“金刚”级驱逐舰“标准-2”舰空导弹反导作战分析

刘峰，崔超

(海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018)

0 引言

“金刚”级驱逐舰是20 世纪80 年代后期日本仿照美国海军“伯克”级建造的驱逐舰，是日本海上自卫队在第二次世界大战后建造的火力最强、性能最强并首先搭载宙斯盾系统的舰艇。

据公开资料显示，“金刚”级驱逐舰的宙斯盾系统可以监视400批目标并跟踪其中的200批，引导“标准-2”舰空导弹最多同时拦截12个来袭目标，但这只是理论上的最大值，关于具体情况下的防空能力，并没有相关的分析。本文主要结合具体的作战背景，对“金刚”级“标准-2”型导弹的反导拦截能力进行定量分析。

1 “金刚”级防空装备及作战背景

“金刚”级驱逐舰在防空作战中，主要装备为AN/SPY-1系列相控阵雷达、SPG-62火控雷达和MK-41垂直发射系统等。其中：

(1) AN/SPY-1系列相控阵雷达，宙斯盾系统的核心装备，主要负责对目标实施跟踪，对“标准-2”的中段实施指令引导，能够监视400批目标并跟踪其中的200批，最大作用距离达到370 km；

(2) “标准-2”舰空导弹，采用“惯导+指令+半主动雷达”制导，有多达2类10种型号(中程型Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，ⅢA，ⅢB和增程型Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，IV，ⅣA)，最大射程185 km[1]。

(3) SPG-62火控雷达，是“标准-2”舰空导弹的照射雷达，理论上可以在120°扇面内对4个来袭目标实施分时照射[2]，最大照射距离达到150 km。

(4) MK-41垂直发射系统共12组8联装，前甲板4组，后甲板8组，可以以1枚/s的速率发射导弹。

但“金刚”级在防空作战中仍然存在着一些制约因素：首先，AN/SPY-1相控阵雷达在探测过程中受到地球曲率的影响，对于低空目标的作用距离为视距，对于反舰导弹等掠海来袭目标的反应时间较短，只能从来袭目标进入视距后开始实施抗击；第二，“金刚”级对多目标抗击主要依靠SPG-62火控雷达和MK-41垂直发射系统，SPG-62火控雷达需要机械转动天线实施分时照射，限制了其抗击防御反舰导弹饱和攻击的能力，同时MK-41垂直发射系统理论上可以达到1枚/s的发射速率，但在抗击同时到达的多枚反舰导弹时，仍会受到多种因素的影响。

对于“金刚”级的防空作战，尽管可能获得其他兵力可为其提供早期的目标信息，但是由于“标准-2”在末段的命中过程还需要舰载的SPG-62雷达实施照射，本质上还是单舰艇完成防空作战流程。因此，本文设定的作战背景是：“金刚”级依靠自身的相控阵雷达搜索来袭的反舰导弹，在发现目标后立即转入对目标的跟踪，判断威胁等级，在条件允许时发射“标准-2”舰空导弹实施抗击[3-6]。“标准-2”拦截过程的中段主要依靠自身的惯导和相控阵雷达为其提供制导指令飞向目标，在接近目标后，由AN/SPG-62火控雷达实施照射，“标准-2”导弹接收目标反射的雷达信号，对目标实施追踪直至摧毁目标。

2 模型建立及分析

2.1 对目标的发现

根据前文所述，雷达对掠海目标的发现距离为视距，可由公式(1)计算得出：

(1)

式中：D为雷达对目标的发现距离，km；H为舰载雷达的天线高度，m；h为反舰导弹的飞行高度，m。

雷达发现目标后，需要经过数次扫描以便对目标的进行确认，扫描的次数取决于海上目标数量、杂波干扰程度以及操作手的熟练程度等因素。目标确认后，即可转入跟踪并发射“标准-2”导弹。对目标发现的态势如图1所示。

图1 水面舰艇拦截目标态势图Fig.1 Situation of missile interception of surface ship

假设相控阵的安装高度Hr=16 m，由于照射器的安装高度高于相控阵雷达，可以认为只要相控阵雷达对来袭导弹实现跟踪，照射器即可以对目标实施照射。

则根据式(1)可以计算得出警戒雷达发现来袭导弹的最远距离以及相控阵雷达能够跟踪目标的最远距离，如表1所示。

表1 雷达对导弹的发现距离Table 1 Radar detection range against missile

假设雷达首次发现目标后需要4个周期(T)对目标进行确认，设来袭反舰导弹飞行速度vfj，“标准-2”导弹飞行时在反舰导弹航路上的速度投影vbz，则“标准-2”导弹开始抗击时的目标距离为

Dkj=Djj-vfjT.

