聯(lián)合空中搜救空間管控方法探析

閆靜茹 蘇英振

1.空軍信息通信第一旅北京100095 2.空軍指揮學院作戰(zhàn)指揮系北京100097

自馬航失聯(lián)事件以來,聯(lián)合空中搜救愈發(fā)受到各國重視,它不僅事關(guān)人員生命安全,而且影響國家形象和軍隊聲譽.就本質(zhì)而言,聯(lián)合空中搜救是圍繞搜救目標,由各型空中搜救力量于有限空間內(nèi),協(xié)調(diào)有序、相互配合,共同實施的特定作戰(zhàn)行動.為達成最佳行動效果,空間管控理應成為聯(lián)合空中搜救重點問題.

伴隨聯(lián)合空中搜救地位逐步提升,近些年,國內(nèi)外涌現(xiàn)出大量有關(guān)聯(lián)合空中搜救的理論研究成果,通過總結(jié)歸納,發(fā)現(xiàn)這些成果多從方法、技術(shù)、手段方面探索搜救組織實施問題,如文獻[1]論述了最優(yōu)化搜救航線在線規(guī)劃方法;文獻[2]闡述了搜救兵力編組問題;文獻[3]針對多目標搜救問題,分析了搜救區(qū)域劃分方法.這些成果大致包括搜救體系構(gòu)建、搜救指揮協(xié)同、搜救區(qū)域確定、搜救力量配置、搜救路徑規(guī)劃、搜救方式選擇等.但是,圍繞搜救空間管控展開的研究分析較少,僅于文獻[4]中,作者首次明確搜救行動的空間屬性,并提出“空中搜救錐”作戰(zhàn)概念[4],該概念對聯(lián)合空中搜救行動給予較為系統(tǒng)的描述,指出“空中搜救錐”既是一種作戰(zhàn)思想,也是一種戰(zhàn)場空間,現(xiàn)已逐步運用于西部戰(zhàn)區(qū)空中搜救實踐中.

鑒于文獻[4]的重要啟示,本文著重圍繞空間管控方法,先后引入“空間盒”、“高度協(xié)調(diào)線” 和“空中搜救錐”,依次針對聯(lián)合空中搜救行動創(chuàng)建空間坐標體系、明確空間高度劃分方法、構(gòu)建“搜索”、“作戰(zhàn)”、“救援”、“2 +X+Y+ 1”、“2 + 1” 模式錐體空間模型,以此展開對聯(lián)合空中搜救行動空間管控問題的詳細解析.通過區(qū)分聯(lián)合空中搜救行動階段,創(chuàng)新性建立不同模式下錐體空間模型,同時,分別探討空間坐標體系、高度協(xié)調(diào)線和錐體空間模型在聯(lián)合空中搜救空間管控方面的具體應用,試圖為聯(lián)合空中搜救空間管控問題研究填補理論缺失,并據(jù)此提供模型基礎(chǔ),對聯(lián)合空中搜救行動進行更加形象、具體、生動地闡釋.

1 基于“空間盒”建立空間坐標體系

空間盒是我軍繼全球區(qū)域參考系統(tǒng)之后,自行研究開發(fā)的全球區(qū)域坐標系統(tǒng).聯(lián)合空中搜救過程中,由于不確定因素較多,需各級指揮機構(gòu)基于同一空間坐標體系,在搜救目標位置、搜救區(qū)域確定、搜救高度劃分等方面達成一致,基于此,考慮將空間盒應用于聯(lián)合空中搜救空間管控,具備較好可行性.

