国外反潜训练靶标应用现状与启示
2020-01-08何心怡张思宇
何心怡, 陈 双, 陈 菁, 张思宇
国外反潜训练靶标应用现状与启示
何心怡, 陈 双, 陈 菁, 张思宇
(海军研究院, 北京, 100161)
反潜训练靶标是高效开展反潜训练的必备手段。文中系统梳理了国外反潜训练靶标应用现状, 深入分析了美军以靶雷等模拟靶标为主体的反潜训练靶标及其运用思路, 提出了我国类似装备的发展建议: 1) 逐步完善以靶雷为主体的反潜训练靶标装备体系; 2) 加大靶雷关键技术攻关力度; 3) 深入开展训练方法研究。文中内容可为我国相关领域装备与技术发展提供借鉴。
反潜训练; 靶标; 装备发展
0 引言
反潜、反导和反水雷是世界海战领域的三大难题。为提升反潜战能力, 国外海军强国均非常重视反潜训练, 而反潜训练靶标作为实战化反潜训练的必备训练保障装备, 得到了高度关注并予以重点发展[1]。与此同时, 由于核心技术类似[1-2], 反潜训练靶标经适应性修改后也可作为试验靶标用于保障搜潜设备与反潜武器的试验考核。
有鉴于此, 文中通过深入研究国外反潜训练靶标现状, 特别是在此基础上深入探究美国反潜训练靶标体系的构成及其原因, 为我国反潜训练靶标发展提供借鉴与参考。
1 国外反潜训练靶标现状
国外反潜训练靶标主要由实艇靶和模拟靶标两部分组成。
1.1 实艇靶
实艇靶主要指现役潜艇, 是反潜训练靶标中模拟潜艇目标特性最为逼真的靶标, 重点保障水面舰艇、潜艇、固定翼反潜巡逻飞机及反潜直升机等作战平台使用声呐、声呐浮标和磁探仪实施搜潜训练, 兼顾保障鱼雷实施攻潜训练。
采用实艇靶保障反潜训练有利于推动部队的实战化训练, 但如果长期大量使用现役潜艇作为目标靶, 不但会影响潜艇部队的正常战备和训练, 而且在保障攻潜训练时还存在一定的安全隐患; 同时, 即便将实艇靶用于保障鱼雷攻潜训练, 也必须设置合理的雷靶深度差, 即应通过设置发射平台、鱼雷和实艇靶三者之间的合理深度差以保证鱼雷实射攻潜训练, 但上述安全举措又导致与实战化攻潜训练需求存在一定差距。
德国海军在进行鱼雷攻潜训练时长期使用实艇靶作为目标[1], 由于德国现役潜艇均为单壳体潜艇且排水量相对较小, 因此曾将其205级潜艇U11号加厚装甲, 以保证实艇靶的安全。
纵观世界各国, 采用实艇靶作为攻潜训练的目标靶(或现役潜艇被误作为目标靶)导致险情的典型反面案例有:
1) 1960年, 美国海军“国王”号驱逐舰在演习中发射的MK 44鱼雷误击淡水鲤级SS-490“飞鱼”号常规潜艇, 鱼雷直接扎进了“飞鱼”号常规潜艇的围壳(见图1), 幸而因鱼雷保险没有打开而未酿成大祸[3-4]。
2) 1988年, 前苏联海军K-178号核潜艇以K-454号核潜艇作为实艇靶实施鱼雷攻击训练时, 出现自家鱼雷自摆乌龙命中了发射艇—K-178号核潜艇(见图2), 并且直至返航时K-178号核潜艇才发现被自家鱼雷误击的情况[3-4]。
1.2 模拟靶标
顾名思义, 模拟靶标是通过对潜艇机动、辐射噪声、声反射、磁异常等特性的模拟, 进而保障各类作战平台实施搜、攻潜训练。
根据对潜艇机动特性的模拟能力(最终体现在模拟靶标的实际运动速度或模拟靶标对潜艇运动速度的模拟方式)以及布放使用方式, 模拟靶标可分为固定靶标、拖曳靶标和自航靶标, 其都是通过向外辐射模拟的潜艇辐射噪声或真实的潜艇辐射噪声样本以及应答接收到的声脉冲信号实现对潜艇辐射噪声与声反射特性的模拟[5-13], 甚至有的模拟靶标还以直流电产生磁场的方式模拟潜艇磁异常特性。
图1 美国驱逐舰发射的鱼雷误击潜艇
图2 前苏联核潜艇发射的鱼雷误击本艇
1.2.1 固定靶标
固定靶标主要由声学基阵与电子组部件组成, 两者由具有供电、信号传输和承力功能的电缆连接, 通过浮标或水面舰船将声学基阵悬吊于水中某一深度, 具有结构简单、成本较低的优点, 但由于其自身不具备机动能力, 只能通过预设定回波多普勒频移的方式实现对目标速度的模拟。
