战斗机超视距空战敏捷性分析

，，

(甘肃省酒泉市十四支局, 甘肃 酒泉 735018)

0 引 言

在双方“缠斗式”的近距格斗空战中，常用战斗机在地球空间物理域的机动性和敏捷性衡量其空战能力。对于地球空间物理域的非接触超视距空战，一般用“四先”[1](先敌发现、攻击、脱离和摧毁)衡量战机空战能力。为此，新一代战机均发展隐身、超音速巡航、超机动、高级信息优势和中远距多目标攻击等优异性能，以具备在复杂环境中夺取空战信息优势、实现先发制人的能力。以F-22为代表的五代机技术，标志着信息化空战时代的来临，信息机动性将成为战斗力的关键，电磁信息机动对抗能力和空战敏捷性对于夺取超视距空战优势、实现“四先”至关重要。本文研究了F-22战斗机与F/A-18、EA-18G的超视距空战场景，分析了战机超视距空战敏捷性和电磁信息机动对抗过程，探讨了空战敏捷性、电磁信息机动性与空战优势的关系。

1 战斗机超视距空战敏捷性的含义

博伊德将空战机动制胜原则总结为“观察、判断、决策和行动”的OODA(observe, orient, decide, act)环，指出空战中飞行员需要获取战场态势信息，根据所掌握的知识及态势信息做出判断和评估，并选择行动方案，然后迅速采取攻防行动，比对手更快地完成OODA环，也就是说瞬变能力更强的飞行员往往能克敌制胜。同时博伊德也指出，飞行员首先发现对手比机动性更为重要。近距空战的战斗机敏捷性，主要强调战机在地球空间物理域快速而精确改变飞机姿态和飞行轨迹的能力。人们把为达到预期的机动性所需时间和过程长短的能力，统称为敏捷性，即状态变化和时间两方面的基本属性。由于时间是战斗机飞行员空战表现的关键性因素，也是飞行员的主要决策依据和争取目标,所以，美国敏捷性委员会把时间作为敏捷性的主要评定尺度[1]。

超视距空战是双方依托各自作战体系，采用单机或编队协同方式在地球空间物理域进行的中远距非接触空战。空战贯穿于地球空间物理域、电磁网络空间信息域和人脑思维空间认知域的三重战斗空间，是三重战斗空间的交融、互动、对抗和博弈。物理域的非接触空战实质是以电磁频谱为介质的信息域和认知域接触战，是一种基于频谱的高性能电磁信息机动对抗和空战博弈。博伊德强调，OODA环不仅仅是空战或战斗机转向速度的理论，其中的每一步都依赖于信息的搜集、处理和传输，能否比对手更快、更好地搜集、处理和应用信息，并抑制对手的信息能力，直接关系到空战能否率先完成OODA环和具有先发制人的优势。

因此，在高度依赖信息域机动权的超视距空战中，只有通过信息机动作战，获得不对称信息和决策优势，才能比对手更快地完成空战OODA环，实现“四先”。可见，超视距空战的本质是基于频谱的信息域、认知域和物理域三重战斗空间的机动对抗和博弈。

本文涉及的战斗机超视距空战敏捷性，是指战斗机在超视距空战三重战斗空间中，按规定的精度和质量正确完成空战OODA环的快速性、响应性和敏捷程度，包括信息域电磁对抗敏捷性、认知域决策敏捷性和物理域行动敏捷性。信息域电磁信息对抗敏捷性是指战机在空战信息域电磁信息机动攻防对抗的快速性、响应性和敏捷程度，包括电磁防护和攻击敏捷性。认知域决策敏捷性是指空战OODA环中，从目标探测/识别到定下攻击/规避决策的快速性和敏捷程度。物理域行动敏捷性是指空战OODA环中，从定下攻击/规避决策到飞机机动占位、瞄准、发射导弹拦截目标的机动能力和快捷程度。

2 空战电磁信息对抗OODA环分析

图1为战机a与战机b在某一时空间超视距空战场景的时序关系，空战战术流程可划分为：目标探测/识别、截获跟踪、威胁判断与目标/火力分配、瞄准攻击、导弹中制导、导弹末制导诸环节。以进入超视距空战的时刻为基准，设空战流程各环节对应的时间为Δtai、Δtbj(i，j=1, 2, …, 6)。可将战机从发现敌机到完成攻击的这一战术流程视为空战OODA环，包括观察(探测/识别、截获跟踪)、判断(态势分析及威胁判断)、决策(目标/火力分配)、行动(瞄准攻击和导弹拦截)。它贯穿于空战信息域、认知域和物理域三重战斗空间，是双方在三重战斗空间的对抗博弈，是双方空战OODA环速度、精度和运行质量的对抗。电磁信息机动对抗与攻防作战是主导和关键，它贯穿于整个空战OODA环从探测到拦截目标的各个环节，目的是争夺空战制电磁信息权。

