航母中程反潛區(qū)聲納艦最小警戒縱深計算方法?

（海軍航空大學 煙臺 264001）

1 引言

航母編隊面臨最大的水下威脅來自敵潛艇，航渡過程中，編隊指揮員如何基于敵潛艇威脅，對警戒兵力進行科學合理的配置，是航母編隊作戰(zhàn)運用過程中亟待解決的問題［1］。從掌握的文獻資料看，在國內針對航母編隊航渡過程中聲納艦配置方法，大多對敵情設置過于簡單化和理想化，并以此為前提進行研究，而對聲納艦所需最小警戒縱深進行深入研究還很少見。本文以航母受敵導彈攻擊威脅扇面為依據，構建聲納艦所需最小警戒縱深模型，并通過仿真計算，得出了航母受敵典型潛艇威脅情況下航母中程反潛區(qū)聲納艦所需最小警戒縱深，可為航母中程反潛區(qū)聲納艦的配置提供決策支持。

2 航母編隊受潛艇導彈威脅扇面

設置航母中程反潛區(qū)的主要目的，是防止敵潛艇占領中近程反艦導彈攻擊陣位，使用中近程反艦導彈對我航母實施攻擊，或阻止敵潛艇進一步接近占領魚雷攻擊陣位［2］。

從設置中程反潛區(qū)，有效阻止敵潛艇使用中近程反艦導彈對我航母實施攻擊的要求出發(fā)，要求遂行航母編隊中程對潛防御任務的警戒兵力（聲納艦、反潛直升機）能夠在敵潛艇占領中程反艦導彈攻擊陣位前，先敵發(fā)現(xiàn)、先敵攻擊，及時消除敵潛艇中程導彈攻擊對航母的威脅［3］。

2.1 敵潛艇導彈攻擊可占位舷角計算模型

潛艇通過一定速度機動，占領導彈攻擊陣位時，其相對于航母的初始舷角，稱為潛艇導彈攻擊可占位舷角［4］。當敵潛艇水下接敵速度大于航母編隊的航渡速度時，潛艇可通過一定速度機動在任意舷角對目標實施導彈攻擊，因此，本文僅討論敵潛艇接敵速度小于航母的情況下，潛艇攻擊的可占位舷角。潛艇攻擊可占位舷角由可占位極限舷角和占位增角組成。

潛艇航速小于目標運動速度時，潛艇全速航行能夠與目標相遇，所能占領的最大目標舷角，稱為潛艇攻擊可占位極限舷角［5］，用α表示，見圖1。

圖1 潛艇導彈攻擊可占位極限舷角示意圖

由速度三角形可知，若潛艇與目標有唯一相遇點，則潛艇的航向為垂直于潛艇最大速度圓切線的方向［6］。由此可得

式中：vm為航母編隊航渡速度；vq為潛艇最大接敵速度。

圖2 潛艇導彈攻擊可占位增角示意圖

由于潛艇對目標實施導彈攻擊時并不需要自身與目標相遇，只需在導彈最大有效射距范圍內占領攻擊陣位即可，因此，潛艇導彈最大有效射距所能擴大的潛艇攻擊可占位舷角稱為潛艇占位增角［7］，用Δα表示，見圖2。

設潛艇從Q點航行至Q0點，并立即對航母進行導彈攻擊，恰好導彈航行完最大有效射程時命中目標，則潛艇導彈攻擊占位增角Δα的計算模型為

潛艇導彈攻擊可占位舷角的計算模型為

式中，vm航母編隊航渡速度；vd為導彈的平均飛行速度；Rd為導彈最大有效射程，D為潛艇開始實施占位機動時與目標的距離。

2.2 航母受敵典型常規(guī)潛艇導彈攻擊威脅扇面角分析

分析航母受敵潛艇導彈攻擊威脅扇面，是編隊指揮員在航渡過程中確定警戒兵力配置，構建反潛屏障的基本依據。航母受敵潛艇導彈攻擊威脅扇面，是指敵潛艇導彈攻擊威脅扇面角φ對應的導彈最大有效射距和圓弧所圍繞的區(qū)域［8］。如圖3所示。

