ATT攔截來襲魚雷的有效發(fā)現(xiàn)態(tài)勢要求及有關(guān)問題

江禪志， 高國興， 衡 軍

(海軍潛艇學(xué)院, 山東 青島 266102)

ATT攔截來襲魚雷的有效發(fā)現(xiàn)態(tài)勢要求及有關(guān)問題

江禪志， 高國興， 衡 軍

(海軍潛艇學(xué)院, 山東 青島 266102)

按照反魚雷魚雷攔截來襲魚雷的原理及其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)特點(diǎn),提出保證反魚雷魚雷能夠攔截來襲魚雷的基本條件是必須通過發(fā)射控制保證其能及時(shí)在規(guī)定的態(tài)勢范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)來襲魚雷,并建立了描述反魚雷魚雷有效攔截來襲魚雷的發(fā)現(xiàn)態(tài)勢模型。然后,通過對水面艦艇和潛艇遭受來襲魚雷攻擊在戰(zhàn)術(shù)背景和技術(shù)特點(diǎn)上的差異研究,提出了兩者使用反魚雷魚雷在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)上的難點(diǎn)及主要問題所在。相關(guān)的結(jié)論不僅可作為論證各類海上作戰(zhàn)平臺防御武器系統(tǒng)建設(shè)、配置的依據(jù),也是ATT作戰(zhàn)使用需要著重研究和解決的主要問題。

防御魚雷； ATT； 水聲對抗； 發(fā)現(xiàn)態(tài)勢； 相遇原理

魚雷作為攻擊方的一種致命水下殺傷武器,必然要激起防御方竭盡全力地采取各種措施對來襲魚雷進(jìn)行防御。因此,反魚雷或防御魚雷作戰(zhàn)早已成為各類水面艦艇和潛艇的重要戰(zhàn)術(shù)科目之一[1]。相應(yīng)的,各國海軍也把消除魚雷威脅的措施集中于對其實(shí)施軟硬對抗上,從而使得各類反魚雷裝備的應(yīng)運(yùn)而生和大量發(fā)展。

水聲對抗器材的大力發(fā)展和廣泛使用,對聲自導(dǎo)魚雷的作戰(zhàn)使用效能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[2]。然而,針對各類水聲對抗器材的原理和戰(zhàn)術(shù)使用方式,通過魚雷自身的智能化識別和跟蹤技術(shù)解決魚雷的反水聲對抗問題也日漸成熟,進(jìn)而使當(dāng)今聲自導(dǎo)魚雷的反水聲對抗能力得到了重大發(fā)展。由此,對來襲魚雷實(shí)施硬殺傷的反魚雷魚雷,又成為反魚雷武器家族的一個(gè)新成員而得到了越來越多的重視。

那么,反魚雷魚雷的作戰(zhàn)使用需要什么條件、不同類型戰(zhàn)術(shù)平臺裝備和使用反魚雷魚雷在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)上又存在哪些差異呢?這是裝備發(fā)展必須首先解決的問題。正是為了這一目的,本文對反魚雷魚雷及其戰(zhàn)術(shù)使用的相關(guān)問題開展初步研究。

1 ATT及其作戰(zhàn)使用要求

反魚雷魚雷是一種具有動力、帶有戰(zhàn)斗部,能夠通過水聲信號對來襲魚雷進(jìn)行檢測,并通過彈道控制對來襲魚雷實(shí)施攔截和摧毀的輕型魚雷武器,簡稱ATT(Anti-Torpedo torpedo)。

ATT作為一種主動搜尋并攔截來襲魚雷的“硬殺傷”武器,在技術(shù)原理上和其他魚雷沒有本質(zhì)區(qū)別。但是,由于ATT體積小、重量輕,其航程一般都比較小、航速也不可能大幅度超過其他魚雷的水平。

盡管ATT所需要的功能和采取的技術(shù)和其他魚雷類似,但兩者的作戰(zhàn)使命卻是完全不同的:ATT是海上作戰(zhàn)平臺用于抗擊敵方魚雷攻擊,通過硬殺傷摧毀來襲魚雷,以保障裝載平臺安全為目的的防御型魚雷;而大多數(shù)其他魚雷則是用于主動對敵攻擊,以達(dá)成消滅敵方水面艦船或潛艇為作戰(zhàn)目的的攻擊型魚雷。

