关于舰艇编队跨平台火力兼容的构想

傅 冰，肖玉杰，曹 渊

(1.海军工程大学,湖北 武汉 430033;2.海军研究院,北京 100161)

提高舰艇作战系统综合作战效能一直是世界各海军强国关注的重点[1],而作为舰艇作战系统的关键技术之一,舰艇火力兼容技术直接影响全舰武器使用安全、实际有效射击区的大小、武器实际火力密度的大小和全舰的作战能力[2],是保证在复杂的海上装载、作战环境中安全、有效地发挥舰载武器效能的重要手段。我国从20世纪80年代末开始,对舰载武器火力兼容进行了独立自主的理论研究与工程实践,并在单舰平台多武器火力兼容方面得到应用[3-10]。

随着我国海军建设从以平台对抗为主向以体系对抗为主的转变,舰艇编队成为海军未来海上作战的主要作战单元。相对于单平台多武器火力协同,舰艇编队跨平台多武器协同体现出自身的特点,对“火力兼容”也提出有别于单舰平台多武器火力运用的管控需求。本文梳理“火力兼容”的发展脉络,按照舰艇编队作战的时空尺度,从作战模式转变和武器装备发展的角度,探讨舰艇编队跨平台火力兼容的概念和内涵。

1 舰载武器火力兼容的发展脉络

1.1 舰载武器火力兼容问题及现状

随着装备技术的发展,海军舰艇武器装备的性能得以不断提高。但是高技术条件下现代海战多维、立体的战争特点,要求海上作战单元必须具备对空、对海、反潜等方面作战以及电子战的综合作战能力,作战单元上必须搭载舰炮、反舰导弹、舰空导弹、火箭助飞鱼雷、管装鱼雷、火箭式深弹、有源/无源电子干扰设备等多种不同用途的软硬武器系统。因此,任何单一的武器,无论技战术性能如何优异,作为海上作战系统的一个组成部分,其实际作战效能要受到武器系统装舰后环境的影响和交战活动的制约[2],必须在作战系统的框架内对各舰载武器系统的运用进行综合管控,才能使其在相对狭小的海上平台装载环境和复杂的海战场交战环境中安全地使用、高效地发挥作战效能。

要确保各舰载武器系统安全地使用,就要科学合理地协调舰载武器火力与平台设施之间以及多武器同时使用时火力之间的交叉干扰。对于舰载武器与舰面设施之间的安全,基于安全“裕度”定义通过确定固定安全射界来确保安全,例如早期的单武器管控以及单系统多武器管控,其典型代表有北约的海麻雀导弹系统(NSSMS)、拉姆导弹系统(RAM)和MK15密集阵近程武器系统(CIWS)的安全射界管控[11]。对于多武器同时使用时火力之间交叉干扰造成的安全问题,则是通过活动安全射界确保多武器同时使用时弹道不交叉、射向不冲突、互相不干扰,避免近距离上危及发射舰的火力冲突,例如在单舰平台的多类多型武器管控,典型代表有俄罗斯现代级驱逐舰的火力兼容自动控制系统,该系统用于自动管理舰载的舰炮、舰载导弹、反潜武器等多类舰载武器系统。

要达到各舰载武器系统高效地发挥作战效能的目的,则是在确保安全的基础上,尽可能增加各种武器发射时机,挖掘全舰武器系统的潜力,提高对目标的打击、拦截杀伤概率,从而充分发挥各武器的作战效能,提高全舰的作战能力。一方面通过舰面环境设计与固定安全射界的迭代优化,提高舰载武器射界利用率,实现各舰载武器相对舰面设施的射界最大化；另一方面,多武器同时使用时基于武器射弹散布模型在空域内进行火力交叉判断[5-6,10,12],对存在火力交叉的情形,按照战术原则和目标的威胁程度制定火力兼容规则,在时域上通过禁射指令消解火力交叉冲突[2,9],确保单舰平台多武器整体作战效能的发挥。

可见,舰载武器火力兼容的核心就是要避免舰载武器使用时造成的危险,并充分发挥舰载各武器系统在作战系统整体中的作战效能,真正将单一武器系统性能的提高在舰载武器火力密度“量”的增加过程中转变为舰载作战系统作战效能“质”的提升。

