煙幕防空與指揮控制

曾照凱，朱東升

（軍事科學(xué)院防化研究院，北京 102205）

0 引言

未來防空作戰(zhàn)中，實(shí)現(xiàn)多種防空力量在多維戰(zhàn)場空間的協(xié)同作戰(zhàn)是大勢所趨，而鑒于煙幕在信息化戰(zhàn)爭中的獨(dú)特作用，煙幕防空勢必在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)防空體系中發(fā)揮重要作用。然而，現(xiàn)有的發(fā)煙裝備大多自主作戰(zhàn)、不成體系、缺乏協(xié)同作業(yè)能力，無法有效融入聯(lián)合防空體系。因此，亟待建立煙幕綜合保障系統(tǒng)以增強(qiáng)作戰(zhàn)的指揮控制能力，適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場需要。

1 煙幕防空作戰(zhàn)裝備

煙幕，是一種人工煙霧屏障，通過輻射遮蔽型或衰減遮蔽型干擾方式，可隱蔽己方目標(biāo)，妨礙敵偵察打擊，可對光學(xué)電子器材的觀測、瞄準(zhǔn)等構(gòu)成無源干擾［1-2］。煙幕作為一種特殊的武器裝備可防備空襲之?dāng)车男袆?，減輕、避免空襲傷害，是防空的重要一環(huán)。

1.1 煙幕的防空作用

煙幕可配合偽裝、佯動，欺騙、迷惑敵人，可干擾敵光電偵察監(jiān)視和精確打擊，保障重要目標(biāo)的安全。二戰(zhàn)期間，英軍大量施放煙幕，大大降低德軍對英國城市空襲的有效性；1990年海灣戰(zhàn)爭，伊拉克軍隊(duì)點(diǎn)燃油井，多國的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈命中精度降低；1999年科索沃戰(zhàn)爭，南聯(lián)盟軍隊(duì)大量焚燒廢舊輪胎，降低了敵激光制導(dǎo)武器的命中效果；在2014年美韓聯(lián)合軍演中，也將煙幕戰(zhàn)術(shù)演練作為兩棲聯(lián)合登陸的演習(xí)科目之一。因此，煙幕發(fā)展至今已經(jīng)成為戰(zhàn)場中重要的輔助作戰(zhàn)手段。

1.2 煙幕的發(fā)展運(yùn)用

經(jīng)過多年發(fā)展，煙幕實(shí)現(xiàn)了可見光、紅外、激光、毫米波等“多波段”的有效遮蔽、迷盲和干擾，發(fā)煙裝備也逐步形成了從單兵到車載，從預(yù)設(shè)發(fā)煙到即時(shí)響應(yīng)的裝備體系。

發(fā)煙劑通常可分為4類：常規(guī)發(fā)煙劑，包括WP、HC發(fā)煙劑以及霧油（美軍SGF-2）等；抗紅外發(fā)煙劑，包括石墨粉發(fā)煙劑、石墨粉霧油（法國NYCOSOL50B先進(jìn)霧油）、改進(jìn)型HC發(fā)煙劑；干擾毫米波發(fā)煙劑，如金屬細(xì)絲、美軍渦輪發(fā)煙機(jī)M56E1配備的碳纖維及鍍金屬纖維［3-4］；多頻譜干擾發(fā)煙劑，可干擾多波段，如美國的以雙涂層纖維為主成分的發(fā)煙劑［5］。此外，新概念發(fā)煙劑的研制也取得些許成果，如單向可見煙幕可在紅外波段單向干擾，使敵方的紅外探測器材和武器系統(tǒng)失效。

發(fā)煙裝備應(yīng)用于陸?？崭鱾€(gè)領(lǐng)域，分為兩類：一是自防型發(fā)煙裝備，包括裝甲車配備的榴彈發(fā)射裝置和發(fā)動機(jī)廢氣排放煙幕系統(tǒng)，飛機(jī)配備的煙幕榴彈發(fā)射器和機(jī)械煙幕撒布器；如韓國K1坦克配備的煙幕彈發(fā)射器、美軍M60A3主戰(zhàn)坦克配備的發(fā)射及排氣系統(tǒng)、美軍AH-1型直升機(jī)配有M-243型煙幕榴彈發(fā)射器。二是用于保障合同作戰(zhàn)的專業(yè)發(fā)煙裝備，即各軍配備的各型發(fā)煙車、發(fā)煙機(jī)、發(fā)煙罐、發(fā)煙彈等，如美軍的M-58型發(fā)煙車，可產(chǎn)生大面積可見光至紅外范圍的遮蔽煙幕，提供至少90 min的可見光和30 min的紅外煙幕防護(hù)。