正是由于兩者在作戰(zhàn)使命(或者攻擊目標(biāo))上的差異,導(dǎo)致了它們在作戰(zhàn)使用要求上的顯著差異:由于攻擊型魚雷的速度通常是被攻擊艦艇目標(biāo)的兩倍或三倍以上,所以攻擊過程中容許出現(xiàn)魚雷尾追目標(biāo)的情況;ATT的速度往往和其所攻擊目標(biāo)(來襲魚雷)的速度相近,不可能成倍于來襲魚雷的速度,所以防御過程中,當(dāng)ATT的速度小于或等于來襲魚雷的速度時(shí),不容許出現(xiàn)ATT追蹤來襲魚雷的情況,或者說一旦出現(xiàn)這種情況,就不可能達(dá)成防御成功的目的[3]。

即無論哪一種戰(zhàn)術(shù)平臺,有效使用ATT的基本條件都是一致的,這就是不僅能夠通過各種手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)來襲魚雷,而且還要通過射擊控制及時(shí)把ATT發(fā)射到來襲魚雷一定舷角范圍內(nèi)而滿足ATT發(fā)現(xiàn)并對來襲魚雷攔截的條件。

2 滿足ATT攔截條件的發(fā)現(xiàn)態(tài)勢

如圖1所示,假設(shè)來襲魚雷以直航方式接近其攻擊目標(biāo)(ATT發(fā)射平臺),速度和航向分別為VT和CT,ATT的速度為VA,自導(dǎo)扇面半角和作用距離分別為α和R,對抗過程中,ATT按發(fā)射平臺所設(shè)定的航向CA航行于WA點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)來襲魚雷于WT點(diǎn)。此時(shí)ATT相對于來襲魚雷的舷角為XT,來襲魚雷相對于ATT的舷角為XA,距離DR正好等于ATT的自導(dǎo)探測距離R。

圖1 ATT發(fā)現(xiàn)來襲魚雷的相對態(tài)勢描述

在不考慮攔截來襲魚雷過程中,ATT對來襲魚雷產(chǎn)生自導(dǎo)性能影響的條件下,ATT的自導(dǎo)裝置發(fā)現(xiàn)來襲魚雷時(shí)刻,兩者的相對位置(用XT、XA和DR表示)稱為ATT的發(fā)現(xiàn)態(tài)勢。

φ=arcsin(ksinXT)

(1)

其中,k=VT/VA。

式(1) 有解的必要條件為

|ksinXT|≤1

(2)

并且,對應(yīng)有兩個(gè)解:

φ1=arcsin(ksinXT)
φ2=sgn(XT)π-φ1

(3)

這就是說,如果不考慮追蹤過程所需要的航程消耗,當(dāng)ATT的速度大于來襲魚雷的速度時(shí),總能追蹤上來襲魚雷。

然而,ATT發(fā)現(xiàn)來襲魚雷之后,為了保證其正常跟蹤,必須把來襲魚雷始終置于其自導(dǎo)監(jiān)測范圍之內(nèi)才能保持對其跟蹤[4-6],這就要求來襲魚雷一直處于ATT的自導(dǎo)探測范圍之內(nèi),因此必須保證 |φ| <α,即

|arcsin(ksinXT) | <α<==>

|XT|

(4)

顯然,上述兩個(gè)不等式的交集為:

|XT|

(5)

這就是理論上為保持跟蹤過程中ATT能夠?qū)硪u魚雷始終處于發(fā)現(xiàn)狀態(tài)所要求的魚雷瞬時(shí)舷角必須滿足的關(guān)系[7],一旦跟蹤過程的某一時(shí)刻這一關(guān)系不成立,之后的跟蹤將不再可能。

上述不等式右端對應(yīng)的角

XTmax=arcsin((1/k)sinα)

(6)

就是保證ATT能夠發(fā)現(xiàn)和攔截來襲魚雷的最大發(fā)現(xiàn)魚雷舷角。因此,保證ATT發(fā)現(xiàn)和有效攔截來襲魚雷的發(fā)現(xiàn)態(tài)勢是

