構建反制激光紅外制導武器的陸域防御體系思考

李朝龍,林德群,趙 寒

(1.軍事科學院戰(zhàn)爭研究院,北京 100086；2.陸軍研究院,北京 100010)

1 引 言

敘利亞戰(zhàn)爭期間,俄軍對敘利亞境內(nèi)的伊斯蘭國恐怖組織(ISIS)主要采用遠程精確打擊方式,定點摧毀了其重點目標和關鍵設施,其中3M14口徑巡航導彈和X-101空射型巡航導彈等遠程精確制導武器發(fā)揮了極大威力和作用,展示了精確制導武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不可或缺的地位。隨著戰(zhàn)爭形態(tài)的快速演變和科學技術的高速發(fā)展,精確制導武器和精確制導技術持續(xù)得到軍事強國的高度重視,對其防御能力也同步得到極大提高。

近幾場局部戰(zhàn)爭中,無論是有人、無人協(xié)同作戰(zhàn)的空襲兵器,或是無人機搭載的制導武器,始終對交戰(zhàn)方重要軍事目標和武裝力量構成嚴重的空中威脅,并且隨著其精確制導武器性能的提高、攻擊樣式和戰(zhàn)役戰(zhàn)術的變化,基于陸域的防空武器系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、搜索、跟蹤和抗擊相關有人、無人空襲兵器遭到極大障礙,以納卡沖突中交戰(zhàn)雙方的復盤過程來看,必須對基于激光紅外制導武器的陸域防御系統(tǒng)予以加強和重視。以防范激光制導、電視/紅外成像制導、雷達制導等精確制導武器以及復合制導的精確制導武器已成為陸域防御系統(tǒng)的主要作戰(zhàn)對象和典型場景。

本文首先對戰(zhàn)爭形態(tài)快速演變下陸戰(zhàn)特點進行重點分析,針對外軍精確制導武器發(fā)展規(guī)劃和技術改進對陸地防御提出的挑戰(zhàn),構設了新型作戰(zhàn)形態(tài)下基于激光紅外制導武器的陸域防御系統(tǒng)概念,為相關防御體系的建設和發(fā)展提供理論支撐和參考借鑒。

2 陸域防御系統(tǒng)作戰(zhàn)特點

陸域防御系統(tǒng)作戰(zhàn),往往集中處于防空作戰(zhàn)的最后一層防御環(huán)節(jié),其作戰(zhàn)需求具體表現(xiàn)為:一是決策時間短,要求事先作戰(zhàn)預案準備充分,未來防御要實現(xiàn)自動化,人工反應的效率和時間無法有效應對多方向來襲武器；二是敵方意圖明顯,敵方的攻擊目標指向性已明確,可能已開始做攻擊動作前的準備；三是攔截成功率要求高,因為處于最后一道防線,多數(shù)情況下并不具備多次攔截的時間與機會,要求能一次攔截成功。

3 典型作戰(zhàn)目標分析

激光制導、電視/紅外成像制導、雷達制導等精確制導武器已成為當今對地精確打擊武器的典型代表。其中,電視/紅外成像制導武器以目標形狀、大小、灰度分布和運動狀況等綜合特征對目標進行識別,具有一定“智能”和較高抗干擾能力,由于工作波段短,系統(tǒng)分辨率及打擊精確度高,同時由于以被動尋的方式攻擊目標,具有“發(fā)射后不管”能力,提高了載機平臺生存能力。

激光制導炸彈主要用于攻擊地面固定目標,威力大,典型代表有“寶石路”系列和GPS/激光復合制導炸彈等。激光制導導彈則主要用于攻擊海上/地面運動目標,典型代表有“小?！?、“海爾法”、“硫磺石”和AS-30L等。由于激光制導炸彈的裝備成本較低,因此比激光制導導彈的品種更多,裝備量也更大,已成為當今F16、F22和F35,及B-52等主戰(zhàn)飛機首選的主要對地攻擊武器之一。

以第四代激光制導炸彈為代表的先進空—地激光制導武器將進一步發(fā)展。大量采用GPS/INS/激光多模復合制導體制,解決惡劣天氣條件下的作戰(zhàn)運用問題。推動主動激光成像末制導技術加快成熟,使其具備“投放后不管”的作戰(zhàn)能力。通過加裝滑翔翼和提高發(fā)動機能力,進一步增大制導炸彈射程。

