛艇,第一批預計生產4艘,雖然目前這款無人潛艇的諸元仍未公開,但從之前許多的研究計畫與試驗型無人潛艇,大概可以猜測這批殺人鯨無人潛艇,尺寸會更大,航程會更遠,除了可以配備聲納、魚雷等武器外,也能酬載水下作業機器人,在特殊地區進行危險任務,如布雷、掃雷或監視竊聽等。由於水下世界更為危險,維持潛艦乘員呼吸、生活的成本,更為昂貴百倍,也讓無人潛艇的操作效益更高,而讓不少國家趨之若鶩,陸續投入水下無人載具的發展行列。

 

俄羅斯所研發的最新型海神(Poseidon)無人潛艇。(圖片取自網路)

 

不過無人潛艇的技術比無人水面艦艇更為困難,原因在於水底下無法使用一般的無線電來進行通訊或遙控。目前多數潛艦的通訊方式,不是先浮到水面上來收發無線電,不然就是仰賴水下的超長波通訊系統。但超長波通訊系統需要有超大型的天線,而且限制極多,並不可靠,潛艦也需要在一定的深度範圍,才能有效接收訊號。因此無人潛艦更仰賴人工智慧,好在水下自動導航與執行任務,近年來人工智慧與自動駕駛科技的快速發展,也讓無人潛艇技術變的更為成熟。但除了技術門檻較高以外,也考驗著對於水下3D海圖與水文的掌握能力,若無精確可靠的3D海圖,就不可能讓無人潛艇在水下自動導航與航行。而這可能是目前發展無人潛艇的最大瓶頸,因為這要投入許多資源,才會建構出較完整的3D海圖資料庫,以發展自動潛航能力。

 

美國海軍殺人鯨(Orca)無人潛艇的想像圖。(圖片取自波音公司網站)

 

無人潛艦效益遠超過傳統潛艦

 

而就目前的發展來看,俄羅斯與歐美所研發的無人潛艇,在不需要考慮乘員的生活空間與安全保護以後,艦體都變的更為緊緻,更像大型的魚雷,也因此水下的活動能力更佳、速度更快。同時可以運用的空間也變的更大,能酬載的聲納或各種魚雷、水雷等武器變的更多。在模組化設計以後,還可以快速改變內部的酬載裝備,進行各式各樣的水下任務,其使用的效益與彈性遠遠超過傳統潛艦。因此在可見的未來,當遙控能力與人工智慧更進一步成熟時,無人潛艇勢必會成為極為重要的軍事武器。美國會如此積極投入,在目前技術還不十分成熟下,就先訂購四艘,就是要累積操作經驗與驗證相關技術,並測繪更精確的水下地圖,為接下來發展更大型的作戰用無人潛艦預做準備,這四艘殺人鯨無人潛艇無疑將是未來發展的重要關鍵。

 

反觀台灣,海軍正在發展微型飛彈突擊艇,希望以少量船員操作的小型艇,來擔任反艦飛彈的發射平台,以精簡人力並建構不對稱戰力。而海巡署則購買民用無人機來擔任偵察工作,在過去也曾發展過岸上的光電監視系統,希望能減少所需人力,可惜並不成功。而這都說明了台灣的水面軍警單位是有迫切的需求,政府其實有推動相關發展的空間。微型飛彈突擊艇的噸位小、操作人數少,相對較為簡單,是實驗發展軍用無人水面載具的絕佳機會。而海巡署所需要的巡邏、長期監視、沿岸哨戒等功能,更是無人載具的強項,許多國家都正在積極發展簡易的無人巡邏艇,搭載自動化的雷達或光電系統,充當機動式的水上哨站。這並不需要多高的技術,無人巡邏艇可由操作人員遠端遙控,而雷達與光電系統的監視訊號則可以集中傳回監控中心判讀。

 

中國已展出過多款研發中的無人艇,其中「瞭望者Ⅱ」無人艇的全尺寸模型上,顯示安裝了飛彈發射器。(圖片取自網路)

 

無人水面與水下載具的發展以無可迴避

 

無人水面與水下載具,絕對會成為未來的重要發展。從複雜的大型水面無人艦到簡易的遙控巡邏艇,從全自動的人工智慧無人潛艦,到高度自動化只需要幾名技術人員的水下工作站,將會全面改變海上作業的樣貌。雖然美軍也承認在未來的十年內,水面與水下無人載具應該還是無法全面取代傳統的海軍艦艇,仍然只能擔任作戰輔助工作,但是就如同無人機一樣,即使現在無人機還無法取代傳統的戰機,但又有誰能說無人機不重要。因為一次又一次的實戰紀錄,都已證明這些輔助用的軍用無人機,早已經成為決定戰場優勢與勝負的關鍵了。台灣不一定要從最困難的部份來著手,因為水上無人載具的應用範圍極廣,從最簡單、最符合台灣當前需求的計畫開始進行起,研發小型無人艇、甚至是半潛艇,都會對未來的自動化船舶發展很有幫助。

 

回顧過去,在軍用無人機快速發展的時期,台灣明顯缺席,騰雲大型無人機在繞了一圈以後,最後還是決定向美國採購引擎,以解決推力不足的問題。台灣身為一個四面環海的海洋國家,實在不應該再漠視下一波水面與水下無人載具的發展浪潮。台灣能進行國艦國造,是因為自身的造船能力並不弱,在國家政策也強調要發展人工智慧與自動化機械下,台灣是有機會與能力,在這個新領域中佔有一席之地的。而且水面與水下無人載具的技術一旦成熟,勢必會快速民用化,全面改變商業運輸與水底探勘技術。台灣如此仰賴航運,過去也不斷希望可以進一步利用海底資源,更在自動化機械產業中著力甚深,因此這是台灣可以全力投資的戰略性發展方向。台灣在成立海洋委員會以後,著力於海洋保護,卻未有具體的海洋產業政策,而這或許就是可能的答案。

 

※作者為軍事研究者

 

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