中型無人水面載具(MUSV)

澳洲的奧斯特(Austal)美國分公司在2019年展出的三體無人水面載具概念,
是針對美國海軍推動發展的中型無人水面載具(MUSV)。

L3 Technologies研製的MUSV的想像圖。L3 echnologies在2021年7月獲得合約, 設計建造首艘

MUSV原型,並可能再建造八艘後續MUSV。然而,此後MUSV項目進展緩慢,美國海軍

在2024年7月又尋求現成平台設計作為MUSV(而非全新設計),並要求在簽約後2年交付7艘。

 

──By Captain Picard


 

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中型無人水面載具(MUSV)

美國海軍將從美國國防先進研究計畫局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)接手的收連續追蹤反潛無人載具(ASW Continuous Trail Unmanned Vessel,ACTUV)項目歸類為第三級無人水面載具(Class III USV),並稱之為中等排水量無人水面載具(Medium Displacement Unmanned Surface Vehicle,MDUSV),又稱中型無人水面載具(Medium Unmanned Surface Vehicle,MUSV)。

在2019年1月,美國海軍主管水面作戰的OPNAV N96計畫辦公室主管Ron Boxall少將對美國海軍新聞社(USNI)表示,以海獵人號的技術為基礎,美國海軍打算發展一種新的MUSV,希望在2019年底選定承包商並簽署合約。

在2018年10月,美國政府依照聯邦商業機會(Federal Business Opportunities,FBO)法案,公布關於MUSV的先期邀商(pre-solicitation),並計畫在2019年1月更新更多關於需求徵詢書(Request for Proposal,RFP)草案的信息,包括工作說明書 (Statement of work)、任務規格(performance specifications)等等,隨後在2019年春季發佈MUSV的完整規格與正式的RFP。依照計畫,國防業界廠商需在RFP公布後60個日曆天以內提交完整提案,具體繳交截止期限會註明在在MUSV的最終RFP中。

在2019年2月5日,美國海軍公布MUSV的性能規格草案;在2019年2月12日至13日,美國海軍海上系統司令部(Naval Sea Systems Command,NAVSEA)主管無人與小型載具的計畫辦公室(Program Executive Office, Unmanned and Small Combatants,PEO USC,即無人海上系統項目辦公室(Unmanned Maritime Systems Program Office,PMS 406)在華盛頓海軍船廠(Washington Navy Yard)舉行一個業界說明日(Industry Day),由政府向有意參與競標的廠商簡報海上系統司令部對MUSV的需求,增加業界對MUSV項目的瞭解如原型發展需求、合約等等;業界說明日還包括一對一會議(one on one sessions)。

美國海軍打算利用海獵人號,讓基層艦隊實際上熟悉MUSV的操作,並以一艘松華特級(Zumwalt class)驅逐艦、一艘柏克級飛彈驅逐艦(Arleigh Burke class)與一艘LCS濱海戰鬥船艦組成實驗中隊,在2019年開始作業。這是美國海軍研究的未來水面作戰船艦(Future Surface Combatants,FSC)族系一項先期概念研究,FSC打算發展數種有人船艦與無人水面載具族系,這些有人與無人水面平台透過戰鬥系統高度整合,作為美國海軍再下一代的水面作戰骨幹。 

依照美國海軍初步的需求,MUSV長度約12至50m,這個範圍介於一艘RHIB硬殼充氣快艇到一艘暴風級(Cyclone class)巡邏艇之間;MUSV能根據任務攜帶不同的裝備模組(安裝在一個40英尺集裝箱內),運作的航速16節,續航力至少4500海里,能持續在海上獨自作業60天(期間不需要後勤支援),期間完全遵照國際海上航行與避碰法規,並具備海上加油能力。MUSV能夠搭載各式模組化裝備酬載,初始服役主要任務是情報監視偵察(ISR)作業以及電子作戰任務。MUSV可以攜帶的任務籌載包括各型感測器(含水面上的雷達、光電以及水下的聲納等)、電子情報蒐集、電子干擾、加密通信、密碼戰等各類指管通情電子監視偵察(C4ISR)設備;另外,美國海軍並不打算讓MUSV作為火力投射節點,因此不會配置武裝。 

在2019年7月下旬,美國海軍海上系統司令部(US Naval Sea Systems Command)發佈MUSV的需求徵詢書(RFP),並打算在2020財年第一季簽署第一艘MUSV原型的研發建造合約。MUSV的任務包括水雷反制、佈雷、武裝偵察、情報監視(ISR)、反制群集(counter-swarm)攻擊等任務。在2019年8月8日,美國海軍海上系統司令部(Naval Sea Systems Command,NAVSEA)宣布,打算發出一個邀商(solicitation)來發展中型水面自航載具(Medium Unmanned Surface Vehicle,MUSV),代號N00024-19-R-6302。

