美海軍分布式防空作戰(zhàn)能力仿真分析

郭 棟,張迎新,曹 強(qiáng),王 越

(中國人民解放軍31002部隊,北京 100094)

“分布式殺傷”作戰(zhàn)概念自2014年底提出以來,通過持續(xù)研究論證，裝備升級和概念演示[1-3],目前已進(jìn)入實兵驗證階段,成為指導(dǎo)未來美國海軍作戰(zhàn)部隊裝備能力建設(shè)和海上聯(lián)合作戰(zhàn)的主要思想概念。國內(nèi)針對“分布式殺傷”作戰(zhàn)概念也進(jìn)行了跟蹤研究,在理論研究方面,文獻(xiàn)[4-8]從該作戰(zhàn)概念的提出背景、作戰(zhàn)理念、主要特點、武器裝備等方面開展了深入研究,并提出許多啟示建議;在定量研究方面,文獻(xiàn)[9-10]運用運籌計算分析方法分別對單艘伯克級驅(qū)逐艦的反艦、反導(dǎo)能力進(jìn)行了分析計算。

總體來看,對“分布式殺傷”作戰(zhàn)概念的研究存在量化研究不夠，量化手段單一的問題。為此,本文綜合運用運籌計算和仿真分析方法對分布式防空作戰(zhàn)能力展開研究,以期提供一種定量分析“分布式殺傷”防空作戰(zhàn)能力的思路方法。

1 分布式防空作戰(zhàn)概念分析

1.1 分布式殺傷

為推進(jìn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型,重回大國競爭,增強(qiáng)制海作戰(zhàn)能力,美海軍提出“分布式殺傷”作戰(zhàn)概念。其核心思想是將反艦、防空能力部署到更多的水面艦艇上,提高單艦中遠(yuǎn)程火力打擊和獨立作戰(zhàn)能力,以小型編隊分散部署的形式增加敵方應(yīng)對難度,提高己方戰(zhàn)場生存能力[11]。

美海軍據(jù)此概念開展更為系統(tǒng)的分布式艦隊體系研究[12],提出未來分布式艦隊體系初步構(gòu)想、編成方式、需要優(yōu)先發(fā)展的作戰(zhàn)能力等發(fā)展思路,這些措施一旦落實,將顯著提升水面部隊作戰(zhàn)能力。

1.2 分布式防空作戰(zhàn)

分布式防空作戰(zhàn)是分散部署的艦船編隊,在一體化火控-防空系統(tǒng)(NIFC-CA)和協(xié)同作戰(zhàn)能力(CEC)指揮控制下,利用天、空、海等多個維度提供的戰(zhàn)場態(tài)勢和目標(biāo)指示信息,對來襲導(dǎo)彈實施攔截的作戰(zhàn)行動,實現(xiàn)“以兵力集中實現(xiàn)火力集中”到“兵力分散火力仍集中”的轉(zhuǎn)變。

2 分布式防空作戰(zhàn)能力影響因素分析

能力是攻防雙方體系對抗條件下表現(xiàn)出來的特性,為此,本節(jié)從攻防兩個方面,對分布式防空作戰(zhàn)能力主要的影響因素展開分析。

2.1 攻擊

2.1.1 攻擊武器

隨著世界軍事變革由“信息化”到“智能化”的轉(zhuǎn)變,作為對水面兵力進(jìn)行硬摧毀的主要武器,新型反艦導(dǎo)彈表現(xiàn)出隱身性更好、射程更遠(yuǎn)、全程超聲速低空掠海飛行、智能制導(dǎo)等特點[13],對防空系統(tǒng)帶來更大的威脅。軍事強(qiáng)國俄羅斯研發(fā)的鋯石導(dǎo)彈便是其中的典型代表,該導(dǎo)彈飛行速度達(dá)到6馬赫,制導(dǎo)方式以主動雷達(dá)和毫米波/紅外制導(dǎo)為主,采用俯沖滑翔的方式進(jìn)行攻擊,從發(fā)射到命中只需幾分鐘,疊加其高速性能將大大降低被攔截概率。

2.1.2 攻擊戰(zhàn)術(shù)