1.2 单舰舰载武器火力兼容的特点

现有舰载武器火力兼容是在舰艇作战系统目标分配的基础之上,以保证本舰舰体及设施安全、避免本舰多武器同时使用时火力交叉为准则对舰载武器发射控制进行的干预,如图1所示。单舰舰载武器火力兼容体现出以下特点。

图1 单舰平台作战流程中的火力兼容

1)临近发射平台的空域管控范围:单舰舰载武器火力兼容主要考虑武器发射和火力散布交叉对舰体及舰面设施安全的影响,因此火力兼容控制的空域范围以舰艇舰体为基础,向外延伸安全距离的范围,体现出较强的临近发射平台特性。

2)基于初始段火力散布模型的火力交叉判断:单舰舰载武器火力兼容控制的临近发射平台空域范围仅涉及舰载武器发射后射弹飞行的初始段,活动安全射界计算只需进行各舰载武器弹丸/弹体初始段弹道之间的火力交叉判别,因此火力散布模型主要针对初始段进行建模。

3)限于发射干预的交战执行控制:单舰舰载武器火力兼容控制的近平台空域范围仅涉及舰载武器发射后弹丸/弹体飞行的初始段,而无论是舰炮弹药还是各类舰载导弹,该段弹道基本都属于方案飞行状态,舰载武器控制系统和火力兼容设备均无法对其施加干预,只能计算时域上的发射间隔,通过禁射对武器的发射施加干预来实现多武器交战兼容控制。

4)开环、被动的火力兼容控制体制:现有多武器火力兼容多是在目标分配的基础之上,判断武器与武器间是否发生火力交叉,进而寻找避免交叉的武器发射控制策略。火力兼容在这一开环的控制体制中,只能被动处理武器目标分配(Weapon Target Allocation, WTA)决策结果在交战执行过程中出现的火力交叉及干扰问题,无法对目标分配、通道组织、火控解算等环节施加影响。

2 舰艇编队跨平台火力兼容面对的挑战

2.1 舰艇编队火力兼容面对的挑战

随着以平台对抗为主向以体系对抗为主的转变,以航母编队、两栖编队、联合机动编队为代表的海上舰艇编队将成为未来主要的海上作战单元。舰艇编队可以使具有不同使命任务的舰艇及其搭载的各类武器系统结合成一个全方位、大范围、多层次、多功能的有机的海上攻防整体,相对于单舰多武器管控,将使火力兼容面临来自编队兵力编成多元、交战模式改变以及武器系统信息化水平提高带来的挑战。

从舰艇编队的兵力编成来看,作战平台的数量众多、种类多元。以2003年美国单航母打击群为例,一般包括1艘航母及其航空联队、1艘巡洋舰、2艘驱逐舰、2艘攻击型潜艇和1艘战斗支援舰,兵力编成涉及7个水面、水下作战平台,以及近百架固定翼舰载机、舰载直升机、无人机等空中作战平台。相对于单舰平台舰面设施安全,由于平台数量众多、种类多元以及平台机动和编队阵形变化,舰艇编队火力兼容确保平台安全时涉及的平台环境因素复杂、动态性强。

从舰艇编队的交战模式来看,基于网络的协同交战成为主要交战模式。一方面,“感知网”、“决策网”、“火力网”三网合一的协同交战体系使交战控制粒度从平台细化到武器系统各功能节点,编队内统一的态势认知、作战决策和火力控制成为火力兼容的基础;另一方面,由于编队内战场态势认知的统一与“打击链”各功能节点的跨平台组织,可行的火力通道组织方案数量大幅增长,这必然使得舰艇编队武器运用中所面临的诸如射弹作用区域重叠、射弹作用效果互扰,以及弹道与平台航路交叉等安全性问题更加突出。

从舰艇编队的火力冲突来看,涉及范围全航路化,影响模式多样化。一方面,由于武器发射基点的跨平台分布特征显著,火力交叉将不仅仅只涉及射弹弹道的初始段,而是可能涉及射弹弹道全航路的各个阶段[13];另一方面,由于发生冲突的双方(射弹/平台)涉及各自弹道、航路的不同阶段,造成冲突的机理也将不仅仅是二者之间的实体碰撞,还可能包括命中点附近对敌目标毁伤的附带杀伤、穿越命中点后的误伤、信息化弹药末制导段的目标特性干扰等多种情形。