隨著制冷紅外焦平面成像技術進步與廣泛應用,外軍機載中波前視紅外系統(tǒng)已發(fā)展到了第四代；多采取凝視成像技術體制,也有部分采用掃描成像體制；通常分搜索與跟蹤大小兩個視場,以擴大搜索范圍并兼顧對遠距離弱小目標的觀瞄；目標指示精度1 mrad左右。

近幾場局部戰(zhàn)爭中,美俄軍隊空中力量由于采用前視紅外系統(tǒng),主戰(zhàn)飛機有效出勤率提高了2～2.5倍；平均作戰(zhàn)時間較僅裝備白晝型探測系統(tǒng)的飛機增加4倍；精確制導武器的命中率提高3～4倍。同時,隨著地面防空武器攻擊距離不斷擴展,空襲戰(zhàn)機為實現(xiàn)火力圈以外安全投彈,機載光電觀瞄/中波前視紅外系統(tǒng)作用距離今后還會有所提高[1]。

4 陸域防御系統(tǒng)構想

陸域防御系統(tǒng)的主要任務是防御中程攔截后遺漏的空地精確制導武器、攻擊型無人機和武裝直升機等目標,兼顧對抗進入射程的各種固定翼飛機。

在光電信息系統(tǒng)一體化、信息化、自動化指揮控制下,以綜合光電對抗、戰(zhàn)術激光武器、中近程防空導彈、自行高炮等武器系統(tǒng)為手段,對來襲抵近飛行器、制導彈藥等武器實施遠近覆蓋、點面結合、軟硬一體的分層攔截,各分系統(tǒng)采用戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈或通信網(wǎng)絡進行信息交互,中型高機動底盤承載。

陸域防御系統(tǒng)的典型作戰(zhàn)使用流程分為總體任務規(guī)劃、目標預警探測、作戰(zhàn)指揮決策、攔截行動執(zhí)行、作戰(zhàn)綜合保障等五個部分(圖1)。

圖1 系統(tǒng)工作流程Fig.1 System workflow

(1)總體任務規(guī)劃

光電信息分系統(tǒng)根據(jù)上級命令、當前敵情、作戰(zhàn)地域的特點,制作戰(zhàn)計劃和保障計劃,協(xié)調(diào)作戰(zhàn)空域和頻率,明確作戰(zhàn)任務、部署范圍,以及協(xié)同關系和協(xié)同要求。

相關武器分系統(tǒng)完成裝備展開和部署,進入戰(zhàn)斗狀態(tài)。

(2)目標預警探測

擔負武器系統(tǒng)指揮任務的光電信息分系統(tǒng)對整個重要目標的周圍空域的預警監(jiān)視,探測來襲的各種空襲兵器目標,通過對目標的搜索、跟蹤、分類與識別,為武器系統(tǒng)提供較為詳盡的來襲目標的數(shù)量、距離、速度、方位坐標、威脅程度、目標的種類等信息,為優(yōu)化配置提供支持,也為綜合光電對抗、戰(zhàn)術激光武器、火力打擊單元提供目標指示及火力引導。

綜合光電對抗分系統(tǒng)、戰(zhàn)術激光武器分系統(tǒng)在野戰(zhàn)空情和光電信息分系統(tǒng)的偵察情報引導下,對敵機載光電觀瞄設備、雷達、精確制導武器實施偵察,獲取機載光電設備、雷達等戰(zhàn)場態(tài)勢感知系統(tǒng)和精確制導武器的數(shù)量、種類、距離等參數(shù)。

(3)作戰(zhàn)指揮決策

各型武器裝備完成對目標參數(shù)和方位信息分析處理后,上報光電信息分系統(tǒng)。光電信息分系統(tǒng)匯集各系統(tǒng)上報的偵察情報,在野戰(zhàn)空情、陸戰(zhàn)場情報和戰(zhàn)役情報支援下,完成對各武器上報的重要目標情報的關聯(lián)印證,形成防御當面敵情態(tài)勢。并根據(jù)作戰(zhàn)需要向各武器及友鄰分發(fā)目標引導信息,調(diào)整偵察任務,協(xié)調(diào)各編組間的作戰(zhàn)行動。