靈活高效的攻擊戰(zhàn)術(shù)是提升作戰(zhàn)效能的重要因素,如飽和攻擊、多方向攻擊、高低彈道選擇、假目標(biāo)使用等。反艦作戰(zhàn)通常是對多種攻擊戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行組合使用,使得防御方“防不勝防”。本小節(jié)重點討論前兩個戰(zhàn)術(shù)。

1)飽和攻擊

蘇聯(lián)針對美航母編隊提出的飽和攻擊戰(zhàn)術(shù),是一種建立在體系對抗基礎(chǔ)上的攻防對抗戰(zhàn)術(shù)[14],曾是美國海軍的夢魘,具有很強(qiáng)的借鑒意義。據(jù)估算,蘇聯(lián)海軍如果在一個方向上打出48～64枚反艦導(dǎo)彈,并在5分鐘內(nèi)同時臨空,哪怕宙斯盾系統(tǒng)百發(fā)百中,也能打爆一艘宙斯盾艦。據(jù)媒體最新報道,俄羅斯即將服役的8馬赫高速突防的反艦導(dǎo)彈,72枚飽和攻擊即可癱瘓一艘航母。由此可見,飽和攻擊戰(zhàn)術(shù)能以數(shù)量的優(yōu)勢彌補(bǔ)質(zhì)量的劣勢,或利用數(shù)量的優(yōu)勢形成絕對的火力密度,最終癱瘓敵方的防空系統(tǒng)。

2)多方向攻擊

對于分散化部署的艦船編隊,針對其攔截火力的射程限制,選擇合理的攻擊方向,對于提升導(dǎo)彈的突防概率十分重要。如圖1所示,如從小編隊1的左側(cè)發(fā)起攻擊,小編隊2只能使用標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈協(xié)防,標(biāo)準(zhǔn)2導(dǎo)彈及其他更短射程的攔截火力將無能為力;如果從小編隊1和2中間位置對小編隊1發(fā)起攻擊,小編隊2的標(biāo)準(zhǔn)2導(dǎo)彈則可能發(fā)揮協(xié)同防空作用,從而降低導(dǎo)彈的突防概率。

2.2 防御

2.2.1 偵察預(yù)警

從圖1可以看出,中高空探測方面,部署新型雷達(dá)后,單艦對中高空的探測范圍提高至之前的2.4倍;由于NIFC-CA系統(tǒng)能夠通過CEC網(wǎng)絡(luò)獲得其他作戰(zhàn)單元的探測數(shù)據(jù)或融合多傳感器信息,從而使得整個艦船編隊的中高空探測范圍能提高至3～4倍;低空探測方面,搭載宙斯盾系統(tǒng)的艦船,能夠獲得預(yù)警機(jī)對低空目標(biāo)的偵察情報和目標(biāo)指示,從而克服艦載雷達(dá)視距限制,實現(xiàn)對超低空目標(biāo)的超視距攔截;另外,艦船編隊分散化的部署方式,能使敵方偵察監(jiān)視系統(tǒng)飽和化,降低偵察預(yù)警能力,增加選擇打擊目標(biāo)難度,最大限度保存自己。

圖1 分布式艦船編隊對空探測示意圖

2.2.2 指揮控制

1)指控模式

傳統(tǒng)的集中控制與分散實施的作戰(zhàn)指控模式,難以適應(yīng)未來高強(qiáng)度的海上作戰(zhàn)。為此,搭載宙斯盾系統(tǒng)的艦船編隊,不再過分強(qiáng)調(diào)航母的中心指控地位,而是通過靈活分散的編組形式,利用經(jīng)CEC系統(tǒng)傳來的平臺外傳感器的目標(biāo)信息,獨立實施防空作戰(zhàn),使得海上兵力形散實聚,形成所謂的“分布式火力”。

2)指控系統(tǒng)

宙斯盾系統(tǒng)升級至“基線9”型作戰(zhàn)系統(tǒng),采用防空反導(dǎo)雷達(dá)(ADMR)代替AN/SPY-1雷達(dá)[15],克服了SPY-1雷達(dá)的諸多限制,信噪比是SPY-1的32倍,探測威力是SPY-1的2.4倍,同時處理目標(biāo)數(shù)是SPY-1的30倍,提供射控支持、飛行中的防空導(dǎo)彈數(shù)量是SPY-1的3倍,能同時執(zhí)行防空和反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù),從而大幅提升指揮控制能力。

