基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn)設(shè)計(jì)*

李 靖

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院,西安 710089)

0 引言

大量的資料表明,某些發(fā)達(dá)國(guó)家,已經(jīng)掌握了成熟的武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)技術(shù)體系。例如,美國(guó)海軍、陸軍、空軍以及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)在內(nèi)的各軍種均發(fā)布了使用試驗(yàn)與鑒定程序/手冊(cè)等文件用于指導(dǎo)新機(jī)作戰(zhàn)試驗(yàn)的開(kāi)展,至今,已有F-22和F-35等多個(gè)型號(hào)完成了作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估工作,極大促進(jìn)了其武器裝備的發(fā)展速度,提高了其航電武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,基于作戰(zhàn)的試驗(yàn)技術(shù)優(yōu)越性得到充分體現(xiàn)。

根據(jù)美軍相關(guān)試驗(yàn)鑒定體系文件,美軍提出全壽命周期試驗(yàn)概念,并專(zhuān)門(mén)對(duì)作戰(zhàn)使用試驗(yàn)的類(lèi)型、概念、職責(zé)、報(bào)告進(jìn)行了規(guī)范。美國(guó)空軍試驗(yàn)與鑒定的試驗(yàn)基本可分為兩大類(lèi):研制試驗(yàn)與作戰(zhàn)試驗(yàn),根據(jù)不同階段及需求,美軍將作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定(OT&E)分為初始作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定(IOT&E)、合格性確認(rèn)作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定(QOT&E)、后續(xù)作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定(FOT&E)、兵種研制鑒定(FDE)、多軍種作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定(MOT&E)等不同類(lèi)型,其中,初始作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定主要用于“確定系統(tǒng)是否已經(jīng)滿足作戰(zhàn)需求和關(guān)鍵作戰(zhàn)能力(COI),以及評(píng)估系統(tǒng)對(duì)和平時(shí)期和戰(zhàn)時(shí)使用的影響。且試驗(yàn)應(yīng)該在作戰(zhàn)條件下進(jìn)行,包括盡可能真實(shí)的作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境”;合格性確認(rèn)作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定是一種剪裁的初始作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定,用于評(píng)估作戰(zhàn)使用環(huán)境中用于軍事用途的貨架產(chǎn)品、非研制產(chǎn)品以及有政府提供的設(shè)備的軍用效能和實(shí)用性;后續(xù)作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定是繼初始作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)與鑒定或多軍種作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定之后的作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定,主要用于回答有關(guān)未解決的關(guān)鍵作戰(zhàn)能力問(wèn)題,檢驗(yàn)已經(jīng)確定的、對(duì)任務(wù)執(zhí)行能力有實(shí)質(zhì)性或嚴(yán)重影響的缺陷或不足的解決情況,或者是完成作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定中尚未完成試驗(yàn)項(xiàng)的需求。

對(duì)比西方發(fā)達(dá)國(guó)家成熟的航空武器裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)技術(shù)體系,國(guó)內(nèi)在飛行試驗(yàn)技術(shù)方面還存在一定差距。首先,在裝備性能檢驗(yàn)階段,技術(shù)人員往往更關(guān)注“技術(shù)指標(biāo)符合性驗(yàn)證”, 缺乏對(duì)試驗(yàn)對(duì)象的作戰(zhàn)需求、作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)對(duì)象、作戰(zhàn)戰(zhàn)法的深入研究,設(shè)計(jì)的試驗(yàn)約束條件往往與真實(shí)作戰(zhàn)條件存在差距,獲取的試驗(yàn)結(jié)果偏于理想條件,在實(shí)際訓(xùn)練中,可能出現(xiàn)由于被試裝備工作環(huán)境惡化,導(dǎo)致性能下降的情況,不利于部隊(duì)訓(xùn)練過(guò)程中盡快形成戰(zhàn)斗力;另外,如果試驗(yàn)約束條件設(shè)計(jì)過(guò)于理想,將會(huì)導(dǎo)致被試裝備的一些設(shè)計(jì)缺陷,特別是與作戰(zhàn)環(huán)境關(guān)聯(lián)密切的設(shè)計(jì)缺陷難以被發(fā)現(xiàn),例如:復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)性、惡劣天氣環(huán)境適應(yīng)性等相關(guān)能力,而這些問(wèn)題在部隊(duì)使用中暴露后,其更改的成本及風(fēng)險(xiǎn)也將更高。

