美海軍分布式防空作戰能力仿真分析

郭 棟,張迎新,曹 強,王 越

(中國人民解放軍31002部隊,北京 100094)

“分布式殺傷”作戰概念自2014年底提出以來,通過持續研究論證，裝備升級和概念演示[1-3],目前已進入實兵驗證階段,成為指導未來美國海軍作戰部隊裝備能力建設和海上聯合作戰的主要思想概念。國內針對“分布式殺傷”作戰概念也進行了跟蹤研究,在理論研究方面,文獻[4-8]從該作戰概念的提出背景、作戰理念、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[9-10]運用運籌計算分析方法分別對單艘伯克級驅逐艦的反艦、反導能力進行了分析計算。

總體來看,對“分布式殺傷”作戰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”防空作戰能力的思路方法。

1 分布式防空作戰概念分析

1.1 分布式殺傷

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

美海軍據此概念開展更為系統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想、編成方式、需要優先發展的作戰能力等發展思路,這些措施一旦落實,將顯著提升水面部隊作戰能力。

1.2 分布式防空作戰

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

2 分布式防空作戰能力影響因素分析

能力是攻防雙方體系對抗條件下表現出來的特性,為此,本節從攻防兩個方面,對分布式防空作戰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”的轉變,作為對水面兵力進行硬摧毀的主要武器,新型反艦導彈表現出隱身性更好、射程更遠、全程超聲速低空掠海飛行、智能制導等特點[13],對防空系統帶來更大的威脅。軍事強國俄羅斯研發的鋯石導彈便是其中的典型代表,該導彈飛行速度達到6馬赫,制導方式以主動雷達和毫米波/紅外制導為主,采用俯沖滑翔的方式進行攻擊,從發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 攻擊戰術

靈活高效的攻擊戰術是提升作戰效能的重要因素,如飽和攻擊、多方向攻擊、高低彈道選擇、假目標使用等。反艦作戰通常是對多種攻擊戰術進行組合使用,使得防御方“防不勝防”。本小節重點討論前兩個戰術。

1)飽和攻擊

蘇聯針對美航母編隊提出的飽和攻擊戰術,是一種建立在體系對抗基礎上的攻防對抗戰術[14],曾是美國海軍的夢魘,具有很強的借鑒意義。據估算,蘇聯海軍如果在一個方向上打出48～64枚反艦導彈,并在5分鐘內同時臨空,哪怕宙斯盾系統百發百中,也能打爆一艘宙斯盾艦。據媒體最新報道,俄羅斯即將服役的8馬赫高速突防的反艦導彈,72枚飽和攻擊即可癱瘓一艘航母。由此可見,飽和攻擊戰術能以數量的優勢彌補質量的劣勢,或利用數量的優勢形成絕對的火力密度,最終癱瘓敵方的防空系統。

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,對于提升導彈的突防概率十分重要。如圖1所示,如從小編隊1的左側發起攻擊,小編隊2只能使用標準6導彈協防,標準2導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發起攻擊,小編隊2的標準2導彈則可能發揮協同防空作用,從而降低導彈的突防概率。

2.2 防御

2.2.1 偵察預警

從圖1可以看出,中高空探測方面,部署新型雷達后,單艦對中高空的探測范圍提高至之前的2.4倍;由于NIFC-CA系統能夠通過CEC網絡獲得其他作戰單元的探測數據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,搭載宙斯盾系統的艦船,能夠獲得預警機對低空目標的偵察情報和目標指示,從而克服艦載雷達視距限制,實現對超低空目標的超視距攔截;另外,艦船編隊分散化的部署方式,能使敵方偵察監視系統飽和化,降低偵察預警能力,增加選擇打擊目標難度,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

傳統的集中控制與分散實施的作戰指控模式,難以適應未來高強度的海上作戰。為此,搭載宙斯盾系統的艦船編隊,不再過分強調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CEC系統傳來的平臺外傳感器的目標信息,獨立實施防空作戰,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

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

2.2.3 武器裝備

1)防空武器

武器數量方面,為克服現有防空火力不足的問題,“分布式防空”采取多種改進措施:調整部分標準系列導彈裝填坑換裝改進型海麻雀;裝備海拉姆導彈替換密集陣;電子戰系統由SLQ-32升級到SEWIP;發展新動能武器。這些措施大幅增加防空導彈數量,同時充分利用CIWS近防系統閑置空間,構建嚴密的近程防空系統,將大大提高艦隊的攔截能力。各類防空武器數量如表1所示。

表1 防空武器數量表

武器制導方面,早期的標準6導彈和海麻雀導彈采用半主動雷達制導方式,對于有限的照射器資源依賴很大,難以完全發揮其防空效能。為此,最新型號的標準6導彈采用AIM-120D中距空空導彈的主動雷達、改進型海麻雀導彈RIM 162 block2版本采用X波段主動/被動雙模導引頭、海拉姆導彈采用無線電/紅外成像雙模式制導,能夠做到“發射后不管”,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