XT∈(-XTmax,XTmax)
XA<α
DR

(7)

3 不同平臺遭受魚雷攻擊在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)上的差異

作為海上執(zhí)行各種作戰(zhàn)任務(wù)的戰(zhàn)術(shù)平臺,水面艦船和潛艇是魚雷武器攻擊的兩類主要目標(biāo),因此對來襲魚雷實(shí)施防御是它們不可或缺的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。但由于兩者在作戰(zhàn)環(huán)境上的差異,導(dǎo)致了它們遭受魚雷攻擊在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)上的眾多差異。

3.1 戰(zhàn)術(shù)背景上的差異

潛艇遭受魚雷武器攻擊的發(fā)射平臺種類多,可能是空中的反潛飛機(jī)、水面的各類艦艇、水下的潛艇或其他潛航器等都可以對潛艇實(shí)施魚雷攻擊。而且攻擊潛艇所使用的魚雷類型多,既有輕型魚雷,也有重型魚雷。

而水面艦艇遭受魚雷武器攻擊的發(fā)射平臺則十分單一,通常只有潛艇,且反艦魚雷均為重型魚雷,輕型魚雷不用于反艦。

3.2 攻擊樣式的差異[8]

輕型反潛魚雷主要用于反潛,且采用“點(diǎn)對域”的攻擊樣式,魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)前總是采用機(jī)動彈道搜索目標(biāo)。例如,水面艦艇管裝反潛魚雷在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)之前采用蛇形加環(huán)形彈道對潛艇目標(biāo)搜索、空投魚雷和火箭助飛魚雷在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)之前采用環(huán)形彈道搜索。這種攻擊方式大大降低了對目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)精度的要求,在擴(kuò)大了魚雷搜索范圍的同時(shí),也使被攻擊方難以判斷其運(yùn)動規(guī)律。

重型魚雷既反潛也反艦,且采用“點(diǎn)對點(diǎn)”的攻擊樣式,作為自導(dǎo)方式射擊時(shí),魚雷總是采用直航方式接近目標(biāo)。這種攻擊樣式魚雷能否發(fā)現(xiàn)目標(biāo)在很大程度上取決于目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)的解算精度。作為被攻擊方,在遠(yuǎn)距離報(bào)警條件下,判斷其運(yùn)動規(guī)律相對容易得多。

線導(dǎo)魚雷依靠平臺聲吶對目標(biāo)方位的測量而導(dǎo)引魚雷接近目標(biāo),但在遠(yuǎn)距離條件下,保證魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)對聲吶的測向精度有較高的要求。

3.3 射擊方式上的差異

各種作戰(zhàn)平臺對潛艇魚雷攻擊可采用多種射擊方式,通常可采用提前點(diǎn)射擊、方位射擊、線導(dǎo)射擊、區(qū)域射擊。但對潛艇攻擊時(shí)魚雷的末段制導(dǎo)方式只有主動聲自導(dǎo)。

而潛艇對水面艦船魚雷攻擊樣式相對簡單,通常只有提前點(diǎn)射擊、方位射擊、線導(dǎo)攻擊。但對水面艦艇攻擊的反艦魚雷末段制導(dǎo)方式繁多,可采用直航、主動聲自導(dǎo)、被動聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)和聯(lián)合制導(dǎo)等多種制導(dǎo)方式。

3.4 技術(shù)特點(diǎn)上的差異

反潛魚雷發(fā)射平臺(水面艦艇和反潛飛機(jī))暴露性的特點(diǎn)決定了其可以借助其他平臺指示的目標(biāo)信息組織魚雷攻擊。而且,魚雷一經(jīng)發(fā)射便可通過空氣介質(zhì)迅速接近目標(biāo)于一定范圍內(nèi),這使被攻擊的潛艇一旦報(bào)警來襲魚雷,留下的對抗時(shí)間將十分有限,即對抗時(shí)間十分緊迫。但是,通常情況下這些平臺測量距離相對較近、測量時(shí)間相對較短,目標(biāo)定位精度相對較差。

