航母中程反潛區(qū)聲吶艦對(duì)潛警戒能力分析

吳福初，高麗媛，張楊，周玲宇

（海軍航空大學(xué)，山東煙臺(tái)264001）

潛艇是航母在航渡過程中面臨的最大威脅，編隊(duì)指揮員如何根據(jù)潛艇威脅進(jìn)行警戒兵力的合理配置是極為關(guān)鍵和亟待解決的問題。攜帶拖曳線列陣聲吶的水面艦艇（以下簡(jiǎn)稱聲吶艦）是航渡過程中航母中程對(duì)潛防御的主要力量之一[1]。如何科學(xué)評(píng)估聲吶艦的對(duì)潛警戒能力，是航渡過程中航母編隊(duì)指揮員進(jìn)行航母中程反潛區(qū)警戒兵力配置和使用必須首先考慮和解決的基本問題[2-4]。從掌握的文獻(xiàn)資料看，在國(guó)內(nèi)針對(duì)航母編隊(duì)航渡過程中聲吶艦對(duì)潛警戒能力的研究，大多假設(shè)航母警戒線為圓形，并以此為前提進(jìn)行研究，而對(duì)警戒縱深進(jìn)行深入研究還很少見。本文以航渡過程中航母編隊(duì)警戒兵力反潛防御作戰(zhàn)為背景，在分析航母中程反潛區(qū)聲吶艦反潛作戰(zhàn)目的、要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合航渡過程中聲吶艦的反潛作戰(zhàn)過程及其戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)方法，構(gòu)建了航母中程反潛區(qū)聲吶艦對(duì)潛警戒縱深計(jì)算模型，并通過仿真計(jì)算，得出了典型條件下航母中程反潛區(qū)聲吶艦的對(duì)潛警戒扇面角。所得結(jié)論可為航母中程反潛區(qū)聲吶艦的配置和作戰(zhàn)使用提供理論依據(jù)與參考。

1 航母中程反潛區(qū)反潛作戰(zhàn)的目的和要求

航渡過程中，航母編隊(duì)指揮員必須根據(jù)敵潛艇中近程反艦導(dǎo)彈的攻擊范圍，從有效應(yīng)對(duì)敵潛艇導(dǎo)彈魚雷攻擊威脅，保障航母航渡安全的要求出發(fā)，構(gòu)建遠(yuǎn)、中、近多層立體對(duì)潛防御體系[5]。其中，航母中程反潛區(qū)，是指為有效應(yīng)對(duì)敵潛艇中近程反艦導(dǎo)彈（以下簡(jiǎn)稱反艦導(dǎo)彈）攻擊威脅，保障航渡過程中航母的安全，而由聲吶艦和反潛直升機(jī)所構(gòu)成的航母中程對(duì)潛防御區(qū)域[6-8]。設(shè)置航母中程反潛區(qū)的根本目的就是為了阻止敵潛艇占領(lǐng)反艦導(dǎo)彈攻擊陣位，保障航母免遭敵潛艇反艦導(dǎo)彈的攻擊；同時(shí)，阻止敵潛艇穿越航母中程反潛區(qū)占領(lǐng)魚雷攻擊陣位使用魚雷對(duì)航母實(shí)施魚雷攻擊，抵近威脅我航母安全。其基本要求是：警戒兵力能夠在敵潛艇占領(lǐng)反艦導(dǎo)彈攻擊陣位對(duì)我航母實(shí)施攻擊行動(dòng)之前采取有效的攻擊行動(dòng)，做到先敵發(fā)現(xiàn)、先敵攻擊、先機(jī)制敵，及時(shí)消除敵潛艇對(duì)航母的威脅，其行動(dòng)具有典型的防御性反潛作戰(zhàn)的特征[9]。

2 聲吶艦對(duì)潛警戒能力模型的構(gòu)建

2.1 聲吶艦最小警戒縱深模型

聲吶艦最小警戒縱深，是指為保證聲吶艦?zāi)軌蛟跀碀撏д碱I(lǐng)導(dǎo)彈攻擊陣位對(duì)航母實(shí)施攻擊前做到先敵攻擊，先機(jī)制敵，而要求聲吶艦必須具有的最小警戒縱深[10]，用Dj表示，如圖1所示。

