“動態(tài)”與“分布”——空中力量建設的“新”方向

蔣　琪，葛悅濤，張冬青(北京海鷹科技情報研究所，北京100074)

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“動態(tài)”與“分布”——空中力量建設的“新”方向

蔣琪，葛悅濤，張冬青
(北京海鷹科技情報研究所，北京100074)

摘要:對美歐等國近期提出的若干作戰(zhàn)概念項目進行梳理，重點分析了SoSITE及相關技術發(fā)展項目的情況，總結出“動態(tài)”與“分布”將成為未來空中力量建設的一種“新”方向，對相關關鍵支撐技術的發(fā)展情況進行了分析整理。

關鍵詞:SoSITE; DBM;體系方法

0　引言

近幾十年來，“發(fā)展少數(shù)而昂貴的高性能多功能戰(zhàn)機，并以此為核心構建空中打擊力量”已經成為了世界各國空中力量發(fā)展的標準范式。然而，隨著多功能戰(zhàn)機的復雜度不斷攀升，逐漸暴露出兩方面的突出問題:其一，戰(zhàn)機價格變得過于昂貴，各國都難以承受大規(guī)模的采購，導致裝備數(shù)量普遍不足，如果面對一場勢均力敵或以弱抗強的作戰(zhàn)，戰(zhàn)損將難以承受;其二，戰(zhàn)機研發(fā)周期過長，幾乎所有型號的研制過程都一拖再拖，以至于歷經多年的研制，終于投入服役之時，其技術先進性已落后于民用技術的發(fā)展(尤其是電子系統(tǒng))。

隨著問題日趨嚴重，各國陸續(xù)地提出了一些解決方案。近年來，以美國國防高級研究計劃局(DARPA)的“體系綜合技術和試驗”(SoSITE)項目為典型代表的一類全新的“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與裝備建設理念獲得了越來越多的關注?！皠討B(tài)”既是指戰(zhàn)場上各種武器裝備的使命任務進行高度動態(tài)化的不斷調整，也是指武器型號通過快速迭代，與世界技術前沿保持動態(tài)同步;而“分布”是指將精確打擊鏈的各環(huán)節(jié)功能分散到多個平臺上去，提高系統(tǒng)魯棒性，強調投入大量廉價的無人機/巡航導彈進入防區(qū)內，遂行電子戰(zhàn)和精確打擊作戰(zhàn)，帶來了一系列的“不對稱”優(yōu)勢。

1　“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念

“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與裝備建設理念仍處于快速迭代發(fā)展階段，并沒有權威、明確的定義。在近3年來，美國DARPA、歐洲MBDA等多家機構、公司及相關學者提出的近十個項目中，都有所體現(xiàn)，但又各具特色。為了更好地展開論述，本文選取DARPA的SoSITE項目作為典型樣例進行剖析。

1．1 SoSITE項目的背景與目標

SoSITE項目于2014年4月提出，旨在通過體系方法(system-of-systems)發(fā)展創(chuàng)新的體系架構，演示保持空中優(yōu)勢能力的概念。在SoSITE的體系架構中包含了飛機、武器、傳感器和任務系統(tǒng)，將交戰(zhàn)能力分布于多個可互操作的有人和無人平臺上，如圖1所示。如此，可比實力相當?shù)膶κ指涌焖?、低成本地把全新技術和系統(tǒng)集成進現(xiàn)有空戰(zhàn)系統(tǒng)中。具體目標包括: 1)在無人和有人平臺之間分配殺傷鏈功能，在能力和費用之間權衡; 2)基于開放系統(tǒng)架構，將先進任務系統(tǒng)快速集成到有人和無人平臺; 3)作戰(zhàn)人員可以干預，優(yōu)化分配效果; 4)保持系統(tǒng)多樣性，避免過于單一導致體系性的脆弱或適應性不高。

圖1　SoSITE項目中的未來空中力量(由少數(shù)平臺向大量的無人機、巡航導彈轉移)

SoSITE項目使用為制造創(chuàng)新無人平臺而研發(fā)的先進小型化技術、高性能低成本電子元件、全新的算法和軟件以及先進的材料。成本控制將通過在平臺中分散載荷而實現(xiàn)，這樣每一型平臺在成本和能力的權衡中具有更高的靈活性。