(4)攔截行動執(zhí)行

綜合光電對抗分系統(tǒng)、戰(zhàn)術激光武器分系統(tǒng)和近程防空導彈/高炮分系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)任務,執(zhí)行攔截行動,并向光電信息分系統(tǒng)上報對攔截情況。也可在各自系統(tǒng)引導下,自主完成對目標的搜索、判斷,向上級申請攔截請求。

光電信息分系統(tǒng)匯集各武器上報的攔截態(tài)勢,形成陸域防御系統(tǒng)綜合防御態(tài)勢,并向上級上報。同時,根據(jù)戰(zhàn)場情況或上級下發(fā)的目標引導信息,合理分配對抗與火力資源,向友鄰通報有關作戰(zhàn)情況,同時依據(jù)上級任務調(diào)整指示或當面戰(zhàn)場態(tài)勢,向各武器下達攔截任務調(diào)整指令,協(xié)調(diào)武器間作戰(zhàn)行動。

(5)作戰(zhàn)綜合保障

當裝備出現(xiàn)故障時,向光電信息分系統(tǒng)上報戰(zhàn)損情況和裝備狀態(tài),光電信息分系統(tǒng)指揮綜合保障車采用定點保障或支援保障方式對裝備進行搶修,使之恢復作戰(zhàn)能力。

5 陸域防御系統(tǒng)組成

陸域防御系統(tǒng)基本型主要由光電信息分系統(tǒng)、綜合光電對抗分系統(tǒng)、戰(zhàn)術激光武器分系統(tǒng)、近程防空導彈/高炮分系統(tǒng)、綜合保障分系統(tǒng)等組成。主要解決重要目標的末端防御能力不足的問題,適應陸軍作戰(zhàn)條件下對精確制導武器等目標的攔截任務,用于對固定陣地高價值目標的保護,具有一定的隨隊防護能力。

對于保護戰(zhàn)役戰(zhàn)略性目標,還可以在陸域防御系統(tǒng)基本配置的開放式互聯(lián)平臺上,增選能力更強的戰(zhàn)術激光武器、微波武器系統(tǒng)、高定向GPS干擾系統(tǒng)、中近程防空導彈系統(tǒng)、高炮系統(tǒng)、電磁炮等武器。構成功能增強的防御系統(tǒng),使得攔截高度更高、防御距離更遠[2]。

陸域防御系統(tǒng)既可以全套配置,也可以根據(jù)不同防護環(huán)境及任務的要求,在基本型的基礎上增加不同的配置,滿足不同領域的防御需求?；拘蜆嫵梢妶D2。

圖2 陸域防御系統(tǒng)組成Fig.2 Composition of land defense system

光電信息分系統(tǒng)主要由搜索雷達、光電搜跟、北斗設備、戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈或通信網(wǎng)絡終端設備、分布式傳感器信息融合處理單元、態(tài)勢及威脅評估處理設備和指揮控制單元組成,如圖2所示?；谕ㄐ啪W(wǎng)絡實現(xiàn)目標探測、光電對抗、戰(zhàn)術激光武器、導彈/高炮等作戰(zhàn)單元的信息交互。完成空情收集、上級指令接收、目標信息獲取、分布式多傳感器信息融合、目標威脅等級評估、戰(zhàn)場態(tài)勢展現(xiàn)、多武器平臺協(xié)同作戰(zhàn)、防御效能評估等任務。

綜合光電對抗分系統(tǒng)包括:探測告警、光電對抗、雷達對抗、系統(tǒng)控制等。主要完成對來襲武器觀瞄裝置、光電導引頭、雷達導引頭的干擾任務。

戰(zhàn)術激光武器分系統(tǒng)主要包括:搜索告警、捕獲跟瞄、高能激光、電氣電源、中央控制等。主要完成對武裝直升機載光電系統(tǒng)、光電制導武器導引頭等目標的激光毀傷任務[2]。