(2)

2.2 “标准-2”的发射

在AN/SPY-1相控阵雷达转入对目标跟踪后，经过目标识别和威胁判断即可由MK-41系统发射“标准-2”舰空导弹，这一过程可实现无人干预，反应时间很短。在不考虑火控系统解算时间的情况下，MK-41系统可以实现1枚/s的发射速率。

“标准-2”采用的是垂直发射方式和高抛弹道，即导弹从发射筒中垂直射出，达到一定高度后作类似抛物线的弹道自上而下飞向目标。在这一过程中，主要依靠AN/SPY-1相控阵雷达对其实施指令导引。由于“标准-2”弹道较为复杂，因而本文不对其弹道进行仿真，只取其速度在海平面的投影作为计算依据。

通过式(3)的多次迭代计算，可以得出从第1枚“标准-2”发射的时刻起，直至反舰导弹进入射击近界，“标准-2”可以实施拦截的次数、每次拦截时所需时间以及每次拦截时距离舰艇的距离。

ti=di-1/(vb+vf)，

(3)

式中：i为拦截的次数；d为“标准-2”发射时反舰导弹与舰艇的距离，m；vb为“标准-2”舰空导弹速度在海平面的投影，m/s；vf为反舰导弹的速度，m/s；t为“标准-2”舰空导弹与反舰导弹相遇时间，s。

根据式(2)可以得出以下结果和结论：

从图2中可以看出，如果按照MK-41的最大发射率(1枚/s)，当上一枚舰空导弹拦截成功后，下一枚将在0.8 s后与目标相遇，即如果仅依靠一个照射器实施照射，必须在0.77 s内完成转移目标并且实施照射，这就依赖于照射器的转火速度，如果照射器的转火速度大于0.77 s，那么MK-41系统就不能按照其最大发射率(1枚/s)的速度发射导弹。

图2 “标准-2”导弹与目标相遇时间Fig.2 Time needed for “Standard-2” intercepting target

从图3中可以看出，第1枚“标准-2”的拦截点在距离舰艇18.1 km处(不考虑弹道变化对速度的影响)，如果第1枚拦截失败，则反舰导弹继续飞行约0.23 km，第2枚拦截点在距离舰艇17.8 km处。也就是说如果2枚“标准-2”能够成功拦截1枚反舰导弹，当多枚反舰导弹同时攻击时，每枚反舰导弹在被拦截之前可比上一枚向目标多接近约0.46 km。

图3 “标准-2”导弹拦截目标时与舰艇的距离Fig.3 Distance to ship when “Standard-2” intercepting target

2.3 “宙斯盾”的中段导引

“标准-2”发射后，AN/SPY-1系列相控阵雷达为其提供中段导引。通常是AN/SPY-1同时跟踪来袭反舰导弹和“标准-2”，通过计算并采用指令的方式引导“标准-2”飞向目标。这里存在一个目标容量的问题，是雷达能够跟踪的目标数和制导的导弹数[7-10]。关于宙斯盾系统的目标容量(即在中段能够导引多少枚“标准-2”飞向目标)并无相关明确数据，这里根据公开的最大拦截目标数进行假设：能够对24枚导弹进行中段引导，攻击12个目标。

2.4 “SPG-62”雷达的照射

“标准-2”舰空导弹在接近目标后，末段的半主动雷达导引头开始工作，此时则需要SPG-62雷达对目标实施照射，“金刚”级SPG-62的布置如图4所示。

关于3座SPG-62的照射范围可以从其布设位置进行估算，如图5所示。

图5中1号的照射范围 -135°～ +135°(左舷为“-”右舷为“+”，下同)；2号的照射范围 -45°～ -180° ，+45°～ +180°；3号的照射范围 -45°～ -180° ，+45°～ +180°。

