航母综合作战区警戒兵力对潜警戒能力及配置

吴福初,徐　寅,张海峰,蓝　天

(1.海军海空工程学院,山东烟台　264001;2.海军指挥学院,江苏南京　210016)



航母综合作战区警戒兵力对潜警戒能力及配置

吴福初1,徐寅1,张海峰1,蓝天2

(1.海军海空工程学院,山东烟台264001;2.海军指挥学院,江苏南京210016)

在定量分析综合作战区航母受敌潜艇威胁、警戒兵力对潜警戒能力的基础上,依据航母综合作战区警戒兵力配置的基本原则,提出了航母综合作战区对潜警戒兵力配置的方法,可为反潜作战指挥员优化航母综合作战区对潜警戒兵力的配置提供决策支持与参考。

综合作战区;对潜警戒;优化配置

航母综合作战区是指为保障航母安全、顺利实施对岸打击作战、有效控制局部海空区域的需要,通过对警戒兵力的优化配置而构建的综合防护区域[1]。由于敌潜艇隐蔽性强、攻击突然、毁伤威力大，所以,在敌潜艇威胁较大的情况下,通常将反潜作战作为航母综合作战区防御作战的重中之重,要求反潜作战指挥员根据敌潜艇的威胁、警戒兵力的反潜作战能力和作战使用特点,科学配置警戒兵力,构建严密的对潜防御体系,以保障综合作战区航母的安全和行动自由。

1　航母综合作战区敌潜艇威胁分析

航母综合作战区敌潜艇威胁分析是航母综合作战区警戒兵力配置的基本依据之一。航母综合作战区对潜警戒兵力反潜作战的主要任务,是阻止敌潜艇使用反舰武器对我航母实施攻击,确保航母在综合作战区遂行作战任务时的安全与行动自由,具有典型的防御性反潜作战特征[2]。综合作战区航母受敌潜艇攻击的威胁范围,主要由航母活动区和敌潜艇可能攻击区两部分组成[3]。其中,航母活动区是指航母在综合作战区发送和回收舰载机的作战活动区域,其范围为半径为Rh的圆形区域;敌潜艇对航母可能攻击区,则为航母活动区边缘向外延伸,宽度为敌潜艇反舰导弹最大有效射程Dd或鱼雷最大有效射程Dy的环形区域,如图1所示。

图1　敌潜艇反舰武器攻击范围示意图

2　航母综合作战区警戒兵力对潜警戒能力

舰载机是航母编队攻防作战的主要力量,而航母作为舰载机的起降平台,必然成为敌潜艇打击的主要目标。为保证航母在综合作战区的安全和行动自由,警戒兵力通常根据需要前出配置在指定的阵位,采取建立拦截巡逻线的方式为航母提供对潜防御[4]。

担负航母综合作战区对潜警戒任务的兵力主要有水面舰艇、反潜巡逻机、反潜直升机以及攻击型潜艇。其中,攻击型潜艇由于受水下通信、观察和识别受限,通常配置在航母综合作战区外遂行相对独立的反潜作战任务。实际使用过程中航母综合作战区的各类警戒兵力通常在指定的阵位担负一定责任扇面的对潜警戒任务,所以,警戒兵力的对潜警戒能力,可用其所能为航母提供的警戒扇面角来表征,如图2所示。

图2　综合作战区警戒兵力对潜警戒扇面示意图

2.1水面舰艇对潜警戒能力

装备拖曳线列阵声纳的水面舰艇,具有警戒能力强、续航时间长、反潜作战效率高等特点,是航母综合作战区对潜防御的重要兵力之一[5]。

2.1.1水面舰艇对潜警戒能力计算模型

1)最小警戒纵深计算模型

为保证航母免遭敌潜艇导弹、鱼雷攻击的威胁,要求水面舰艇在敌潜艇占领武器攻击阵位对航母实施攻击之前,先敌发现并消灭来袭潜艇。为此作如下定义:

① 水面舰艇从发现目标到命中目标所需时间,为水面舰艇对潜攻击所需的战术反应时间Tj;

② 敌潜艇在航母活动区外围,对我航母实施攻击的最远阵位线称为敌潜艇最早攻击阵位线。敌潜艇最早攻击阵位线到航母活动区边缘的距离等于敌潜艇反舰武器最大有效射程;

③ 为保证水面舰艇能在敌潜艇占领攻击阵位前消灭来袭潜艇,要求水面舰艇最迟必须发现敌潜艇的界线称为水面舰艇最迟警戒线。最迟警戒线到航母活动区圆心的距离为水面舰艇最小警戒纵深,用Dj表示,如图3所示。

图3　水面舰艇最小警戒纵深示意图

显然,为保证水面舰艇能够在敌潜艇占领攻击阵位前对敌攻击完毕,水面舰艇最小警戒纵深应满足如下条件:

Dj=Rh+D+D1=Rh+D+VqTj

(1)

式中,Rh为航母活动区的半径,D为敌潜艇反舰武器最大有效射程,D1为警戒舰最迟警戒线到敌潜艇最早攻击阵位线之间的距离,Vq为敌潜艇航速[6]。

2)水面舰艇对潜警戒扇面角计算模型

根据水面舰艇反潜装备及其反潜作战特点,遂行航母综合作战区对潜警戒任务的水面舰艇通常在指定阵位,采用拖曳线列阵声纳建立对潜拦截巡逻线的方式,为航母提供反潜警戒,如图4所示。

图4　水面舰艇拖曳线列阵声纳对潜警戒示意图

由图4可知,水面舰艇使用拖曳线列阵声纳所能警戒的最大有效长度Lj计算公式为

Lj=L1+2Rj

(2)

式中,L1为水面舰艇对潜警戒时直线航行的距离,Rj为水面舰艇的转弯半径。

为保证水面舰艇对潜警戒的有效性,要求水面舰艇必须在敌潜艇穿越其拖曳线列阵声纳搜索宽度2dt之前,返回其反潜巡逻航行的起点A点。即应满足以下条件:

(3)

式中,Vj为水面舰艇航速,tz为水面舰艇转弯所需时间,dt为水面舰艇拖曳线列阵声纳战术作用距离。

综合式(2)、(3),水面舰艇使用拖曳线列阵声纳所能警戒的最大有效长度Lj为

(4)

由图3可知,为保证水面舰艇能够在最迟警戒线外发现敌潜艇,水面舰艇对潜警戒区外沿C1E1连线应与最迟警戒线相切。因此,在ΔFBE中,根据正弦定理可得,水面舰艇对潜警戒扇面角α为

(5)

2.1.2水面舰艇对潜警戒能力计算

依据所构建的水面舰艇对潜警戒扇面角α计算模型,结合量化分析的条件,计算得出水面舰艇使用拖曳线列阵声纳对“苍龙”级潜艇的警戒扇面角,如表1所示。

表1　水面舰艇拖曳线列阵声纳对潜警戒扇面角

2.2反潜巡逻机(直升机)浮标声纳对潜警戒能力

2.2.1反潜巡逻机(直升机)浮标声纳对潜警戒能力计算模型

1)最小警戒纵深计算模型

为保证航母免遭敌潜艇导弹、鱼雷攻击的威胁,要求反潜巡逻机(直升机)在敌潜艇占领武器攻击阵位对航母实施攻击之前,先敌发现并消灭来袭敌潜艇。为此作如下定义:

① 反潜巡逻机(直升机)从发现目标到其攻击武器命中目标所需时间,为反潜巡逻机(直升机)对潜攻击所需的战术反应时间Tx;

② 反潜巡逻机(直升机)最迟警戒线到航母活动区圆心的距离为反潜巡逻机(直升机)最小警戒纵深,用Dx表示,如图5所示。

图5　最小警戒纵深示意图

显然,为保证反潜巡逻机(直升机)能够在敌潜艇占领攻击阵位前对敌攻击完毕,反潜巡逻机(直升机)最小警戒纵深应满足如下条件:

Dx=Rh+D+D2=Rh+D+VqTx

(6)

式中,D2为反潜巡逻机(直升机)最迟警戒线到敌潜艇最早攻击阵位线之间的距离。

2)对潜警戒扇面角计算模型

反潜巡逻机(直升机)在航母综合作战区遂行对潜防御任务时,通常采用布放浮标声纳线型拦截阵的方式为航母提供反潜警戒[7]。在浮标声纳通信距离一定的情况下,反潜巡逻机(直升机)所能布设并有效监听的浮标声纳拦截阵的最大长度,与反潜巡逻机(直升机)监听浮标阵时的飞行方式有关。

① 平行监听对潜警戒扇面角计算模型

反潜巡逻机(直升机)平行监听,是指反潜巡逻机(直升机)沿平行于浮标阵的方向循环飞行监听浮标阵的方式,如图6所示。

图6　反潜巡逻机平行监听浮标声纳阵示意图

由图6可知,反潜巡逻机(直升机)其所能有效监听的浮标拦截阵的最大长度Lx为

(7)

式中,Dt为反潜巡逻机(直升机)与浮标声纳最大有效通信距离,Hx为反潜巡逻机(直升机)监听浮标时的飞行高度,Lt为反潜巡逻机(直升机)监听浮标阵直线飞行的距离,Rx为反潜巡逻机(直升机)监听飞行的转弯半径,df为浮标声纳的战术作用距离。

所需布设的浮标声纳数量Nx为:

(8)

式中,[]表示取整数值,dg为相邻两枚浮标的间距,f为浮标声纳的覆盖系数。

由于反潜巡逻机(直升机)浮标声纳战术作用距离较小(通常为1.5km-2km)，为保证反潜巡逻机(直升机)能够在最迟警戒线外发现敌潜艇,要求浮标声纳线型拦截阵中心线HK应与反潜巡逻机(直升机)最迟警戒线相切,如图5所示。

则在ΔFJK中,由正切定理可得反潜巡逻机(直升机)平行监听浮标声纳拦截阵的对潜警戒扇面角β为

(9)

② 垂直监听对潜警戒扇面角计算模型

反潜巡逻机(直升机)垂直监听是指反潜巡逻机(直升机)沿垂直于浮标阵的方向循环飞行监听浮标阵的方式,如图7所示。

图7　反潜巡逻机垂直监听浮标声纳阵示意图

此时,RX、RY与XY不在同一平面上,如图8所示。其中,X'、Y'分别是X、Y的投影,则

(10)

图8　垂直监听三维空间示意图

根据上述分析,反潜巡逻机(直升机)垂直监听浮标拦截阵所能有效监听的最大长度Lx为

(11)

所需布设的声纳浮标数量Nx为

(12)

与平行监听同理,反潜巡逻机(直升机)垂直监听浮标声纳拦截阵的对潜警戒扇面角β为

(13)

2.2.2反潜巡逻机(直升机)浮标声纳对潜警戒能力计算模型

依据所构建的反潜巡逻机(直升机)对潜警戒扇面角β计算模型,结合量化分析条件,计算得出反潜巡逻机(直升机)采用平行监听和垂直监听时,对“苍龙”级潜艇的警戒扇面角与所需布设浮标声纳的数量,如表2所示。

表2　反潜巡逻机(直升机)浮标声纳对潜警戒扇面角

2.3反潜直升机吊放声纳对潜警戒能力

反潜直升机在航母综合作战区担负对潜警戒任务时,除了可以采取布设浮标声纳线型拦截阵的方式为航母提供反潜警戒外,还可采用建立吊放声纳拦阻巡逻线的方式实施对潜警戒。

2.3.1反潜直升机吊放声纳对潜警戒能力计算模型

1)最小警戒纵深计算模型

为保证航母免遭敌潜艇导弹、鱼雷攻击的威胁,要求反潜直升机在敌潜艇占领武器攻击阵位对航母实施攻击之前,先敌发现并消灭来袭敌潜艇。为此作如下定义:

① 反潜直升机从发现目标到其攻击武器命中目标所需时间,为反潜直升机对潜攻击所需的战术反应时间Tz;

② 反潜直升机最迟警戒线到航母活动区圆心的距离称为反潜直升机最小警戒纵深,用Dz表示,如图9所示。

图9　反潜直升机最小警戒纵深示意图

显然,为保证反潜直升机能够在敌潜艇占领攻击阵位前先敌攻击,先机制敌,反潜直升机最小警戒纵深应满足如下条件:

Dx=Rh+D+D3=Rh+D+VqTz

(14)

式中,D3为反潜直升机最迟警戒线与敌潜艇最早攻击阵位线之间的距离[8]。

2)对潜警戒扇面角计算模型

图10　反潜直升机吊放声纳对潜警戒示意图

由图10可知,反潜直升机使用吊放声纳有效警戒的最大长度Lz为

Lz=Nz×dg

(15)

式中,dg为反潜直升机吊放声纳相邻探测点间的距离,ds为吊放声纳战术作用距离,Nz为敌潜艇不能穿越反潜直升机吊放声纳警戒宽度条件下,反潜直升机能够点水探测的次数的一半,其约束条件为

(16)

式中,[]表示取整数值,Vz为反潜直升机使用吊放声纳搜索的平均航速,W为反潜直升机吊放声纳有效搜索宽度,其计算公式为:

(17)

为保证反潜直升机能够在最迟警戒线外发现敌潜艇,要求反潜直升机吊放声纳有效搜索宽度外沿O1P1连线应与最迟警戒线相切。在ΔFVP中,根据正弦定理可得,反潜直升机使用吊放声纳的对潜警戒扇面角θ为

(18)

2.3.2反潜直升机吊放声纳对潜警戒能力计算

根据反潜直升机使用吊放声纳对潜警戒扇面角θ计算模型,结合量化分析的条件,计算得出反潜直升机使用吊放声纳对“苍龙”级潜艇的警戒扇面角,如表3所示。

表3　反潜直升机吊放声纳对潜警戒扇面角

3　航母综合作战区警戒兵力配置

3.1警戒兵力配置基本原则

1)前出配置、纵深防御

对潜防御是航母综合作战区警戒兵力防御作战的最主要样式。为有效应对敌潜艇可能对航母实施的中远程反舰导弹攻击和近距离鱼雷攻击,反潜作战指挥员应从有效应对敌潜艇威胁,保证航母水下安全的根本目的出发,根据敌潜艇反舰武器对航母的可能攻击区范围、综合作战区警戒兵力的数量及其对潜警戒能力,结合航母综合作战区防空作战的要求,合理确定警戒兵力的前出距离,构建纵深、严密的对潜防御体系。

2)确保防御敌鱼雷攻击的有效性

与远距离导弹攻击相比,敌潜艇对航母实施鱼雷攻击的隐蔽性更强、威胁更大,且更难防御,加之我警戒兵力防御敌潜艇鱼雷攻击所需前出的距离较小,所需兵力少。所以,在航母综合作战区警戒兵力有限的情况下,反潜作战指挥员应以防御敌潜艇鱼雷攻击为重点,合理配置警戒兵力。

3)对潜与防空兼顾

现代海战是全方位、立体化、大纵深的海上攻防作战。航母在综合作战区遂行任务的过程中,除了可能遭受敌方潜艇的水下攻击外,还可能面临来自敌水面、空中的威胁。携带反舰导弹的敌攻击型潜艇,通常会在其反舰导弹的有效射程内,首先使用反舰导弹对我航母实施远距离导弹攻击。所以,为保障航母在综合作战区的行动安全,要求警戒兵力在严密组织对潜防御的同时,还必须兼顾对空防御。

