艦艇編隊中攻擊型潛艇陣位配置模型

樸成日，沈治河

(1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)與訓(xùn)練系，遼寧 大連 116018;2.海軍大連艦艇學(xué)院 科研部，遼寧 大連 116018)

0 引言

艦艇編隊中的攻擊型潛艇是有效的反潛兵力，其反潛能力遠優(yōu)于水面艦艇和反潛直升機。攻擊型潛艇的優(yōu)勢在于:①行動隱蔽，自給力和作戰(zhàn)半徑大;②在有利的聽測水層，遠距離發(fā)現(xiàn)敵潛艇;③能在各種氣象條件下，有效地搜索、跟蹤和攻擊敵潛艇。因此，研究編隊中攻擊型潛艇的配置，提高編隊對潛防御能力具有重要的理論價值和軍事意義［1］。

1 攻擊型潛艇陣位配置的基本要求

明確攻擊型潛艇的任務(wù)是配置的前提。攻擊型潛艇通常配置在遠程防潛區(qū)域，其主要任務(wù)是:為編隊提供早期防潛預(yù)警、搜索和攻擊企圖占領(lǐng)導(dǎo)彈射擊陣位的敵潛艇;在艦艇編隊進入某一作戰(zhàn)區(qū)之前，攻擊型潛艇對該作戰(zhàn)區(qū)實施嚴密的反潛清掃，當(dāng)確認無敵潛艇后，編隊方可高速進入陣位。根據(jù)攻擊型潛艇承擔(dān)的任務(wù)和自身的特點，其配置必須滿足以下基本要求:① 前出距離能為編隊提供一定的防潛縱深;②攻擊型潛艇對空防御能力弱，前出的距離需要在編隊殲擊機的有效掩護范圍內(nèi);③ 在編隊進入陣位之前，攻擊型潛艇有充足的時間對作戰(zhàn)區(qū)實施嚴密的反潛清掃;④陣位配置需要考慮安全因素，避免誤傷;⑤在編隊通信范圍之內(nèi)［2］。

艦艇編隊兵力的配置需要確定參考的基準(zhǔn)點，而這個基準(zhǔn)點與編隊的狀態(tài)有關(guān)。如果編隊在航渡中，相對基準(zhǔn)點是指揮艦;如果編隊在某一作戰(zhàn)區(qū)，相對基準(zhǔn)點則是作戰(zhàn)區(qū)的圓心。攻擊型潛艇的配置，用相對于基準(zhǔn)點的前出距離和方位2個要素來描述。攻擊型潛艇配置的方位以編隊的威脅軸為基準(zhǔn)，威脅軸的確定由指揮員根據(jù)敵情威脅判斷決策，本文把攻擊型潛艇前出相對于基準(zhǔn)點的距離作為重點來討論。

2 攻擊型潛艇陣位配置模型

2.1 基于遠程防潛攻擊型潛艇陣位配置模型

攻擊型潛艇配置在遠程防潛區(qū)域，其目的是為了搜索和攻擊企圖占領(lǐng)反艦導(dǎo)彈發(fā)射陣位的敵潛艇［3］。

為了保證攻擊型潛艇能在敵潛艇占領(lǐng)反艦導(dǎo)彈發(fā)射陣位之前，對其及時發(fā)現(xiàn)、識別并實施攻擊，要求攻擊型潛艇發(fā)現(xiàn)敵潛艇的界線稱為遠程防潛警戒線［4］。警戒線到基準(zhǔn)點的距離稱為遠程防潛警戒線距離。