依照2020年7月29日美國國會報告,美國海軍定義MUSV長度約45至190英尺(13.7~57.9m),排水量約500噸級,具備低成本、高續航力以及可迅速變更任務構型等特點。MUSV初期的主要任務籌載包括情報蒐集與監視偵察(Intelligence, Surveillance and Reconnaissance,ISR)以及電子戰(EW)系統等。美國海軍打算以804採辦條款(Section 804 acquisition authority)來快速發展MUSV原型。美國海軍在2019財年編列首艘MUSV原型預算,並打算在2023財年訂購第一艘。

在2020年7月13日,美國海軍宣布與L3 Technologies簽署首艘MUSV原型的研發合約,總值3499萬9948美元,在2023財年執行完畢交付美國海軍;合約還包括後續增購至多八艘MUSV的選擇權,如果行使所有選擇權,合約總值會來到2.94億美元,並持續執行到2027年6月。在此合約中,由長年與美國海軍合作的Gibbs & Cox設計公司來代表美國海軍,擔任船艦設計代理(Ship Design Agent)。 這個項目希望利用快速原型發展(rapid prototyping)的策略,結合各種商用成熟技術,以最快的速度把可用的原型載具交付給美國海軍水面作戰發展中隊(Surface Development Squadron)進行各項驗證,用來研究如何將無人水面船艦整合到海軍現有水面艦隊之中。

依照2020年12月10日美國海軍部公布的2022財年的五年期造艦計畫(five-year Future Years Defense Program,FYDP,2022至2026財年),美國海軍打算在2022至2026財年編列12艘大型無人水面船艦(LUSV)、1艘MUSV中型水面船艦(MUSV)、8艘超大型無人水下載具(XLUUV);其中MUSV是在2023財年編列。

在2024財年,美國海軍為LUSV與MUSV項目申請1億7630萬美元啟用作戰能力(enabling capabilities);雖然未來財年計畫(FYDP,2024至2028財年)還沒排定編列建造任何MUSV,不過先前2020年7月與L3 Harris簽署的MUSV原型發展合約附帶有增購合約,能讓美國海軍先採辦一些原型的MUSV。第一艘MUSV原型預計在2024財年第四季交付,並進行發展與作戰測試(Developmental and Operational Testing)。

MUSV主要技術需求

依照美國海軍對中型無人水面艦(MUSV)的定義,其性能需求與技術指標如下:

尺寸:長度介於45至190英尺(13.7~57.9m),排水量約500噸級

航速需求:在平靜水域下,持續航速至少要達到24節(門檻值),理想目標值是27節以上。

故障後航行能力:因故失去任一具推進器之後,還能至少能維持16節航速(最低門檻),理想目標值是20節以上。

續航力:以16節以上速率巡航時至少4500海浬,並保有10%剩餘燃料。

自持力:在無須人力維護支持(例如補充燃料、潤滑油等)的情況下,至少能獨立在海上作業60天(門檻值),理想目標值為90天。

使用燃料種類:初期目標是能使用NATO F-76船用高硫柴油,後續目標則為能兼容於NATO F-76柴油與F-44(JP-5)航空燃油。

發電功率需求:最低門檻為300kW,理想目標為500KW。

故障後發電功率:因為任何單一組件故障而導致一組發電機和一套輸配電系統後,整體發電與輸配電功率不得低於200KW。

耐海能力需求:搭載任務籌載時,在四級海象以上(依照北約NATO STANAG 4194定義)能維持足夠穩定性並順利執行任務,在五級海象以上(NATO STANAG 4194)能存活。

船體壽命:在高強度使用下,至少能持續使用10年(最低門檻),理想目標值是15年。

上部空間與主甲板能同時搭載一個40英尺長標準集裝箱與一具20英尺長標準集裝箱(任務籌載),納入最大搭載重量。每具集裝箱的視野角度需求:最低門檻是180度,理想目標是270度。

例行的航行操作如進/出港(由拖船輔助)、海上加油、在船隻上層結構或船體機艙內進行緊急維修等等,需編制四名人員(基本要求);目標是可完全自主導航進出港,無須拖船輔助。

能搭載四名無武裝人員進行短期作業,艦上提供基本的起居空間(依照2016年12月21日頒佈的北約NAVSEA Technical Publication T9640-AC-DSP-010/HAB Revision 1標準),並攜帶兩艘充氣式救生筏。

海上加油(Fueling At Sea,FAS)需求:在較平穩海象如三級海象(依照NATO STANAG 4194定義)可進行海上在加油作業,初期門檻目標是編制4名人員進行海上加油作業,目標值是海上加油作業自動化、無須人力。從艦尾加油也是可接受的選項。