近程防空導彈/高炮分系統(tǒng)主要包括:基于陸域防御系統(tǒng)裝車適應性及網(wǎng)絡化改造后的系列近程地空導彈,高炮等武器系統(tǒng),完成對來襲目標在不同距離段的攔截任務[3]。

該系統(tǒng)可對防護區(qū)域?qū)崿F(xiàn)多目標的快速組網(wǎng)探測跟蹤。對防區(qū)的戰(zhàn)場態(tài)勢進行高度自動化的信息處理,自動實現(xiàn)高速威脅判斷和網(wǎng)絡化智能火力指揮和控制。系統(tǒng)具備了多樣化的干擾、毀傷手段,實現(xiàn)點面結合、遠近配套的多波段防御對抗,軟硬結合的目標光電干擾/毀傷與硬火力攔截,可以適應復雜氣象條件,復雜電磁環(huán)境及夜間作戰(zhàn)的要求。保證了系統(tǒng)有能力針對防御區(qū)域來襲威脅目標實現(xiàn)高的防御成功率。

6 典型作戰(zhàn)使用場景及流程

6.1 系統(tǒng)作戰(zhàn)區(qū)域想定

假設對我陸軍某地面目標進行防空防御,陸域防御系統(tǒng)在陣地呈扇形布置,同時,在重要點位布置擺放式干擾設備和干擾器材。

本系統(tǒng)的作戰(zhàn)區(qū)域想定如圖3所示。

圖3 作戰(zhàn)區(qū)域示意圖

(1)雷達搜索系統(tǒng)在G、H區(qū)域搜索目標,發(fā)現(xiàn)目標后將信息送給光電信息系統(tǒng)進行態(tài)勢顯示,并初步進行目標識別和威脅判斷；

(2)在威脅目標進入作戰(zhàn)空域D+E+F+G區(qū)域的趨勢時,啟動光電搜跟系統(tǒng)對目標進行跟蹤,建立目標航路,并決策是否向綜合光電對抗系統(tǒng)或戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)發(fā)送命令和目標坐標信息,開啟光電干擾設備或戰(zhàn)術激光武器進行光電干擾。此區(qū)域主要是針對光電設備的干擾和軟殺傷；

(3)當威脅目標進入C+D+E區(qū)域時,決策是否向綜合光電對抗系統(tǒng)或戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)發(fā)送命令和目標坐標信息,開啟光電干擾或激光武器,進行光電干擾或使用激光武器進行光電毀傷；如果目標進一步進入C+D區(qū)域,則進入中程高炮擊落區(qū)域,在此區(qū)域可向高炮武器系統(tǒng)發(fā)送命令和目標坐標信息,指揮高炮群進行集火或集距射擊；

(4)當目標進入C區(qū),決策是否向綜合光電對抗系統(tǒng)發(fā)送命令和目標坐標信息,指揮用近中程系列導彈攻擊目標；決策是否采用激光武器或光電對抗手段攻擊目標；

(5)當目標接近A+B之內(nèi)的近程區(qū)域時,決策是否向高炮系統(tǒng)發(fā)送命令和目標坐標信息,使用近程高炮集群射擊攔截目標；決策是否采用激光武器擊落目標；決策是否向光電干擾車發(fā)送命令開啟激光誘偏裝置。