攻擊型潛艇搜索和攻擊敵潛艇的作戰(zhàn)過程可以描述為:O點為參考基準(zhǔn)點，攻擊型潛艇前出配置在B點，探測到不明潛艇在E點，BE之間的距離為攻擊型潛艇的探測距離，OE之間的距離為遠程防潛警戒線距離。經(jīng)過識別確認是敵潛艇后，指揮員定下決心、確定作戰(zhàn)方案，這個過程持續(xù)時間為t1;攻擊型潛艇機動到C點占領(lǐng)魚雷射擊陣位，這個過程持續(xù)時間為t2;在魚雷最大有效射程上發(fā)射，在D點魚雷與敵潛艇相遇，這個過程持續(xù)時間為t3。經(jīng)過t1+t2+t3后，指揮艦航行到A點，AD之間的距離應(yīng)大于敵潛艇反艦導(dǎo)彈最大射程，即在敵潛艇占領(lǐng)導(dǎo)彈射擊陣位前，攻擊型潛艇對其至少完成1次攻擊，如圖1所示。

關(guān)系式為:

圖1 遠程防潛作戰(zhàn)過程圖Fig.1 The process of long-range anti-submarine operation

式中:DTC為攻擊型潛艇對敵潛艇探測距離;VWQ為攻擊型潛艇巡航速度;VDQ為敵潛艇巡航速度;DYL為攻擊型潛艇魚雷最大有效射程;DDD為敵潛艇反艦導(dǎo)彈最大有效射程;DOB為O與B兩點之間的距離;VH為編隊航速;VYL為魚雷航速。

從作戰(zhàn)過程描述可以看出，攻擊型潛艇提供防潛縱深應(yīng)該大于遠程防潛警戒線距離DOE，即前出距離應(yīng)該大于DOB。

如果編隊在航渡中，攻擊型潛艇的陣位配置應(yīng)該是相對于基準(zhǔn)點的一個點，前出距離大于DOB，即提供的防潛縱深大于DOE。攻擊型潛艇的前出距離、探測距離、防潛縱深和防潛扇面角度構(gòu)成了三角函數(shù)關(guān)系，如圖2所示。

圖2 航渡中攻擊型潛艇陣位配置示意圖Fig.2 The disposition of attack submarine in navigation

關(guān)系式為

其中α為攻擊型潛艇提供的防潛扇面角度。

如果編隊在某一作戰(zhàn)區(qū)，攻擊型潛艇的配置應(yīng)該是一條巡邏線，潛艇在該巡邏線上往返航行巡邏警戒。巡邏線長度與前出距離、防潛縱深和防潛扇面角度之間的關(guān)系，如圖3所示。

圖3 作戰(zhàn)區(qū)攻擊型潛艇陣位配置示意圖Fig.3 The disposition of attack submarine in theatre of war

設(shè)直線AB為巡邏線，與威脅軸垂直，圖中2個圓分別是攻擊型潛艇在巡邏線2個端點A和B的探測范圍，這樣扇面HKL則是攻擊型潛艇的防潛扇面。在攻擊型潛艇前出距離確定的情況下，其提供的最大防潛縱深為

式中:DQC為攻擊型潛艇巡航時陣位相對于基準(zhǔn)點距離的最大值;DAB為巡邏線AB的長度。

攻擊型潛艇的前出距離、巡邏線長度與提供的防潛縱深、防潛扇面角度存在關(guān)系式:

其中:DYJ為攻擊型潛艇在威脅方向上提供的對潛預(yù)警距離;φ為攻擊型潛艇提供的防潛扇面角度，以基準(zhǔn)點為圓心，以DYJ為半徑。

當(dāng)攻擊型潛艇在巡邏線上從A點航行到B點，預(yù)警扇面邊緣KH上的CH段依然在攻擊型潛艇的監(jiān)視范圍內(nèi)。如果作戰(zhàn)區(qū)半徑為R，應(yīng)該保證CH長度大于 (DOE+R)，即在敵潛艇占領(lǐng)反艦導(dǎo)彈射擊陣位之前，攻擊型潛艇已對敵潛艇實施攻擊。關(guān)系式如下:

其中DCH為點C到點H之間的距離。

2.2 基于空中掩護攻擊型潛艇陣位配置模型

在眾多的反潛平臺中，能在短時間內(nèi)迅速對攻擊型潛艇構(gòu)成威脅當(dāng)屬反潛飛機，而防空作戰(zhàn)恰恰是攻擊型潛艇的短板。從系統(tǒng)的角度看，編隊是一個作戰(zhàn)大系統(tǒng)，應(yīng)該為系統(tǒng)中的攻擊型潛艇提供空中掩護。掩護方式可以分為空中待戰(zhàn)與機場待戰(zhàn)2 種［5］。