2.2.3 武器裝備

1)防空武器

武器數(shù)量方面,為克服現(xiàn)有防空火力不足的問題,“分布式防空”采取多種改進(jìn)措施:調(diào)整部分標(biāo)準(zhǔn)系列導(dǎo)彈裝填坑換裝改進(jìn)型海麻雀;裝備海拉姆導(dǎo)彈替換密集陣;電子戰(zhàn)系統(tǒng)由SLQ-32升級到SEWIP;發(fā)展新動能武器。這些措施大幅增加防空導(dǎo)彈數(shù)量,同時充分利用CIWS近防系統(tǒng)閑置空間,構(gòu)建嚴(yán)密的近程防空系統(tǒng),將大大提高艦隊的攔截能力。各類防空武器數(shù)量如表1所示。

表1 防空武器數(shù)量表

武器制導(dǎo)方面,早期的標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈和海麻雀導(dǎo)彈采用半主動雷達(dá)制導(dǎo)方式,對于有限的照射器資源依賴很大,難以完全發(fā)揮其防空效能。為此,最新型號的標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈采用AIM-120D中距空空導(dǎo)彈的主動雷達(dá)、改進(jìn)型海麻雀導(dǎo)彈RIM 162 block2版本采用X波段主動/被動雙模導(dǎo)引頭、海拉姆導(dǎo)彈采用無線電/紅外成像雙模式制導(dǎo),能夠做到“發(fā)射后不管”,極大降低對照射器的依賴,同時增大攔截的火力通道。

2)攔截策略

相比于標(biāo)準(zhǔn)2導(dǎo)彈,標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈性能更優(yōu)，成本更高,為提升防空作戰(zhàn)的效費比,降低攔截成本,對其攔截策略進(jìn)行如下調(diào)整:攔截目標(biāo)方面,由于標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈射程遠(yuǎn)、單枚成本高,為提高攔截的效費比,優(yōu)先攔截敵方飛機(jī),其次攔擊來襲導(dǎo)彈;發(fā)射條令方面,由于標(biāo)準(zhǔn)6毀傷能力強(qiáng)、攔截距離遠(yuǎn),將發(fā)射條令由Shoot Shoot-Look-Shoot(SS-L-S)調(diào)整為Shoot-Look-Shoot(S-L-S),提升防空能力的同時,降低了攔截成本。

3 攔截能力運籌計算

分布式防空作戰(zhàn)能力包括偵察預(yù)警能力、指揮控制能力和攔截能力,前兩個能力在上節(jié)已簡要分析過,下面重點對攔截能力進(jìn)行分析。其中,本節(jié)主要計算一艘典型的伯克級驅(qū)逐艦的靜態(tài)攔截能力,下節(jié)主要運用仿真系統(tǒng)對分布式艦船編隊在攻防對抗條件下的攔截效能進(jìn)行對比驗證。

3.1 攔截體系

具備NIFC-CA/CEC能力的作戰(zhàn)艦艇,通過多種措施發(fā)展和改進(jìn)多種防空武器,在天基衛(wèi)星和預(yù)警機(jī)的信息支援下建立作戰(zhàn)空域的預(yù)警監(jiān)視體系,構(gòu)建起標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈遠(yuǎn)程攔截、標(biāo)準(zhǔn)2導(dǎo)彈中程攔截、近程導(dǎo)彈和新動能武器近程攔截、艦艇自衛(wèi)末端防御和電子戰(zhàn)系統(tǒng)軟殺傷攔截的遠(yuǎn)中近相結(jié)合、軟硬殺傷相結(jié)合的攔截體系,如圖2所示。

圖2 分布式防空攔截體系

3.2 計算思路

1)各類防空武器對來襲導(dǎo)彈的攔截概率區(qū)分超聲速導(dǎo)彈(指2～3馬赫的低超聲速導(dǎo)彈,下同)和亞聲速導(dǎo)彈兩種情況,具體數(shù)值依據(jù)公開資料或估算值。

2)標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈的攔截能力分別采用SS-L-S(集中式)和S-L-S(分布式)兩種不同的攔截策略進(jìn)行計算,其他導(dǎo)彈均采取SS-L-S的攔截策略計算。