航行能力要求:門檻要求是能安全地進行自主航行,自主航行能力包括航路規劃、規避靜態物體(例如迴避浮標、低於載具吃水的淺水域等)、執行任務所需的能力等等。目標能力是能自動感測周遭環境並自動做出相應的機動,與附近水域船隻靠近時能依照國際國際海上避碰規範(COLREGS)進行對應機動。

船上的通信設備是政府供應項目(GFE)。為了符合10 U.S.C. Section 7309 Section 7309規定,MUSV船體與所有主要部件都必須在美國本土製造。

MUSV並不要求配備起降甲板或垂直整補(VERTREP)點,或者配備專屬的小型工作艇,也不需要自衛武裝。載具上需配備全週界攝影系統,提供船體周邊無死角覆蓋,使遠端遙控人員能察覺任何企圖登船的人員船;載具上的設計必須能防止未授權人員的非法登船,但讓經過授權的合法人員與美國軍事人員很容易地存取。

美國海軍重新思考MUSV必要性與數量

在2022年4月28日,海軍作戰部長(CNO)麥可.吉爾迪上將(Adm. Mike Gilday)在美國海軍研究所(U.S. Naval Institute)與戰略國際研究中心(Center for Strategic and International Studies,CSIS)聯合舉辦的海上安全對話( Maritime Security Dialogue)中透露,此時美國海軍正在重新思考MUSV的必要性。2021年9月美國海軍第五艦隊成立專門驗證小型水面載具的CTF 59特遣群,吉爾迪上將表示,經過CTF 59等驗證,美國海軍迅速學習將無人載具部署到艦隊裡,尤其是運用可消耗的低成本無人載具,而不是專門設計建造較大較複雜的USV。吉爾迪上將稱,並不是說美國海軍決定不需要MUSV,但數量需求可以新思考。原本美國海軍的計畫是,大型的LUSV(可能是完全無人或只編制極少數人員)可以攜帶飛彈來補充有人作戰船艦,而較小的MUSV主要則為艦隊組織分佈的傳感器網路;然而,中國海軍配備的反艦飛彈數量日漸成長,會對美國海軍在水上的感測器網路(含LUSV與MUSV)造成威脅。

在2022年2月,美國海軍整合水面作戰系統項目辦公室(Program Executive Office Integrated Warfare Systems)主管Jason Kipp上校在美國海軍工程科技/系統/船艦協會論壇(American Society of Naval Engineers Technology, Systems and Ships symposium)提到由LUSV、MUSV與有人的驅逐艦構成的海上戰術網路的基本概念。例如,驅逐艦基於戰術需求,有時必須保持感測器或輻射控制(Sensors or Emissions Control,EMCON,即電磁靜默)來避免過早暴露自己位置,但是到了某些時刻還是必區開啟主動感測器。而如果有人船艦與LUSV跟MUSV編組,例如布置MUSV(由驅逐艦密切控制)在不同的軸線上,就可以透過戰術網路進行三角定位(藉由被動的電子信號截收),使驅逐艦在完全的EMCON管制之下仍能標定敵方來源方位;而如果驅逐艦能控制MUSV以及攜帶有武裝的LUSV不置在不同軸線上,不僅能實施被動三角定位,甚至可以控制由LUSV發射飛彈攻擊,而有人的驅逐艦從頭到尾不需要暴露。而在CTF 59特遣群等研究驗證努力下,美國海軍發現可以用商規現成網路系統達成類似的感測器網路能力,使用可損耗、數量更多的商規低成本載具,這遠比MUSV更便宜,並能負擔更多數量。

美國海軍第五艦隊2021年底在約旦外海測試的Saildrone Explorer風浪板式

無人水面載具,使用風力與太陽能驅動。

2021年10月22日美國海軍測試的MARTAC Mantas T12 無人水面載具

在2021年底,美國海軍第五艦隊在約旦外海測試長23英尺的Saildrone Explorer風浪板式無人水面載具(使用風力以及太陽能推動),以及在巴林外海測試MARTAC的Mantas T12 無人水面載具,都屬於這類低成本商規無人水面載具。

依照2022年8月1日美國海軍研究所新聞(USNI News)報導,美國海軍無人與小型水面船艦項目辦公室主管凱西.莫頓少將(Rear Adm. Casey Moton)表示,美國2023財年預算申請中並沒有包含採購更多MUSV原型的要求;而未來MUSV項目的前途取決於2022年環太平洋演習(RIMPAC 2022)中無人船艦的測試結果。

