美国海军航母作战系统发展及展望

石剑琛

(海军装备部，北京 100071)

0 引言

美国转向“由海向陆”的近海战略以来，对航母的定位从以往大洋舰队对抗的核心平台转变为左右陆上局势和对陆上纵深及近海进行打击的作战基地和打击平台。从吨位上看，美国的航母一般都在10万t左右，甲板面积与容积都比较大，可以装备更多的电子信息系统和装备，其作战系统组成相对复杂。

目前，美国在役航母共11艘，主要作为编队旗舰或编队指挥中心和编队空中作战力量的基地与指挥中心，一般不直接参与一线作战。因此，美国航母配备大量电子信息装备，具备超强的编队内外连通和指挥能力，主要配备先进的自卫武器系统。美国航母作战系统在设计思路上尤为注重发挥自防御能力、编队指挥能力、编队内外信息传输能力、情报信息处理能力以及空中指挥与控制能力。

1 美国航母作战系统

美国航母作战系统主要由三大核心功能模块组成:自防御系统、航空数据管理与控制系统以及指挥与情报保障系统。其中，自防御系统为航母提供分层、自动化的水下、水上、空中综合防御能力。航空数据管理与控制系统为航母提供航空作业规划和执行功能，为舰载机起降提供保障。情报与指挥保障系统为航母提供强大的编队作战指挥信息保障能力。

1.1 航母自防御系统

鉴于在编队中的特殊分工(仅作为编队旗舰或指挥中心和编队空中作战力量基地)，加上航母本身是高价值平台，必须能应对现代反舰导弹威胁，航母必须要具备很强的自我防御能力，配备很先进的自防御系统(SSDS)。最新版本的自防御系统集成了全球海上指挥与控制系统(GCCS－M)和协同作战能力(CEC)系统，不仅能为航母提供出色的自防御能力，而且提供了一定的编队协同防空能力。

1)自防御能力

图1 自防御系统使得航母具备自动化、分层的自我防御能力Fig.1 The selfdefence system enables aircraft carrier have automatic and hierarchic selfdefense capability

自防御系统能实现航母自动化的分层防御，从近程到远程分别使用近程武器系统(CIWS)、“海麻雀”、“标准－2”、近程及远程有源/无源电子干扰等。随着从MK 1到MK 2，自防御系统整合的本舰传感器和武器资源越来越多，并利用全球海上指挥与控制系统、协同作战能力、数据链等内外联通手段实现对编队内资源的综合利用。总之，自防御系统在很大程度上加速了航母从发现威胁到交战这一过程，提升了航母自卫能力。

2)编队协同防空能力

除提供自防御之外，自防御系统借助协同作战能力实现本舰和编队探测数据的合成，形成编队中所有平台一致共享的目标态势图像，并通过全球海上指挥与控制系统将全球态势信息纳入其中，扩展航母及编队防御覆盖范围，有效提升编队协同防御能力。

协同作战能力系统可与编队中每艘装备有协同作战能力的舰艇指控系统和武器进行接口，使航母编队成为一个在地理位置上分散布置、防空能力一致协同的整体。如果说协同作战能力是实现编队协同防御的必备“硬件”，那么一致的综合空情图则是必备“软件”。它能对贯穿整个航母编队防空作战过程中的实时和近实时数据进行处理，最终为航母编队所有作战平台提供完整、精确、清晰、一致的目标实时航迹。

3)水下鱼雷防御能力

借助舰艇鱼雷防御系统(SSTDS)，航母实现了一定的水下鱼雷防御能力。舰艇鱼雷防御系统是为美国航母提供对抗鱼雷手段的防御系统，目前正在开发第三代系统，包括WSQ－11鱼雷防御系统和一次性声诱饵。WSQ－11又包括SLQ－25A“水精”拖曳鱼雷对抗系统、拖曳式探测/分类和定位(DCL)子系统、硬杀伤反鱼雷鱼雷(ATT)。

1.2 航空数据管理与控制系统

航空数据管理与控制系统(ADMACS)在航母全舰范围内实现所有航空作业相关数据的融合、分发和控制，集成航空作业规划和执行功能。该系统集成了电子助降系统、光学助降系统、气象保障系统等，包括航母空中交通管制中心(CATCC)高度与身份数据显示系统(DAIR)、“塔康”战术导航系统、自动化航母着舰系统(ACLS)、联合精确进场着舰系统(JPALS)、光学助降系统及显示系统。

1)电子助降系统

电子助降过程按照阶段可以分为进场阶段和着舰阶段。进场由AN/URN－25“塔康”战术空中导航系统和SPN－43C航母进场雷达控制。其中，AN/URN－25为飞机提供无线电返航的方位和距离信息;SPN－43C雷达将归航的飞机引导到距航母舰尾7～93 km间某集合点处，安排飞机着舰优先次序，然后再将其引导至距航母7 km处的着舰雷达捕获窗处。自动着舰系统舰上包括精确进场着舰系统(PALS)以及仪表着舰系统(ICLS);舰载机部分包括自动化驾驶仪、数字数据通信设备、信号接收与译码组件、雷达信标、进场功率补偿装置、姿态基准指示器、离散信息指示器、报警分度器面板、进场分度器。