从武器系统的信息支援发展来看,武器射弹的平台化特征日益显著。在以体系对抗为主的舰艇编队交战中,为实现基于“效果”的作战,通过网络化、面向智能化,武器系统的信息支援的“重心”势必在海上作战体系中进一步下移,聚焦交战过程的终点作用,围绕“射弹”展开。这使得武器射弹,尤其是信息化弹药,在整个作战体系和交战链路中不再仅仅具备毁伤功能,而是承担起越来越多的战场感知、信息传输、指挥协同的功能角色,其平台化特征在海上作战体系的信息支援下日益显著。因此,使得海战场环境下目标识别、态势共享和目标指示等信息支撑的平台粒度进一步细微化。

2.2 舰艇编队跨平台火力兼容的界定

舰艇编队火力兼容,即舰艇编队多武器火力协同使用得当[14-16],除单舰平台上的多武器火力协同使用得当外,还应该包括编队跨平台多武器火力协同使用得当。舰艇编队跨平台火力兼容是在舰艇编队作战环境下,协调编队内不同舰艇平台上武器发射的射弹弹道与编队内平台运动轨迹之间以及射弹弹道之间的干扰、冲突,平衡舰载武器在编队作战运用中的误伤风险规避与作战效能发挥。

随着装备技术的不断发展,火力兼容在海上作战系统框架下,管控的范畴从单武器系统拓展到单平台多类武器系统,管控的武器种类、数量越来越多,但是武器运用“安全”、“高效”这两个核心要求始终未变,因此在构建舰艇编队跨平台火力兼容的概念图像时,应该正视其相对单平台火力兼容在武器管控对象的数量规模、时空范围、武器管控粒度上的区别,坚持武器运用“安全”、“高效”这两个核心要求。

3 舰艇编队跨平台火力兼容概念图像的构想

舰艇编队火力兼容的总体构想如图2所示,舰艇编队跨平台火力兼容概念图像的构想如图中蓝色部分。

3.1 形成多层级、多维度闭环的编队火力兼容控制机制

舰艇编队火力兼容,即舰艇编队多武器火力协同使用得当,包括两个层级:单舰平台上的多武器火力协同使用得当;编队跨平台多武器火力协同使用得当。舰艇编队火力兼容首先是单舰平台上多武器之间的兼容运用,因此,单舰平台火力兼容是舰艇武器运用参与编队跨平台火力兼容的基础,只有通过单舰火力兼容判断与管控的武器运用才能够参与编队跨平台火力兼容管控。另一方面,海上作战体系的指火控一体化特征日趋鲜明,编队跨平台多武器火力兼容将成为有效衔接作战指挥与武器控制的关键环节。在功能链路上,跨平台多武器火力兼容将不仅仅被动接收WTA的结果,而是要从武器控制的“兼容好”转变为追求武器交战策略的“好协同”,从目标分配之后被动的射界重叠、射向交叉判断及禁射控制转变为主动的多目标多武器动态分配组织决策支持。

图2 舰艇编队火力兼容的总体构想

3.2 基于武器射弹-平台一体化的协同交战火控级信息共享

依据网络中心战理论,跨平台协同交战的信息基础是火控级信息共享。在跨平台多武器火力兼容问题中,火控级信息共享的武器射弹-平台一体化特征日趋明显。一方面,随着信息化、网络化、智能化技术的不断发展,舰载武器射弹的自主控制水平不断提高,同时编队内作战平台向无人化、小型化方向发展,使得武器射弹与作战平台之间的界限日趋模糊;另一方面舰艇编队协同作战使得作战区域不断扩大,交战周期大幅延长,在这样的时空范围内,编队火力兼容问题由“射弹-发射舰平台”二元问题变成了“射弹-敌方目标-友方平台”的三元问题,统筹考虑武器射弹的弹道轨迹和各类作战平台的运动航迹成为必须。这对协同交战信息共享提出了更高的要求:一方面,共享的信息内容组成进一步扩大,除了目标的跟踪数据和武器射击火控解算数据,还应该包含己方作战平台的机动方案、信息化弹药的使用方案;另一方面,舰艇编队跨平台火力兼容中共享综合态势的平台信息粒度已不能满足要求,必须从作战平台向武器射弹粒度进一步细化。