1.1 建立空間坐標體系

此處,決定以空間盒為參考基準,同時考慮時間因素對聯(lián)合空中搜救的重要作用,將時間作為另一坐標橫軸附加于空間盒之上,從而構(gòu)建以空間盒為基準,同時兼顧時間要素,且能夠覆蓋全球區(qū)域范圍的聯(lián)合空中搜救空間坐標體系.如圖1所示.圖中,O點代表搜救起始點;A點代表搜救目標最后已知位置點;A′點代表t時間后預定搜救目標位置點;AA′視為搜救目標運動軌跡;OA′視為從搜救起始點出發(fā),到達預定搜救位置的最短搜救航線;W?E軸代表搜救目標所在經(jīng)度;N?S軸代表搜救目標所在緯度;H軸代表搜救力量所處高度;T軸代表搜救時間;tm代表搜救目標最大幸存時間;tjmax代表最大搜救截止時間;S代表搜救區(qū)域;設定以搜救區(qū)域S為底部,各型搜救力量匯聚形成的空間為搜救空間,以V表示;h為搜救空間V的頂部高度,即最高層搜救力量所處高度.如此,空間中任意一點便可通過坐標(W/E,N/S,H,T)表示,如預定搜救目標位置A′點,可表示為(E2,S2,0,t).

圖1 聯(lián)合空中搜救空間坐標體系Fig.1 Joint air search and rescue spatial coordinate syste m

1.2 空間坐標體系在空間管控方面應用

通過建立空間坐標體系,并在體系中設置相關(guān)參數(shù),便可對聯(lián)合空中搜救基本要素進行直觀表述,同時,對于搜救空間管控,將成為一種實用工具.

1.2.1 標示搜救空間位置

設定某次聯(lián)合空中搜救行動中,參與行動的搜救力量包括2 架搜救直升機、1 架武裝直升機、1 架加油機、2 架殲擊機和1 架預警機,如圖2所示,A為搜救目標已知位置點,A′(E2,S2,0,t)為經(jīng)過計算后,t時刻搜救目標所在位置點.2 架搜救直升機同時從O點出發(fā),飛至A′點上空后,開始以A′為基點、R為搜尋半徑、圓形區(qū)域S為搜救區(qū)域,對搜救目標展開扇形搜索;預警機負責空中偵察與監(jiān)視,高度為h1;殲擊機負責敵情偵察和對空作戰(zhàn),高度為h2;加油機負責空中加油,高度為h3;武裝直升機負責伴隨掩護,高度為h4;搜救直升機負責搜索發(fā)現(xiàn)和懸停吊救,高度為h5.

由圖2 可以看出,預警機位于搜救區(qū)域頂部,其次為殲擊機、加油機、武裝直升機、搜救直升機,各型搜救力量按照各自高度分層配置,從而構(gòu)成特定搜救空間.此時,扇形搜救空間可看作以A′為底面中心點,R為底面半徑,搜救區(qū)域S為底面,預警機飛行高度h1為高度構(gòu)成的圓柱體.搜救空間底面中心點為A′(E2,S2,0,t),搜救空間頂面中心點為C(E2,S2,h1,t).

1.2.2 計算搜救空間容量

設定搜救空間容量為V,以圖2 中扇形搜索方式為例,可將扇形搜救空間容量表示為:

此時,搜救空間容量V可理解為以搜救目標位置點為基準,通過合理配置各型搜救力量,所構(gòu)成的搜救空間容量.同時,也可用于衡量特定搜索方式下,搜救空間所能承載的搜救力量規(guī)模.

1.2.3 空間管控具體方法

在統(tǒng)一表述搜救空間位置,并完成特定搜索方式下搜救空間容量計算后,便可根據(jù)上述分析結(jié)果,對搜救空間實施有效管控.

一是通過優(yōu)化配置搜救力量實施.特定搜索方式下,為進一步縮小搜救范圍,有效規(guī)避敵方偵察與監(jiān)視,同時節(jié)約搜救成本,需要在完成搜救任務的前提下,盡可能約束搜救空間容量,通過優(yōu)化配置搜救力量,盡量選用數(shù)量最少、性能最強的搜救設施實施搜救行動.

二是通過辨別空中作戰(zhàn)態(tài)勢實施.當我方成功占據(jù)空中優(yōu)勢時,可適當擴大搜救空間,以確保在較大范圍內(nèi)快速完成搜索發(fā)現(xiàn).而當未能占據(jù)空中優(yōu)勢時,可適當縮小搜救空間,以確保搜救行動自身安全.