2)光学助降系统

光学助降系统是电子助降的必要补充，保障舰载机近距范围内的精确着舰，有效作用距离在2.3 km以内，主要用于为固定翼飞机进场着舰提供更精确的下滑航路光学指示信息，指示飞行员从合适的攻角进场着舰。

3)气象保障系统

气象保障系统的核心是MORIAH数字测风系统，在航母上能对航母及编队周围气象环境进行测量与预报，为舰载机起降提供气象保障。气象保障系统主要由温压、湿风、能见度、台风等感知系统，数据处理系统，数据传输系统及产品预报与显示系统等组成。

4)舰载机专用通信与指控系统

舰载机专用通信与指控系统主要包括舰载机起降专用导航与通信和舰载机任务规划与指挥控制2个部分。舰载机起降专用导航与通信为飞机提供无线电返航的方位和距离信息，为舰载机进场着舰提供甲板对准、数据处理与传输等功能;舰载机任务规划与指挥控制可以对飞机进行指控，提供自动指控和决策支持功能，提供飞机航路规划，进行目标威胁评估，提供精确的武器规划，同时向飞机提供装载任务数据的接口等。

1.3 航母指挥与情报保障系统

1)航母情报保障系统

航母情报保障系统主要由内外通信分系统和情报搜集分析系统组成。其中，内外通信包括由综合舰载网络系统(ISNS)为主要架构的本舰密级分层局域网、卫星通信接口、岸基局域网组成;情报支持系统由各种战场情报信息搜集和评估系统组成。

①内外通信分系统

综合舰载网络、自动数字网络、海上联合军种地区信息交换系统(CENTRIX)构成了美国航母及编队信息系统内外互联信息基础设施的基本架构，如图2所示。综合舰载网络为航母提供可靠、高速的机密、秘密和非密局域网，是航母本舰作战信息传输分发的基础;自动数字网络是实现航母本舰内外信息连通的关键;而海上联合军种地区信息交换系统是实现岸海互联互通的基础。

为实现航母内外连通、支持情报信息收发，航母上共装备了100多部无线通信天线终端，包括海上联合战术终端、全球广播系统、通用数据链系统、联合战术无线电系统、海军多波段终端、舰上多功能信息分发系统、舰艇信号辨析设备增强E型、卫星通信接收机、数字模块无线电、战术多码交换机等。

图2 美国航母及编队内外连通信息基础设施示意图Fig.2 The schematic information flow between inside and outside of US aircraft carrier and formation

②情报搜集分析系统

航母情报搜集分析系统主要包括海上战区损伤信息系统、气象数据接收终端、模块化自动通信系统、国防报文发送系统以及全球广播系统。其中，海上战区损伤信息计划使用与其他损伤以及前线指挥官和总司令的多媒体连接，进行接近实时的收集及评估并发布损伤信息，并在战术图像上对部队状态做出评估。气象数据接收终端能在3 min内从卫星上接收气象数据，为海军提供安全、高分辨率的视频和红外气象图像，用于战术空中保障、反潜战及天气信息概况。模块化自动通信系统用于为多个用户提供自动电子通信服务。国防报文发送系统具有报文、索引和管理功能。全球广播系统是一种虚拟的双向网络，通过向用户进行广播，提供高速、大量的单向信息流，保障态势感知、武器目标瞄准、情报及国土防御。

2)航母及编队指挥系统

航母及编队指挥系统以全球海上指挥控制系统、战术旗舰指挥中心/联合指挥中心(TFCC/JOC)、海军战术指挥保障系统(NTCSS)等为主要支持，统筹编队、战区和联合部队层次上的作战信息，实现互操作和网络化作战指挥。航母编队联合指控可划分为战略、编队、功能任务3个层次。

战略层面，以全球海上指挥控制系统为核心，既作为海军战略指控系统，也作为各作战平台指控系统的一部分;平台指控系统通过全球海上指挥控制系统接收所需的战略与战役情报信息，满足决策指挥与控制需求。

编队层面，以战术旗舰指挥中心/联合指挥中心为基础，显示和处理舰艇运动和位置数据、信号情报数据，并通过全球海上指挥控制系统传输的超视雷达跟踪数据、天气信息等，协助指挥官进行作战方案编制、作战资源协调和管理等。

功能任务层面，主要以航母反潜战术支援中心(CV－TSC)、海军分布式通用地面/水面系统(DCGS－N)为典型系统，保障航母及编队反潜作战以及对陆攻击任务的执行。其中，反潜战术支援中心为航母及编队提供实时的反潜指挥、控制和通信。

分布式通用对陆/对海作战指挥系统是美国航母及编队最为主要的对陆攻击指挥控制系统，为航母及编队对陆攻击提供情报、监视、侦查数据发掘和分析能力，为对陆攻击武器提供目标锁定支持能力等。

