本文由藍(lán)海星智庫（ID:SICC_LHX）授權(quán)轉(zhuǎn)載，作者：朱鵬飛

海上無人系統(tǒng)的布放與回收技術(shù)是指水面艦船、潛艇對(duì)各類無人系統(tǒng)實(shí)施布放，確保無人系統(tǒng)順利執(zhí)行任務(wù)，并在完成任務(wù)返航后及時(shí)可靠回收的技術(shù)。能否安全、自動(dòng)、便捷地布放和回收已成為影響各類海上無人系統(tǒng)發(fā)展的要素之一。目前，海上無人系統(tǒng)的布放和回收平臺(tái)主要有水面艦艇和潛艇，回收的無人系統(tǒng)包括無人水面艇（USV）、無人潛航器（UUV）和無人機(jī)。本文主要研究水面平臺(tái)布放回收USV和UUV技術(shù)的最新進(jìn)展。

一、無人水面艇的布放和回收

無人水面艇一般通過大型艦船平臺(tái)進(jìn)行布放和回收，主要采用吊放和斜槽兩種方式。從當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展看，還沒有出現(xiàn)創(chuàng)新的布放和回收方式，國外近年來主要是在技術(shù)上進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，使無人水面艇的布放和回收更為快速、高效，適應(yīng)性更廣。

1、吊放方式

吊放方式是目前無人水面艇發(fā)射和回收應(yīng)用的最多的形式，多是在船側(cè)面安裝起重機(jī)械，用線纜系留的方式提起或降下無人艇。這種方式雖然簡單易行，但也存在一定的缺點(diǎn)，比如對(duì)海況要求高、船舶平臺(tái)必須為靜止或低速狀態(tài)、需要多人協(xié)助等。

目前使用的吊放方式，線纜直接系在小艇的固定點(diǎn)上

小艇布放和回收聯(lián)合工業(yè)計(jì)劃（LAURA JIP：LAUnchand Recovery of Any small craft Joint Industry Project）為多個(gè)國家的多家單位聯(lián)合開展的一個(gè)項(xiàng)目，旨在探索海況適應(yīng)性強(qiáng)，適宜多種無人系統(tǒng)使用，能夠滿足未來需求的布放回收系統(tǒng)。該計(jì)劃對(duì)20種不同發(fā)射回收方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并選擇優(yōu)秀方案進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)。其中，“搖籃”（CRADLE）布放回收概念得到重點(diǎn)關(guān)注。

“搖籃”布放回收概念

“搖籃”對(duì)當(dāng)前吊放裝置進(jìn)行了改進(jìn)，在進(jìn)行布放和回收時(shí)不再直接將線纜系在小艇上，而是固定在托體（即“搖籃”）上。布放時(shí)，先將小艇置放在托體，然后由吊放裝置將托體連同小艇一起降落到水中。入水后，托體和小艇所受浮力及相對(duì)速度不同，自然分離，小艇離開托體后可自由行動(dòng)；回收時(shí)，小艇直接駛?cè)胪畜w沒入水面的位置，控制人員在適當(dāng)時(shí)機(jī)使吊放裝置升起，托體便攜帶小艇上升，完成回收過程。

USV駛向“搖籃”示意圖

“搖籃”概念的優(yōu)點(diǎn)是省去線纜固定環(huán)節(jié)，布放回收速度快；托體的大小和結(jié)構(gòu)件容易更改，適合不同排水量和結(jié)構(gòu)的小艇；可以在艦船平臺(tái)移動(dòng)的情況下進(jìn)行布放回收；所需操作人員數(shù)量少等。

2、斜槽方式

斜槽發(fā)射回收也是一種常見方式。目前該技術(shù)總體結(jié)構(gòu)變化不大，主要是進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，如對(duì)滑道材料的改進(jìn)，對(duì)阻攔網(wǎng)的改進(jìn)等。

小艇正要駛?cè)胄辈?，該方式適合有人/無人水面艇

小艇駛上斜槽被阻攔網(wǎng)捕獲后，將通過起重裝置運(yùn)送到船上的固定位置。目前多使用可折疊臂的起重機(jī)，國外也對(duì)龍門架進(jìn)行了研究，認(rèn)為其吊放能力強(qiáng)，所需人力少，但缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，高海況下不適宜工作等。

左側(cè)為可折臂式起重機(jī)，右側(cè)為龍門架

二、無人潛航器的布放和回收

無人潛航器在水面可以通過多種方式布放，包括滑軌、各類吊放裝置等；回收時(shí)，一般先讓潛航器浮出水面，再通過人工或吊放裝備將潛航器回收到母船上。布放回收平臺(tái)包括大型水面艦船以及無人水面艇。

目前從技術(shù)上看，布放的問題較少，升至水面回收的方式則面臨需要平臺(tái)停駐、人為干預(yù)多、效率低等問題。由此，國外目前開始研制新技術(shù)，能夠讓潛航器無需浮出水面即可實(shí)施捕獲回收。

