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无线遥控机器人深潜器

时间:2019-09-28    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

无线遥控机器人深潜器


电缆联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”

(Douglas Dauntless)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。

1.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”(EAVE-

West)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

输缆线与它的端部联接,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。

2.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。

3.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。

(1)美国的研究工作

新罕布什尔大学的海上系统工程公司与弗吉尼亚州维也纳的申多赫系统

公司在美国海军的赞助下,正在为美国海军研究设计用于 21 世纪的军用机器

人深潜器,这种远距离续航自主式机器人深潜器长 20~26 米,直径 4~4.6

米,装载重 45 吨货物时可连续航行 16096 公里。机器人深潜器上装有水听器,

在执行监视任务时,把它部署在战略抑制点上监听敌通信,它能自动将获取

的敌方雷达信号及通信数据分析处理。远距离续航自主式机器人深潜器能在

载人深潜器无法进入的海域执行侦察任务,如在敌方布设了大量水雷的区

域,它还可以侦察敌方反潜及水面部队,并对他们的作战能力做出判断。这

种先进的远距离自主式机器人深潜器还可布雷,发射鱼雷或导弹,能按预编

程序输入的任何目标实施攻击或防御,它还配备了敌舰船传声信号或其他非

传声信号鉴别器,使计算机系统确认机器人深潜器的环境,鉴别器识别出的

敌信号密集时,计算机将命令机器人深潜器进入进攻状态并启动武器系统。

巴尔的摩西屋防御中心海洋分公司已将人工智能和专家系统用于自主式

机器人深潜布雷器,西屋公司从其研究发展基金中拿出 100 多万美元用于该

项目基础信息控制系统的研究。这种自主式机器人深潜布雷器能深入港口绘

制地图,然后离港确定最佳布雷位置,之后再进港布雷,布雷后即自行离行

去。美国的古德公司和电力船舶公司也在研制自主式机器人深潜器和潜艇。

美国国防高级研究计划局与美国国家标准局机器人系统部正在联合研制

“沙克”(SHARC:分级自主式机器人实时控制深潜器),国防高级研究计划

局把几台新罕布什尔大学海上系统工程实验室建造的“东部”试验型自主式

机器人深潜器作为实现 SHARC 设计方案的平台。他们在“东部”上装配了美

国国家标准局研制的分级实时控制系统(RCS),这一系统包括一个组合式分

级的信息处理器网络,它与共用存储器保持着通信联系。设计分级实时控制

的指导思想是将综合部署指令分解成依次降低的级和执行功能,这些不同的

级把控制信号传递给深潜器的发动机、传动装置和转换器;同时传感器将接

收的信息并入程序处理,使预编程序与实时环境相适应,分级实时控制系统

是这样让机械理解环境的,这一系统的高技术还体现在它的专家系统上,如

果把专家系统装配在“东部”深潜器上,它就能作为“旗舰”从战略战术上

对其他深潜器编队导航。1987 年,美国国防高级研究计划局和美国国家标准

局研究试验如何使深潜器联网,实现“思维”与传感信息共享。

(2)英国的研究工作

1985 年 9 月的皇家海军装备展览会上,英国西康公司宣布了他们对下个

世纪海军机器人深潜器的设想。他们设计的“西康”水下巡逻机器人(SPUR)

长 11 米,重 45 吨,潜水深度超过 6000 米,航速 12 节,实施进攻时的设计

航速为 50 节,靠闭式循环内燃机驱动。水下巡逻机器人通过数字水文数据库

自主导航,它的地形模拟取景器与高安全定向回波器配合将测得的水深与数

据库存储的资料进行比较之后确认航向,当它在地势比较平坦的海域航行

时,惯性导航系统自动启动导航。

“西康”水下巡逻机器人上装配的人工智能系统能保证它在海上自主巡

逻两个月,它携带的战术武器包括自备鱼雷和固定战斗部,这种战斗部在自


杀性攻击时同它体内剩余的燃料一同爆炸,它还能往敌舰船的螺旋浆上缠绕

金属缆线,实施隐蔽性破坏。

在执行任务时可将“西康”水下巡逻机器人编成一个分舰队,由辅助舰

船送到作业海域,辅助舰船侧翼的水下释放装置释放机器人入水,在紧急情

况下也可由直升机释放。作业时机器人深潜器能巡查传感器有效作用的所有

区域,在燃料和军需装备不足或自身受到毁坏时,它的内部控制器便立即启

动归航系统及时返回母舰。“西康”水下巡逻机器人还可以部署在遥远的敌

海岸附近,它能伪装成商船在水面上行驶,也可以入水隐蔽靠载人潜艇操纵

执行任务。

英国的机器人专家 M・W・斯林提出了建造另一种小型机器人深潜器的设

想,这种小型机器人深潜器能携带核武器,利用航位推测法和声纳导航系统

航行数千英里侦察敌港口及海岸设施,必要时用核爆炸将其摧毁。小型机器

人深潜器在计算机控制下可搜索潜艇、航空母舰及大型商船,当它的声纳和

磁性传感器探测到敌舰船之后也可以以自身撞击敌舰船,但有一个先决条

件,即撞击时小型机器人深潜器的航速要达到 93 海里/小时,而这个速度只

有采用以小型核反应堆为推进动力源才有可能达到。

近年来人工智能、机器人系统、水下通信及其他相关技术的进展,使自

主式武器系统日臻完善并引起公众的关注,遥控深潜器已能完成搜索、回收、

救险、布雷和排雷等多种军事任务,“机器人杀手”将会对未来海战产生极

大的影响,也许那时机器人能指挥自己的舰队巡逻,或用新式武器实施进攻,

所以现在就有不少人怀疑未来的海战是否还有载人舰船的立锥之地。

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