整理可以大致得出任意导弹来袭方位上可以实施照射的照射器数量：

图4 “金刚”级SPG-62布置图Fig.4 Deployment of SPG-62 of “Kongo”

图5 SPG-62照射范围示意图Fig.5 Sector of SPG-62 covering

(1) 舰艇左右舷0～45°范围内，1座照射器可以照射；

(2) 舰艇左右舷45°～135°范围内，3座照射器可以照射；

(3) 舰艇左右舷135°～180°范围内，2座照射器可以照射。

每座照射器采用分时照射的方法，雷达的平均旋转速度为72 (°)/s，旋转加速度为143 (°)/s2，则可以计算得出转动任意的角度α所对应的时间txz，如图6所示。

由于照射器对来袭目标所需的照射时间没有相关数据，在此进行假设为tzs分别为0.3，0.5和0.7 s，并根据假设分别进行计算，则SPG-62转火所需的时间tzh可以根据式(4)得出。

tzh=txz+tzs.

(4)

通过计算可以得出如图7所示的结果，可以看出如果当相邻两枚反舰导弹角度大于20°时，则tzh则会超过0.8 s。而根据本文2.2节的计算，按照MK-41的最大发射率，第1枚导弹拦截成功后，第2枚将在0.8 s后与目标相遇，明显小于某些态势下对SPG-62对目标转火所需时间，因此“标准-2”转火射击时，在某些情况下不应按照MK-41的最大发射率作为下一轮抗击开始的依据，而是以SPG-62雷达的转火时间作为依据[11-14]。

图6 SPG-62雷达的转动速度计算Fig.6 Rotation Speed of SPG-62

图7 SPG-62雷达的转火时间计算Fig.7 Time needed for SPG-62 changing target

当一个照射器工作时，如果按tzh=1.0 s计算，可以得出每一枚“标准-2”比前一枚落后1 300 m，那么MK-41的发射间隔就应该调整为1.3 s/枚。此时，转火拦截的反舰导弹比上一枚多接近300 m，仍假设2枚“标准-2”能够成功拦截1枚反舰导弹，如表2所示。

表2 "标准-2"拦截多目标时反舰导弹飞行距离 (一部照射器工作)

3 多目标拦截

根据公开资料给定的数据，设定来袭导弹10枚，间隔20°均匀分布在一舷0～180°范围内，可以有2～3个照射器实施照射，此时多个照射器同时工作，照射器在等待下一枚“标准-2”拦截弹抵达目标时，有充足的时间转向并照射下一个目标，因此不存在转火时间的问题。

假设雷达扫描速度为12 r/min，首次发现目标后需要4个周期(T)对目标进行确认，来袭反舰导弹飞行速度vfj=300 m/s，飞行高度10 m，“标准-2”导弹飞行时在反舰导弹航路上的速度投影vbz，则导弹开始抗击时的目标距离为

Dkj=Dfx-vfjT=

29.5-0.3×20=23.5 km.

从文献[15]得知， “标准-2”的拦截近界为15 km[15]，再根据表3的结果，假设从第1次拦截到反舰导弹进入“标准-2”的近界，在有3部照射器同时工作的情况下，也只能勉强拦截6枚反舰导弹。

假设双发命中概率0.95，则对空拦截概率为

(4)

式中：N为来袭导弹数量；n为成功拦截导弹数量。

当N=6时，可以得出结论：“标准-2”能够全部拦截来袭导弹的概率为0.74，漏过1枚反舰导弹的概率为0.23，漏过2枚反舰导弹的概率为0.03。

表3 “标准-2”拦截多目标时反舰导弹飞行距离(3部照射器工作)

4 结束语

本文通过定量计算，对“金刚”级驱逐舰“标准-2”拦截来袭反舰导弹的过程进行分析。在计算过程中对一些没有公开的技术参数进行了假设，其结论能在一定程度上反映出“标准-2”舰空导弹系统的防空反导作战能力，并且还需要将“海麻雀”、“密集阵”和电子干扰系统统筹考虑才能进一步得出舰艇的综合防空反导能力，这也是今后重点研究的方向。