栏目主持：计红梅
本期话题：无人船
今年10月，英国威尔士阿伯里斯特威斯大学科学家设计的一艘机器人船将从葡萄牙起航开始跨越大西洋之旅。它有望成为第一艘无人驾驶、也不靠风力推进的跨越大洋的船只。作为船舶自动化的终极，无人船在第二次世界大战中出现，现在已开始应用于军事和民用领域。
庞永杰 哈尔滨工程大学教授，水下智能机器人技术国防科技重点实验室主任，中国海洋工程学会理事。在船舶与海洋工程技术领域进行了多年研究,参与了多项国家部委的重点项目，获得国家科技进步奖二等奖1次，国防科学技术奖一、二、三等奖各1次。
船舶自动化的终极是无人操纵的船。到现在，幻想无人船至少已有上百年了。自“9·11”之后，港口安全成了重要问题，也推进了无人船的发展。水面无人艇（USV）较无人机（UAV）、无人潜水器（UUV）、无人车辆（UGV）研究起步晚，但发展迅速，目前已有多种无人艇开始应用于军事和民用领域。
智能化、体系化、标准化是未来方向
无人船的出现可追溯到第二次世界大战，但是到1990年才有大规模的无人艇项目出现。这一方面是科技进步的成果, 但更深层次的原因是美国海军对濒海战争和反恐任务投入了更多关注，以美国为代表的西方国家已将其列为重要的发展方向。在第二次海湾战争中，无人艇成功地完成任务，增加了美国海军对无人艇的兴趣，其他欧洲国家的现代海军也相继引进无人艇。
2001年，美国海军研究办公室(ONR)正式提出建造濒海战斗舰(Littoral Combat Ship，简称LCS)的概念。在濒海作战系统中，美国明确提出了智能水面高速无人艇，它与UUV、UAV共同构成了无人作战体系，完成诸如反潜、反水雷、侦察与探测等协助特种作战任务。
典型的水面高速自主无人艇为美国的“斯巴达侦察兵”（Spartan Scout）。其先期技术概念演示项目启动于2002年，同时有法国、新加坡参加，目前已有多艘试验艇。该艇从技术上已达到无人自主控制能力，并能根据需求按模块化方式更替任务模块，开始部署到美军葛底斯堡号巡洋舰上，并已参加了阿拉伯湾地区的“持久自由行动”和“伊拉克自由行动”等作战任务。2006年10月美国又授予建立两条该型无人艇的研究合同。
在美国还有若干公司在开发研制USV，也取得了相当的进展。如美国机器人船舶公司所开发的“幽灵卫士”，所完成的主要任务是警戒和防护、运送货物、海上监测等。
2003年，以色列拉斐尔武器设计局向以色列国防军交付了首批“保护者”（Protector）水面高速自主无人艇，在继承了“斯巴达侦察兵”的特点外，着重考虑了隐身性的功能。由于该艇性能优越，在全部测试通过前，就已被预先定购。
英国国防科技实验室借鉴了美军“斯巴达侦察兵”的成功经验，寻求与美军的合作，加上自己的模块化优势，生产的“芬里厄”（Fenrir）已于2002年下线，取代传统的舰载刚性充气船执行高危任务。
德国则在多无人艇协同作战上显示出特色，所研制的无人艇可达到四艘小艇在两人的控制下协同完成扫雷任务。
日本于2005年11月公布了其第一代无人驾驶艇OT-91，长度4.4米，主要任务是探测与侦察。
法国与新加坡则主要与美国联合研制“斯巴达侦察兵”无人艇。新加坡已经开始用之服役，用于打击国际恐怖组织和海盗；法国将于2005年年底完成最后海试，计划于今年正式列装。