图1 超视距空战场景的时序关系Fig.1 Time sequence of BVR air combat scenario

为了分析电磁信息机动对抗能力对空战OODA环的影响，将电磁信息机动对抗作为条件引入空战OODA环。图2为战斗机空战电磁信息对抗OODA环示意图，其中，Δtfi为电磁防护OODA环各环节的对应时间(i=1, 2, 3, 4)，Δtgi为战机电磁攻击OODA行动环各环节的对应时间。在空战复杂电磁环境中，双方战机利用信息感知、攻防设备，对战场敌我友电磁态势和信息特征进行感知、定位和决策，并采取针对性的电磁攻击或防护措施实施信息攻防行动，以争夺制信息权。空战中，只有电磁信息机动攻防两端均比敌方更敏捷的一方，才能保证己方空战OODA环各环节中电磁频谱的使用和控制，同时抑制和破坏敌方空战各环节中电磁频谱的使用和控制，自始至终主宰电磁信息域，为己方空战OODA环比敌方更快、更精确、更敏捷运转奠定基础[2]。

图2 空战电磁信息对抗OODA环Fig.2 OODA loop of electromagnetic information counter

空战OODA环及电磁信息对抗OODA环的分析包括：①选择空战OODA环运行周期和速度作为战斗机空战敏捷性评估指标，体现战机在超视距空战中，相对于对手在信息域、认知域和物理域的机动性和敏捷性；②选择空战电磁信息对抗OODA环周期、速度作为战机电磁信息对抗敏捷性评估指标，体现战机在空战信息域电磁机动攻防对抗的快速性、响应性和敏捷程度；③选择战机空战OODA环决策周期、速度作为决策敏捷性评估指标，体现战机在电磁信息域的机动能力和认知域决策敏捷能力；④选择战机完成占位、瞄准、发射导弹及拦截目标的时间、速度作为行动敏捷性评估指标，体现战机按照决策实施攻防行动的机动能力和敏捷程度。

由图1可得超视距空战中战斗机a空战OODA环运行周期Ta和运行速度Fa分别为

(1)

空战决策周期ΔTaJc、和速度ΔFaJc为

(2)

空战中实施行动的时间ΔTaXd和速度ΔFaXd为

(3)

则有

(4)

式(4)说明 ：实施行动所耗费的时间与信息感知、处理、分析和决策所需时间以及OODA环的速度有关。可见，战机超视距空战敏捷性主要由决策和行动敏捷性决定，而贯穿信息域和认知域的电磁信息对抗敏捷性、决策敏捷性起关键作用，它直接决定了战机在复杂电磁环境中掌控频谱、主宰信息优势和实施“四先”的程度。

3 用敏捷性评估超视距空战优势

3.1 F-22与F/A-18超视距空战分析

3.1.1 F-22与F/A-18超视距空战条件

图3为假想的F-22隐身战斗机与F/A-18战斗机超视距空战示意图。设F-22飞行高度Ha为10 km、超音速巡航速度Va为1.6Ma，雷达截获距离R0，首次发射距离R1，发射的AIM-120D空空导弹平均速度Vm为3.5Ma，导引头截获距离dm约25 km，导弹导引头截获目标后，载机的制导时间tc约5 s[3]。F/A-18高度Ht为10 km、速度Vt为0.8Ma，雷达对F-22探测距离Rt。假设F-22的前向RCS约为0.01 m2， F/A-18前向RCS为5 m2。根据文献[4]，F-22雷达AN/APG-77约2 000个T/R单元，对雷达散射截面积(RCS)为1 m2的目标探测距离200 km。由此可估算得雷达对F/A-18的探测距离约299 km，射频隐身的“寂静攻击”距离约210 km(假设F/A-18的机载雷达预警系统(RWR)灵敏度为-65 dBmW)，可使用AIM-120D空空导弹在200 km距离对目标进行首次攻击。F/A-18雷达AN/APG-79约1 368个T/R单元，则对照F-22雷达，可估算得F/A-18雷达对F-22探测距离约47 km。