SoSITE項目聚焦于發(fā)展分布式空戰(zhàn)的概念、架構和技術集成工具。利用現(xiàn)有航空系統(tǒng)的能力，使用開放系統(tǒng)架構方法降低全新航空系統(tǒng)的研發(fā)成本和時間。開放系統(tǒng)架構為發(fā)展可互換的組件和平臺提供了統(tǒng)一的標準和工具，如有需要可以進行快速的升級和替換。這個概念可使在各種有人和無人平臺上分散關鍵的任務功能，比如電子戰(zhàn)、傳感器、武器、戰(zhàn)爭管理、定位導航和授時以及數(shù)據(jù)/通訊數(shù)據(jù)鏈等。

1．2 SoSITE作戰(zhàn)流程

2015年3月，DARPA公布了SoSITE項目視頻，很好地闡述了這一類作戰(zhàn)概念的典型交戰(zhàn)流程。視頻中，一架隱身戰(zhàn)斗機(類F-35)與大型運輸/轟炸機(類B-52，作為“任務卡車”)協(xié)同作戰(zhàn)，執(zhí)行SEAD任務。在隱身戰(zhàn)斗機的指揮下，“任務卡車”發(fā)射的多枚配置了被動傳感器的無人機/巡航導彈(見圖2)，飛到最前面，分布式地進行雷達探測和目標識別，并將目標信息發(fā)送給隱身戰(zhàn)斗機。飛行員隨即確認進行交戰(zhàn)，指揮“任務卡車”發(fā)射了大量的巡航導彈，形成“蜂群”展開飽和攻擊。盡管對方發(fā)射面空導彈做了攔截，但仍有一些能夠突破防御，摧毀雷達，成功達成作戰(zhàn)目標。

圖2　裝配被動傳感器的無人機/巡航導彈(左)與任務卡車(右)

2　“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量特點

2．1“動態(tài)”——戰(zhàn)場靈活性與裝備先進性

1)戰(zhàn)場靈活性——任務的“動態(tài)”分配

根據(jù)戰(zhàn)場上的實際態(tài)勢，實時地對各種武器進行“動態(tài)”任務分配，可以使得作戰(zhàn)資源的配置更加優(yōu)化。SoSITE項目將未來戰(zhàn)場上的有人戰(zhàn)機的主要角色，設定為前線指揮官。

然而，為了適應、駕馭這種“動態(tài)”作戰(zhàn)的方法，對于戰(zhàn)場管理能力的要求大幅度提升了。如SoSITE視頻中所示，如果說第一步從“任務卡車”中釋放無人機/巡航導彈突入防區(qū)進行偵察干擾是標準動作，那么從它們截獲到防空雷達信號開始，就存在著無數(shù)種可能的戰(zhàn)術戰(zhàn)法。是指示無人機/巡航導彈積極隱蔽，還是故意暴露?是呼喚遠程防區(qū)外干擾，還是指示無人機/巡航導彈在距離足夠近時施放防區(qū)內干擾?最終的打擊，是指派“任務卡車”施放大量的巡航導彈實行蜂群攻擊，還是使用反輻射導彈摧毀?

如此復雜的戰(zhàn)場態(tài)勢，僅憑有人戰(zhàn)機中的“前線指揮官”很難作出快速、準確判斷和科學決策。因此，從技術需求的角度來講，必然需要強大的計算機算法，提供決策輔助。

2)裝備先進性——武器裝備的“動態(tài)”更新

從武器裝備研制的角度來講，功能全面，價格昂貴的空中平臺，開發(fā)周期長，占用大量的研發(fā)資源。而以SoSITE為代表的新作戰(zhàn)概念提出采用更多的小型、廉價的無人機/巡航導彈來完成任務，不需要復雜功能，滿足要求即可。

這類無人機/巡航導彈，甚至可以在很短的周期內，采用最新的飛行器設計與制造技術，搭載最新的任務模塊，完成設計。一舉破解了一般武器系統(tǒng)進入服役時已不夠先進，不得已又進入改進周期，添加新功能，再次耗費了大量時間進行整合和驗證，重新入役時技術水平再次落后的怪圈。

2．2“分布”——不把雞蛋放在一個籃子里［1］

20世紀90年代，美國空軍提出LOCASS項目，可算是分布式空地作戰(zhàn)的先驅。每枚彈價格只有幾萬美元，長度不超過1m，質量小于50 kg，可以巡飛超過100 km，通過釋放大量的LOCASS全面覆蓋戰(zhàn)場區(qū)域，以數(shù)量取勝。

從作戰(zhàn)角度講，以SoSITE為代表的新作戰(zhàn)概念中提出作戰(zhàn)力量(主要是武器裝備)應高度分散，在交戰(zhàn)過程中，動態(tài)地調配資源，以更少的費用達成作戰(zhàn)目標。如此“分布”作戰(zhàn)力量，能夠有效地提升作戰(zhàn)力量整體的魯棒性。