3.3 面向全航路、多冲突机理的火力兼容冲突判断

由于编队多平台协同交战时空范围的扩大,跨平台多武器火力兼容考虑的武器射弹弹道轨迹范围就不仅仅只包含弹道的初始段,而是涵盖武器射弹交战过程的全航路。对应于武器射弹全航路的不同阶段,以及发生干扰的炮弹、反舰导弹、舰空导弹、无人机、舰载机、舰艇平台、信息化弹药等不同对象种类,航路、弹道交叉时形成冲突的机理多元化,包括武器射弹与平台之间的实体碰撞、武器射弹在命中点附近杀伤目标同时对己方的附带杀伤效应、武器射弹穿越命中点后对己方的误伤、信息化弹药末制导段的己方的目标特性干扰等。因此,编队跨平台火力兼容冲突判断,必须根据发生冲突的“弹-敌-友”三方对象种类、发生冲突的航路阶段和冲突效应机理,建立面向全航路、多干扰效应的火力兼容冲突判断模型与方法。

3.4 平衡风险规避与作战效能优化的火力兼容控制策略

“多武器火力协同使用得当”是火力兼容追求的最终目标,也就是说其研究的范围不仅仅是多种武器系统运行的火力环境既不相互影响、不相互干扰、不互击,火力兼容有更大的发挥空间与研究领域,这需要各种武器相互协同、相互配合,充分发挥各自的特色与优长,弥补其他武器系统的不足,将多武器系统变成有机结合的作战体系,对敌交战从“单招制敌”变成灵活有效的“组合拳”,扩大交战范围、增加交战次数、拓展交战维度、提升交战效果,去触摸多武器系统构成的作战体系效能最大化的“门楣”。综合安全-效能的火力兼容控制策略模型,在“基于安全的作战效能最大化”和“基于作战效能的风险承担”之间进行决策,在承受风险的程度和打击效能的最大化之间取得平衡。

3.5 跨平台多武器火力兼容的多元交战执行控制

由于编队多平台协同交战时空范围的扩大,发生火力兼容冲突的对象范畴从武器射弹扩大到具有自主飞行控制的舰载机、无人机等作战平台,火力兼容控制的时机从发射前扩展到协同交战的全过程,因此在发生火力兼容冲突时,武器打击的执行控制中可以通过对火控解算干预、武器发射干预、导引干预、自爆干预、平台飞行干预等手段,实施对射弹弹道轨迹、作战平台航迹兼容控制,使得兼容干预的手段摆脱“发射间隔+禁射”发射控制的单一模式,建立多元的交战执行控制机制,增加火力兼容控制的灵活性。

3.6 面向新概念武器和新型作战力量的多域控制

随着海军武器装备的发展,舰载激光炮、电磁轨道炮等新概念武器的列装已可预见。与传统舰载武器的发射机理不同,舰载激光炮、电磁轨道炮等新概念武器在其使用的过程中,对目标的感知(包括搜索、定位、跟踪)、处理(包括火控解算、弹道处理)、毁伤等诸多方面存在较大的差异,要将新概念武器纳入到海上作战体系中来与其他武器、作战平台形成整体作战合力,火力兼容必然将控制协调范畴从时空域扩展到能量域。因此火力兼容的控制必然从多武器发射控制的时空域兼容扩展为多目标、多武器、全航路交战的时空域、资源域、能量域的多域控制问题。

4 结束语

未来海上舰艇编队作战的成败,取决于基于信息化的体系作战能力的提高。单一武器性能的提高只是海上体系作战能力提升的基础之一,只有通过火力兼容融入多武器运用管控体系,才能充分转化为整体作战效能的提升。

火力兼容是海上舰艇编队跨平台武器协同运用的核心,是一个亟待解决的重大理论与应用问题。本文通过对舰载武器火力兼容的分析和梳理,在分析编队跨平台火力兼容相对单舰平台火力兼容区别的基础上,界定了舰艇编队跨平台火力兼容的研究内容,并从体系结构、信息保障、冲突判断、兼容决策、执行控制等方面提出了关于舰艇编队跨平台火力兼容概念图像的构想,为网络中心战条件下舰艇编队跨平台多武器组织运用研究提供支持。