图3 F-22隐身战斗机与F/A-18超视距空战示意图Fig.3 BVR air combat between F-22 and F/A-18

在空战中，F-22第n次射击距离Rn与完成攻击的距离Rn+1(Rg≤Rn+1

(5)

由式(5)可估算出F-22的各次射击距离R1,R2,…,Rn。

3.1.2 空战敏捷性分析

根据假设条件初步估算，F-22从210 km截获跟踪，在200 km开始首次攻击，则从210 km至54 km脱离这一距离范围内(空战时间约3.61 min)，处于超音速巡航状态的F-22使用AIM-120D空空导弹，可对跨音速状态的F/A-18实施至少两次防区外迎头超视距寂静攻击并安全脱离。发射距离分别为R1=200 km，R2=98.7 km，脱离距离约54 km左右。而F/A-18雷达探测距离约47 km，无法对F-22构成攻击威胁，而且面对F-22的“寂静攻击”，其自卫电子战系统难以感知F-22雷达信号，无法采取电子战或规避措施，这也是F-22参加的多次军演中，对F/A-18等常规战机取得压倒性优势的原因。因此，F-22明显具有的空战敏捷性和“先视、先攻、先离和先毁”的“四先”优势。另外，如果F-22采用超音速发射或脱离、跨音速制导的机动模式，还可进一步增加射击次数。

3.1.3 电磁信息对抗分析

从电磁信息攻击视角，F/A-18无法感知F-22雷达的跟踪和攻击，因而信息攻击OODA环路中断，无法对敌雷达实施侦察、干扰。而F-22雷达跟踪和攻击不受影响，电磁信息防护OODA环路正常运转，可在210 km至54 km距离范围内，在信息域按射频隐身规律实施电磁信息机动和寂静攻击。

从电磁信息防护视角，面对F-22隐身带来的电磁信息攻击措施，在210 km至54 km范围内，F/A-18雷达无法检测目标信号，机载RWR亦无法截获F-22雷达信号，导致F/A-18有源和无源侦察感知电磁信息防护OODA环路中断，无法在电磁信息域进行感知与机动。而F -22隐身电磁信息攻击OODA环路正常运转，可持续中断F/A-18侦察感知信息防护OODA环路。

总之，F-22面对F/A-18时，电磁信息攻防机动均优于对手，在电磁信息域攻防两端均能不受影响地实施机动对抗。这相当于战机a空战OODA环运行速度快于战机b空战OODA环运行速度，即Fa>Fb时，F-22在空战信息域攻防兼备，电磁信息攻击和防护敏捷性均优于F/A-18[2]。

3.2 F-22与EA-18G超视距空战分析

3.2.1 双方均势阶段

图4为F-22与EA-18G超视距空战示意图(假设前向RCS及空战飞行条件同3.1.1)。从F-22隐身电磁信息攻击和EA-18G电磁信息防护视角看，在210 km至47 km距离范围内，F-22隐身电磁信息攻击OODA环路可正常运转，能持续中断EA-18G有源感知信息防护OODA环路正常工作，EA-18G雷达在电磁信息域无法检测目标信号，丧失信息感知能力。

反之，从F-22电磁信息防护和EA-18G电磁信息攻击视角看，EA-18G可采用AN/ALQ-218(V)2电子侦察装备和AN/ALQ-99大功率干扰吊舱，在210 km至数公里距离范围内[5]，对F-22雷达实施有效侦察、干扰和压制，使其完全丧失信息感知能力，无法在电磁频谱信息域进行有源感知与机动，从而破坏了F-22隐身带来的不对称信息优势和先发优势，在电磁信息域失去机动对抗能力。

图4 F-22隐身战斗机与EA-18G超视距空战示意图Fig.4 BVR air combat between F-22 and EA-18G

由上述分析可见，在210 km至47 km距离范围内，属于空战双方频谱/信息拒止条件下的空战均势。在这个范围内，F-22空战电磁信息攻击敏捷性优于EA-18G信息防护敏捷性，而电磁防护敏捷性劣于EA-18G信息攻击敏捷性，即双方均不能有效对抗对方的电磁信息攻击，无法有效保护己方电磁信息域，但可有效抑制和破坏对方电磁频谱的使用和控制[2]。因此，双方可能进入近距空战。

