布雷器和潜艇诱饵
无线遥控机器人深潜器
电缆连接式深潜器在机动性和航速上都受到限制,而且深潜器也无法远离母船。长期以来,人们一直试图发展无线遥控深潜器,为了使这种深潜器更有效地传送和接收控制信号和信息,人们正在研究设计这类通信系统。
首先是传声通信系统。
目前我们已经使用的传声通信系统有不少严重的缺陷:
第一,深潜器与母船的距离越远,声波损失越快。随着遥控机器人深潜器远离水面母船,传声系统的传声能力必须呈几何级数增加。
第二,现有的传声通信只能传递极低速率的声频信息,在水下每秒钟只能传输1万比特,而普通的电视荧光屏每秒钟能接收6600万比特的信息。传声深潜器采用慢速扫描摄像系统,每次只能向操作手提供几张静止的画面,不能传递连续活动画面,大部分资料被录制在录像带中,待深潜器收回后查阅,这种慢速扫描电视画面的作用主要是使操作手确信摄像系统运转正常。
第三,传声信号还会因其他原因受到干扰,如海底的变化、水温度的变化、较大的障碍物都可能极大地减弱传声信号。
第四,传声信号的传递速度为1524米/秒,与声波的速度相近,同近似光速的缆线传输电磁信号的传递速度无法相比。当传声遥控器在水下2.4公里作业时,它与母船之间的信息传递一次需要3秒钟,操作手在发出指令时必须计算出深潜遥控器与母船之间的距离。
大多数传声深潜器被作为搜集海洋学与工程学方面资料的工具,美国西雅图市华盛顿大学的应用物理实验室从1963年以来一直在研究一种水下自动推进研究船(SPURV),这种船作业时靠美国海军的海洋研究船(AGOR)导航,搜集海洋物性资料和进行潜艇尾流研究。最新研制的水下自推进研究船长4.6米,重454公斤,最大下潜深度1524米,一名操作手通过传声线路导航和控制运行。
圣地亚哥美国海军海洋系统中心研制出了AUSS高技术无人搜索系统(AUSS)深潜器,这种机器人深潜器的筒形外壳由石墨柱体构成,两端为钛质锥体,最大下潜6100米。高技术无人搜索系统深潜器上装有先进的传声通信系统,能传送慢速扫描电视图像,这种深潜器是专为搜索海底地物而设计和装备的。
“逆戟鲸”(Epaulard)遥控机器人深潜器是法国ECA公司制造的,根据法国国家海洋勘探局提供的法国政府规范,“逆戟鲸”最大下潜深度6000米,它能在6000米深的海底进行拍摄和探测,航速2.5节。美国海军曾使用“逆戟鲸”对二次大战期间坠落在1280米深海底的“道格拉斯无敌”(DouglasDauntless)式轰炸机搜寻定位和拍摄。“逆戟鲸”主要靠传声通信遥控,也可以靠预先输入的预编制指令航行,在寻找“无敌”式轰炸机时,“逆戟鲸”先是按照预编程序自动搜索,直到声纳探测到有障碍物时才由操作手协助遥控行动。“逆戟鲸”先把障碍物的情况报告给辅助舰船上的操作手,然后按照操作手的指令准确地接近目标,“逆戟鲸”这次作业向美国海军提供了这架有40年历史飞机的黑白照片,它搜集的许多资料在作业时先储存起来,待返回后处理。
其次是无线电和激光通信。
由于传声通信受到多方面的限制,专家们正在研究用无线电或蓝-绿激光传递信号,新近研制出的无线电遥控器能高速远距离(电波作用范围内)传递无线电信号。加拿大温哥华国际潜艇工程公司制造出一种高速深海导航计程平台(DOLPHIN)无线电遥控深潜器,它能在4级海情下用超高频无线电波实时向母船传递对海底勘测的计算机数据。国际潜艇工程公司总裁詹姆斯·麦克法伦认为,如果在这种无线电遥控深潜器(RRCV)上安装电子战、反潜作战和反水雷装置,可大大提高它的能力,使用时可依作战对象的不同选用不同体积和性能的无线电遥控深潜器。(https://www.daowen.com)
一、美国海军的自主式机器人深潜器
美国军方和私人研究机构目前都在探索发展自主式深潜器的能力与技术。1975年华盛顿特区的美国海军研究实验所首次研制出了无人驾驶自航式深潜器(UFSS),这是一种自主式机器人深潜器,它重2460公斤,长6米,潜水深度457米,作业范围230公里。这种深潜器最切是为收集海洋科学数据、测试海洋层流特性而设计的,它的航线和航速均由预编程序控制。研制中有人主张给它安装人工智能系统、奥米伽远程序导航系统或多普勒声纳,提高精确导航图像处理、物体识别、人工智能以及机械操作的能力,这样可以大大扩展它的使用范围,如寻找沉在海底的潜艇、搜索水雷以及确认不明物体。但由于这种深潜器的壳体只有0.3厘米厚,强度不够,耐压性能差,很难搜集到完整的海洋流层数据,UFSS研制项目最终下马了。