1、ATR無人水面艇自主回收技術(shù)

先進(jìn)技術(shù)和研究公司（ATR）在海軍研究局STTR項(xiàng)目的資助下，正在研制一種通過無人水面艇自主布放和回收無人潛航器的技術(shù)。

ATR無人水面艇自主回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該布放回收系統(tǒng)包括艇上搬運(yùn)子系統(tǒng)、升降子系統(tǒng)、卷車、水下入塢子系統(tǒng)。

在回收過程中，首先釋放水下入塢子系統(tǒng)。入塢子系統(tǒng)由線纜拖曳，在水下釋放水聲定位信號(hào)并張開捕捉爪。潛航器根據(jù)定位信號(hào)實(shí)施入塢機(jī)動(dòng)。入塢系統(tǒng)的傳感器對(duì)潛航器的位置進(jìn)行探測，當(dāng)位置合適時(shí)閉合捕捉爪，抓牢潛航器。潛航器停止機(jī)動(dòng)。

ATR回收過程示意圖

隨后，卷車啟動(dòng)，將入塢子系統(tǒng)連同潛航器一起拖曳出水，呈豎立狀態(tài)。升降子系統(tǒng)用提升臂上的U型接口套住潛航器中部，并提起和水平成一定角度。捕捉爪松開潛航器，卷車將入塢子系統(tǒng)回收到最初位置。升降子系統(tǒng)將潛航器調(diào)整到水平位置。搬運(yùn)系統(tǒng)開始工作，將伸出船體的升降子系統(tǒng)和潛航器搬運(yùn)至艇內(nèi)，并選擇空閑艙位放下潛航器。

該系統(tǒng)是布放和回收過程均自動(dòng)完成，無需人員輔助；并且該系統(tǒng)易于拓展，適合多個(gè)潛航器布放回收使用。

布放回收系統(tǒng)具有優(yōu)良的拓展性

2、佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)的無人水面艇自主回收技術(shù)

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)提出另外一種通過USV布放回收潛航器的技術(shù)，該技術(shù)主要通過纜繩回收潛航器，結(jié)構(gòu)相應(yīng)簡單，但是需要對(duì)潛航器進(jìn)行一定的改進(jìn)。

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)無人艇布放回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要組成包括WAM-V 14無人艇、卷車（前后各一部）、升降機(jī)構(gòu)、定深器等組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在回收過程中，水面艇放下回收纜繩。纜繩末端配置有一個(gè)定深器。隨著無人艇的緩慢移動(dòng)，定深器產(chǎn)生一定的張力，拉緊纜繩，使?jié)摵狡饕子趯?duì)準(zhǔn)。潛航器（試驗(yàn)用的是REMUS 100）經(jīng)過專門改裝，頭部安裝了鉗形閉鎖裝置。潛航器在水聲信號(hào)的指引下，靠近纜繩，并用鉗形閉鎖裝置扣住纜繩。

左側(cè)為閉鎖裝置張開狀態(tài)、右側(cè)為閉合狀態(tài)

隨后，無人艇上的卷車啟動(dòng)，將潛航器拉至水面。特殊設(shè)計(jì)的升降機(jī)構(gòu)下降至水面，并使用磁力裝置調(diào)整潛航器的位置，在位置擺正后，將潛航器鎖定并提升至艇的頂端，完成回收。

3、“月池”潛航器布放回收系統(tǒng)

美國在“探路者”級(jí)海洋調(diào)查船的第7艘船（T-AGS 66）上設(shè)計(jì)建造了“月池”潛航器布放回收系統(tǒng)。

“月池”系統(tǒng)在調(diào)查船上的位置示意圖

“月池”系統(tǒng)布置在T-AGS 66號(hào)船的中軸線上，從外觀上看為一個(gè)從船艙至船底的貫穿空間，船艙的開孔面積為18英尺X18英尺，船底也是同樣大小的開孔，為不影響調(diào)查船的航行性能，船底設(shè)置了保形密封門。船艙還安裝有吊放系統(tǒng)，可以吊起潛航器通過“月池”釋放到水中。

“月池”系統(tǒng)工作流程示意圖

潛航器布放之前先被安置在一個(gè)籠式框架內(nèi)。吊放系統(tǒng)可以調(diào)整框架的傾斜角度，使一些長度大于18英尺的潛航器也可以順利通過“月池”。當(dāng)框架和潛航器將至船底以下時(shí)，吊放系統(tǒng)調(diào)整框架使其呈水平姿態(tài)。潛航器啟動(dòng)自主游出，完成布放。回收過程類似，潛航器通過定位系統(tǒng)游入框架，由吊放系統(tǒng)提起進(jìn)入船艙，完成回收。該系統(tǒng)布放和回收潛航器均在船艙內(nèi)進(jìn)行，較為隱蔽，適宜在一些敏感海域?qū)嵤摵狡髯鳂I(yè)。（藍(lán)海星：朱鵬飛）