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武備巡禮

【武備巡禮】海中作業新寵兒 水下無人載具

文:雲陽

 2016年12月15日,美國海軍的海測艦鮑迪奇號(USNS Bowditch, T-AGS 62)在南海結束水文探勘後,其作業用的無人載具─水下滑翔機(Underwater glider)被中共的922型打撈救生船攔截撈起,從而引發美國對中共的正式外交抗議。雙方經溝通後,中共才在12月20日歸還該載具。此一外交事件不僅凸顯中共在南海問題上的強硬態度,也引發對自主水下載具的關注。

 無人水下載具的運用和限制

 無人水下載具也依控制方式分為兩類:亦即遙控水下載具(ROV)和自主水下載具(AUV),前者主要依賴人為操作,後者則藉程式設定下自主運行;不過其實兩者技術均可融合混用,使得遙控水下載具和自主水下載具兩者的界定日益模糊。

  然而,由於電波在水中的傳導受到很大限制,使得載具在潛水期間,造成資料和指令傳輸的困擾。這類困擾雖可藉由纜線加以解決「聯絡」甚至電源供應的問題,但卻也形成運轉不靈活和操作距離受限。若是免除纜線採取自主航行就可免除前述缺點,但也又會再面臨及時傳輸和供電不足的缺點,因此有些自主水下載具會採取間歇性上浮的設定,一方面讓收集數據得以盡快回傳,另一方面也讓母船能適時掌握水下載具的行蹤。

 自主水下載具成為未來趨勢

 第一具自主水下載具是在1957年由華盛頓大學應用物理實驗室的研究人員所開發出來,稱為「特殊用途水下研究載體」(SPURV),用於研究擴散、聲波傳播和潛艇尾跡等水文現象。此後自主水下載具在科學研究的應用就愈來愈廣泛,相關領域的技術也隨之發展。

  在災害救援方面,無人水下載具亦有多次卓越表現,例如2009年6月的法航447班機空難,和2014年3月的馬航失蹤事件,都可見到自主水下載具參與現身支援打撈或搜救。

  在自主水下載具的軍事應用方面,美國是最積極的國家,美國海軍於2003年在伊拉克進行測試,利用REMUS自主水下載具,在16小時內清除1平方英哩海域內的水雷,顯示其優異的工作效率;若是派遣一組潛水人員執行同樣的任務,則需要21天才能完成。美國海軍在2004年公布無人水下載具計畫書,確定無人水下載具的任務包括情報、偵察和監視;反制水雷;反潛作戰;檢查/識別;海洋學;通信/導航網路節點;酬載運送;資訊作戰;及時打擊等。

  美國海軍將自主水下載具劃分為4個級別:

 人員攜帶型:排水量25至100磅,耐航10至20小時,可利用小艇以人力施放;

  輕型:排水量500磅;耐航20至40小時,必須由充氣硬殼快艇(RHIB)以專用施放/回收系統或從船上吊桿施放;

  重型:排水量3000磅,耐航40至80小時,從潛艦發射。

  大型:排水量10噸,從水面艦艇和潛艦發射。

  自主水下載具的設計

  從第1具自主水下載具現身至今50年左右,運用範圍也逐步由純學術研究,日益擴大至商業探勘與軍事任務,雖然已有數以百計的不同自主無人載具被設計、製造和使用,但是只有少數公司能夠有顯著的銷售成績。現今在國際市場上,主要的自主無人載具公司,包括有康仕堡海事公司(Kongsberg Maritime)、水螅(Hydroid,已被康仕堡海事公司併購,成為其子公司),藍鰭鮪機器人公司(Bluefin Robotics),鐵勒達因.蓋維亞(Teledyne Gavia,之前稱為Hafmynd)、國際潛艇工程有限公司(International Submarine Engineering)、亞特拉斯(Atlas Elektronik)和海洋掃描公司(OceanScan)等。

 這些公司的產品涵蓋上述從人員攜帶型,到長度超過10公尺的大型自主無人載具。大型載具擁有在耐航性和酬載能力方面的優勢;小型載具則受益於對後勤支援較低的依賴(例如施放和回收系統)。而基於尺寸、可用空間、流體效率和操控度等因素的妥協考量,大多數產品均使用類似傳統魚雷外形設計,並且多以巡迴航行模式操作,在1至4節之間的速度下,遵循預先計畫的路線航行同時收集數據,有些產品還會採取模組化概念,可由使用者依用途變更酬載內容,執行不同性質的任務。

 在自主水下載具市場上,水螅公司的REMUS系統、康仕堡海事公司的HUGIN和藍鰭鮪機器人公司的藍鰭鮪21系列是明顯主流的產品。其中,康仕堡海事公司和藍鰭鮪機器人公司是明顯得到政府官方資助支持的公司。2008年康仕堡公司併購水螅公司後,其產品線就擴展至REMUS系列。

 目前水螅公司的REMUS系列堪稱運用最廣泛的自主水下載具家族,由全名為遠程環境監視單元(Remote Environmental Monitoring UnitS, REMUS),可知其原始開發目的是為學術研究之用。事實上,開發單位亦是在海洋學術領域極富盛名的伍茲霍爾海洋研究所,生產、製造和銷售等業務則交由其轉投資的水螅公司負責。

  REMUS系列共有3種載具,以下潛深度分類依序為:可潛深度100公尺的REMUS 100,中型的REMUS 600可潛深度在600至1500公尺,以及最大型可潛深至6000公尺的REMUS 6000。 

  由REMUS 100衍生的軍規版,被稱為Mk 18 Mod 1劍旗魚型,屬美國海軍所列的人員攜帶型載具。REMUS 600的軍規版則被稱為Mk 18 Mod 1棘鰆魚型,屬於輕型載具等級。REMUS系列的設計特性是控制軟體和介面採用開放架構,使用者可利用一般筆記型電腦或手提電腦,以wifi或網路線與載具連線執行設定,或甚至透過低頻電波、音波在短距離與水中的載具聯線,可為應用範圍極為廣泛。

  藍鰭鮪機器人公司原本亦是起源自貝特利學術基金會所設立專責開發、製造無人水下載具的公司,之後於2016年被通用動力集團收購,成為其集團下任務系統分部的子公司,此項異動代表著藍鰭鮪機器人公司的產品在軍事用途擁有極大潛力,因而受到通用動力的青睞。該公司的主要產品即為藍鰭鮪系列自主無人載具,按照大小與可潛深度依序為藍鰭鮪錐齒鯊(Bluefin Sandshark,潛深200公尺)、藍鰭鮪-9(潛深200公尺)、藍鰭鮪-12S(潛深200公尺)、藍鰭鮪-12D(潛深1500公尺)和藍鰭鮪-21(潛深4500公尺),其中藍鰭鮪-21的軍用衍生型被稱為電鰻型載具,將會部署於美國海軍,用於執行獵雷任務。

  康仕堡公司則是遠在北歐挪威的專業海事工程公司,擁有200以上的悠久歷史。

  其自主無人載具產品依體形由小至大有海洋滑翔者(SEAGLIDER)、MUNIN和HUGIN系列等3種。MUNIN是依據REMUS 600加以改良的衍生型;HUGIN系列是有可潛深1000、3000、4500和6000公尺的大型載具;至於海洋滑翔者則是捨棄使用螺旋槳推進的特殊水下載具,其藉由改變浮力和翼面控制,在水下以鋸齒狀路線前進,強調有數個月的超長耐航時間,之前美軍被中共攔截的水下滑翔機也是運用類似觀念操作,不過其推進是依靠電動螺旋槳推進。

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