美中水下無人載具國防產業之研析
2019.07.01
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壹、新聞重點
美國海軍研究辦公室（Office of Naval Research）在2019年6月9-21日的北約聯合演習「波羅的海行動」（BALTOPS 2019）當中，與德國海軍、水雷作戰任務團（Mine Warfare Task Group）、海軍水面及水雷作戰發展中心（Naval Surface and Mine Warfighting Development Center）聯合測試美軍水下無人載具（Unmanned Undersea Vehicles, 以下簡稱UUV）「Mk 18 Mod 2」。中國科學院瀋陽自動化研究所則是於2019年2月5日宣布其研製的「潛龍III」首次於大西洋完成深海資源探勘作業。[1]
貳、安全意涵
一、軍用水下無人載具產品應用差異化
目前UUV依照技術掌握難度由簡至繁，大致可依序分成三大類：水下遙控無人載具（Remotely Operated Vehicle, 以下稱ROV）、自主式水下滑翔機 (Autonomous Underwater Glider, 以下稱AUG)、自主式無人水下載具（Autonomous Underwater Vehicle, 以下稱AUV）。
ROV無法脫離母船，透過纜繩直流高壓電供電與通訊，由螺旋槳推進，最高航速約4節，需人工遙控。其外型通常為開放式機架，功能隨其配備攝影機或機器手臂而有所區別，多用於科學研究、海纜修繕、沉船搜尋、水下環境監測等，為三種UUV中技術最成熟者。 AUG利用重力下潛與浮力引擎，在海中以垂直鋸齒狀V型軌跡運動。由於只有改變深度、方向或偵查才需耗電，因此為三種UUV之中續航力最持久、下潛深度最深者，可達6,000公尺以上，航程可超過1,000浬，不過航速最高不超過1節，多用來蒐集跨深度的水文資料，進行數個月的長期探測。
AUV技術較前兩者複雜，涉及超音波通訊與遙控、電池、自主控制以及水下推進等技術，多以流線型擬魚雷外殼減低阻力。雖然最大深度也可達6,000公尺，然而不同型號之間自主程度與功能差異極大，續航力與下潛深度視耗電量而有所不同。應用範圍極廣，特別是ROV與AUG難以達成之任務，如冰層海洋調查、海底測繪、海底礦床調查，以及反潛、獵雷、誘標或干擾等各種軍事任務。
就UUV技術領先的美軍來說，明顯將發展重點擺在能夠用來進行分散式殺傷作戰的AUV，功能緊扣「4D戰術」目標：嚇阻（Deterring）、阻卻（dissuading）、偵測（detecting）、擊敗（defeating）。評估AUV性能則主要看五種指標：
（一） 自主性：關係到是否能大幅降低決策成本。
（二） 續航力：電力分配效率，與被賦予的作戰任務息息相關。
（三） 模組化程度：隨著任務多元化，水下無人載具若要在預算上可行，勢必採用模組化生產與應用。
（四） 潛伏能力：AUV關鍵功能就是增加戰場覺知，因此須具備避開偵查以及與通訊能力。
（五） 性價比：相對於一般潛艦，水下無人載具能否持續降低製造成本、提高作戰效能，將關係到能否持續吸引研發資金。
二、美軍水下無人載具已形成產業供應鏈
美軍早於2007年就已提出《無人系統路線圖2007-2032》（Unmanned Systems Roadmap 2007-2032），多種等級的UUV將於2020年後陸續列裝，美軍預計2024年將採購UUV達191艘。[2]
美軍所指稱的UUV明顯偏重AUV之發展，採雙向發展模式：美國海軍研製或設定規格招標，同時也挑選已經成熟的民間產品進行軍規化。由於AUV軍事應用等級技術的複雜性，基本上現有國際市場上的主要開發商，都已被美軍囊括其中。美國海軍選定23間公司，於2018年7月至2023年7月的5年間，投入7億9,450美元預算，協助美軍水下作戰中心（Naval Undersea Warfare Center），協助研發與系統材料購置。[3]近年來主要大廠也開始併購潛力小廠，如伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）轉投資的Hydroid已被挪威Kongsberg Maritime併購，Bluefin Robotics則成為General Dynamics子公司。
小型AUV主力以Hydroid公司的REMUS系列為骨幹，該公司原有3種依下潛深度命名的類型： REMUS 100、REMUS 600、REMUS 6000，前兩者衍生出軍規版的Mk 18 Mod 1，而本次「波羅的海行動」實測的Mk 18 Mod 2則改自REMUS 6000，包括能夠用來找出大面積水雷的「小型合成孔徑獵雷感測裝置」（Small Synthetic Aperture Minehunter II, SSAM II），以及具水文偵蒐與海床獵雷能力的「自動大範圍地形調查與前向搜索聲納」（Autonomous Topographic Large Area Survey Forward Looking Sonar, ATLAS FLS）。
超大型無人水下載具（Extra Large Unmanned Underwater Vehicles, XLUUV）方面，波音公司2019年2月已確獲美軍4,300萬美元委製4台約15.5公尺的ORCA柴電動力XLUUV，預計2022年完工，其續航力6,500浬，可用來掃雷、反潛、反水面、電子作戰，下一代改良型更可能成為史上第一款「潛艦僚艦」。