上述各型發(fā)煙裝備已成系列且具備了防空作戰(zhàn)所需的干擾能力，但多數(shù)不具備信息化能力，難以實(shí)現(xiàn)有效地指揮協(xié)同，無法發(fā)揮煙幕在防空中的效能，故亟待建立煙幕綜合保障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煙幕防空作戰(zhàn)指揮控制。

2 煙幕防空作戰(zhàn)指揮控制

煙幕防空是指運(yùn)用基于一體化聯(lián)合作戰(zhàn)防空體系所構(gòu)建的，以系列發(fā)煙裝備為主體、以指揮控制系統(tǒng)為核心的煙幕綜合保障系統(tǒng)，形成空地一體、遠(yuǎn)近協(xié)同、遮蔽干擾偽裝相結(jié)合的體系化煙幕來實(shí)現(xiàn)對空防御。其手段主要是通過遮蔽我方目標(biāo)或遮蔽我方地域重要的地貌特征，干擾敵偵察監(jiān)視或精確制導(dǎo)武器定位。

2.1 外軍煙幕作戰(zhàn)指揮控制

美軍早在20世紀(jì)末就構(gòu)建了情報(bào)綜合分析、發(fā)煙方案輔助生成、發(fā)煙裝備優(yōu)化配置等輔助決策模型，并基于此開發(fā)了“自動化煙幕戰(zhàn)場綜合管理系統(tǒng)”［6］。該系統(tǒng)結(jié)合機(jī)動控制系統(tǒng)，可通過信息指令實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場指揮控制；可自動收集、分析、處理作戰(zhàn)信息并制定發(fā)煙計(jì)劃；可監(jiān)測發(fā)煙任務(wù)執(zhí)行及煙幕遮蔽效果并反饋信息調(diào)整發(fā)煙方案；還可分析煙幕作戰(zhàn)弱點(diǎn)及評估煙幕作戰(zhàn)能力，現(xiàn)已成為美軍實(shí)施煙幕作戰(zhàn)的重要裝備。俄軍則開發(fā)了CДy-Д型固定式煙幕施放指揮系統(tǒng)和遙控氣溶膠施放系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有依據(jù)地形、氣象條件科學(xué)生成發(fā)煙方案的能力，還可依據(jù)空情威脅適時(shí)解算發(fā)煙時(shí)機(jī)并遙控指揮發(fā)煙行動，把氣溶膠形成的時(shí)間縮短到了2s～5s。

發(fā)展至今，其他國家在煙幕作戰(zhàn)指揮控制方面也有建樹。如德國萊茵金屬Waffe彈藥公司研制的“高效遮蔽系統(tǒng)”和“MASS多種彈藥軟殺傷系統(tǒng)”［7］。高效遮蔽系統(tǒng)，從地面向空中發(fā)射紅磷彈，使保障目標(biāo)在幾秒內(nèi)完全隱沒于人造多頻譜煙云之中，使飛機(jī)不能瞄準(zhǔn)目標(biāo)；MASS多種彈藥軟殺傷系統(tǒng)加載發(fā)煙彈等多種彈藥，配有計(jì)算機(jī)指揮控制，為艦艇對抗精確打擊武器提供了有利保障，該系統(tǒng)的創(chuàng)新性在于程序化的全波段彈藥，已驗(yàn)證了其對紫外、光電、紅外和微波等的有效干擾能力。

2.2 T軍煙幕作戰(zhàn)指揮控制

T軍方為即時(shí)有效地干擾精確制導(dǎo)武器及反空降，研制了自己的煙幕作業(yè)電子參謀系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心是“煙幕擴(kuò)散模式”，將瞬間擴(kuò)散和連續(xù)擴(kuò)散兩種煙幕擴(kuò)散方式、影響遮蔽效果的大氣參數(shù)以及煙幕種類納入了其計(jì)算模式，可根據(jù)實(shí)時(shí)氣象條件，智能解算煙幕粒子擴(kuò)散模型獲得發(fā)煙參數(shù)，并結(jié)合GPS定位系統(tǒng)解算適當(dāng)?shù)陌l(fā)煙位置，根據(jù)電子地圖部署發(fā)煙裝備，加之新式渦輪發(fā)煙機(jī)強(qiáng)大、快速的發(fā)煙能量，大大縮短了發(fā)煙反應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)了遮蔽效果。同時(shí)，該系統(tǒng)還裝有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一接口，可與多種信息化發(fā)煙裝備聯(lián)通，增強(qiáng)了系統(tǒng)指揮作業(yè)的靈活性。