反艦魚雷發(fā)射平臺(潛艇或其他潛航器)隱蔽性的特點(diǎn)決定了其組織魚雷攻擊所需要的目標(biāo)位置信息必須依賴自身探測器進(jìn)行探測,而且探測過程容許有較為充裕的觀測、跟蹤和解算時(shí)間、測量距離遠(yuǎn)、目標(biāo)定位精度較高,但是魚雷總是通過海水介質(zhì)接近目標(biāo),且速度慢、時(shí)間長。如果水面艦艇能夠遠(yuǎn)距離報(bào)警來襲魚雷,便能爭取較為寬裕的對抗時(shí)間。

4 兩類平臺使用ATT的主要難點(diǎn)或問題

水面艦艇和潛艇這兩類平臺通常只能測量來襲魚雷的方位信息,如果需要包括來襲魚雷距離、速度和航向在內(nèi)的其他信息時(shí),則必須在連續(xù)測量來襲魚雷方位的基礎(chǔ)上通過計(jì)算而獲取。

顯而易見,在這種信息環(huán)境下,使用ATT對來襲魚雷實(shí)施攔截時(shí),為了創(chuàng)造滿足ATT攔截條件的發(fā)現(xiàn)態(tài)勢,發(fā)射平臺就必須盡可能準(zhǔn)確地設(shè)定ATT的射擊控制參數(shù),而要想準(zhǔn)確計(jì)算這些參數(shù),就必須獲取來襲魚雷較為精確的運(yùn)動參數(shù),而精確計(jì)算來襲魚雷的運(yùn)動參數(shù),又必須對來襲魚雷的類型(重型魚雷還是輕型魚雷)及其跟蹤階段(魚雷當(dāng)前處于接近階段還是自導(dǎo)跟蹤階段)有基本的識別。因此,在報(bào)警來襲魚雷后,發(fā)射平臺必須經(jīng)歷對來襲魚雷的識別、估計(jì)其運(yùn)動狀態(tài)和計(jì)算射擊參數(shù)等主要過程。

由于不同平臺遭受魚雷攻擊在戰(zhàn)術(shù)技術(shù)上存在眾多差異,進(jìn)而必定導(dǎo)致其使用ATT時(shí)在上述環(huán)節(jié)上的差異?？梢钥闯?這些差異主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1) 報(bào)警后對來襲魚雷類型識別問題。判斷來襲魚雷的類型是估計(jì)其運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)鍵,也是決定ATT攔截成敗的重要前提。對于水面艦艇,由于大多數(shù)情況下都是遭遇重型魚雷攻擊,故幾乎無需對來襲魚雷進(jìn)行類型識別。但對于潛艇來說,在僅僅依賴來襲魚雷方位的條件下做出正確地識別是十分困難的。

2) 遠(yuǎn)距離條件下對來襲魚雷運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)問題。在遠(yuǎn)距離報(bào)警來襲魚雷(報(bào)警距離大于魚雷自導(dǎo)作用距離)條件下,水面艦艇可以直接假設(shè)來襲魚雷做勻速直線運(yùn)動,通過連續(xù)測量來襲魚雷的方位解算其運(yùn)動參數(shù)相對要簡單得多。而潛艇在遭到輕型反潛魚雷攻擊時(shí),即使發(fā)現(xiàn)魚雷距離足夠遠(yuǎn),但來襲魚雷的環(huán)形或蛇行搜索過程將使得解算其運(yùn)動參數(shù)十分困難。

3) 近距離條件下對來襲魚雷運(yùn)動狀態(tài)估計(jì)問題。在近距離報(bào)警來襲魚雷(魚雷已經(jīng)進(jìn)入末段自導(dǎo))條件下,由于反艦重型魚雷自導(dǎo)方式繁多,而且不同自導(dǎo)方式的追蹤彈道差異較大,這對于水面艦艇來說,要想解算來襲魚雷的運(yùn)動參數(shù)是很困難的。但攻擊潛艇的主動聲自導(dǎo)魚雷確有相似的彈道過程,并且由于潛艇速度通常較慢,來襲魚雷彈道的變化曲率也不會太大,故設(shè)定ATT的彈道參數(shù)相對容易些。