图3 美国航母反潜战术支援中心及其内外连通示意Fig.3 US aircraft carrier antisubmarine tactical support center and information flow between inside and outside

2 美国航母作战系统发展特点

2.1 以航空保障、情报与指挥保障为重点，注重三大功能均衡设计

国外海军在航母作战系统设计中将航空保障、情报与指挥保障、自防御三大功能作为3个非常重要的考虑因素，并从顶层上予以均衡和优化设计。首先，作为“海上移动机场”，航母作战系统必须具有很强的舰载机指挥与控制能力;其次，作为编队指挥中枢，必然要求航母作战系统具有一流的情报保障和指挥保障能力。因此，国外航母作战系统在设计上，首先将前2项功能作为重点考虑因素。同时，为保证航母这个高价值“移动机场”能安全运行，作战系统还必须充分考虑到自我防御能力以及与编队内其他平台间的协同与配合问题。

2.2 以自防(防空)为重要设计考虑，注重编队协同防空能力

树大招风。正因为航母具有极为重要的角色和定位，也就自然成了编队中的那颗“树”，更成为敌方众矢之的。因此，为保护航母自身的安全，其作战系统的设计必须要将自我防御能力作为非常重要的因素考虑。更为重要的是，为了弥补自防御能力的有限和不足，国外航母作战系统在设计时将编队协同和联合作为一个非常重要的能力补充手段，为实现航母及编队由近及远的分层防御提供可靠保障。

2.3 充分调研威胁，采用基于条令的自动化指控，提高系统响应速度

美国海军在研究自防御系统的设计原则和原理时，首先分析了航母可能面临的现代反舰导弹威胁，将这些威胁的各项技术指标作为系统设计的重要参考。在充分融合航母上所有雷达、光电、红外、电子侦察、声呐、敌我识别等传感器数据的基础上，基于人工智能辅助决策技术，自动调用海军作战条令库中的条令，对目标进行实时跟踪、识别，并引导武器实现自动化的交战控制。MK 2版本的自防御系统已能在数秒甚至更短的时间内，调用全舰作战资源，实现从目标发现到实施防御和拦截整个交战过程。

2.4 以开放式体系结构为重要设计理念，提高系统可扩展性和可承受性

实现开放式体系结构的关键是构建通用核心计算体系结构和接口标准。近10年来，美国海军制定了基于开放式体系结构计算环境(OACE)设计理念，采用符合OACE标准的软件语言和操作系统(如C++，CORBA，ACE，可移植的 UNIX 操作系统)，大量采用COTS处理器和网络技术，将硬件接口、数据通信协议标准化，在物理架构上实现分布式，采用信息驱动、面向服务、基于构件、分层的体系结构，并注重系统的顽存性和容错能力，在提高系统可扩展性的同时尽可能降低系统研发成本。

2.5 注重多平台通用性，大量采用商用技术和产品，尽可能降低成本

国外海军在发展航母作战系统时，非常注重与其他水面舰艇的通用性，如美国海军航母作战系统中集成的全球海上指挥控制系统、海军分布式通用地面/水面系统、协同作战能力、战术指挥保障系统等在驱逐舰和巡洋舰上都有相应装备。这种做法在减少航母作战系统中相关设备种类的同时提高了航母与其他水面舰艇在作战系统方面的“互联互通互操作”能力。此外，通过在航母作战系统中大量引进先进的商用技术和产品，进一步降低了系统研制成本，将更多的财力、物力和精力放到研制重点系统和设备之中。

2.6 注重充分的试验验证，提高航母作战系统的可靠性

对于研制一型新航母来说，作战系统是研制过程中最大的风险之一。为此，国外在航母作战系统发展中非常重视包括陆试、试验舰测试、实舰海试等试验验证工作。随着未来海战越来越倾向编队联合协同作战，除单舰作战系统试验测试之外，编队协同试验也成为世界各国研究的重点。美国目前已建立了较具规模的编队作战系统协同陆地试验场，可支持7艘水面舰艇作战系统的联合互协作性试验测试。此外，美国海军还发展了自防御试验舰，专门用于航母自防御系统的试验验证。

3 展望

目前，美国正在发展新一代“福特”级航母，从其作战系统的最新发展来看，在未来很长一段时间的发展重点将集中在如下几个方面:

1)航母作战指挥系统与编队内其他水面舰作战系统的互联、互通和互操作水平将得到大幅提升。未来将重点解决全寿期内航母作战系统与其他各系统间的互通和互操作性，提升航母本舰及编队系统的一体化程度。

2)航母作战系统的集成化、自动化能力将进一步提高。传感器、作战指挥系统与武器系统三者之间的联系将更为紧密，实现硬杀伤与软杀伤的一体化、信息系统武器化和武器系统的信息化，最终提升航母及编队的海上联合、协同精确攻防能力。

3)一批新技术的应用力度和广度将得到进一步扩大，如全舰计算环境、云计算、多功能射频集成、多源多传感器信息融合、智能辅助决策、先进人机交互等技术。这些技术的大范围应用无疑将对美国航母作战系统的智能化水平跨越提升发挥不可估量的推动作用。