在2023年1月11日美國海軍水面艦協會(Surface Navy Association,SNA 2023)年會上,美國海軍作戰部(CNO)主管水面作戰的Fred Pyle少將透露,在過去一年的各項演習中,MUSV被證實在情報監視(ISR)、目標獲得、信息密碼(cyber)等領域具有優勢;Fred Pyle表示,美國海軍對於運用USV做了很多發想與概念成形,包括如何部署操作,以及未來MUSV的定位。在過去一年各項演習中(包括RIMPAC 2022),美國海軍學到了很多,並利用接下來各項演習以及艦隊作業的機會,判定MUSV最適合的任務,以支援分散式海上作業。

第一無人水面載具中隊(USV Division One,USVDIV-1) 指揮官Jeremiah Daley上校在2023年1月12日的會議上對防務新聞透露,先前在RIMPAC等演習以及各項部署前訓練作業中,USV的運用方式基本都是單一驅逐艦控制一艘USV,而今年(2023年)會進行更複雜、更符合真實情境的操作,包括將USV用到航母打擊群、兩棲作戰群作業中,USV會搭載各項任務模組執行多種任務。此時,美國海軍預定在2025財年正式編列首艘LUSV,但MUSV還沒有具體時間表。

此時美國海軍已經擁有的USV,包括海獵人號(Sea Hunter)以及海鷹號(Sea Hawk)、四艘大君主計畫(Overlord)的大型USV以及一艘與L3Harris Technologies簽署合約的USV原型,這七艘USV依照船體長度,都算是MUSV。

美國海軍發展小型致命USV

在2024年2月14日USNI與AFCEA聯合舉辦的WEST 2024會議上,美國太平洋艦隊指揮官山姆.帕帕羅上將(Adm. Sam Paparo)透露,美國海軍準備在今年5月內建立美國海軍第二個無人船中隊(USVDIV-2);不同於操作大型與中型無人水面載具的USVDIV-1,USVDIV-2會著眼於小型USV,而且這會完全由美國海軍負責維持與操作的單位,而不是仰賴承包商操作維持。USVDIV-2的目標是快速部署小型USV的原型,並將之整合到艦隊作業中。在2024年1月,國防部防衛創新單位(Defense Innovation Unit,DIU)已經發佈招攬事項(solicitation),邀請業界提出小型致命性水面無人載具設計;這會是回應2023年8月美國國防部提出的「複製器倡議」(Replicator Initiative)的項目,「複製器倡議」是以18至24個月的時間,尋找一種成熟武器系統,能有效因應在太平洋戰區與中國對抗的議題。

在2025財年預算中,美國海軍為MUSV編列1億180萬美元研發預算,此外為將來運用LUSV/MUSV的相關項目編列9290萬美元研發預算;2025財年的未來財年計畫(FYDP,2025至2029財年)中,沒有編列採辦任何一艘MUSV。

MUSV策略轉變:使用現成設計、加快交付速率(2024年)

在2024年6月17日,美國海軍海上系統司令部主管無人與小型作戰船艦的項目辦公室(PMS 406)透過SAM.gov平台公布一項關於中型無人水面載具(MUSV)商源的信息徵詢/搜尋(Request for Information,RFI),探詢與評估市場上是否有符合美國海軍需求的方案,能在修改之後快速部署到美國艦隊,成為無人或可選擇性無人;有意的廠商需在信息公布後15天內回覆(至7月13日)。

此項RFI尋找的是長度低於200英尺(60.96m)、排水量500噸以下的船隻平台,能搭載符合需求的籌載;籌載信息另由美國政府裝修項目信息(Government Furnished Information,GFI)提供,包括情報監視偵察(ISR)、洛馬集團以MK-41垂直發射器為基礎開發的MK-70籌載投送系統(Payload Delivery System,PDS,將四個MK-41打擊型的發射管製成舉升發射箱並整合到40英尺集裝箱模組內),以及操作無人航空載具(UAV)的起降平台,或者這三種籌載的組合。

依照這份RFI,美國海軍打算購買至多7艘MUSV,首艘必須在合約簽署後12個月內交付美國海軍來進行測試與評估(Test and Evaluation),並在簽約後24個月內交付其餘所有載具,如此緊湊的時程就不會考慮全新的未驗證設計,而是使用經過驗證的現成設計(並可能微幅修改),或者直接購買在美國建造的現成船舶並轉換成MUSV。另外,這些MUSV不一定限於一家業主提供,美國海軍可能與多個業主簽署合,因此每個單一業主提供1至7艘MUSV。包括L3Harris、Leidos、洛馬集團(Lockheed Martin)、Swiftships、奧斯特美國分公司(Austal USA)等廠商回覆了RFI。

這份RFI顯示美國海軍MUSV的發展策略有重大轉變,從先前昂貴、曠日廢時研製嶄新平台,改成利用現成平台以盡快交付,同時制訂了非常緊湊而明確的交付期程;因此,廠商勢必只能使用現成設計,只能進行極少量的改動。

 

 

 

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