1 基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

借鑒美軍全壽命周期試驗(yàn)概念以及作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)概念,為了在研制早期能夠充分暴露裝備設(shè)計(jì)缺陷或問(wèn)題,提高裝備作戰(zhàn)能力,降低裝備研制風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)在裝備的性能檢驗(yàn)階段,以裝備的作戰(zhàn)需求為牽引,研究裝備典型作戰(zhàn)任務(wù),分析典型作戰(zhàn)任務(wù)可能面臨的典型環(huán)境。同時(shí)基于裝備的工作原理,研究環(huán)境與裝備性能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,識(shí)別出對(duì)裝備性能關(guān)聯(lián)密切的環(huán)境特征,并通過(guò)各類(lèi)資源的合理配置,構(gòu)建貼近作戰(zhàn)使用的試驗(yàn)約束條件,從而能夠在更為科學(xué)的試驗(yàn)約束條件下對(duì)裝備完成有效裝備,提高軍機(jī)武器裝備性能飛行試驗(yàn)技術(shù)水平,滿足空軍作戰(zhàn)需求。

2 基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

開(kāi)展基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn),要求以“作戰(zhàn)任務(wù)為牽引”進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì),通過(guò)不斷將任務(wù)進(jìn)行分解,一方面識(shí)別任務(wù)的作戰(zhàn)環(huán)境特征,以便在試驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)能考慮相關(guān)的環(huán)境特征,從而使得試驗(yàn)環(huán)境能夠盡量逼近“真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境”;另一方面識(shí)別執(zhí)行任務(wù)所需要的關(guān)鍵能力(或關(guān)鍵指標(biāo)),將各類(lèi)關(guān)鍵能力以可量化或可評(píng)估的測(cè)試參數(shù)進(jìn)行表征,實(shí)現(xiàn)基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn)。

2.1 “樹(shù)狀”試驗(yàn)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

旨在通過(guò)以裝備的典型應(yīng)用任務(wù)為牽引,通過(guò)自頂向下分解,識(shí)別關(guān)鍵能力,從而形成清晰的“樹(shù)狀”試驗(yàn)結(jié)構(gòu)。具體步驟如下:

1)識(shí)別使命

“使命”是建立裝備“樹(shù)狀”試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的頂層,這是開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)任務(wù)分析的起點(diǎn),例如:某裝備的主要作戰(zhàn)使命為“近距空中支援”,則該裝備應(yīng)該具備完成該使命任務(wù)的基本能力,從使命開(kāi)始進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)分析,構(gòu)建試驗(yàn)結(jié)構(gòu)極為重要,這樣做的目的是為了強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)并不是獲取一堆沒(méi)有使用意義的結(jié)果數(shù)據(jù),而是為了回答裝備的能力是否能夠真的支持“近距空中支援”任務(wù)。

2)識(shí)別任務(wù)

自頂向下分析的下一步是識(shí)別系統(tǒng)在每個(gè)使命中期望完成的基本任務(wù),這些任務(wù)組成了完成使命必須進(jìn)行的獨(dú)立行動(dòng)。這些任務(wù)可以在待評(píng)估系統(tǒng)將要從事的能力中提取,或者說(shuō)這些任務(wù)是基于完成使命所需能力的。例如,系統(tǒng)要完成近距空中支援,需要具備起飛、導(dǎo)航、通信、探測(cè)、識(shí)別、攻擊(近距彈、航炮)、指揮引導(dǎo)等能力,對(duì)應(yīng)的子任務(wù)集分別為起飛子任務(wù)、指揮引導(dǎo)子任務(wù)、導(dǎo)航子任務(wù)、探測(cè)子任務(wù)、識(shí)別子任務(wù)、攻擊子任務(wù)。對(duì)于一些壓制防空使命,飛機(jī)還需要具備協(xié)同作戰(zhàn)能力,以保持與其它成員之間的通信、態(tài)勢(shì)共享、目標(biāo)分配,超視距攻擊能力,較好的隱身能力、防御能力(電子對(duì)抗、誘餌彈等),以提高飛機(jī)的生存性。在該階段,將建立次級(jí)子任務(wù)集,或稱之為一級(jí)子任務(wù),缺乏任意子任務(wù)能力,近距空中支援任務(wù)將無(wú)法得以完成。