圣地亚哥的美国海军海洋系统中心还研制出了名为“西部”(EAVEWest)的试验自主式机器人深潜器,它与另一名为“东部”的深潜器不同,这在以后我们再作讨论。“西部”深潜器上安装回转式罗盘、侧视声纳和观测管道磁场的管道追踪辅助系统。“西部”重182公斤,长2.8米,光纤传输缆线与它的端部连接,将“西部”摄制的电视图像传送给母船上的操作手,这种光纤传输缆线不会给深潜器的运行增加阻力,“西部”的航行速度为5节,它的电池需要每小时充电一次。
位于罗得岛州新港的美国海军水下系统中心制造了一种B-1型机器人深潜器,这种深潜器的头部为锥形,身体是球形的,还有一个小尾翼,这样的形体很适于在海洋层流中活动。B-1型深潜器上安装了障碍规避声纳、一套水声反射研究仪、用环境对本体噪声及振动研究的侧视声纳和重新定位声波发射器。它的仪器能记录52条通道的操作数据和12条通道的热膜探测数据。
佛罗里达州巴拿马城的美国海军海岸系统中心建造了一种9米长的可运行式潜艇模型,这个模型艇的设计是为了研究提高海军潜艇在几种突变情况下的控制性能,模型潜艇的航行由艇上的一台计算机控制,还安装了用于测定本体动力振动的检测仪和记录动力振动的磁带录制系统。
二、商用自主式机器人深潜器
目前美国有两种商用自主式机器人深潜器经技术改进后可作为军用系统部署,一种是名为“东部”(EAVE-East)的试验自主式机器人深潜器,它由新罕布什尔大学海上系统工程实验室建造,这种深潜器安装了称作结构检验任务系统(SIMS)的三维解难系统,这一系统使它能够确定所要搜寻研究的物体的位置,能安全地穿越敌海域,能从多个角度收集水中物体的数据。若在“东部”自主式机器人深潜器上安装北极检验任务系统(AIMS),它就能绘制北极冰层下面的海域图,收集测量数据并存入磁泡存储器。海上系统工程实验室现在还在为“东部”深潜器研制其他仪器,他们准备为“东部”安装分辨力为0.25厘米的精密传声导航系统,这样,“东部”可进入特殊地区或沉没海底的物体内作业并确认自己的位置;他们还努力开发计算机的功能,使它尽可能占据最小的空间和完成尽可能多的工作,并准备在“东部”上安装电荷耦合器件摄像机,为了排除其他信息的干扰,“东部”上还安装采用了新算法的电视图像增强器。
国际潜艇工程公司制造的自主式机器人深潜器也是为收集探测北极冰层以下的海底和海水数据资料而设计的,这种深潜器能在水下386米深处工作23小时,航速5节,靠它的5个独立的声纳,计算机按照预编程序对5平方公里的流域进行自主探测,同时把有关的航标、海水比重、盐的浓度、水深等信息存入存储器,它的软件系统能使深潜器躲避声纳探测到障碍物。
三、布雷器和潜艇诱饵
美国国防科学委员会在1985年发表了一篇关于“新一代计算机技术的军事应用”的报告,这个委员会的委员查里斯·赫兹费尔德博士在报告中写道,计算机人工智能技术目前还不完善,但这一技术却很可能给海军带来一种新型的自主式机器人深潜器。身兼美国国际电话电报公司副总裁的赫兹费尔德认为,以后必将出现的这种深潜器上装配的自主式系统应具有监视和决断能力,能自主航行几千英里,能深入敌防区完成对载人舰船来说危险极大的任务。赫兹费尔德还在报告中提出了两个设想,一是制造一种自主式机器人远距离水下布雷器,这种布雷器能航行几千英里、布设几十枚水雷,布雷器上还可装配声纳探测仪和拖曳声纳。在远距离航行中布雷器靠人工智能系统决定航向在什么地方布设水雷、怎样对付敌舰和敌方的防御以及适应环境条件。赫兹费尔德博士的第二个设想是用自主式机器人深潜器模拟潜艇的运动及特征,作为潜艇诱饵。自主式机器人深潜器的续航能力极强,能够模拟潜艇的离港情况,美国人有了它,就会使前苏联人建立抵御或拦截潜艇弹道导弹的梦想化为泡影;这种潜艇诱饵可在潜艇上部署用于突破敌方的反潜防线,迫使敌船进入误区,或诱使敌方耗尽攻击力量和传感器工作饱和。
很显然,无人深潜器比载人潜艇在某些方面更具优势,设计这种机器人深潜器不必再为了给驾驶员创造舒适、温暖而良好的通气空间而大伤脑筋,机器人深潜器的内部压力可以与它周围海水的压力相等;它也不会像人那样在危急时刻产生恐慌和怯懦,而正是在这种时刻它能给敌方以更大的打击。