圖3 航母受敵潛艇導彈攻擊威脅扇面角示意圖

由圖3可知，航母受敵潛艇導彈攻擊威脅扇面角φ計算模型為

式中，vm航母編隊航渡速度；vq為潛艇最大接敵速度；vd為敵潛艇導彈平均飛行速度；Rd為導彈最大有效射程，D為潛艇開始實施占位機動時與目標的距離。

核動力攻擊型潛艇接敵航速通常高于航母編隊速度，因此，核動力攻擊型潛艇理論上可以從任意舷角通過一定機動占領攻擊陣位，對航母實施導彈攻擊［9］。本文僅討論速度小于航母編隊的常規(guī)動力潛艇的導彈攻擊威脅扇面。

以越南“基洛”級潛艇為例，依據式（4），結合“基洛”級潛艇裝備的“俱樂部-S”導彈性能，給出以下量化分析條件：

1）航母編隊航渡速度為16kn～22kn；

2）“俱樂部-S”反艦導彈（無中繼制導）最大有效射程為40km；

3）“俱樂部-S”反艦導彈平均飛行速度為735km/h；

4）敵潛艇接敵速度為4kn～10kn；

5）潛艇與目標初始距離為40km（典型情況下取值為40km～120km）。

通過Matlab計算得出航母受“基洛級”導彈攻擊威脅扇面角，如表1所示。

表1 航母受“基洛”級潛艇導彈攻擊威脅扇面角（°）

由上表可知，在典型條件下，潛艇威脅扇面角范圍為118°～174°。由于潛艇與目標初始距離越大，潛艇對航母編隊威脅越小，即潛艇導彈攻擊威脅扇面角越小，實際作戰(zhàn)過程中，潛艇與目標初始距離往往大于40km，因此，“基洛”級潛艇導彈攻擊威脅扇面實際上比表中的計算值更小。

3 中程反潛區(qū)聲納艦最小警戒縱深模型

為有效應對敵潛艇反艦導彈的攻擊，或阻止敵潛艇進一步接近占領導彈攻擊陣位，航渡過程中，航母編隊指揮員應根據敵潛艇反艦導彈對航母的威脅特點和聲納艦的對潛警戒能力，從先敵發(fā)現(xiàn)、先機制敵，保障航母免遭敵潛艇導彈攻擊的目的和要求出發(fā)，將聲納艦前出配置在航母中程反潛區(qū)敵潛艇來襲的主要方向［10］。

3.1 聲納艦所需最小警戒距離模型

航母中程反潛區(qū)聲納艦所需最小警戒距離，是指為保證聲納艦能夠在敵潛艇占領反艦導彈攻擊陣位之前實施對敵攻擊，聲納艦最遲必須發(fā)現(xiàn)敵潛艇的界線到航母的距離［11］。

聲納艦的配置距離和舷角受到聲納艦所需警戒縱深的影響。由上文可知，敵潛艇可以在導彈攻擊可占位舷角?范圍內對航母實施導彈攻擊。所以，航母中程反潛區(qū)聲納艦最遲警戒線，為敵潛艇導彈以不同舷角來襲時，聲納艦所需最小警戒縱深的連線。用Dj表示，如圖4所示。

圖4 聲納艦最遲警戒線示意圖

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，設航渡過程中，聲納艦按要求前出配置于航母航向前方，采用伴隨護航方法實施對潛警戒，攻擊過程中敵潛艇采用前置點法對位于O1點的航母實施導彈攻擊，如圖2所示。圖中，Q、O點分別為聲納艦發(fā)現(xiàn)敵潛艇時，敵潛艇與航母所在位置，Q1、O1點分別為敵潛艇實施導彈攻擊時敵潛艇、航母所在位置。則在忽略敵潛艇反艦導彈飛行過程中航母運動的情況下，攻擊型潛艇的最遲攔截線為以O1點為圓心，以敵潛艇反艦導彈攻擊距離為半徑的圓。