3)識(shí)別子任務(wù)

在該階段,任務(wù)將被進(jìn)一步細(xì)分為下層子任務(wù)(二級(jí)子任務(wù))。像任務(wù)一樣,這些支撐子任務(wù)組成了為完成任務(wù)必須進(jìn)行的獨(dú)立行動(dòng)。某些子任務(wù)可能和多個(gè)任務(wù)相關(guān)聯(lián),這些子任務(wù)共同完成上級(jí)子任務(wù)。和上級(jí)任務(wù)一樣,二級(jí)任務(wù)也要對(duì)應(yīng)一個(gè)要點(diǎn)以及評(píng)估意圖。

例如,對(duì)于探測(cè)子任務(wù)而言,其下級(jí)子任務(wù)可以分解為:雷達(dá)探測(cè)子任務(wù)、紅外探測(cè)子任務(wù)。按照上述思路,某個(gè)子任務(wù)可能還需要不斷向下延伸,直至形成具體典型使用場(chǎng)景下的最小子任務(wù)(用例),例如,對(duì)于雷達(dá)探測(cè)子任務(wù),可以繼續(xù)分解為雷達(dá)多目標(biāo)探測(cè)子任務(wù)、雷達(dá)抗干擾探測(cè)子任務(wù)等。

4)識(shí)別關(guān)鍵指標(biāo)

將任務(wù)分解到不可再分的最小任務(wù),應(yīng)識(shí)別該最小任務(wù)的關(guān)鍵能力指標(biāo),以及指標(biāo)的表征參數(shù)。在通信子任務(wù)中,按照通信“快、準(zhǔn)、穩(wěn)、隱”的原則,關(guān)鍵指標(biāo)應(yīng)包含通信時(shí)延、通信準(zhǔn)確性、通信穩(wěn)定性,具體指標(biāo)則可用:傳輸時(shí)延、丟包率、話音通信質(zhì)量、穩(wěn)定通信作用距離、抗干擾容限、隱身特性來(lái)評(píng)估。這些指標(biāo)中,有些可以通過(guò)測(cè)試手段進(jìn)行定量測(cè)試,例如丟包率;有些需要通過(guò)使用者定性評(píng)估,例如話音通信質(zhì)量;有些可能無(wú)法完全通過(guò)飛行試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估,而是需要綜合考慮設(shè)計(jì)理念、內(nèi)場(chǎng)測(cè)試、外場(chǎng)試驗(yàn)的結(jié)果,例如隱身特性。

“樹(shù)狀”試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的分解示意圖如圖1所示。

圖1 “樹(shù)狀”試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分解示意圖

2.2 基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)方法

要實(shí)現(xiàn)真正的基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn),就應(yīng)該“能夠評(píng)估系統(tǒng)在真實(shí)作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境下有效完成其預(yù)定使命的能力”,也就是說(shuō),將預(yù)定使命置于盡量真實(shí)作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境下執(zhí)行,是實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)使用試飛的關(guān)鍵所在。大量資料表明,未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)在信息密集環(huán)境下的聯(lián)合軍事作戰(zhàn),意味著空軍的作戰(zhàn)系統(tǒng)將很少作為完全獨(dú)立的個(gè)體投入戰(zhàn)斗。因而,為了創(chuàng)建能夠提供有意義結(jié)果的試驗(yàn)場(chǎng)景,未來(lái)試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)在以下方面進(jìn)行考慮:

1)多機(jī)協(xié)同密集信息環(huán)境考慮

根據(jù)近些年發(fā)生的局部戰(zhàn)爭(zhēng),可以預(yù)想,未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中,多機(jī)種的協(xié)同作戰(zhàn)必將是戰(zhàn)爭(zhēng)的主要態(tài)勢(shì)。在協(xié)同作戰(zhàn)條件下,飛機(jī)航電系統(tǒng)將面臨海量信息環(huán)境,以及密集的電磁環(huán)境。而在密集的信息環(huán)境下,各個(gè)機(jī)型協(xié)同作戰(zhàn)能力,某成員保持與其它成員之間的通信、統(tǒng)一的態(tài)勢(shì)共享能力，海量信息接收/處理/發(fā)送能力，信息融合能力，目標(biāo)分配能力，協(xié)同探測(cè)能力等可以得到更全面的驗(yàn)證。

2)多機(jī)協(xié)同對(duì)抗復(fù)雜電磁環(huán)境考慮

在多機(jī)協(xié)同對(duì)抗環(huán)境下,成員飛機(jī)除了要面臨密集的信息環(huán)境外,還要面臨復(fù)雜的電磁環(huán)境壓力。一方面,我機(jī)成員之間、成員射頻設(shè)備之間的電磁頻譜資源協(xié)調(diào)使用將是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),特別是當(dāng)敵我雙方對(duì)抗態(tài)勢(shì)時(shí),我機(jī)在使用電磁對(duì)抗等技術(shù)對(duì)敵方實(shí)施干擾時(shí),是否會(huì)對(duì)本機(jī)射頻設(shè)備的某些作戰(zhàn)能力(例如通信、雷達(dá)探測(cè))帶來(lái)嚴(yán)重影響,也能得到更深入的驗(yàn)證;另外,在對(duì)抗態(tài)勢(shì)下,敵方也必然會(huì)使用各類(lèi)電磁干擾技術(shù)、誘餌彈等對(duì)我方進(jìn)行干擾,在敵方的強(qiáng)干擾環(huán)境下,我方的設(shè)備抗干擾能力、協(xié)同作戰(zhàn)抗干擾能力等下降程度可以得到深入的驗(yàn)證。獲取這些結(jié)論,一方面可以支持設(shè)計(jì)的優(yōu)化更改;另一方面,可以支持部隊(duì)作戰(zhàn)使用的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法開(kāi)發(fā)。

3)戰(zhàn)術(shù)使用環(huán)境考慮

除了上面考慮的要點(diǎn)外,在作戰(zhàn)使用試飛環(huán)境下,必需考慮戰(zhàn)機(jī)以及傳感器的戰(zhàn)術(shù)使用符合真實(shí)作戰(zhàn)使用。具體包括:第一,我機(jī)、敵機(jī)的必要戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)條件,例如,在我方對(duì)敵機(jī)進(jìn)行雷達(dá)跟蹤后,敵機(jī)發(fā)現(xiàn)后勢(shì)必會(huì)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)機(jī)動(dòng)進(jìn)行規(guī)避,那么,機(jī)動(dòng)條件下,雷達(dá)的跟蹤能力以及丟失目標(biāo)后的再捕獲能力可以得到一定驗(yàn)證;另外,實(shí)際作戰(zhàn)條件下,我機(jī)在武器投放過(guò)程中可能要進(jìn)行過(guò)載回轉(zhuǎn)、垂直爬升、鋸齒滾轉(zhuǎn)等機(jī)動(dòng),那么,機(jī)動(dòng)動(dòng)作對(duì)武器投放的影響需要進(jìn)行考慮。第二,我機(jī)的傳感器邊界條件,在實(shí)際使用過(guò)程中,以雷達(dá)為例,在沒(méi)有精確指揮引導(dǎo)條件下,雷達(dá)需要自主完成對(duì)敵搜索、跟蹤、識(shí)別,那么,當(dāng)敵方目標(biāo)出現(xiàn)在雷達(dá)工作邊界時(shí),雷達(dá)的工作性能會(huì)下降到何種程度?第三,傳感器的戰(zhàn)術(shù)使用,包括傳感器開(kāi)機(jī)、靜默時(shí)機(jī),與其它傳感器的配合使用,最為典型的就是雷達(dá)、電子戰(zhàn)的配合,雷達(dá)、指揮引導(dǎo)的配合,當(dāng)有源傳感器為隱身保持靜默時(shí),在無(wú)源傳感器的引導(dǎo)下,能否迅速的鎖定目標(biāo),鎖定目標(biāo)時(shí)間等,均需要作為重點(diǎn)考慮。