此外，近三十年來，在防空系統(tǒng)的研制中，并未充分考慮防區(qū)內交戰(zhàn)帶來的全新戰(zhàn)術威脅，這種作戰(zhàn)樣式可能更有效。防區(qū)內交戰(zhàn)，即利用分布在多個位置的飛行器，抵近防御方后，遂行近距離的偵察、欺騙、干擾等電子戰(zhàn)和精確打擊作戰(zhàn)。其效果甚至可以與價值數(shù)以億計的專用電子戰(zhàn)飛機對敵防空體系執(zhí)行防區(qū)外的大功率壓制相媲美。而且，通過對不同的飛行軌跡、射頻功率、頻段樣式的組合，可組合形成更加靈活多變的戰(zhàn)術樣式［2］。

2．3構建“動態(tài)”與“分布”式空中力量的核心要點

從作戰(zhàn)觀點來看，通過“動態(tài)”和“分布”式的作戰(zhàn)理念，可以更有效地提升交戰(zhàn)的有效性，提升戰(zhàn)術運用的靈活性，并提升系統(tǒng)整體的魯棒性。

從武器系統(tǒng)功能與性能來看，為了滿足“動態(tài)”和“分布”的要求，應具備一系列的特點和條件。包括: 1)廉價、小型、功能與性能“適度”的飛行器平臺; 2)強對抗環(huán)境中的仍能起作用的數(shù)據(jù)鏈; 3)適應復雜戰(zhàn)場態(tài)勢，能夠給出快速、準確的參考的決策輔助系統(tǒng)。

從武器系統(tǒng)研制的角度來看，1)應具有先進的后向兼容系統(tǒng)架構，能夠不斷地添加修改功能，具有系統(tǒng)之系統(tǒng)的開放架構，能夠使得各種武器融入作戰(zhàn)體系; 2)要有更先進的設計與制造技術，縮短研制周期，降低制造成本。

3　基礎條件與關鍵技術的發(fā)展情況

為了明確“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量建設的可行性，需要對小型飛行器、數(shù)據(jù)鏈、決策輔助系統(tǒng)、系統(tǒng)架構和設計制造技術等5方面核心基礎技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢進行考察。

3．1廉價、小型、功能與性能“適度”的飛行器平臺

很明顯，在小型無人機、飛航導彈領域，涌現(xiàn)出了越來越多的飛行器平臺，能夠滿足SoSITE的需求。以巡飛彈為例。近3年來，發(fā)展的型號超過了10個(典型型號如列表)，普遍長度在2m以下，飛行時間在0．5h至幾個小時不等，價格低廉，每枚的價格在幾萬美元至十幾萬美元之間。

表1　典型攻擊型巡飛彈戰(zhàn)技性能參數(shù)表

從研制的時間周期來看，上述型號從論證到完成工程研制的時間越來越短，最近幾年，已被壓縮至3～5年，未來很有可能進一步縮短至1～3年。做到能夠根據(jù)需求，快速定義整體方案，快速研制生產。對于這些型號稍加改造，滿足“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量建設的需求不成問題。

3．2實時聯(lián)通，強對抗環(huán)境中仍能起作用的數(shù)據(jù)鏈［3］

為了高效地協(xié)同作戰(zhàn)，分布式中的各個節(jié)點需要互相之間通信，形成有機的組合，否則就不是一個有效的系統(tǒng)，而且還需要適用于打擊防空導彈陣地等當代戰(zhàn)爭中對抗最為激烈的情況，因此，需要確保所采用的數(shù)據(jù)鏈能夠在強對抗環(huán)境中正常應用。

美國的TTNT是“戰(zhàn)術目標瞄準網絡技術”的簡稱，是一種基于IP的高速、寬帶戰(zhàn)場網絡技術，具有高吞吐量、高傳輸速率、低傳輸時延以及實時按需獲得帶寬的性能，如圖3所示。最優(yōu)情況下，TTNT可在555．6 km(300nm)范圍內實現(xiàn)高達10Mbps的傳輸速率。TTNT具備較高的技術成熟度，美軍已在各種飛機、艦船和地面平臺上集成。此外，還在研究其應用于小型無人機/飛航導彈武器協(xié)同作戰(zhàn)的可能性，用于協(xié)同作戰(zhàn)、目標指示、毀傷評估等。當前的技術水平，已經能夠滿足“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量建設的基本需求。

2014年，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)啟動了“對抗環(huán)境中的通信”(C2E)項目，旨在發(fā)展抗干擾、難探測的通信技術，從而在面臨各種頻譜戰(zhàn)的威脅時，確保戰(zhàn)場網絡功能不被破壞。