相比于標準2導彈,標準6導彈性能更優，成本更高,為提升防空作戰的效費比,降低攔截成本,對其攔截策略進行如下調整:攔截目標方面,由于標準6導彈射程遠、單枚成本高,為提高攔截的效費比,優先攔截敵方飛機,其次攔擊來襲導彈;發射條令方面,由于標準6毀傷能力強、攔截距離遠,將發射條令由Shoot Shoot-Look-Shoot(SS-L-S)調整為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

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

3.1 攔截體系

具備NIFC-CA/CEC能力的作戰艦艇,通過多種措施發展和改進多種防空武器,在天基衛星和預警機的信息支援下建立作戰空域的預警監視體系,構建起標準6導彈遠程攔截、標準2導彈中程攔截、近程導彈和新動能武器近程攔截、艦艇自衛末端防御和電子戰系統軟殺傷攔截的遠中近相結合、軟硬殺傷相結合的攔截體系,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彈的攔截概率區分超聲速導彈(指2～3馬赫的低超聲速導彈,下同)和亞聲速導彈兩種情況,具體數值依據公開資料或估算值。

2)標準6導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行計算,其他導彈均采取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其發射速率,以兩分鐘發射的武器數量來計算。

4)由于電子戰系統對來襲導彈實施軟殺傷,其攔截能力與彈型關系不大。

3.3 計算結果

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

表2 攔截能力對比結果

從單項攔截能力來看,標準6導彈由于采用不同的攔截策略,攔截超聲速導彈和亞聲速導彈的能力分別提高52%、69%;海麻雀導彈由于數量增加和性能提高,攔截超聲速導彈和亞聲速導彈的能力分別提高147%、155%;電子戰系統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行改進,在攔截超聲速導彈和攔截亞聲速導彈能力方面,分布式防空作戰和傳統防空作戰相比,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架預警機、4架轟炸機、4艘潛艇和1個岸艦導彈營。

攻擊武器數量:據CSBA報告透露,單艘宙斯盾艦已能同時抗擊38個目標,未來正向96個目標邁進;結合文獻[9，16]關于單艘伯克驅逐艦抗飽和能力研究成果,本文將發射導彈數量設定為80枚。

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

攻擊戰術:采用近飽和、多方向的靈活攻擊戰術對藍方艦船實施協同打擊,不同方案的打擊方向具體如表3所示;為保證飛機平臺的安全,轟炸機發射遠程反艦導彈實施防區外打擊。其發射的超聲速反艦導彈采用高低彈道結合的飛行方式,發射段飛行至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100 km以內多次蛇形機動,末端躍升俯沖攻擊階段,飛行速度3馬赫。

2)防御方

兵力:1架預警機、1艘巡洋艦和3艘伯克級驅逐艦。

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

4.1.2 主要作戰過程

攻擊方綜合使用多種偵察手段發現防御方艦船編隊目標后,發射空艦、岸艦和潛艦導彈對以15 kn速度在海上航行的防御方艦船編隊實施打擊。防御方預警機發現攻擊方來襲導彈,引導水面艦船由遠及近使用標準6、標準2、改進型海麻雀、激光武器等實施攔截,同時使用電子戰系統實施軟殺傷。

4.2 實驗方案

共設計4個實驗方案,其中方案1為基準案,具體如表3所示。

表3 實驗設計方案

運用某仿真系統對上述方案開展仿真實驗,實驗數據均為公開數據,每個實驗方案大樣本運行50次,統計不同方案攔截效能實驗結果,并進行分析。

4.3 實驗結果及分析

仿真實驗結果如表4所示。

表4 攔截效能仿真實驗結果

下面針對表4的仿真實驗結果進行分析。

1)攔截超聲速導彈效能方面

攔截數量方面,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)攔截亞聲速導彈效能方面

攔截數量方面,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揮作用的理想結果。② 方案4的結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:導彈來襲方向在小編隊1的左側,兩個小編隊距離較遠,加之防空導彈射程限制,小編隊2只能使用較少防空火力進行協防;導彈蛇形機動和末端俯沖攻擊,將大幅降低系統跟蹤預測精度;宙斯盾系統作戰自身存在的火控雷達分配、照射器分配、發射架分配和毀傷評估等延遲,疊加來襲導彈的高速飛行因素,將大幅限制中近程防空火力的發揮。

由此可以得出結論:① 與傳統防空作戰相比,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戰法,能夠降低防御方艦船編隊的整體防空效率;③ 對不同導彈類型攔截效果存在差異,對于亞聲速導彈的攔截效能很高,但對于超聲速導彈的攔截效能還存在力不從心的問題;④ 導彈來襲方向也能限制編隊防空能力的整體發揮。

綜合來看,美未來在海上作戰中采取“分布式殺傷”戰法,通過小規模編隊分散化部署,依托高效的指揮控制系統和網絡互聯技術,注重電子戰系統運用,大幅提升了其防空作戰能力,對手很難通過遠程目標指示和打擊手段對其造成有效殺傷,能夠以更小的作戰代價獲取更好的作戰效果。

5 結束語

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