2.3 基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)綜合試飛試驗(yàn)設(shè)計(jì)

開(kāi)展基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)試飛,由于任務(wù)和環(huán)境的復(fù)雜性,將會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)量激增,為了提高試驗(yàn)效率,同時(shí)為了避免由于試驗(yàn)約束條件過(guò)于復(fù)雜而導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題難以定位,可以在實(shí)施過(guò)程中,考慮裝備不同時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)的基本特征,張弛有度的按照以下三個(gè)階段進(jìn)行實(shí)施:

在初始階段,裝備技術(shù)狀態(tài)較差,研制問(wèn)題最多,在該階段飛行應(yīng)以最大化暴露裝備問(wèn)題為主要目的,因此實(shí)施時(shí),可以最大化的根據(jù)試驗(yàn)約束條件可行性將大量試驗(yàn)點(diǎn)(試驗(yàn)的狀態(tài)點(diǎn))進(jìn)行綜合,而淡化任務(wù)邏輯性。例如,可以要求所有傳感器都進(jìn)行工作,但不一定要求傳感器狀態(tài)按照作戰(zhàn)流程設(shè)置。這樣試驗(yàn)的目的是為了最大化暴露問(wèn)題。

當(dāng)裝備軟件、硬件技術(shù)狀態(tài)相對(duì)固化,飛機(jī)具備基本作戰(zhàn)能力后,這一階段應(yīng)以關(guān)鍵能力項(xiàng)目驗(yàn)證為主,試驗(yàn)的主旨是圍繞關(guān)鍵能力,考慮關(guān)鍵能力的應(yīng)用任務(wù)環(huán)境,在相應(yīng)的應(yīng)用任務(wù)環(huán)境下開(kāi)展對(duì)關(guān)鍵能力的重點(diǎn)驗(yàn)證。例如,當(dāng)進(jìn)行通信能力的驗(yàn)證時(shí),重點(diǎn)考慮通信的任務(wù)及環(huán)境:是否需要機(jī)動(dòng)條件下完成穩(wěn)定通信,是否需要靜寂通信能力,是否需要與其他平臺(tái)完成C4I通信,是否需要在全民用干擾環(huán)境下穩(wěn)定通信等。機(jī)上的其他系統(tǒng)狀態(tài)是否正常工作則取決于該設(shè)備是否可能與通信設(shè)備共同工作,試驗(yàn)設(shè)置應(yīng)符合局部任務(wù)作戰(zhàn)流程。這樣試驗(yàn)的目的是為了充分且客觀的驗(yàn)證各項(xiàng)關(guān)鍵作戰(zhàn)能力。

第三階段則可在真實(shí)背景下開(kāi)展全作戰(zhàn)剖面的作戰(zhàn)使用試飛,頂層任務(wù)可以是某型機(jī)的某項(xiàng)典型作戰(zhàn)使命,例如防空壓制,試飛需要關(guān)注起飛、爬升、巡航、探測(cè)、識(shí)別、對(duì)抗、攻擊、返航、著陸等所有階段的戰(zhàn)機(jī)任務(wù)執(zhí)行情況,根據(jù)作戰(zhàn)使命需要,可安排試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)期間視情執(zhí)行超音速飛行、低空突防、大G回轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)飛行,甚至編隊(duì)協(xié)同、空地協(xié)同任務(wù),試驗(yàn)?zāi)康脑谟谠u(píng)估裝備的初始作戰(zhàn)使用能力,同時(shí)為飛機(jī)裝備部隊(duì)后的試飛、訓(xùn)練提供支撐。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著航空技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)防需求的變化,航空武器裝備飛行試驗(yàn)也將面臨更高的要求。文中針對(duì)軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)的驗(yàn)證要求,圍繞作戰(zhàn)使用,通過(guò)參考國(guó)內(nèi)外技術(shù)資料,給出一種基于作戰(zhàn)使用的軍機(jī)航電/武器系統(tǒng)飛行試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,旨在通過(guò)開(kāi)展面向任務(wù)的飛行試驗(yàn),能夠提供更有使用意義的結(jié)果數(shù)據(jù)。