同時(shí)，T軍也著手開發(fā)煙幕作業(yè)模擬系統(tǒng)［8］用于煙幕擴(kuò)散模擬，該系統(tǒng)應(yīng)用了3D建模與引擎技術(shù)、決策支持系統(tǒng)技術(shù)、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)等，如下頁圖1所示。首先，煙幕擴(kuò)散模擬器根據(jù)氣象資料、煙幕資料（發(fā)煙劑種類、粒子大小等）、GPS定位資料等參數(shù)，利用高斯模式和隨機(jī)游走模式來模擬煙幕濃度，相似理論模式、連續(xù)發(fā)煙源布里格斯模式來模擬煙幕面密度，并計(jì)算遮蔽區(qū)域空間大??；然后，利用3D動畫引擎、粒子系統(tǒng)及3D渲染器輸出3D煙幕擴(kuò)散動畫；最后，將初始參數(shù)及模擬產(chǎn)生的資料存儲在煙幕作業(yè)數(shù)據(jù)庫中，以備決策分析和煙幕作業(yè)模型的修正。該系統(tǒng)還具備多個(gè)輔助功能，如架設(shè)了小區(qū)域微型氣象儀，實(shí)時(shí)采集局部氣象信息，實(shí)時(shí)修正模型。

煙幕擴(kuò)散模擬系統(tǒng)若與煙幕作業(yè)電子參謀系統(tǒng)相輔相成，在決策結(jié)果未轉(zhuǎn)化為作戰(zhàn)行動前，通過擴(kuò)散模擬考察位溫梯度、煙幕粒子等多種因素對遮蔽效果的影響，進(jìn)而科學(xué)合理地修正并優(yōu)化方案，勢必提升發(fā)煙的科學(xué)性與準(zhǔn)確性?？梢?，該系統(tǒng)在決策支持、煙幕擴(kuò)散模擬等方面具有先進(jìn)性，可為我軍的煙幕綜合保障系統(tǒng)構(gòu)建提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2.3 未來煙幕防空作戰(zhàn)體系設(shè)計(jì)

根據(jù)外軍的煙幕作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)及我軍煙幕作戰(zhàn)演練，設(shè)計(jì)了未來煙幕防空作戰(zhàn)體系，如圖2。煙幕防空由煙幕綜合保障系統(tǒng)實(shí)施，其配屬并加強(qiáng)到一體化聯(lián)合作戰(zhàn)防空體系內(nèi)執(zhí)行具體保障任務(wù)，任務(wù)由上級按一體化聯(lián)合作戰(zhàn)防空指揮控制中心的要求部署下達(dá)。

煙幕綜合保障系統(tǒng)是煙幕保障的實(shí)施者，由指揮控制系統(tǒng)和多型煙幕施放單元組成。

煙幕指揮控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)獲取戰(zhàn)場信息、實(shí)施防御決策、指揮協(xié)同作業(yè)等任務(wù)，由對上一體化信息系統(tǒng)、對下自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和多路控制系統(tǒng)組成。其中，決策支持系統(tǒng)（DDS）［8］是系統(tǒng)核心，在設(shè)計(jì)DDS時(shí)，可參考朱安國［9］給出的從來襲目標(biāo)預(yù)測到建立空間遮障再到火力分配等一系列射擊指揮控制模型，構(gòu)建并優(yōu)化輔助決策關(guān)鍵模型以實(shí)現(xiàn)決策支持?？傊?，決策支持系統(tǒng)可實(shí)時(shí)采集、獲取并處理氣象等戰(zhàn)場信息運(yùn)用于相關(guān)模型的解算中，快速獲得指揮控制諸元并進(jìn)行諸元修正，提升了系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力，可應(yīng)對隨機(jī)出現(xiàn)、狀態(tài)多變、跟蹤定位難、可打擊時(shí)間短的時(shí)間敏感目標(biāo)（TST）［10］。