圖1 聲吶艦最遲警戒線、最遲攔截線示意圖Fig.1 Sonar ships latest warning and intercept line

由于實(shí)際對(duì)抗過程中，敵潛艇可以在一定的舷角范圍（受航母編隊(duì)航渡速度、敵潛艇接敵運(yùn)動(dòng)速度、敵潛艇反艦導(dǎo)彈攻擊距離等因素的影響）內(nèi)對(duì)航母實(shí)施導(dǎo)彈攻擊[11]。所以，聲吶艦最遲警戒線，為敵潛艇以不同舷角來襲時(shí)，聲吶艦在航母不同舷角上所需最小警戒縱深的連線，如圖2所示。

圖2 聲吶艦最遲警戒線示意圖Fig.2 Sonar ships latest warning line

由于航母航向前方是航母航渡過程中受敵潛艇威脅的最主要方向。為此，設(shè)航渡過程中，聲吶艦按要求前出配置于航母航向前方，采用伴隨護(hù)航方法實(shí)施對(duì)潛警戒，攻擊過程中敵潛艇采用前置點(diǎn)法[12]對(duì)位于O1點(diǎn)的航母實(shí)施導(dǎo)彈攻擊，如圖2所示。圖中，Q、O點(diǎn)分別為聲吶艦發(fā)現(xiàn)敵潛艇時(shí)，敵潛艇與航母所在位置，Q1、O1點(diǎn)分別為敵潛艇實(shí)施導(dǎo)彈攻擊時(shí)敵潛艇、航母所在位置。則在忽略敵潛艇反艦導(dǎo)彈飛行過程中航母運(yùn)動(dòng)的情況下，攻擊型潛艇的最遲攔截線為以O(shè)1點(diǎn)為圓心，以敵潛艇反艦導(dǎo)彈攻擊距離為半徑的圓。

由圖2可得，航母中程反潛區(qū)聲吶艦所需的最小警戒縱深Dj的計(jì)算模型為：

式（1）中：Vm為航渡過程中航母編隊(duì)運(yùn)動(dòng)速度；Vd為敵潛艇接敵運(yùn)動(dòng)速度；Rd為敵潛艇導(dǎo)彈攻擊距離；β為聲吶艦發(fā)現(xiàn)敵潛艇時(shí)敵潛艇相對(duì)于航母的舷角；T為聲吶艦自發(fā)現(xiàn)目標(biāo)至其反潛武器命中敵潛艇所需的時(shí)間。

T的大小可根據(jù)航母中程反潛區(qū)聲吶艦的反潛作戰(zhàn)過程推導(dǎo)求得，見圖3。

圖3 聲吶艦反潛作戰(zhàn)過程及時(shí)間節(jié)點(diǎn)示意圖Fig.3 Sonar ships anti-submarine warfare process and time node

2.2 聲吶艦對(duì)潛警戒能力計(jì)算模型

航渡過程中，聲吶艦通常使用拖曳線列陣聲吶實(shí)施對(duì)潛搜索，擔(dān)負(fù)一定責(zé)任扇面的對(duì)潛警戒任務(wù)。其對(duì)潛警戒能力，可用聲吶艦所能為航母提供的總的警戒扇面角來表征，其大小主要受到航母中程反潛區(qū)聲吶艦的配置數(shù)量、前出距離及其配置方位的影響。

實(shí)際作戰(zhàn)運(yùn)用過程中，由于受航母編隊(duì)警戒兵力數(shù)量的限制，航母中程反潛區(qū)通常配置2～3艘聲吶艦在其所攜帶的反潛直升機(jī)協(xié)同下遂行對(duì)潛防御任務(wù)[13-15]。