3)由于受限于攔截距離問題,新動能武器的攔截概率依據(jù)其發(fā)射速率,以兩分鐘發(fā)射的武器數(shù)量來計算。

4)由于電子戰(zhàn)系統(tǒng)對來襲導(dǎo)彈實施軟殺傷,其攔截能力與彈型關(guān)系不大。

3.3 計算結(jié)果

依據(jù)表1各類防空武器的數(shù)量及上述計算思路,運用運籌計算方法,得到單艘伯克驅(qū)逐艦各類防空武器對不同飛行速度導(dǎo)彈的攔截能力(指命中且毀傷來襲導(dǎo)彈的能力,用毀傷數(shù)量作為計算指標(biāo)),結(jié)果如表2所示。

表2 攔截能力對比結(jié)果

從單項攔截能力來看,標(biāo)準(zhǔn)6導(dǎo)彈由于采用不同的攔截策略,攔截超聲速導(dǎo)彈和亞聲速導(dǎo)彈的能力分別提高52%、69%;海麻雀導(dǎo)彈由于數(shù)量增加和性能提高,攔截超聲速導(dǎo)彈和亞聲速導(dǎo)彈的能力分別提高147%、155%;電子戰(zhàn)系統(tǒng)升級對于攔截能力提升100%;新動能武器也具有一定的攔截能力。

從綜合攔截能力來看,通過運用多種手段對防空武器進(jìn)行改進(jìn),在攔截超聲速導(dǎo)彈和攔截亞聲速導(dǎo)彈能力方面,分布式防空作戰(zhàn)和傳統(tǒng)防空作戰(zhàn)相比,攔截能力分別提高97%、123%。

4 攔截效能仿真驗證

4.1 實驗條件

4.1.1 實驗想定

1)攻擊方

兵力:1架預(yù)警機(jī)、4架轟炸機(jī)、4艘潛艇和1個岸艦導(dǎo)彈營。

攻擊武器數(shù)量:據(jù)CSBA報告透露,單艘宙斯盾艦已能同時抗擊38個目標(biāo),未來正向96個目標(biāo)邁進(jìn);結(jié)合文獻(xiàn)[9，16]關(guān)于單艘伯克驅(qū)逐艦抗飽和能力研究成果,本文將發(fā)射導(dǎo)彈數(shù)量設(shè)定為80枚。

攻擊武器類型:除方案4全部為超聲速導(dǎo)彈外,其余方案超聲速和亞聲速導(dǎo)彈各40枚。

攻擊戰(zhàn)術(shù):采用近飽和、多方向的靈活攻擊戰(zhàn)術(shù)對藍(lán)方艦船實施協(xié)同打擊,不同方案的打擊方向具體如表3所示;為保證飛機(jī)平臺的安全,轟炸機(jī)發(fā)射遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈實施防區(qū)外打擊。其發(fā)射的超聲速反艦導(dǎo)彈采用高低彈道結(jié)合的飛行方式,發(fā)射段飛行至1 000 m左右的高空,巡航段飛行高度15米左右,飛行速度2馬赫,距目標(biāo)100 km以內(nèi)多次蛇形機(jī)動,末端躍升俯沖攻擊階段,飛行速度3馬赫。

2)防御方

兵力:1架預(yù)警機(jī)、1艘巡洋艦和3艘伯克級驅(qū)逐艦。

艦船編隊主要采取艦載防空武器實施協(xié)同防空作戰(zhàn),方案1艦船的宙斯盾系統(tǒng)部署AN/SPY-1雷達(dá)、防空武器如表1中集中式裝備方案;方案2、3、4艦船的宙斯盾系統(tǒng)部署ADMR雷達(dá)、防空武器如表1中分布式裝備方案。

4.1.2 主要作戰(zhàn)過程

攻擊方綜合使用多種偵察手段發(fā)現(xiàn)防御方艦船編隊目標(biāo)后,發(fā)射空艦、岸艦和潛艦導(dǎo)彈對以15 kn速度在海上航行的防御方艦船編隊實施打擊。防御方預(yù)警機(jī)發(fā)現(xiàn)攻擊方來襲導(dǎo)彈,引導(dǎo)水面艦船由遠(yuǎn)及近使用標(biāo)準(zhǔn)6、標(biāo)準(zhǔn)2、改進(jìn)型海麻雀、激光武器等實施攔截,同時使用電子戰(zhàn)系統(tǒng)實施軟殺傷。