跟踪国外先进无人艇技术可以看出，无人艇正朝着智能化、体系化、标准化等方向发展。智能水面高速无人艇是顺应发展的产物，可在未来战争中为大部队建立快速海上通道、布置水面信息节点、进行信息中继与网络电子干扰、以集群方式对重点目标进行情报收集、监视、侦察、武装保护和精确打击诸方面发挥积极作用。
中国尚在起步阶段
目前国内的无人艇技术多处于概念设计阶段，很多关键领域都是空白，与美国等西方发达国家相比存在很大差距。据已有的报道，主要有某通信修理厂、沈阳新光公司、哈尔滨工程大学作过这方面的研究。
中国航天科工集团公司沈阳新光公司研制成功的中国第一艘无人驾驶海上探测船天象一号为北京奥运会的青岛奥帆赛提供气象保障服务，这也是世界上首次应用无人船进行气象探测。据介绍，天象一号无人船在船体设计上有一种自稳定功能，满足高海况下工作能力。该无人船还配备有可靠的动力系统，作为气象探测的无人船航程可达数百公里，一次可以在海面作业20天左右，填补了中国海洋气象动态探测空白，对应对海洋突发事件和在海洋、大型湖泊等方面的环境监测以及灾害预警等具有重要意义。
据悉，天象一号无人船总长6.5米，船体用碳纤维制成，应用有包括智能驾驶、雷达搜索、卫星应用、图像处理与传输等诸多国际前沿技术。无人船驾驶有两种方式，一种是人工遥控，另一种为自动驾驶——可按预定航线行驶，如途中遇到障碍物可通过目标搜索识别系统和处理系统进行避让航行。
此外，哈尔滨工程大学水下智能机器人实验室在水下机器人技术研究方面也积累了较丰富的经验，目前正在开展水面无人艇的概念设计和艇体初步设计等工作。
目前，从所见报道分析，我国对智能水面无人艇的探索还处于起步阶段，尚未进行系统的研究，特别是在智能、高速、无人等方面的集成，还仅仅停留在遥控艇的研制阶段，在真正意义上的自主航行智能水面高速无人艇技术研究方面，与欧美有着非常明显的差距。加之国外对我国进行技术封锁，因此，很有必要进行智能水面高速无人艇的前瞻性技术探索和研究。
智能是最大难点
由于要求无人艇在各种不同的海洋环境下能够安全航行，并完成一定的作战任务，特别是在超视距、遥控不能发挥作用的情况下，必须能够自主进行环境探测、目标识别、自主避障、自主路径规划以及自动完成使命，而且在海洋环境中，船只发射身份和位置标示信号完全是出自自愿的。所以无人艇不仅必须与陆地保持一定的安全距离，而且必须与航线上的漂浮物和固定物保持安全的距离，这对环境的监测和障碍物的识别提出较高的要求。因此，对于真正意义上的智能水面高速无人艇，智能是其最基本的特征，也是其最大的难点。
此外，水面无人艇的关键技术之一就是控制技术，必须进一步在控制技术方面寻求突破，努力解决好无人水面艇的投放、稳定、导航、避碰和回收问题，以赋予无人艇更多的自主性。而且，水面无人艇的操作必须方便实用，一名操作人员经过简单培训就可以控制更多的无人水面艇。在未来，无人水面艇与其他无人平台进行协同作战，更需要在控制技术方面取得突破性进展。
而且，由于无人操作，在恶劣海况下，自动控制系统有时难以控制艇体运动，因此它必须具有高抗沉性和高抗颠覆性，即使在最恶劣的情况下，也能保持一定的战斗力或自恢复能力，如由于风浪过大致使艇体倒扣，必须有某种装置使艇体扶正，并能够继续航行和执行任务。
水面无人艇要获得广泛的应用，就必须最大限度地降低研制和使用成本。如以色列已经开始这方面的研究和尝试，其研制的 “保护者”水面无人艇大量采用民用产品和技术来降低成本，但国内目前的民用产品还难以满足水面无人艇的技术要求。
《科学时报》 (2008-10-23 A4工程科技)