大直徑量無人水下載具（Large Diameter Unmanned Underwater Vehicle, LDUUV）採購計畫，則於2015年核准，由美國海軍研究辦公室主導開發的Snakehead INC1將於2020年達到初始作戰能力、2025年量產，可以搭載於維吉尼亞級潛艦上。雖然功能差不多，然而兩者真正不同之處並不在於體型大小；與從港口直接出海的XLUUV不同的是，受限於續航力與通訊能力，LDUUV作戰半徑須以母船中心，因此也需由母船發射。
三、中國由官方掌握水下無人載具技術發展
解放軍UUV發展程度落後美軍，技術才剛剛越過ROV、剛進入AUV領域，因此號稱的新突破多半集中在技術複雜度中段的AUG。整體發展路徑不同於美國軍工複合體模式；資訊不透明，實驗項目多以深海資源探勘為名，看得出「軍民融合」策略的斧鑿痕跡。重點單位隱匿於政府單位、與軍方密切合作的學術研究單位與國營企業之中。
相關政府與學術單位包括中國國家海洋局第一研究所、廣州海洋地質調查局、交通運輸部上海打撈局、中國科學院瀋陽自動化研究所、中國科學院深海科學與工程研究所、解放軍海軍工程大學、西北工業大學、天津大學、哈爾濱工程大學、中國科學技術大學、上海交通大學、浙江大學、山東大學、中國計量大學。國營企業則以中國船舶重工集團為核心，研究散布於其隸屬的中船重工第701、第702、第704、第716研究所，材料方面則有中國化工集團隸屬的青島海洋化工研究院。
中國主要的AUV公開的僅有「潛龍」系列，最先進的「潛龍III」下潛深度可達4,500公尺，高速運轉2節可達42小時48分鐘，就現有資訊來看，其續航力可能受限於電池技術，約在100浬左右，目前官方宣稱用於海底多金屬硫化物調查和勘探。值得注意的是，「潛龍III」部分零組件為外購，顯示中國尚未完全掌握深海AUV技術。
在AUG方面，天津大學的「海燕」最大航程超過1,000公里，最大深度1,500公尺。中國國家科學院瀋陽自動化研究所的「海翼」共有300公尺、1,000公尺、7,000公尺三種類型，後者曾創下6,329公尺世界深潛紀錄。2016年12月解放軍海軍曾於蘇比克灣西北外海捕獲一具美軍的「Slocum」，「海燕」、「海翼」近年發展明顯仿製該裝備。
參、趨勢研判
一、水下無人載具成為共軍反介入/區域拒止新載台
2016年中共頒布《深海海底區域資源勘探開發法》後，大力發展深海UUV，解放軍宣稱同一年於「關島-西里伯斯海（Celebes Sea）-南海」潛艦航路附近海溝中投放聲納設備。[4]在技術落後美軍的情況下，共軍UUV短期內可能應用範圍包括強化水下覺知能力、蒐集第一、二島鏈水文資料、安放深海偵測系統。尤其AUG儘管運行速度緩慢，但不易被偵測，搭載各種傳感器後大規模部署，也可用來進行反潛作戰，若配合共軍積極發展的「水下聲音監測系統」（Sound Surveillance System, SOSUS），可協助建立初步覆蓋中國近海海域的水下監控能力。
值得注意的是，現有UUV通訊以水下聲學為主，不僅距離與頻寬仍然有待突破，介質差異也讓UUV無法與空中、太空載台直接交換數據；中國未來即使成功研製出偵查、推進功能不亞於美軍MK-18系列的AUV，通訊能否有所突破才是關鍵。接下來中國可能藉由發展水面浮標作為通訊節點，來為AUV投入軍事應用做準備。
二、美海軍藉水下無人載具國防產業發展不對稱戰力
中國各式船艦至2030年可能達530艘，且全部都匯集於西太平洋地區；而美國即使達成355艘建軍目標，也不可能將兵力全數集中在印太地區，不如透過UUV對中進行不對稱作戰，相對削弱解放軍在西太平洋的反潛能力。此外，在預算考量之下，美軍UUV有其發展之必要。以美軍下一代哥倫比亞級（Columbia-class）潛艦為例：12艘預算1,280億美元，平均一艘哥倫比亞級預算約莫等同於740艘波音的ORCA，就可得知XLUUV未來發展潛力；美國建構UUV國防產業鏈，不僅有助於技術壟斷，開拓軍售市場，也可能藉此協助盟邦發展不對稱戰力。
隨著UUV於2020年之後逐漸進入實用化階段，水下辨識與仿生技術，勢必成為下一階段美中技術攻防重點。美國國防先進研究計畫局（DARPA）2019年2月已率先提出4年期的「持久性水中生物聲納」（Persistent Aquatic Living Sensors , PALS）計畫，選定5組研究團隊，希望建立仿生聲納，研究成果很可能在2023年與美軍水下作戰中心23個夥伴參與的載台計畫整合。[5]
附表、美中AUV/AUG籌獲對照表
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尺寸 |
近期籌獲 |
中期籌獲 |
長期籌獲 |
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超大XLUUV 長度> 1.5公尺 |
ONR Innovative Naval Prototype (美國海軍研究辦公室) |
ORCA(波音) |
XLUUV 未來載台 |
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未知型號(中國科學院瀋陽自動化研究所) |
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大 LDUUV 0.5-1.5公尺 |
ONR Innovative Naval Prototype (美國海軍研究辦公室) |
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Snakehead INC1 (美國海軍研究辦公室) |