4.2 實驗方案

共設(shè)計4個實驗方案,其中方案1為基準(zhǔn)案,具體如表3所示。

表3 實驗設(shè)計方案

運用某仿真系統(tǒng)對上述方案開展仿真實驗,實驗數(shù)據(jù)均為公開數(shù)據(jù),每個實驗方案大樣本運行50次,統(tǒng)計不同方案攔截效能實驗結(jié)果,并進(jìn)行分析。

4.3 實驗結(jié)果及分析

仿真實驗結(jié)果如表4所示。

表4 攔截效能仿真實驗結(jié)果

下面針對表4的仿真實驗結(jié)果進(jìn)行分析。

1)攔截超聲速導(dǎo)彈效能方面

攔截數(shù)量方面,與方案1相比,方案2提高了91.6%,方案3提高了71%;攔截比例方面,與方案3的攔截比例(66.3%)相比,方案4的攔截比例(54.7%)降低了11.6%。

2)攔截亞聲速導(dǎo)彈效能方面

攔截數(shù)量方面,與方案1相比,方案2提高了28%,方案3提高了18.4%,總體看,對亞聲速導(dǎo)彈攔截效能較好,提高幅度不大。

3)綜合攔截效能方面

攔截數(shù)量方面,與方案1相比,方案2提高了50.6%,方案3提高了37.1%;攔截比例方面,與方案3的攔截比例(74.9%)相比,方案4的攔截比例(54.8%)降低了20.1%。方案4攔截效能低于表2的理論計算值,主要原因:① 表2中的計算值是所有防空火力均能發(fā)揮作用的理想結(jié)果。② 方案4的結(jié)果是攻防對抗條件下的攔截效能,受多種因素限制,主要原因:導(dǎo)彈來襲方向在小編隊1的左側(cè),兩個小編隊距離較遠(yuǎn),加之防空導(dǎo)彈射程限制,小編隊2只能使用較少防空火力進(jìn)行協(xié)防;導(dǎo)彈蛇形機(jī)動和末端俯沖攻擊,將大幅降低系統(tǒng)跟蹤預(yù)測精度;宙斯盾系統(tǒng)作戰(zhàn)自身存在的火控雷達(dá)分配、照射器分配、發(fā)射架分配和毀傷評估等延遲,疊加來襲導(dǎo)彈的高速飛行因素,將大幅限制中近程防空火力的發(fā)揮。

由此可以得出結(jié)論:① 與傳統(tǒng)防空作戰(zhàn)相比,基于“分布式殺傷”概念的防空攔截效能有一定提升,但實際作戰(zhàn)效能低于理論計算值;② 集中火力打擊其中一個小編隊的作戰(zhàn)戰(zhàn)法,能夠降低防御方艦船編隊的整體防空效率;③ 對不同導(dǎo)彈類型攔截效果存在差異,對于亞聲速導(dǎo)彈的攔截效能很高,但對于超聲速導(dǎo)彈的攔截效能還存在力不從心的問題;④ 導(dǎo)彈來襲方向也能限制編隊防空能力的整體發(fā)揮。

綜合來看,美未來在海上作戰(zhàn)中采取“分布式殺傷”戰(zhàn)法,通過小規(guī)模編隊分散化部署,依托高效的指揮控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù),注重電子戰(zhàn)系統(tǒng)運用,大幅提升了其防空作戰(zhàn)能力,對手很難通過遠(yuǎn)程目標(biāo)指示和打擊手段對其造成有效殺傷,能夠以更小的作戰(zhàn)代價獲取更好的作戰(zhàn)效果。

5 結(jié)束語

海上作戰(zhàn)是未來軍事斗爭的主要形式之一,美聚焦未來海戰(zhàn)形態(tài)和海戰(zhàn)樣式的前沿性、顛覆性技術(shù),通過持續(xù)開展“分布式殺傷”等先進(jìn)作戰(zhàn)概念理論研究,推動作戰(zhàn)概念實施,指導(dǎo)海軍未來能力建設(shè),重塑美國海上進(jìn)攻性作戰(zhàn)能力。文章初步探索了一種定量分析分布式防空作戰(zhàn)能力的思路方法,后期可繼續(xù)開展類似相關(guān)實驗,提出針對性對策建議。