3.2.2 EA-18G优势阶段

由于F-22隐身电磁信息攻击OODA环路仅能压制EA-18G雷达至47 km距离，而EA-18G电磁信息攻击OODA环路能压制F-22雷达至数公里距离内，因此，在47 km至数公里距离范围内，EA-18G可获得先发制人优势，并能利用其机载雷达实施迎头超视距攻击。即:EA-18G电磁信息攻击OODA环路可压制F-22有源感知信息防护OODA环路正常工作,而F-22隐身电磁信息攻击OODA环路则无法中断EA-18G有源感知信息防护OODA环路。EA-18G在抑制和破坏F-22电磁信息域的优势后，可在47 km范围内，使用雷达和AIM-120空空导弹，对超音速巡航状态的F-22实施攻击。

可见，在47 km至数公里距离范围内，相当于Fa

在2009年军演发生的EA-18G“击落”F-22事件中，F-22没有对“攻击”做出反应，尤其是其号称截获距离达460 km的AN/ALR-94ESM没有对EA-18G雷达信号实施告警，以及采取电子干扰或规避机动措施。美国军事学者费尔根豪尔给出了一种分析，他认为，携带大功率干扰吊舱的EA-18G很可能先期对F-22的电子信号源实施了“绝对压制”，进而通过自身机载雷达大致确定了对手的方位，然后用“发射后不管”的AIM-120导弹进行攻击。由于该弹利用自己的主动雷达导引头寻找和跟踪目标，而F-22的电子对抗手段主要针对俄制导弹，因此才应对乏术。另外，也有资料报道，AIM-120空空导弹在近距离空战时(通常指视距10 n mile范围内)，无需机载雷达锁定可直接发射，导弹在发射后会立即启动主动雷达，让导弹成为真正的“射后不理”，飞行员称为“Mad Dog”。

3.3 评估结果

通过上述探讨和研究，可得到以下结论：

一是在信息化空战环境中，信息机动性、敏捷性将是战斗力的关键，具备优良的电磁信息机动对抗能力和空战敏捷性，对于夺取超视距空战优势，实现“四先”至关重要。而F-22主要依靠其在电磁信息域的机敏性，能够更快地搜集、处理、分析和应用信息，通过信息机动，获得不对称信息和决策优势，从而赢得的时间和空间优势，成为克敌制胜的关键。

二是F/A-18等常规四代机可通过信息域机动能力的“提升”，对抗和抵消F-22 等五代机“四先”优势，包括提升信息感知能力、提高电磁信息感知和防护OODA环路机动对抗能力，破击五代机的隐身电磁信息攻击OODA环路，抵消不对称信息优势。主要措施包括：装备大功率有源相控阵雷达以及先进机载无源探测感知装备(如ESM系统或IRST系统)等，可大幅提高预警及反制距离(如F/A-18的ESM/RWR灵敏度提高10 dB，可使F-22雷达“寂静攻击”距离降低约68%)；采用网络中心战法，将来自预警机、地面雷达和其它战机的信息进行融合，抵消五代机的隐身优势。

三是F/A-18等常规四代机也可通过信息域的电磁“扰乱”措施，对抗和抵消F-22等五代机“四先”优势。通过电磁信息干扰压制手段、提高电磁信息攻击OODA环路机动对抗能力，破击对手的电磁信息防护OODA环路，大幅压制其不对称信息优势和攻击距离。主要“扰乱”措施包括装备先进的电子战系统，如高灵敏度的ESM/RWR和具备相参干扰能力的DRFM干扰机，提高对F-22等五代机雷达的侦察干扰和压制能力，从而抵消F-22的先发制人优势，取得均势对抗机会，或可逆转为先发制人。

四是常规四代机还可通过装备具有反隐身能力的远程空空导弹提高攻击阶段信息域和物理域的敏捷性，对抗和抵消F-22等五代机“四先”优势。

4 结束语

本文借鉴战斗机近距空战的敏捷性概念，运用空战OODA环原理，探讨了战斗机超视距空战敏捷性，以及电磁信息机动对抗等概念。通过F-22与F/A-18及EA-18G超视距空战对抗场景，分析了战斗机超视距空战电磁信息机动的对抗过程，研究了战机电磁信息机动性、空战敏捷性与空战优势的关系。研究结果表明，在信息化空战环境中，战斗机电磁信息机动性、敏捷性是获取超视距空战优势的关键。最后，本文提出了战斗机提升信息域电磁信息机动性、敏捷性和超视距空战敏捷性的措施。