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智水I-III(哈爾濱工程大學) |
智水IV(哈爾濱工程大學) |
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中 |
l MK18 Mod 2-Kingfish (Hydroid) l LBS-AUV (Hydroid) l LBS-G (美國海軍研究辦公室) l Knifefish (通用動力) |
LBS-AUV(S) Razorback (Hydroid) |
改良近中期籌獲載台 |
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潛龍I-III(中國科學院瀋陽自動化研究所) |
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小 (包括AUG) <0.5公尺 |
MK18 Mod 1-Swordfish (Hydroid) Slocum (Teledyne Webb Research) Seaglider (華盛頓大學/Kongsberg) Spray (加州大學聖地牙哥/ Bluefin Robotics) |
IVER Sandshark (Bluefin Robotics) |
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中國無影 (西北工業大學) 海燕 (天津大學) 海翼 (中國國家科學院瀋陽自動化研究所) |
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資料來源：蔡榮峰整理自公開資訊。
註：藍色部分為美國，紅色部分為中國。
[1] “U.S. Navy tests new unmanned undersea vehicle during BALTOPS 2019,” Defence Blog, June 15, 2019, http://tinyurl.com/y2zd5pxq；〈「潛龍三號」大西洋探測作業首潛告捷〉，中國科學院瀋陽自動化研究所，2019年2月18日，http://tinyurl.com/y3qhd8ca。
[2] 其中135艘為技術已成熟的MK-18系列，44艘為其他小型AUV，3艘為LUUV，9艘超大型XLUUV。“Navy Large Unmanned Surface and Undersea Vehicles: Background and Issues for Congress,” Congressional Research Service, June 7, 2019, p. 9, http://tinyurl.com/y4yb4mql。
[3] Aerojet Rocketdyne, Alion Science and Technology, American Systems, BAE Systems, Charles Stark Draper Laboratory, Leonardo DRS’ Power Technology business, General Atomics, General Dynamics, Huntington Ingalls Industries, Hydroid, L3 Technologies, Lockheed Martin, Moog, Northrop Grumman, Oceaneering, Raytheon, Rite Solutions, Science Applications International Corp., Southwest Research Institute, Systems Engineering Associates, Teledyne Brown Engineering, United Technologies Corp, Woods Hole Oceanographic Institute. See Jane Edwards, “23 Firms Win Spots on $794M Navy Unmanned Undersea Vehicle R&D Support IDIQ,” GOVCON Wire, July 31, 2018, http://tinyurl.com/yxsj8k3b
[4] 〈習近平簽署主席令公布深海資源開發法〉，中華人民共和國國防部，2016年2月26日，http://tinyurl.com/yycb894c；Stephen Chen, “Surveillance under the sea: how China is listening in near Guam,” South China Morning Post, http://tinyurl.com/y4w7k43j。
[5] Northrop Grumman, Raytheon BBN Technologies, Naval Research Laboratory, Florida Atlantic University and University of Maryland. see “Five Teams of Researchers Will Help DARPA Detect Undersea Activity by Analyzing Behaviors of Marine Organisms,” DARPA, February 15, 2019, https://www.darpa.mil/news-events/2019-02-15