空中待戰(zhàn)掩護過程可以描述為:O點為參考基準(zhǔn)點，預(yù)警機前出配置在A點，殲擊機前出配置在B點，攻擊型潛艇前出配置在D點。預(yù)警機發(fā)現(xiàn)敵反潛飛機在F點，AF之間的距離為預(yù)警機的探測距離。經(jīng)過識別確認是敵機后，向編隊發(fā)出警報，這個過程持續(xù)時間為t1。指揮引導(dǎo)殲擊機前出迎敵，占領(lǐng)攻擊陣位C點，這個過程持續(xù)時間為t2。在空空導(dǎo)彈最大有效射程上發(fā)射，在E點導(dǎo)彈與敵機相遇，DE之間的距離應(yīng)大于敵反潛飛機對攻擊型潛艇的攻擊距離，即在敵機對攻擊型潛艇使用武器之前，殲擊機對敵反潛飛機至少完成1次攻擊，如圖4所示。

圖4 空中待戰(zhàn)掩護過程圖Fig.4 The process of covering provided by fighter through airborne alert

得出以下關(guān)系式:

式中:DBC為殲擊機前出迎敵距離;DTC為預(yù)警機對敵反潛巡邏機的探測距離;DWKK為我空空導(dǎo)彈最大有效射程;DDGJ為敵反潛巡邏機對潛艇的最大攻擊距離;VJJJ為殲擊機的航速;VDJ為敵反潛巡邏機的航速。

當(dāng)殲擊機采取空中待戰(zhàn)掩護方式時，攻擊型潛艇的前出距離不能大于DOD。

殲擊機以機場待戰(zhàn)方式掩護攻擊型潛艇，當(dāng)預(yù)警機發(fā)現(xiàn)敵機后，殲擊機從機場起飛前出迎敵，這種情勢如圖5所示?？梢悦枋鰹?攻擊型潛艇配置在C點，當(dāng)預(yù)警機在A點巡航時發(fā)現(xiàn)了敵機在E點，AE之間的距離為預(yù)警機的探測距離。經(jīng)過識別確認是敵機后，向編隊發(fā)出警報，這個過程持續(xù)時間為t1。指揮員收到警報、定下決心、下達殲擊機起飛命令，機場待戰(zhàn)殲擊機接到出動命令后首架開始起飛，這個過程持續(xù)時間為t2。殲擊機起飛后并完成空中集合所需時間為t3。編隊飛行一段時間后，到達B點占領(lǐng)攻擊陣位，這個過程持續(xù)時間為t4。在空空導(dǎo)彈最大有效射程上發(fā)射，在D點導(dǎo)彈與敵機相遇。DC之間的距離應(yīng)大于敵反潛巡邏機最大攻擊距離，即在敵機對攻擊型潛艇使用武器之前，殲擊機對敵反潛飛機至少完成1次攻擊。

圖5 機場待戰(zhàn)掩護過程圖Fig.5 The process of covering provided by fighter through airport alert

得出以下關(guān)系式:

當(dāng)殲擊機采取機場待戰(zhàn)掩護方式時，攻擊型潛艇的前出距離不能大于DOC。

2.3 基于反潛清掃攻擊型潛艇陣位配置模型

當(dāng)艦艇編隊在某一作戰(zhàn)區(qū)存在敵潛艇威脅時，攻擊型潛艇根據(jù)指揮所的指揮，預(yù)先適時配置在該作戰(zhàn)區(qū)內(nèi)，進行先期反潛清掃。攻擊型潛艇直接抵達作戰(zhàn)區(qū)附近待機或從航渡過程中轉(zhuǎn)入作戰(zhàn)區(qū)附近待機，然后根據(jù)編隊指揮所指揮，在規(guī)定時刻進入該區(qū)域，選擇有利的搜索航速、搜索方式和搜索深度進行反潛搜索，待編隊兵力抵達安全線時，攻擊型潛艇正好完成對作戰(zhàn)區(qū)的反潛清掃，接著攻擊型潛艇迅速撤離該區(qū)域，轉(zhuǎn)為編隊遠程反潛力量。