2.2.1 2艘聲吶艦對(duì)潛警戒能力計(jì)算模型

1）2艘聲吶艦前出距離計(jì)算模型。由于航渡過程中航母航向前方是敵潛艇威脅的主要方向[16]。所以，在未知敵潛艇具體威脅方向的情況下，航母編隊(duì)指揮員通常將2艘聲吶艦以航母航向線為基準(zhǔn)，左右配置在航母航行前方的兩翼。

為便于分析，設(shè)2艘聲吶艦的聲吶戰(zhàn)術(shù)作用距離為Dt，前出配置距離為Dq2，對(duì)潛警戒扇面角為φ2，如圖4所示。

圖4 2艘聲吶艦前出距離和警戒扇面角示意圖Fig.4 2 sonar ships forward distance and warning sector horn

圖4中，OA為敵潛艇從航母正前方來襲（即舷角β=0）時(shí)航母所需的最小警戒縱深。顯然，為使聲吶艦?zāi)軌虮M可能大地覆蓋敵潛艇的來襲扇面，發(fā)揮聲吶艦的對(duì)潛警戒能力，應(yīng)使聲吶艦聲吶探測(cè)圓能夠在航母最遲警戒線上所覆蓋的弧長(zhǎng)最大[17-18]。這也就是說，應(yīng)使聲吶艦聲吶探測(cè)圓直徑頂點(diǎn)在最遲警戒線上，并且使2艘聲吶艦各自的聲吶探測(cè)圓剛好覆蓋A點(diǎn)。

在此條件下，聲吶艦前出距離Dq2計(jì)算模型為：

式（2）中：D0是當(dāng)潛艇來襲舷角為0°時(shí)所需的最小警戒縱深；λ為根據(jù)對(duì)潛發(fā)現(xiàn)概率要求確定的聲吶艦聲吶探測(cè)圓重疊系數(shù)。

2）聲吶艦配置方位和對(duì)潛警戒扇面角計(jì)算模型。根據(jù)圖4，可以得出2艘聲吶艦相對(duì)于航母的配置舷角θ2的計(jì)算模型為：

2艘聲吶艦為航母提供的最大警戒扇面角φ2計(jì)算模型為：

2.2.2 3艘聲吶艦對(duì)潛警戒能力計(jì)算模型

1）聲吶艦前出距離計(jì)算模型。在航母中程反潛區(qū)配置3艘聲吶艦時(shí)，航母編隊(duì)指揮員通常將1艘聲吶艦配置在航母正前方，其余2艘聲吶艦則環(huán)形配置在以航母航向線為軸線的兩翼[19]，見圖5。

圖5 3艘聲吶艦前出距離和警戒扇面角示意圖Fig.5 3 sonar ships forward distance and warning sector horn

設(shè)聲吶艦的聲吶戰(zhàn)術(shù)作用距離均為Dt，航母正前方聲吶艦前出配置距離為Dq1，兩翼聲吶艦前出距離為Dq3，B、C、E、F點(diǎn)分別為3艘聲吶艦聲吶探測(cè)圓與最遲警戒線的交點(diǎn)。3艘聲吶艦提供的對(duì)潛警戒扇面角為φ3，見圖5。