三是通過空中搜救行動階段實施.搜索發(fā)現(xiàn)階段,通常將武裝直升機與搜救直升機并行配置,以便更好地實施伴隨掩護,從而使搜救空間大致呈現(xiàn)為圓柱形.懸停吊救階段,則需將搜救直升機配置于最底端,使其在較低高度保持穩(wěn)定懸停狀態(tài),同時,將預警機、殲擊機、殲擊轟炸機適當向外配置,以便在較大范圍內(nèi)對敵構(gòu)成偵察探測與警戒打擊壓力,從而使搜救空間大致呈現(xiàn)為錐形.

2 基于“高度協(xié)調(diào)線”劃分空間高度層

高度協(xié)調(diào)線,是為避免空軍飛機、海軍飛機、陸軍直升機、無人機和常規(guī)導彈間飛行矛盾,對空域內(nèi)飛行高度層進行科學區(qū)分,所采取的一種指揮控制措施.由此,決定將高度協(xié)調(diào)線應用于聯(lián)合空中搜救空間管控,以便完成搜救空間高度配置.

2.1 建立搜救空間高度協(xié)調(diào)線

現(xiàn)依據(jù)高度協(xié)調(diào)線基本原理,在聯(lián)合空中搜救空間坐標體系基礎(chǔ)上,建立聯(lián)合空中搜救空間高度協(xié)調(diào)線,并進行高度層劃分.如圖3所示.通過區(qū)分搜救力量類型,于搜救空間內(nèi)設置2 個緩沖區(qū),分別為S1、S2.緩沖區(qū)S1上沿高度為H11,下沿高度為H12,緩沖區(qū)S2上沿高度為H21,下沿高度為H22.設定遇險人員存活時間為tm,最大搜救截止時間為tjmax,高度協(xié)調(diào)線生效時段為(0,tjmax),各型搜救力量高度層配置,以及在搜救行動中擔負任務情況如表1所示.

圖3 聯(lián)合空中搜救空間高度層劃分情況Fig.3 Joint air search and rescue space altitude division

表1 聯(lián)合空中搜救空間高度層配置情況Table 1 Joint air search and rescue space altitude configuratio

2.2 高度協(xié)調(diào)線在空間管控方面應用

建立聯(lián)合空中搜救空間高度協(xié)調(diào)線后,便可根據(jù)高度協(xié)調(diào)線相關(guān)使用規(guī)定,對聯(lián)合空中搜救空間管控方法作進一步梳理總結(jié).

2.2.1 劃設高度范圍

通過運用高度協(xié)調(diào)線,結(jié)合各型搜救力量飛行高度、作用范圍和任務類型,在搜救空間內(nèi)設置若干緩沖區(qū),可將搜救空間劃分為不同高度層.如此,既可有效避免各型力量相互干擾,造成不必要損失,也可以高度為基準,促使各級指揮員及其指揮機關(guān)配置搜救力量過程中思路更加清晰.同時,便于各型搜救力量參考高度設置,進一步理清自身作用范圍,做到協(xié)調(diào)有序、互相配合,共同完成搜救任務.

2.2.2 優(yōu)化空間配置

通過建立高度協(xié)調(diào)線,將不同搜救力量由低至高,根據(jù)其飛行參數(shù)和運用特點依次部署,可極大優(yōu)化搜救空間配置.結(jié)合聯(lián)合空中搜救需要,巧妙設計緩沖區(qū)位置和高度,確保圍繞同一搜救目標,各型搜救力量能夠按照高度協(xié)調(diào)線相關(guān)規(guī)定,于有限空間達成優(yōu)化配置.通過調(diào)整高度分布,促使其共同利用現(xiàn)有空間范圍,充分發(fā)揮自身作用,同時相互支援配合,形成最佳力量效能,實現(xiàn)對搜救空間的完全利用,使搜救空間配置達到最優(yōu)化.