3.2航母综合作战区警戒兵力配置方法

航母综合作战区的对潜警戒兵力,通常采取以航母活动区中心为基点,在指定区域建立拦截巡逻线阻止敌潜艇进入的方法,为航母提供反潜警戒。实际作战过程中,指挥员应在满足航母起降舰载机要求的基础上,根据综合作战区警戒兵力的数量及其对潜警戒能力,科学确定航母综合作战区警戒兵力的配置[3-5]。

3.2.1水面舰艇的配置方法

1)水面舰艇的方位配置

水面舰艇具有广泛持续的反潜作战能力与较强的防空作战能力,是航母综合作战区对潜警戒与防空作战的主要力量。所以,在进行航母综合作战区水面舰艇的配置时,通常将防空能力较强的水面舰艇配置在航母受敌空中威胁的主要方向,使其在实施对潜警戒行动的同时,能够更好地发挥其防空作战能力[5-6]。

2)水面舰艇前出距离的确定

航母综合作战区警戒兵力前出距离,是指为保障航母在综合作战区遂行任务的安全,警戒兵力相对于航母活动区中心前出配置的距离。在敌潜艇反舰武器有效射程、我航母活动区范围确定的情况下,警戒兵力前出配置的距离主要依据航母综合作战区反潜兵力的数量及其对潜警戒能力合理确定。

当航母综合作战区警戒兵力充裕,足以构建覆盖敌潜艇反舰导弹攻击阵位的大范围警戒区域时,水面舰艇的最小前出距离Sj应满足下列关系:Sj=Rh+Dd+VqTj-dt;当航母综合作战区警戒兵力较少,难以构建较大防御区覆盖敌潜艇导弹攻击阵位时,反潜作战指挥员应根据航母受敌潜艇鱼雷攻击的威胁情况,从有效应对敌潜艇鱼雷攻击威胁,确保航母安全的要求出发确定警戒兵力的前出距离。此时,水面舰艇的最小前出距离Sj应满足下列关系:

Sj=Rh+Dy+VqTj-dt。

3.2.2反潜巡逻机的配置方法

1)反潜巡逻机的方位配置

反潜巡逻机具有续航时间长、机载设备多、反潜作战能力强,并能在使用浮标声纳对潜搜索的同时,利用机载雷达、前视红外/电视仪等设备对海面大范围搜索的诸多优势。因此,在进行航母综合作战区反潜兵力的配置时,通常将反潜巡逻机配置于综合作战区受敌潜艇威胁的主要方向[7],如图11所示。

2)反潜巡逻机前出距离的确定

反潜巡逻机使用浮标声纳对潜警戒时,其前出距离可用其所布设的线型浮标声纳阵与航母活动区圆心之间的距离来表示。

当航母综合作战区警戒兵力充裕,能够构建覆盖敌潜艇反舰导弹攻击阵位的大范围警戒区域时,反潜巡逻机使用浮标声纳对潜警戒的最小前出距离Sx应满足下列关系式:Sx=Rh+Dd+VqTx;当航母综合作战区警戒兵力较少,难以构建较大防御区覆盖敌潜艇导弹攻击阵位时,反潜巡逻机使用浮标声纳对潜警戒的最小前出距离Sx应满足如下关系:

Sx=Rh+Dy+VqTx。

3.2.3反潜直升机的配置方法

1)反潜直升机的方位配置

反潜直升机以载舰为平台,具有使用方便、灵活,既可使用吊放声纳又可采用布设浮标阵的方法实施对潜搜索等优点。但由于其存在续航时间短、前出距离受限等方面的不足,在进行航母综合作战区反潜兵力配置时,反潜直升机通常采取在载舰附近配置,在指定区域使用吊放声纳建立拦截巡逻线或布设线型浮标声纳阵的方法,与载舰协同负责一定警戒扇面的对潜警戒任务,如图11所示。

2)反潜直升机前出距离的确定

反潜直升机使用浮标声纳进行对潜警戒时,其前出距离的确定可以参照反潜巡逻机的配置方法。

当航母综合作战区警戒兵力充裕,足以构建覆盖敌潜艇反舰导弹攻击阵位的大范围警戒区域时,反潜直升机使用吊放声纳对潜警戒的最小前出距离Sz应满足下列关系:

当航母综合作战区警戒兵力较少,难以构建较大防御区覆盖敌潜艇导弹攻击阵位时,反潜直升机使用吊放声纳对潜警戒的最小前出距离Sz应满足下列关系:

3.2.4攻击型潜艇的配置方法

攻击型潜艇具有隐蔽性好，受气象等环境因素制约小，能够与敌潜艇在同一个作战环境中长时间、不间断地遂行反潜作战活动等优势,因而成为航母综合作战区反潜作战的重要力量之一。但由于其存在水下观察、识别与通信能力弱，与其它反潜兵力协同困难等方面的不足,通常将攻击型潜艇配置在航母综合作战区的外围,敌潜艇最有可能来袭的方向,遂行相对独立的对潜警戒任务。

4　结束语

如何基于战场环境、敌潜艇的性能及其作战使用特点,对水下威胁作出科学的判断;如何基于水下威胁和警戒兵力的对潜警戒能力,对航母综合作战区对潜警戒兵力进行合理的配置等问题,都是航母编队作战运用过程中,反潜作战指挥员极为关心和亟待深入研究的问题。本文在定量分析综合作战区航母受敌潜艇威胁、警戒兵力对潜警戒能力的基础上,依据航母综合作战区反潜作战的目的和要求,提出了航母综合作战区对潜警戒兵力配置的基本原则的方法。所得结论,对于优化航母综合作战区警戒兵力的配置,提高警戒兵力的反潜作战能力具有较好的理论指导意义和参考使用价值。

[1]段晓稳,高晓光,李波.综合作战区舰载预警机防空警戒控制策略研究[J].系统工程与电子技术,2015,37(9):2035-2036.

[2]沈治河,朴成日.基于作战行动航母编队兵力配置[J].舰船科学技术,2014,36(3):131-135.

[3]于凤全,周晓光,赵仁厚,等.突击潜艇对航母可生存性影响建模分析[J].兵工自动化,2014,33(3):25-28.

[4]朴成日,沈治河.基于作战能力需求航母编队兵力编成模型[J].兵工自动化,2013,32(11):12-15.

[5]赵小龙,吴晓锋,徐圣良.航母编队反潜声纳舰阵位确定方法研究[J].指挥控制与仿真,2007,29(3):45-48.

[6]贺扬清,沈治河,刘峰.大型水面舰艇编队航渡中直接反潜警戒舰阵位仿真研究[J].指挥控制与仿真,2010,32(4):38-41.

[7]沈治河,朴成日.航母编队反潜巡逻机空域配置方法研究[J].军事运筹与系统工程,2013,27(1):51-56.

[8]吴福初,石文星,刘卫东.某型舰近程反潜防御区反潜直升机配置[J].指挥控制与仿真,2014,36(4):68-71.

Anti-submarine Alert Capability and Forces Deployment of Aircraft Carrier Formation in Synthetical Operations Area

WU Fu-chu1, XU Yin1, ZHANG Hai-feng1, LAN Tian2

(1. Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001;2. Naval Command College, Nanjing 210016， China)

By quantitative analysis on the enemy submarine threat and on the anti-submarine alert capability of alert forces in the synthetical operations area of aircraft carrier formation, this paper proposed one method for the alert forces deployment of the aircraft carrier formation in synthetical operations area, according to basic principles of the anti-submarine forces deployment. This study can help anti-submarine warfare commanders to optimize the allocation of anti-submarine forces deployment of the aircraft carrier formation in synthetical operations area.

synthetical operations area; anti-submarine alert; deployment optimization

1673-3819(2016)04-0001-07

2016-01-27

2016-03-16

吴福初(1963-),男,江苏宜兴人,博士,教授,硕士生导师,研究方向为兵种战术学。

徐寅(1986-),男,硕士研究生。

E925.6

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.001

张海峰(1966-),男,副教授。

蓝天(1963-),男,副教授。