區(qū)域內(nèi)多型煙幕施放單元包含防化各型專業(yè)發(fā)煙裝備。如爆炸成煙型發(fā)煙裝備，反應(yīng)迅速、成煙高效，但成煙范圍有限、遮蔽時(shí)間較短；噴灑成煙型發(fā)煙裝備，成煙范圍大且持續(xù)時(shí)間長，但難以快速響應(yīng)；燃燒成煙型發(fā)煙裝備，可配置于復(fù)雜地形實(shí)現(xiàn)分區(qū)域發(fā)煙，但實(shí)施大范圍區(qū)域布設(shè)存在困難。各型發(fā)煙裝備都存在自身的性能優(yōu)勢，要實(shí)現(xiàn)煙幕遮蔽的最大效能，就要基于發(fā)煙裝備間的高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的效果，產(chǎn)生更多的涌現(xiàn)行為與特性［11］，即發(fā)揮各自的性能優(yōu)勢，基于時(shí)間協(xié)同與空間協(xié)同，揚(yáng)長避短，合理配置各發(fā)煙裝備的作業(yè)時(shí)機(jī)、作業(yè)范圍及比例等，實(shí)現(xiàn)煙幕防空的高效性與經(jīng)濟(jì)性。

煙幕綜合保障系統(tǒng)在納入一體化聯(lián)合作戰(zhàn)防空體系后不再是獨(dú)立地存在，需要考慮與友鄰配系的密切協(xié)作，即實(shí)現(xiàn)電磁、火力協(xié)同，以提升聯(lián)合防空總體能力。一方面，友鄰配系包括了高炮群、導(dǎo)彈部隊(duì)、電子對抗分隊(duì)等，鑒于煙幕的作用機(jī)理，其運(yùn)用空間、時(shí)間的失當(dāng)必然對友鄰的作戰(zhàn)部署構(gòu)成電磁干擾；另一方面，煙幕、導(dǎo)彈、高炮等防空力量都有自身的空間、時(shí)間或任務(wù)優(yōu)勢，若不考慮彼此間的火力協(xié)同，任其獨(dú)立作戰(zhàn)，不僅難以實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的效果，甚至有可能相互構(gòu)成威脅。因此，必須通過聯(lián)合防空指揮中心指揮協(xié)調(diào)煙幕與友鄰配系的作戰(zhàn)空間、任務(wù)與時(shí)間，實(shí)現(xiàn)發(fā)煙作業(yè)的科學(xué)有效。譬如，計(jì)劃煙幕、導(dǎo)彈、高炮等防空力量的空間行動范圍，充分發(fā)揮各自在優(yōu)勢空間的力量，構(gòu)建梯次配置、混合銜接的防空網(wǎng)絡(luò)［12］。

3 煙幕防空亟待解決的主要問題

3.1 提高煙幕干擾性能

高新技術(shù)于戰(zhàn)爭中的應(yīng)用對發(fā)煙劑的干擾能力、成煙效率等提出更高的要求；同時(shí)，現(xiàn)有發(fā)煙劑與自然、電磁環(huán)境的污染對發(fā)煙劑的環(huán)境適應(yīng)性、平臺兼容性等也提出更高的標(biāo)準(zhǔn)。因此，煙幕干擾性能勢必朝兩個(gè)方向發(fā)展：研發(fā)成煙效率更高、持續(xù)時(shí)間更長、干擾性能更強(qiáng)、一劑多波段的發(fā)煙材料，如具有較大內(nèi)部空間而壁厚在納米尺度的納米空殼材料［13-15］；研發(fā)環(huán)境適應(yīng)性廣、綠色環(huán)保的新型材料并加強(qiáng)軍用煙幕消除技術(shù)研究，如環(huán)保型硼碳基多功能發(fā)煙劑（B4C/KNO3/KCl/硬脂酸鈣）［16-17］、環(huán)保型醇類液體發(fā)煙劑。

3.2 提升煙幕施放效能

提升煙幕施放效能一般通過提高成煙量、煙幕有效利用率、持續(xù)干擾時(shí)間，縮短裝備展開時(shí)間、成煙反應(yīng)時(shí)間等得以實(shí)現(xiàn)，而改善裝備自身的性能對提升發(fā)煙裝備的煙幕施放效能起到重要作用。例如，加強(qiáng)成煙機(jī)理研究，改進(jìn)發(fā)煙車、發(fā)煙罐的發(fā)煙原理或結(jié)構(gòu)，提高適用性，如添加硬脂酸鈣來調(diào)節(jié)成煙反應(yīng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間［17］；改進(jìn)煙幕彈的爆炸拋灑結(jié)構(gòu)，如采用多級戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［18］，在各級添加不同發(fā)煙劑，提高煙幕彈有效作用時(shí)間、有效作用波段及有效遮蔽區(qū)域。