2.2.3 規(guī)范用空活動

按照相關(guān)要求,高度協(xié)調(diào)線一經(jīng)制定,各高度層空中搜救力量必須嚴格遵守高度范圍,禁止隨意突破.聯(lián)合空中搜救行動中,各高度層空中搜救力量需嚴格遵守高度協(xié)調(diào)線管控規(guī)定,在各自高度范圍內(nèi)執(zhí)行搜救任務,以自身高度范圍為基準,規(guī)范并約束搜救行動.遇有特殊情況,需超出高度范圍時,應依照審批程序,逐級報請上級批準.高度協(xié)調(diào)線建立和運用,對于規(guī)范搜救力量用空活動,確保各型力量行動有序,具有極為重要的現(xiàn)實意義.

3 基于“空中搜救錐”構(gòu)建錐體空間模型

文獻[4]中“空中搜救錐”作為一種作戰(zhàn)概念,旨在強調(diào)“聯(lián)合空中搜救為體系支撐下的點行動,錐內(nèi)各層行動均應以搜救目標為核心,進而形成錐形物理空間”.實際上,此種錐形空間僅適合于描述聯(lián)合空中搜救懸停吊救階段,并非適用于行動全過程.對此,決定基于“空中搜救錐” 概念,通過區(qū)分不同行動、力量模式,建立聯(lián)合空中搜救錐體空間模型.

3.1 不同行動模式錐體空間模型

不同行動模式錐體空間模型,即根據(jù)聯(lián)合空中搜救不同行動階段特點,分別為其建立錐體空間模型.現(xiàn)結(jié)合具體實際,將聯(lián)合空中搜救行動區(qū)分為搜索模式、作戰(zhàn)模式和救援模式.

3.1.1 搜索模式

搜索模式,主要用于搜索發(fā)現(xiàn)階段.此時,為更好地達成“空中指揮”功效,認為預警機、電子偵察機以搜救目標位置點為基準,部署在搜救區(qū)域上空,且位于最高層,用以空中指揮和偵察探測敵情[5];制空戰(zhàn)斗機保持于較高位置,實施警戒巡邏;武裝直升機伴隨搜救直升機飛行,與搜救直升機配置于同等高度[6].由此,建立搜索模式錐體空間模型,如圖4所示.設定搜救直升機以扇形搜索方式,于搜救區(qū)域上空實施搜索發(fā)現(xiàn),搜索半徑為R1,O為搜救起始點,A為搜救目標最后已知位置點,A′為t時刻預定搜救目標位置點,預定搜救區(qū)域為以A′為圓心、R1為半徑的圓形區(qū)域S,錐體空間內(nèi)采用高度協(xié)調(diào)線規(guī)則,共設置2 個緩沖區(qū),分別為S1、S2,各高度層力量分布情況如圖4所示.搜救空間V可表示為由C(E2,S2,HC,t)為圓心、R1為半徑的底部區(qū)域S′,B(E2,S2,HB,t)為圓心、R2為半徑的頂部區(qū)域S′′,以及高度HBC構(gòu)成的錐體空間.其中,R2是指預警機或電子偵察機,為滿足搜索發(fā)現(xiàn)、空中指揮和偵察探測敵情需要,以搜救目標位置點A′為圓心,應合理選取的飛行半徑.由此,搜救空間容量可表示為:

圖4 搜索模式錐體空間模型Fig.4 Cone space model in search mode

式中:HB為預警機或電子偵察機應合理選取的飛行高度;HC為搜救直升機飛行高度.

3.1.2 作戰(zhàn)模式

作戰(zhàn)模式,主要在搜救行動受到敵方阻射攔截時使用.此時,預警機、電子偵察機以搜救目標位置點為基準,部署在搜救區(qū)域上空,且位于最高層,用以空中指揮和偵察探測敵情;制空戰(zhàn)斗機通常以高制低,從高空消滅或阻擊敵空中力量,同時壓制敵防空火力[7];武裝直升機則需稍低于搜救直升機配置,以掩護搜救直升機安全,先期肅清敵地對空火力.以搜索模式為基礎(chǔ),搜救原始條件不變,建立作戰(zhàn)模式錐體空間模型,如圖5所示.設定搜索發(fā)現(xiàn)階段突遭敵航空火力襲擊,于是啟動作戰(zhàn)模式[8].為保證搜救直升機安全,同時確保武裝直升機順利實施對地打擊,決定于搜救直升機、武裝直升機之間設置緩沖區(qū)S3,由此,搜救空間內(nèi)共設置3 個緩沖區(qū),分別為S1、S2、S3.搜救空間V可表示為由C(E2,S2,HC,t)為圓心、R3為半徑的武裝直升機作用區(qū)域S′,B(E2,S2,HB,t)為圓心、R2為半徑的頂部區(qū)域S′′,以及高度HBC構(gòu)成的錐體空間.其中,R2是指預警機或電子偵察機,為滿足空中指揮和偵察探測敵情需要,以搜救目標位置點A′為圓心,應合理選取的飛行半徑;R3是指武裝直升機為掩護搜救直升機安全,以搜救目標位置點A′為圓心,應合理選取的飛行半徑.由此,搜救空間容量可表示為:

圖5 作戰(zhàn)模式錐體空間模型Fig.5 Cone space model in combat mode

式中:HB為預警機或電子偵察機應合理選取的飛行高度;HC為武裝直升機應合理選取的飛行高度.

3.1.3 救援模式

救援模式,主要用于懸停吊救階段.此時,預警機、電子偵察機以搜救目標位置點為基準,部署于搜救區(qū)域上空,且位于最高層,用以空中指揮和偵察探測敵情;殲擊機、殲擊轟炸機等壓制、掩護力量保持較高高度實施警戒巡邏;武裝直升機稍高于搜救直升機[9],負責掩護搜救直升機行動;搜救直升機位于較低高度對搜救目標實施懸停吊救.保持原始條件不變,建立救援模式錐體空間模型,如圖6所示.搜救空間內(nèi)共設置2 個緩沖區(qū),分別為S1、S2.搜救空間V可看作以搜救目標位置A′(E2,S2,0,t)為圓心、R2為半徑的底部區(qū)域S′,以及高度HB構(gòu)成的錐體空間.其中,R2是指預警機或電子偵察機,為滿足空中指揮和偵察探測敵情需要,以搜救目標位置點A′為圓心,應合理選取的飛行半徑.由此,搜救空間容量可表示為:

圖6 救援模式錐體空間模型Fig.6 Cone space model in rescue mode

式中:HB為預警機或電子偵察機應合理選取的飛行高度.

3.2 不同力量模式錐體空間模型

不同力量模式錐體空間模型,即按照有無奪取制空權(quán),對聯(lián)合空中搜救分別進行力量配置,同時建立不同力量配置模式下的錐體空間模型.

3.2.1 未完全奪取制空權(quán)

未完全奪取制空權(quán)情況下,必須重點考慮敵情威脅,搜救過程中,仍需預警機、電子偵察機位于高空實施大范圍偵察探測,殲擊機、殲擊轟炸機在大范圍內(nèi)進行警戒巡邏[10],由此形成上寬下窄的反向錐體空間.此時,采取一般力量配置模式,即“2+X+Y+1”模式,2 架搜救直升機,X架武裝直升機,Y架殲擊機,1 架預警機.其中,武裝直升機、殲擊機數(shù)量視戰(zhàn)場情況而定.如圖7所示.設定此時處于搜索模式,原始條件保持不變,共設置S1、S2兩個緩沖區(qū).

由圖7 可知,搜救空間容量為:

圖7 “2+X+Y +1”力量模式錐體空間模型Fig.7 Cone space model in“2+X+Y +1”power mode

式中:R2為預警機應合理選取的飛行半徑;HB為預警機應合理選取的飛行高度;R1為搜尋半徑;HC為底端搜救直升機飛行高度.

3.2.2 已奪取制空權(quán)

已奪取制空權(quán)情況下,雖然搜救區(qū)域不變,但由于敵情威脅較小,預警機可于較小范圍內(nèi)實施偵察探測,由此形成上窄下寬的正向錐體空間.此時,無需派遣殲擊機、殲擊轟炸機等壓制、掩護力量,可采取簡化的力量配置模式[11],即“2+1”模式,2 架搜救直升機和1 架預警機.其中,一架搜救直升機負責懸停吊救,另一架負責武裝警戒,如圖8所示.設定此時處于搜索模式,原始條件保持不變,僅設置一個緩沖區(qū)S1.