C2E基礎設施能夠采用異構網絡的方式，能夠鏈接戰(zhàn)區(qū)中1×103～1×104個網絡節(jié)點，單個節(jié)點的數(shù)據(jù)率為1Mbit/s量級。一旦實現(xiàn)，戰(zhàn)區(qū)通信網路的普適性將進一步增強。

3．3適應復雜戰(zhàn)場態(tài)勢，能夠給出快速、準確的參考

的決策輔助系統(tǒng)，實現(xiàn)復雜任務管理、動態(tài)協(xié)同在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)的處理不斷加快，各種“人工智能”的蓬勃發(fā)展使得高度動態(tài)的任務管理和武器協(xié)同成為可能。美、歐等國接連提出了多個概念構想，探索這一領域。包括美國DARPA在2014年提出的DBM項目，歐洲MBDA公司在2012、2014年分別提出的vigilus和層云項目。在現(xiàn)實研究中，圍繞無人機協(xié)同控制開展的研究更是汗牛充棟，本文不再贅述?？偟膩砜?，這方面的技術發(fā)展很快，在未來幾年里，發(fā)展出一套能夠滿足“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量建設基本需求的系統(tǒng)，不存在瓶頸式的難題。

圖3　TTNT示意圖

MBDA公司的CVW101層云(STRATUS)的任務管理與動態(tài)協(xié)同系統(tǒng)非常有代表性，在此做簡要介紹。層云系統(tǒng)實際上應該包括一整套的架構規(guī)范和接口標準，其實體是實現(xiàn)該標準規(guī)范的軟硬件設備，具備如下的功能:

1)管理己方作戰(zhàn)資源。層云系統(tǒng)設計了一個資源的“共享池”，戰(zhàn)區(qū)內的所有武器系統(tǒng)資源均在系統(tǒng)中進行“注冊”，由共享池進行整合，進行統(tǒng)一的管理協(xié)調，從而整個戰(zhàn)區(qū)形成一個虛擬的分布式“武器系統(tǒng)”。

2)管理敵方來襲目標信息。層云系統(tǒng)可以調用戰(zhàn)區(qū)內的所有傳感器資源，一旦發(fā)現(xiàn)來襲目標，能夠在系統(tǒng)中予以顯示和預警。

3)提供決策支持。層云系統(tǒng)能夠把決策所需信息簡明地呈現(xiàn)給操作手，提供決策支持，減少用戶的重復工作。在有需求時，能夠根據(jù)知識數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)有的資源情況，提供最佳解決方案供參考選擇。

3．4先進架構，系統(tǒng)、系統(tǒng)之系統(tǒng)

為了支持“動態(tài)”與“分布”式空中力量的構建，需要利用先進的架構，分為兩個層次。其一是系統(tǒng)級架構，如電子模塊載荷的開放接口標準，如綜合射頻相關標準;其二是系統(tǒng)之系統(tǒng)級架構，包括各種系統(tǒng)之間的開放系統(tǒng)接口標準OSA。

3．4．1系統(tǒng)架構——武器級別集成多種功能

要使武器能夠集成多種功能，必須使用開放式系統(tǒng)結構，制定并遵循統(tǒng)一的標準接口，元器件和通用模塊可更換，使得改裝和加裝傳感器非常便捷;模塊硬件實現(xiàn)標準化，一旦出現(xiàn)失效，可立即更換，降低了成本。利于計算機系統(tǒng)的擴充和互連，利于軟件的移植和分布計算。

典型案例，如2015年初公布的水星系統(tǒng)公司OpenRFM射頻標準，充分考慮了開放系統(tǒng)構架、互用協(xié)同性、技術重用以及經濟可承受度，有效提升了先進傳感器與數(shù)據(jù)處理中綜合射頻與數(shù)字子系統(tǒng)效率［4］。

利用此類開放式系統(tǒng)結構將改變現(xiàn)有無人機/巡航導彈武器系統(tǒng)內部各種子系統(tǒng)的布局，拓展作戰(zhàn)功能，尤其是可以設計一系列符合開放式接口標準的模塊，具備快速變更功能和性能，實現(xiàn)與前沿技術的發(fā)展同步，確?！皠討B(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量建設的基本需求。

3．4．2系統(tǒng)之系統(tǒng)架構——吸納更多武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)