6.2 作戰(zhàn)效能分析

敵方空地導彈對我地面目標進行攻擊,之后出動武裝直升機與攻擊型無人機對我方地面目標進行偵察騷擾和目標打擊。

(1)敵方作戰(zhàn)部署想定

第一批,數(shù)枚精確制導導彈突破前端防御,進入我陸域攔截范圍,設導彈以1Ma速度向我陣地逼近,導彈飛行時間間隔1min之內(nèi)。

第二批,4架次“阿帕奇”武裝直升機進入我防區(qū)。每架飛機帶彈:AGM-114K激光制導導彈4枚,其中一架直升機執(zhí)行激光目標指示任務。

第三批,2架次“捕食者A”無人機。每架無人機帶圖像制導導彈彈兩枚。

以下作戰(zhàn)過程推演主要按同批次不間斷投彈條件進行。

(2)針對敵精確制導導彈防御效能分析

敵精確制導導彈防區(qū)外發(fā)射,突破中遠端防區(qū),向我末端防區(qū)逼近。我末端防御系統(tǒng)遠程雷達搜索預警工作,偵察到該批次精確制導導彈進入我防區(qū),發(fā)現(xiàn)目標距離約25～30 km,分布于90°扇形區(qū)域。設導彈以1 Ma速度飛行,自25 km發(fā)現(xiàn)目標開始,至飛抵我防御陣地,共需飛行約70 s時間。我末端防御系統(tǒng)必須在60 s時間內(nèi)在不同層次對來襲導彈實施成功攔截。對同時出現(xiàn)在防區(qū)的多個目標進行編號,隨時根據(jù)預警探測系統(tǒng)和效能評估系統(tǒng)所給出的綜合信息,動態(tài)調(diào)整各目標威脅等級排序。

當雷達搜索系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)來襲目標,陸域防御系統(tǒng)即由準備狀態(tài)進入戰(zhàn)斗狀態(tài),開啟GPS干擾裝置對來襲目標實施電子干擾,光電搜跟系統(tǒng)在20 km以遠對目標捕獲和跟蹤,系統(tǒng)將目標威脅等級進行快速排序,其中等級排序奇數(shù)目標分配給光電對抗分系統(tǒng),威脅等級偶數(shù)目標分配給戰(zhàn)術激光武器分系統(tǒng),由兩個系統(tǒng)分別發(fā)射激光對目標實施短時照射,由效能評估系統(tǒng)判斷是否光電制導武器,每個目標照射1 s。調(diào)轉轉臺穩(wěn)定跟蹤目標,時間2 s。這樣,3 s內(nèi)兩套系統(tǒng)各完成一個目標的識別與跟蹤。

目標初步識別后,綜合光電對抗分系統(tǒng)選擇威脅等級最高的光電制導導彈進行持續(xù)跟蹤干擾。以期在遠距離實現(xiàn)對精確制導導彈的光電導引頭實現(xiàn)飽和干擾,使之喪失制導能力,同時搜索告警系統(tǒng)監(jiān)視導彈飛行軌跡,對受到干擾而偏離我防御區(qū)域飛行的目標,則降低其威脅等級。綜合光電對抗分系統(tǒng)(雷達對抗單元)則對基于信息系統(tǒng)判別的非光電制導武器實施重點監(jiān)視和雷達干擾。來襲導彈從15 km經(jīng)20 s左右時間的飛行后,進入8 km激光毀傷、彈炮摧毀、綜合光電對抗組合層防御圈。

此時,戰(zhàn)術激光武器分系統(tǒng)與綜合光電對抗分系統(tǒng)按威脅等級奇偶數(shù)分工,奇數(shù)目標由戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)實施毀傷,偶數(shù)目標由光電對抗分系統(tǒng)實施干擾。導彈從8 km到3 km防御圈,需15 s時間。5 s為戰(zhàn)術激光武器毀傷一個目標的周期,其中2 s內(nèi)調(diào)轉轉臺跟蹤瞄準目標,1 s內(nèi)發(fā)射高能激光毀傷目標,2 s毀傷效果評估。這樣戰(zhàn)術激光武器可以完成對3個光電制導導引頭的毀傷任務。多波段激光每7 s完成一個干擾周期,15 s內(nèi)可實現(xiàn)對2個目標的干擾[4]。

對雷達制導導彈,則分配由綜合光電對抗分系統(tǒng)(雷達對抗單元)實施干擾,雷達對抗單元具有2個目標的對抗能力。

如果進入3 km～8 km防御圈的目標多于上述三套系統(tǒng)的對抗/毀傷能力,也就是光電制導導彈多于5枚,雷達制導導彈多于2枚,則啟動高炮對剩下目標實施火力攔截。高炮攔截分系統(tǒng)在該防御層具備1個目標的攔截能力。因此,在3 km防御圈以外,系統(tǒng)具有8個目標的對抗能力。