由圖8 可知,搜救空間容量為:

圖8 “2+1”力量模式錐體空間模型Fig.8 Cone space model in“2+1”power mode

式中:R1為搜尋半徑;R2為預警機應合理選取的飛行半徑.

3.3 錐體空間模型在空間管控方面應用

以錐體空間模型為基準,可繼續(xù)探索錐體空間管控措施和動態(tài)管控方法,從而使錐體空間模型在聯(lián)合空中搜救空間管控中得到具體應用.

3.3.1 錐體空間管控措施

針對聯(lián)合空中搜救錐體空間,特提出以下管控措施,以便進一步強化管控效果,確保聯(lián)合空中搜救空間管控活動有力實施.

1)嚴格空間范圍.各型力量必須嚴格遵守空間管控規(guī)定,始終保持在各自空間范圍內(nèi)實施參與搜救行動[12],若遇緊急情況,需臨時突破空間范圍時,應及時報請相應指揮機構(gòu)審核批準.

2)履行生效時段.聯(lián)合空中搜救錐體空間應根據(jù)各階段任務不同,規(guī)定不同模式下生效時段,各型力量需緊密配合,力爭在生效時段范圍內(nèi),高效完成搜救任務[13].

3)禁止任意出入.搜救過程中,錐體空間呈封閉狀態(tài),以便形成整體力量優(yōu)勢,并確保搜救行動安全.如需增加或減少搜救力量,必須報請相應指揮機構(gòu)批準,否則,特定生效時段內(nèi),任何力量未經(jīng)允許不得隨意出入[14].

3.3.2 錐體空間動態(tài)管控

聯(lián)合空中搜救面臨情況復雜多樣,空間管控過程中,應時刻關(guān)注目標位置、自然環(huán)境和戰(zhàn)場環(huán)境變化[15],以便及時對錐體空間進行動態(tài)調(diào)整,確?？臻g管控始終滿足戰(zhàn)時聯(lián)合空中搜救需要.

目標位置.搜救目標位置不同,必然引起搜救區(qū)域改變,進而導致搜救方式、力量配置,以及空間態(tài)勢依次作出相應調(diào)整[16].應當說,整個聯(lián)合空中搜救過程中,錐體空間應始終以搜救目標位置為中心,時刻處于動態(tài)管控過程中.

自然環(huán)境.伴隨自然環(huán)境變化,錐體空間將呈現(xiàn)出不同態(tài)勢.海洋環(huán)境下,受海面風、潮流作用影響,表現(xiàn)為平底動態(tài)錐體空間;平原環(huán)境下,氣象條件一般較為穩(wěn)定,表現(xiàn)為平底靜態(tài)錐體空間;高原或山地環(huán)境下,地形起伏較大,且受大風、強氣流擾動影響,表現(xiàn)為斜底動態(tài)錐體空間.

戰(zhàn)場環(huán)境.戰(zhàn)場環(huán)境不同,錐體空間形態(tài)也將有所不同.搜救目標位于敵方控制區(qū),且敵情威脅較大時,需要殲擊機、殲擊轟炸機位于高層,實施大范圍警戒巡邏,表現(xiàn)為上寬下窄的反向錐體空間;而當搜救目標位于我方控制區(qū),且敵情威脅較小時,無需過多壓制、掩護力量參與,表現(xiàn)為上窄下寬的正向錐體空間.

4 結(jié)論

本文以“空間盒”全球坐標參考系統(tǒng)為基準,建立聯(lián)合空中搜救空間坐標體系;采用“高度協(xié)調(diào)線”指揮控制措施,為聯(lián)合空中搜救劃分空間高度層;基于“空中搜救錐”作戰(zhàn)概念,結(jié)合聯(lián)合空中搜救實際,分別構(gòu)建不同行動、力量模式下錐體空間模型,并逐一探討了空間坐標體系、高度協(xié)調(diào)線、錐體空間模型在空間管控方面的具體應用.通過研究分析,認為上述方法對于聯(lián)合空中搜救空間管控具備了一定實效性.