5 結(jié)束語

綜合以上分析,可以得到結(jié)論:水面艦艇使用ATT的主要困難在于近距離報(bào)警來襲魚雷的條件下,因?yàn)檫@時(shí)很難及時(shí)判斷出來襲魚雷的末段自導(dǎo)搜索方式,也就難以預(yù)測來襲魚雷的未來位置。所以,遠(yuǎn)距離報(bào)警條件下是水面艦艇使用ATT的有利條件;潛艇使用ATT的主要困難是由于很難及時(shí)判斷出來襲魚雷的類型(重型或輕型),而難以預(yù)測來襲魚雷的彈道過程。盡管近距離條件下估計(jì)來襲魚雷的概略位置較水面艦艇相對容易些,但作為末段防御,還必須顧及攔截的失效率和成功攔截后對自身安全帶來的問題。

因此,無論在水面艦艇上,還是在潛艇上,ATT只能作為反魚雷作戰(zhàn)的一種武器裝備之一,在目前的技術(shù)條件下,包括水聲對抗裝備在內(nèi)的其他反魚雷武器仍然是各類海上作戰(zhàn)平臺不可缺少的防御武器。要想使ATT成為相關(guān)作戰(zhàn)平臺上的有效防御武器,并且滿足在現(xiàn)代條件下的作戰(zhàn)運(yùn)用,還必須密切結(jié)合各種作戰(zhàn)平臺的實(shí)際,在強(qiáng)調(diào)裝備的同時(shí),特別強(qiáng)調(diào)提高其應(yīng)對各種復(fù)雜作戰(zhàn)情況的能力。本文只是根據(jù)作戰(zhàn)使用的具體情況,提出了相關(guān)的問題,而解決這些問題尚需在裝備配套建設(shè)和作戰(zhàn)運(yùn)用兩方面共同開展前期的研究工作。

[1] 李本昌.潛射魚雷作戰(zhàn)運(yùn)用理論與工程[M].北京:國防工業(yè)出版社,2014.

[2] 李本昌,劉春躍，鄭援.現(xiàn)代水聲對抗裝備發(fā)展及其對海戰(zhàn)的影響[J].魚雷技術(shù),2011,19(6):468-470.

[3] 劉慶,王新宏,劉建國.反魚雷魚雷發(fā)射角的討論[J].聲學(xué)技術(shù),2011,30(4):7-9.

[4] 范路,呂瑞,王志杰，等.反魚雷魚雷自導(dǎo)導(dǎo)引彈道方法研究[J].艦船電子工程,2014,34(3):162-164.

[5] 李宗吉,張西勇,練永慶.反魚雷魚雷自適應(yīng)滑模導(dǎo)引律[J].彈道學(xué)報(bào),2015,27(1):24-27.

[6] 王新宏,劉慶,劉建國.基于相遇區(qū)域的反魚雷魚雷攔截彈道[J].魚雷技術(shù),2013,21(4):27-29.

[7] 李本昌,李長文.預(yù)定相遇態(tài)勢的潛射魚雷射擊及其技術(shù)方法[J].指揮控制與仿真,2013,35(2)：5-7.

[8] 李本昌,劉光,尹文進(jìn).潛艇魚雷射擊控制方式及其有關(guān)問題[J].火力與指揮控制,2012,37(11):1-3.

Detective Range and Related Problems of ATT Intercepting Incoming Torpedo

JIANG Chan-zhi， GAO Guo-xing, HENG Jun

(Naval Submarine Academy, Qingdao 266102, China)

According to the principle of intercepting incoming torpedo by ATT and its tactical and technical characteristics, the basic requirement for ATT to intercept incoming torpedoes is that they must be launched to ensure that they can find incoming torpedo in a prescribed range.And a detective range model that describing the effective interception by ATT is established. Then point out the difficulties and main problems of tactical and technical use of ATT through the differences of surface ship and submarine attacked by torpedo in tactical background and technical characteristics.

torpedo defense; ATT; underwater acoustic countermeasure; detective Range; meet principle

1673-3819(2017)06-0022-04

TJ630.3+4；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.06.005

2017-09-12

2017-09-26

江禪志(1963-),男，山東青島人，高級工程師，研究方向?yàn)樽鲬?zhàn)仿真。高國興(1971-)，男，副教授。衡 軍(1981-)，男，博士。