當(dāng)攻擊型潛艇在作戰(zhàn)區(qū)內(nèi)以指定概率搜索時，潛艇的搜索時間一般與搜索面積、敵我雙方潛艇聲吶探測距離及敵我雙方潛艇航速有關(guān)［6］。關(guān)系式為:

式中:T為攻擊型潛艇以指定概率對作戰(zhàn)區(qū)敵潛艇的搜索時間;P為上級指定攻擊型潛艇在作戰(zhàn)區(qū)對敵潛艇的搜索概率;S為作戰(zhàn)區(qū)面積;dW為攻擊型潛艇聲納作用距離;dD為敵潛艇聲納作用距離;DGB為敵潛艇規(guī)避距離，一般取值為0.6～0.8 dD;VWQ為攻擊型潛艇航速;VDQ為敵潛艇航速。

攻擊型潛艇需要比艦艇編隊其他兵力提前T，進入作戰(zhàn)區(qū)入口開始實施反潛清掃。

2.4 基于安全因素攻擊型潛艇陣位配置模型

從安全角度考慮，為了避免誤傷，要求攻擊型潛艇陣位與艦艇編隊其他艦艇陣位之間的距離必須大于安全距離L。表達式為

式中:dmax為攻擊型潛艇或己方其他艦艇，發(fā)現(xiàn)對方的最大距離;ξ1為攻擊型潛艇的艦位誤差;ξ2為己方其他艦艇的艦位誤差;δ為攻擊型潛艇或己方其他艦艇設(shè)定的緩沖距離。

3 攻擊型潛艇行動方法

攻擊型潛艇在陣位內(nèi)行動可以采取2種方式:一種是攻擊型潛艇機動搜索，潛艇的平均航速同編隊的航速相同，這種方法稱為直接伴隨法;另一種是檢掃伴隨法，即在艦艇編隊航速較高時，攻擊型潛艇為保證先敵發(fā)現(xiàn)而采取“高、低、高”的航速，對編隊正前方或前方翼側(cè)進行檢查性搜索。直接伴隨法比較簡單，不必多做討論，但檢查性搜索需要做進一步的討論。該方法是利用拖曳線列陣聲吶探測距離遠的優(yōu)勢，實施低速搜索、高速航行，從而提高搜索效率。高速航行的時間應(yīng)滿足［7］:

式中:VWD和VWG分別為攻擊型潛艇低速搜索和高速跳躍時的速度;TD和TG分別為對應(yīng)低、高速航行的時間。

4 實例仿真分析

首先設(shè)定基本作戰(zhàn)參數(shù):攻擊型潛艇對敵潛艇探測距離為30 km，巡航速度為18 kn;魚雷航速為40 kn;最大有效射程為15 km，編隊航速為18 kn，作戰(zhàn)區(qū)半徑為30 km，有可靠的通信保障;預(yù)警機對敵反潛巡邏機的探測距離為400 km，前出距離200 km;殲擊機的航速為300 m/s，前出距離為250 km;空空導(dǎo)彈最大有效射程為100 km，速度4 Ma;敵反潛巡邏機航速為140 m/s，對潛艇的最大攻擊距離為10 km;敵潛艇巡航速度為8 kn，反艦導(dǎo)彈最大有效射程為130 km，敵潛艇聲吶作用距離為20 km。反潛作戰(zhàn)中，指揮員確定作戰(zhàn)方案，持續(xù)時間為3 min;防空作戰(zhàn)中，預(yù)警機發(fā)現(xiàn)敵機后，綜合識別并發(fā)出警報時間為30 s，指揮員收到警報、定下決心、下達殲擊機起飛命令，機場待戰(zhàn)殲擊機接到出動命令后首架開始起飛，這個過程持續(xù)時間為5 min;殲擊機起飛后并完成空中集合所需時間為3 min;上級指定攻擊型潛艇在某一作戰(zhàn)區(qū)對敵潛艇的搜索概率為0.9，作戰(zhàn)區(qū)面積為3000 km2，敵潛艇規(guī)避距離取值為0.7dD;攻擊型潛艇或己方其他艦艇，發(fā)現(xiàn)對方的最大距離為30 km，攻擊型潛艇的艦位誤差為1 km，己方其他艦艇的艦位誤差為1 km，攻擊型潛艇或己方其他艦艇設(shè)定的緩沖距離為3 km。

