從五月花到海獵人,初探軍民通用的無人艦技術

作者 | 發布日期 2020 年 10 月 10 日 13:26 | 分類 AI 人工智慧 , 尖端科技 , 自動化 Telegram share ! follow us in feedly


雖然提起 AI 自駕系統往往會想到汽車,甚至無人機也更廣為人知與生活更加貼近,但船艦無人化的發展其實比想像中的還要迅猛,結合衛星通訊與自動 AI 的發展,海軍無人載具正走在世界新興科技的前沿。

Level 5 自駕仍遙遙無期,雖然隨著 5G 通訊開始商用化,無人公共交通已開始試行,但其實最先實用化其效益最高的可能還是無人船隻。比起自駕車,自駕船遠不需要擔憂擁擠的交通,且可以真正大幅減少人力成本。如何滿足人類在海上的基本生理需求,一直都是遠洋航行的挑戰。挪威的 Yara Birkeland 號有望在今明年就成為首艘投入商業營運的無人貨輪。

▲ 無人貨輪 Yara Birkeland 載貨量可達 120 TEU 且完全由電氣驅動,在如今疫情下發展更受到重視不過如今工程似乎也因疫情而停擺。(Source:Yara

必須注意的是,這裡討論的船隻無人化不是指光靠遙控操作(remote control),還必須有自駕(self-driving)能力,所以又稱海面自主航行船(MASS)。而其優點也遠不僅止於低成本航行,而是可賦予更高風險的任務,就算是遇上暴風雨等惡劣環境,也不用擔心人員傷亡。所以不僅在商業上,軍事上更受到青睞。而這項軍民通用的技術,發展比想像中的還要迅速。事實上,不少漁業船隊已開始引進民間自動化技術,甚至反過來向國防承包商輸出設備。

而近期,全球首艘完全無人駕駛的科研船已經下水,五月花號(Mayflower Autonomous Ship,MAS)這個船名將在 400 年後再度從英國普利茅斯啟航至美國,雖然已沒有新世界可殖民,但將改寫航運世界的規則。這艘無人船將搭載由 IBM Power9 CPU 和 NVIDIA V100 Tensor Core GPU 所構築的最新邊緣 AI 計算系統,使用近 30 個感測器和 6 個攝影機,及紅帽自動化軟體,使船隻擁有先進的電腦視覺,這些技術其實和自駕車有類似之處。

▲ 準備使用太陽能動力來挑戰橫跨大西洋的無人海洋科研船五月花號。(Source:IBM)

新時代海軍

但這其實已不算是什麼前瞻概念,早在 2007 年 9 月,美國海軍就制定了無人水面載具的發展綱要(Unmanned Surface Vehicle Master Plan),積極探索自主水面無人載具的潛力。2010 年美國國防高級研究計劃局(DARPA)正式開展了連續追蹤反潛無人載具 (ACTUV)的計畫,如今技術已經進展到高級任務測試,未來甚至期望能在公海上依國際法處理問題船隻。

自動化是海軍非常想要實現的目標,這將會是新時代海軍的關鍵。而如今新興技術進入熱潮,遂有更快速的發展。早在 2016 年,全球第一艘無人反潛艦海獵人號(Sea Hunter)就已下水,可在公海上執行長達 90 日的巡洋任務。若不論遠航,在 2018 年,中國也發表了可進行集群演練的瞭望者 Ⅱ 型無人飛彈快艇。雖然技術上還是有差異,但無人化基本上已蔚為潮流。

軍民通用

有趣的是,海獵人與五月花有著相同的特徵,都為了能長期的探查海洋資訊,雖然一個是為了捕捉敵方潛艇,一個是為了科學研究,但設計上有許多共通點,均採用三船體以實現高速航行,且能夠在完全無人情況下透過衛星通訊及 AI 邊緣運算自主運行,就算氣象不佳,也仍有維持生存的能力。海獵人甚至在 7 級海象也能保證航行,可說是現今遠洋無人艦發展的主流設計。

值得一提的是,如海獵人的導航雷達採用的是商業零組件,而非特殊軍規,在自駕船的領域內很多都是軍民通用。這些技術證明了,未來不需要大船也能進行遠洋任務,且 AI 永遠不會對枯燥的海上生活感到無聊。以海獵人來討論,就是因為其符合以最少人力的方式來運行,不需要其他大型載具進行投放回收,可以自行返回港口停泊,只要單人就可以進行監視及遠端遙控。

且基本上只要關鍵時刻對機器下達指示即可。當海獵人發現可疑目標時,將會通過高度加密的衛星通訊進行聯絡,再由岸上人員決定進入追蹤狀態或是繼續巡邏。目前還不配有武裝,只是因為令 AI 自主使用武器可能會牽扯到倫理問題,但其機能上都已考慮進去。

▲ 無人軍艦的行動邏輯主要有兩種,保護海上區域及護衛海上通道,但行為也不能過於僵化,以避免被埋伏或襲擊,也是 AI 需克服的問題。(Source:美國海軍無人水面載具發展綱要)

適應新技術

海獵人滿載燃料也不過是 145 噸,且能以最快 21 節的速度來航行,未來將可能會與濱海戰鬥艦 (LCS)等,一起進行作戰任務,成為其掛載的模組之一,並配備更多武裝。現在已完成了突破性的長距離自主航行測試,從聖地亞哥航行到夏威夷珍珠港並返回,總距離近 8,370 公里。且在無人化後,船艦將能完全專注在更高性能的設計,能使用非常規傳感器單獨追蹤水下的柴電潛艇。

海獵人在 2018 年交付美國海軍後,現已改稱為中等排水量無人水面載具(MDUSV),又稱中型無人水面載具(MUSV),隨著裝備更新,未來的新艦可能會被賦予更多任務。事實上,海獵人也只是美國海軍探索更大型無人水面載具作戰的墊腳石而已,甚至這樣的追求已越發熱烈到,受到國會議員的質疑。顯示新興科技發展之迅猛,已使海軍實務更需要加快適應。

其中最值得關注的是,美國正打算組建以多艘大型無人水面艦(LDSUV)為主的「幽靈艦隊」,並將配屬給擁有最先進的朱瓦特級驅逐艦 DDG-100 的水面作戰第一中隊一起進行演習,這些船艦都是依海獵人的經驗所打造出來。大君主計畫(Project Ghost Fleet Overlord)更是寄望無人艦隊能夠承擔起大部分的任務,其將採用模組化設計,依任務需求來搭載各種感測、射控與武器裝備。甚至該技術能很有彈性的應用在民間船隻上。

▲ 美國 LDSUV 實驗艦就是由民間船隻改裝來的,美國海軍正積極投入該軍備計畫,甚至推遲了傳統艦種的預算。(Source:美國海軍)

但就算做到以上這些,無人船艦技術仍不能說是真正成熟,還是要面對若造成設備損害時該如何應急維修等問題,所以就算機能上可以單獨進行任務,但實務上還是會與大型戰艦進行編組,以確保可以進行足夠的後勤維護,才能真正長時間的進行任務。目前美國海軍的應對方案,就是在船上裝置冗餘的系統以防萬一。

(首圖來源:美國海軍)

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