同理，為使聲吶艦?zāi)軌虮M可能大地覆蓋敵潛艇的來襲扇面，應(yīng)使3艘聲吶艦聲吶探測(cè)圓直徑頂點(diǎn)均在航母最遲警戒線上。

顯然，航母正前方聲吶艦的前出距離Dq1計(jì)算模型為：

式（5）中，Dj1為敵潛艇來襲舷角為α?xí)r，聲吶艦所需最小警戒縱深。

兩翼2艘聲吶艦的前出距離Dq3計(jì)算模型為：

式（6）中，Dj3為敵潛艇來襲舷角為μ時(shí)，聲吶艦所需最小警戒縱深。

這里，μ=α+γ，γ為OB與OF的夾角。

2）聲吶艦配置方位對(duì)潛警戒扇面角計(jì)算模型。根據(jù)圖5，可以得出兩翼聲吶艦配置舷角θ3的計(jì)算模型為：

3艘聲吶艦?zāi)軌驗(yàn)楹侥柑峁┑木渖让娼铅?計(jì)算模型為：

3 聲吶艦對(duì)潛警戒能力量化分析

3.1 量化分析的條件

1）聲吶艦拖曳線列陣聲吶戰(zhàn)術(shù)作用距離：40km。

2）聲吶艦聲吶探測(cè)圓重疊系數(shù)：1.6。

3）聲吶艦自發(fā)現(xiàn)目標(biāo)至攻潛武器命中目標(biāo)所需時(shí)間：10min。

4）敵潛艇導(dǎo)彈攻擊距離：130～230km。

5）航母速度：16～22 kn。

6）敵潛艇接敵運(yùn)動(dòng)速度：4～10 kn。

3.2 量化分析的結(jié)果

依據(jù)所構(gòu)建的聲吶艦對(duì)潛警戒能力計(jì)算模型，結(jié)合量化分析的條件，分別得出當(dāng)敵潛艇反艦導(dǎo)彈攻擊距離為130km，航母中程反潛區(qū)分別配置2艘、3艘聲吶艦時(shí)，聲吶艦所能為航母提供的對(duì)潛警戒扇面角，見表1、2。

表1 2艘聲吶艦對(duì)潛警戒扇面角Tab.1 Warning sector horn of 2 sonar ships(°)

表2 3艘聲吶艦對(duì)潛警戒扇面角Tab.2 Warning sector horn of 3 sonar ships(°)

當(dāng)航母中程反潛區(qū)配置3艘聲吶艦，航母編隊(duì)航渡速度為22 kn，敵潛艇接敵速度為8 kn時(shí)，聲吶艦對(duì)潛警戒扇面角隨敵潛艇導(dǎo)彈攻擊距離的變化規(guī)律，如圖6所示。

圖6 敵潛艇導(dǎo)彈攻擊距離對(duì)聲吶艦警戒扇面角的影響Fig.6 Missile attack distance affects the sonar ship warning sector

3.3 量化結(jié)果的分析

依據(jù)所構(gòu)建的聲吶艦對(duì)潛警戒能力模型，結(jié)合量化分析的結(jié)果，可以得出如下主要的結(jié)論。

1）敵潛艇導(dǎo)彈攻擊距離對(duì)聲吶艦的對(duì)潛警戒能力具有重要影響。敵潛艇導(dǎo)彈攻擊距離越遠(yuǎn)，聲吶艦所需前出配置的距離越大，聲吶艦所能為航母提供的對(duì)潛警戒能力越小。

2）敵潛艇接敵速度和航母編隊(duì)航渡速度對(duì)聲吶艦的對(duì)潛警戒能力具有一定的影響，但影響關(guān)系較小。

3）實(shí)際作戰(zhàn)使用過程中，由于配置于航母中程反潛區(qū)的聲吶艦數(shù)量有限，從而可能出現(xiàn)敵潛艇來襲舷角超出聲吶艦對(duì)潛警戒扇面而使聲吶艦難以防御的情況。

4 結(jié)束語

聲吶艦對(duì)潛警戒能力，是航母編隊(duì)指揮員確定航母中程反潛區(qū)聲吶艦配置與使用的基本依據(jù)[20]。本文以航母編隊(duì)航渡過程中的反潛防御作戰(zhàn)為背景，從聲吶艦有效應(yīng)對(duì)敵潛艇反艦導(dǎo)彈攻擊，保障航母航渡安全的目的和要求出發(fā)，根據(jù)航母中程反潛區(qū)聲吶艦配置數(shù)量及其戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)方法，構(gòu)建了聲吶艦對(duì)潛警戒能力模型，并依據(jù)模型結(jié)合量化分析的條件，計(jì)算得出了典型配置條件下聲吶艦對(duì)敵典型潛艇的對(duì)潛警戒能力。所得結(jié)論對(duì)于優(yōu)化聲吶艦的配置，提高聲吶艦的反潛作戰(zhàn)能力具有重要的參考使用價(jià)值。