3.3 增強(qiáng)指揮控制能力

發(fā)煙裝備已成系列，但沒有構(gòu)成完整的保障體系實(shí)現(xiàn)發(fā)煙的有效指揮控制，難以滿足大縱深區(qū)域的對空防御。因此，為增強(qiáng)指揮控制能力，一要升級煙幕指揮控制系統(tǒng)，構(gòu)建包含多型煙幕施放單元的自組織柔性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)［19］，實(shí)現(xiàn)“即插即用，柔性重組”，可隨時(shí)隨地的插入、裁剪或重組各型發(fā)煙裝備；二要對各煙幕施放單元進(jìn)行信息系統(tǒng)和氣象采集系統(tǒng)加裝，并進(jìn)行控制系統(tǒng)改造，以保證有效地接入煙幕綜合保障系統(tǒng)；三是完善輔助決策系統(tǒng)，在各型發(fā)煙裝備的使用時(shí)機(jī)、使用規(guī)模、使用地點(diǎn)、持續(xù)時(shí)間上實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，并引入3D建模與引擎技術(shù)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散模擬，從而構(gòu)建是以信息系統(tǒng)為核心、以信息網(wǎng)絡(luò)為支持、融入各型發(fā)煙裝備的多點(diǎn)協(xié)同、實(shí)時(shí)信息共享、效能評估與指揮控制相結(jié)合的煙幕綜合保障系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉培堂，姜寧.紅外煙幕對抗紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈方法初探［J］.光電技術(shù)應(yīng)用，2003，18（5）：14-17.

［2］韓潔，張建奇，何國經(jīng).紅外煙幕干擾效果評價(jià)方法［J］.紅外與激光工程，2004，33（1）：1-4.

［3］PERRY B，BADEN J M，HALE D J.Effectiveness of MMW aerosols in defeating a battlefield surveillance radar：field demonstration preliminary results［J］.IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine，2000，15（3）：11-20.

［4］BUCKLEY L J，EASHOO M.Polypyrrole-coated fibers as microwave and millimeterwave obscurants ［J］.Synthetic Metals，1996，78（1）：1-6.

［5］夏治強(qiáng)，王曼琳.國外化生放核防御技術(shù)與防御體系研究［M］.北京：軍事誼文出版社，2012.

［6］崔成，徐勝，姚偉召，等.煙幕保障指揮現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.防化學(xué)報(bào)，2016（3）：11-14.

［7］郝雪穎，程萬影.德國萊茵金屬Waffe彈藥公司的防御系統(tǒng)和發(fā)煙彈介紹［J］.國外防化科技動態(tài)，2009，31（2）：8-13.

［8］陳曦，王執(zhí)銓.決策支持系統(tǒng)理論與方法研究綜述［J］.控制與決策，2006，21（9）：961-968.

［9］朱安國，王朝暉，張繼春，等.多波段光電偽裝武器系統(tǒng)射擊指揮控制模型［J］.火力與指揮控制，2011，36（3）：39-41.

［10］HAMMERS T X.Time sensitive targeting［J］.Irrelevant to To-day's Fights，2006：119-120.

［11］DAHMANN J，REBOVICH G，LANE J A，et al.An implementers'view of systems engineering for systems of systems［C］//Systems Conference （SysCon），2011 IEEE International.IEEE，2011：212-217.

［12］楊士鋒，楊大偉，嚴(yán)建鋼.異類防空兵器火力銜接優(yōu)化模型研究［J］.防空兵學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，30（1）：13-15.

［13］ZENG H C.Synthetic architecture of interior space for inorganic nanostructures［J］.Journal of Materials Chemistry，2006，16（7）：649-662.

［14］LI G，WANG X，WANG Y，et al.Synthesis and field emission properties of ZnCdO hollow micro–nano spheres［J］.Physica E： Low-dimensional Systems and Nanostructures，2008，40（8）：2649-2653.

［15］張彤，代曉東，任麗娜，等.納米空殼材料的空心率及其紅外干擾性能［J］.紅外與激光工程，2013，42（S01）：93-97.

［16］SHAW A P，PORET J C，GILBERT R A，et al.Development and performance of boron carbide-based smoke compositions［J］.Propellants， Explosives，Pyrotechnics，2013，38（5）：622-628.

［17］SHAW A P，DIVIACCHI G，BLACK E L，et al.Versatile boron carbide-based visual obscurant compositions for smoke munitions ［J］.ACS Sustainable Chemistry&Engineering，2015，3（6）：1248-1254.

［18］吳鴻超，梁增友，鄧德志，等.煙幕干擾彈新型戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2016，16（1）：183-187.

［19］藍(lán)羽石，毛少杰，王珩.指揮信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論與優(yōu)化方法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2015.