假設同批次來襲精確制導導彈數(shù)多于8個,仍然有進入我3 km光電欺騙/彈炮摧毀組合層防御圈之內(nèi),攔截/毀傷系統(tǒng)必須在0.5 km之外將目標摧毀。設精確制導導彈以1 Ma速度飛行,從3 km～0.5 km共2.5 km距離需7 s時間。此時來襲導彈進入近中程系列導彈攔截射程及戰(zhàn)術激光武器分系統(tǒng)的硬毀傷距離。

此時,近中程系列導彈與戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)各擊爆1枚來襲導彈,雷達對抗單元保持對2枚雷達制導導彈的干擾。如果來襲導彈是激光半主動制導的光電制導導彈,那么綜合光電對抗系統(tǒng)所配備的激光誘偏干擾系統(tǒng)可以起到作用,成功干擾1枚激光半主動制導的精確制導導彈。

綜合以上分析,系統(tǒng)可以攔截同一批次10枚以上精確制導導彈的飽和進攻,見圖4。

圖4 對精確制導導彈的分層攔截Fig.4 Layered interception of precision guided missiles

(3)防御武裝直升機進攻的效能分析

第二批次,4架“阿帕奇”武裝直升機投彈機進入我防御區(qū)域,每架攜帶精確制導導彈4枚,其中一架直升機作為激光半主動制導導彈的激光目標指示器照射機,對我進行偵察與打擊,防御預警探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標,距離約15 km～20 km。

與第一批次同樣的判定準則,對來襲武裝直升機進行威脅等級判定,綜合光電對抗系統(tǒng)發(fā)射多波段激光對機載火控系統(tǒng)實施飽和干擾,使其喪失對目標偵察、對導彈引導能力。

設想敵武裝直升機在我光電干擾/壓制過程中一架直升機折返飛離防區(qū),仍有一架照射機和兩架投彈機正常投放激光制導導彈兩批次,投放距離不小于12 km,導彈速度1 Ma,每批次各2枚,兩批次8枚,兩批次間隔時間1 min,一架飛機作為照射機在距我防御陣地15 km～20 km等待照射。

防御預警系統(tǒng)偵察到三架直升機與第一批次投放的4枚激光精確制導導彈,立刻進行目標識別、激光測距、航跡建立、威脅等級判別等。綜合光電對抗分系統(tǒng)的多波段激光保持對武裝直升機光電火控系統(tǒng)持續(xù)壓制干擾。

當4枚激光制導導彈飛入我第二層3 km～8 km防御圈,則分配戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)對3個目標按威脅等級實施毀傷,使用高炮對1個目標實施火力攔截。

經(jīng)過該層次攔截后,4枚導彈成功攔截或毀傷,假設仍有兩枚進入3 km防御圈以內(nèi),敵激光目標指示器開啟,對我防御目標進行照射,綜合光電對抗系統(tǒng)激光告警設備偵測到激光目標指示信號即啟動激光誘偏干擾設備,誘偏干擾1枚導彈,戰(zhàn)術激光武器對導彈制導系統(tǒng)實施毀傷。同時,多波段激光始終保持對激光目標指示直升機的光電觀瞄系統(tǒng)壓制。

兩架武直的第二批次4枚導彈成功投放,防御系統(tǒng)立即對新出現(xiàn)4個目標進行以上類似的作戰(zhàn)過程,光電對抗系統(tǒng)的多波段干擾激光始終保持對目標指示激光照射飛機的光電觀瞄的壓制。如果直升機進入3～8 km防御層,即由高炮和近中程系列導彈進行攔截[5]。

綜合以上分析,該防御系統(tǒng)有能力對付4架武直進行的兩批次8枚精確制導導彈的飽和攻擊,見圖5。

圖5 對武裝直升機及其投放的精確制導導彈的分層攔截Fig.5 Layered interception of armed helicopters and their precision guided missiles

(4)防御低小慢無人機目標效能分析

對于小型低成本無人機,依托地形和植被隱蔽,突入我3 km范圍內(nèi),預警探測系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)目標,立刻對無人機進行識別和跟蹤,判斷威脅等級,多種對抗手段同時使用,戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)對目標進行跟蹤瞄準,待目標進入2 km范圍內(nèi),開啟高能激光,將無人機擊毀。同時,根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢,分配高炮、系列近中程導彈對目標實現(xiàn)火力摧毀。