則由圖2可得，航母中程反潛區(qū)聲納艦所需的最小警戒縱深Dj的計算模型為

式中：Vm為航渡過程中航母編隊運動速度；Vq為敵潛艇接敵運動速度；Rd為敵潛艇導彈有效射程；?為敵潛艇占領導彈攻擊陣位時相對于航母的舷角；T為聲納艦自發(fā)現(xiàn)目標至其反潛武器命中敵潛艇所需的時間。

3.2 聲納艦所需最小警戒縱深分析

由式（5）可知，在航母速度和敵潛艇速度確定的前提下，敵潛艇占領導彈攻擊陣位時相對于航母的舷角越大，則聲納艦所需的警戒縱深就越小。以越南“基洛”級潛艇為例，依據式（5），結合“基洛”級潛艇裝備的“俱樂部-S”導彈性能，給出以下量化分析條件：

1）航母編隊航渡速度為16kn～20kn；

2）“俱樂部-S”反艦導彈（無中繼制導）最大有效射程為40km；

3）敵潛艇接敵速度為4kn～10kn；

4）聲納艦自發(fā)現(xiàn)目標至攻潛武器命中目標所需時間為10min；

5）潛艇與目標初始距離為40km。

通過Matlab計算得出聲納艦所需最小警戒縱深，如表2所示。

表2 聲納艦所需最小警戒縱深（km）

假設“基洛”級導彈有中繼制導，導彈攻擊距離為40km～120km。當航母編隊航渡速度為20Kn，敵潛艇接敵速度為4kn時，聲納艦所需最小警戒縱深隨敵潛艇導彈攻擊距離的變化規(guī)律，如表3所示。

表3 聲納艦所需最小警戒縱深（km）

表中導彈攻擊距離單位為km，潛艇攻擊舷角單位為°。

依據所構建的聲納艦所需最小警戒縱深模型，結合量化分析的結果，可以得出如下主要的結論。

1）敵潛艇占領導彈攻擊陣位時相對于航母的舷角越大，聲吶艦所需警戒縱深越小。

2）敵潛艇導彈攻擊距離對聲納艦所需最小警戒縱深具有重要影響。敵潛艇導彈攻擊距離越遠，聲納艦所需最小警戒縱深越大。

3）敵潛艇接敵速度和航母編隊航渡速度對聲納艦的對潛警戒能力具有一定的影響，但影響關系較小。

4 航母中程反潛區(qū)聲納艦陣位的確定

航渡過程中，聲納艦通常使用拖曳線列陣聲納實施對潛搜索，擔負一定責任扇面的對潛警戒任務［12］。其陣位配置主要受到航母中程反潛區(qū)聲納艦所需最小警戒縱深、聲吶艦數量、受威脅程度、氣象條件、水文條件的影響［13］。

圖5 2艘聲納艦陣位配置示意圖

航母中程反潛區(qū)一般配置2～3艘聲納艦擔負對潛警戒任務。由于航渡過程中航母航向前方是敵潛艇威脅的主要方向［14］。所以，在未知敵潛艇具體威脅方向的情況下，航母編隊指揮員通常將聲納艦以航母航向線為基準，左右配置在航母航行前方的兩翼。相鄰的聲吶艦探測圓應有一定的重疊，重疊系數為λ。并且，應使聲納艦的探測圓直徑頂點在最遲警戒線上，以達到最大限度覆蓋最遲警戒線的效果，發(fā)揮聲納艦的最大警戒能力。如下圖6所示。

圖6 3艘聲納艦陣位配置示意圖

5 結語

聲納艦所需最小警戒縱深，是航母編隊指揮員確定航母中程反潛區(qū)聲納艦配置與使用的基本依據［15］。本文以航母編隊航渡過程中的反潛防御作戰(zhàn)為背景，從聲納艦有效應對敵潛艇反艦導彈攻擊，保障航母航渡安全的目的和要求出發(fā)，根據航母受敵典型潛艇威脅扇面，構建了聲納艦所需最小警戒縱深模型，并依據模型結合量化分析的條件，計算得出了典型條件下聲納艦所需警戒距離。所得結論對于優(yōu)化聲納艦的配置，提高聲納艦的反潛作戰(zhàn)能力具有重要的參考使用價值。