基于想定，根據(jù)式(1)～式(6)計算，DOB=123 km，航渡中遠程防潛警戒線距離DOE=153 km，作戰(zhàn)區(qū)遠程防潛警戒線距離為183 km。當(dāng)編隊在航渡中時，攻擊型潛艇前出距離必須大于123 km，才能保證在威脅方向上的對潛遠程警戒;同理，當(dāng)編隊在作戰(zhàn)區(qū)時，攻擊型潛艇前出距離必須大于153 km。

根據(jù)式(15)～式(19)計算，殲擊機采用空中待戰(zhàn)掩護方式，攻擊型潛艇的前出距離不能大于500 km;根據(jù)式(20)～式(23)計算，殲擊機采用機場待戰(zhàn)掩護方式，攻擊型潛艇的前出距離不能大于375 km。

根據(jù)式(24)～式(25)計算，T=21 h，攻擊型潛艇需要比艦艇編隊其他兵力提前21 h進入作戰(zhàn)區(qū)入口開始實施反潛清掃;根據(jù)式(26)計算，安全距離為35 km。

當(dāng)編隊在航渡中，根據(jù)式(7)，對攻擊型潛艇前出距離分別為130，150，……，490，510 km進行仿真計算，攻擊型潛艇提供的防潛縱深和防潛扇面角度之間的關(guān)系如圖6所示。

當(dāng)編隊在某一作戰(zhàn)區(qū)中，根據(jù)式(9)～式(14)，對攻擊型潛艇前出距離分別為160，180，……，480，500 km進行仿真計算，攻擊型潛艇提供的防潛縱深和防潛扇面角度之間的關(guān)系如圖7所示，防潛縱深和巡邏線長度之間的關(guān)系如圖8所示。

圖6 航渡中防潛扇面角度隨防潛縱深變化圖Fig.6 The relation between the covering angle and the range for submarine defense in navigation

圖7 作戰(zhàn)區(qū)中防潛扇面角度隨防潛縱深變化圖Fig.7 The relation between the covering angle and the range for submarine defense in theatre of war

從圖6和圖7可看出，由于攻擊型潛艇探測發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離較小以及前出距離較大，所以提供的防潛扇面角度較小，只能提供所在方位附近的對潛預(yù)警。從圖8可看出，攻擊型潛艇前出距離一定時，防潛縱深隨巡邏線長度的增大而增大。

如果攻擊型潛艇運用檢掃伴隨法行動，采取“高、低、高”的航速，根據(jù)式 (27) ～式 (28)，對高速分別為20，22，……，28，30 kn，低速分別為4，6，……，8，10 kn進行計算，對應(yīng)的高速和低速航行時間如表1所示，單位min。

圖8 防潛縱深隨巡邏線長度變化圖Fig.8 The relation between the range of submarine defense and the length of patrol line

表1 不同航速下對應(yīng)的航行時間Tab.1 Sailing time under different speed

5 結(jié)語

通過對攻擊型潛艇陣位配置方法的探討，結(jié)合實例仿真可以看出;編隊遠程防潛需求、空中掩護方式等因素影響了攻擊型潛艇的前出距離，攻擊型潛艇的探測能力和前出距離對提供的防潛縱深和防潛扇面角度產(chǎn)生影響。通過分析諸多影響因素，本文運用解析法建立了攻擊型潛艇陣位配置模型，為艦艇編隊攻擊型潛艇陣位配置提供了參考依據(jù)。

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