美國“海軍綜合防空火控”系統(tǒng)(NIFC-CA)已獲得初步成功，證實了多系統(tǒng)復雜集成技術的可行性。NIFC-CA是美軍2007年前后就提出的分布式、協(xié)同作戰(zhàn)概念，吸納的武器裝備包括E-2D、“宙斯盾”系統(tǒng)、“標準”-6、F-35C和EA-18G等。在NIFC-CA的海上演示驗證中，利用“標準”-6(SM-6)導彈以及機載雷達從發(fā)射導彈的艦船視距外跟蹤并摧毀了來襲的巡航導彈，大幅突破了現(xiàn)有艦艇的防空反導能力極限，突顯多武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的優(yōu)勢。盡管“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念中的武器系統(tǒng)協(xié)同與NIFC-CA相比更加復雜，但既然NIFC-CA已經實現(xiàn)了火控級協(xié)同“從0到1”的跨越，那么“從1到N”的實現(xiàn)將只是時間問題。

3．5先進設計與制造技術，小批量、多樣化，也有經濟性

隨著計算機設計與仿真技術的穩(wěn)步發(fā)展和3D打印技術在近幾年的突飛猛進，從設計與制造技術的角度來看，小批量地設計并制造多樣化的武器裝備，尤其是功能不那么復雜的小型無人機/巡航導彈，也能夠取得經濟性。

從近期美國、歐洲提出的若干小型無人機和巡飛彈就可以看出，其設計周期非常短，產量很小，但借助于先進的柔性生產工藝和3D打印等新技術，其單價仍然可以非常便宜。幾萬美元就可以擁有一臺性能不錯的無人機。美國已經服役的ADM-160 MALD，其速度Ma數(shù)可達0．9，飛行超過900 km，而單價不到10萬美元。因此，設計、制造和保持經濟性，不會成為“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量實現(xiàn)的主要困難。

4　結束語

通過對“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念的梳理，并對相關基礎條件和關鍵技術進行全面的考察，能夠看出，從基礎技術儲備來看，“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量的實現(xiàn)不存在技術實現(xiàn)上的決定性難題。那么，是否意味著以多功能、高性能的戰(zhàn)機為核心構建空中力量的時代會過去，“動態(tài)”與“分布”式將作為未來發(fā)展的主線?

并非如此，除考察基礎技術的發(fā)展情況，還需考慮整個作戰(zhàn)概念的可行性和成熟度。從終極檢驗手段來看，盡管美、歐提出了多個概念性項目并開展了一系列研究工作，但這種交戰(zhàn)概念和武器裝備建設思路仍缺少實證。尤其是缺少了勢均力敵對抗的檢驗，其發(fā)展存在較多的變數(shù)?！胺€(wěn)定/集中”產生的多功能、昂貴武器與“動態(tài)/分布”產生的輕量級武器必然長期共存。從近期來看，美國的ADM-160 MALD空射誘餌已經初步實踐了“動態(tài)/分布”的作戰(zhàn)理論，說明在空中電子戰(zhàn)力量的構建中，已經開始考慮這種“動態(tài)/分布”作戰(zhàn)的思路。由于MALD已經服役，因此，可以預期如果MALD在未來幾年的實戰(zhàn)中有所應用并表現(xiàn)優(yōu)異，將極大地推動“動態(tài)”與“分布”式作戰(zhàn)概念與空中力量的加速發(fā)展。

參考文獻:

［1］黃漢文．移動目標打擊鏈研究［J］．航天電子對抗，2015，31(2) : 27－30．

［2］蔣琪，葛悅濤，張冬青．防區(qū)內電子戰(zhàn)發(fā)展分析［J］．戰(zhàn)術導彈技術，2014(6) : 1－4．

［3］張翼麟，文蘇麗，陳英碩，等．導彈協(xié)同作戰(zhàn)的自組織網絡技術發(fā)展［J］．飛航導彈，2015(4) : 69－72，77．

［4］葛悅濤，李曉涵，蔣琪．美國正在建立綜合射頻系統(tǒng)國防工業(yè)標準［J］．飛航導彈，2015(10) : 43－45．

“Dynamic”and“distributing”——a new direction of the development of air-surface warfare

Jiang Qi，Ge Yuetao，Zhang Dongqing
(No．310 Research Institute of the Third Research Academy，CASIC，Beijing 100074，China)

Abstract:The concepts and technology characteristics of dynamic and distributing air-surface warfare are briefly introduced．The Darpa’s SoSITE warfare concept and related technologies are discussed specially．It is summarized that‘dynamic’and‘distributing’will become a new development direction of air-surface warfare，and related key techniques are analyzed．

Key words:SoSITE; DBM; system-of-systems method

作者簡介:蔣琪(1982－)，男，高工，主要從事飛航導彈技術情報研究工作。

收稿日期:2015－11－30; 2016－01－07修回。

中圖分類號:TN97

文獻標識碼:A