简言之, 鱼雷可通过目标运动特性分析评估出固定靶标的实际运动速度为零, 但通过接收到的固定靶标模拟回波信号经处理后却能发现其具有一定多普勒运动速度, 两者之间存在较大差异, 由此可见, 固定靶标与实际潜艇在声反射特性方面的等效性有明显差别, 最终影响固定靶标保障反潜训练的效果。基于此, 外国海军强国更多将固定靶标用于保障鱼雷试验, 主要用于量化考核鱼雷自导作用距离等指标, 而不是将其用于保障反潜训练。
2004年, 美海军开发了WSTTT(weapon set- to-hit torpedo threat target)固定靶标, 曾用于MK 54鱼雷试验。
1.2.2 拖曳靶标
拖曳靶标由安装有多个换能器的线列阵和电子组部件组成, 采用拖曳于水面舰船(即拖船)尾部的线列阵以实现对潜艇声学尺度特性的模拟, 并通过拖船的机动实现拖曳靶标对潜艇机动特性的模拟。
由于线列阵及其拖缆长达数十米甚至数百米, 导致拖曳靶标无法在浅水和狭窄水域使用。采用拖船布放与拖曳, 决定了线列阵的工作深度范围有限, 而且在拖曳过程中难以变深, 导致其无法模拟大潜深潜艇的机动以及潜艇的变深机动。同时, 大多数情况下, 线列阵的工作深度与拖船吃水深度相差不大, 因此在保障鱼雷攻潜训练时同样存在误击拖船的安全隐患。
20世纪80年代中期, 法国ECA公司研制了一型保障鱼雷试验与训练的STAR拖曳靶(见图3), STAR拖曳靶工作深度可达120 m, 拖曳靶模拟阵通常距拖船300 m以上, 模拟阵和拖缆均设计为零浮力, 模拟目标尺度长达70 m。
1.2.3 自航靶标
自航靶标通过自身机动实现对潜艇机动特性的模拟, 又分为靶雷和实体靶两类。
1) 靶雷
靶雷通常指形似鱼雷的水下活动靶, 模拟逼真度较高, 可保障反潜作战平台搜、攻潜一体化训练, 是现阶段国外主流的反潜训练靶标。根据其可回收与否, 分为回收型靶雷和一次性靶雷,其中, 回收型靶雷主要由水面辅船布放与回收, 少数也可由潜艇发射布放, 均可反复多次使用; 一次性靶雷主要由航空反潜作战平台投放, 为廉价的消耗型靶雷。
图3 STAR拖曳靶
目前, 国外高性能靶雷主要有美国MK 30系列靶雷[14]、MK 39系列靶雷[15], 法国CI-3型靶雷、意大利BSS-3型靶雷、德国SUBTAS型靶雷, 以及瑞典AUV62-AT型靶雷等, 除美国MK 39系列靶雷为一次性靶雷外, 其余均为回收型靶雷。
a. 回收型靶雷
MK 30系列回收型靶雷与重型鱼雷同口径(534.4 mm), 先后发展了MK 30 Mod 1型靶雷与MK 30 Mod 2型靶雷, 其中, MK 30 Mod 2型靶雷是国外回收型靶雷的典型代表, 也是美国MK 30系列靶雷的最新型号(如图4所示)。
图4 MK 30 Mod 2型靶雷
与自20世纪70年代就开始服役的MK 30 Mod 1型靶雷相比, MK 30 Mod 2型靶雷在继续保持MK 30 Mod 1型靶雷原有功能的基础上, 进一步提高了声学模拟能力和可靠性水平, 同时还新增了水声通信与潜艇规避机动特性模拟能力, 可根据接收到的声控指令改变其当前任务, 并具备一定的自主感知声呐或鱼雷声脉冲入射方向进而实现靶雷对潜艇自主规避机动特性模拟的能力。
b. 一次性靶雷
美国MK 39系列靶雷是当今国际主流的一次性靶雷, 先后发展了4型, 目前最新型为MK 39 Mod 2型靶雷(如图5所示), 主要由P-3C等固定翼反潜巡逻飞机及各型反潜直升机通过声呐浮标投放装置投放, 必要时去除空投附件后也可由水面舰艇直接投放, 航行结束后自沉。该系列靶雷能够模拟低速巡航状态潜艇的机动特性、辐射噪声特性、声反射特性和磁异常特性, 重点保障航空反潜作战平台使用航空搜潜设备实施搜潜训练, 兼顾保障空投鱼雷的攻潜训练。从技术能力角度, MK 39 Mod 2型靶雷已具备保障美国海军大多数舰艇声呐、声呐浮标、磁探仪以及全部现役鱼雷的搜、攻潜训练。
图5 MK 39 Mod 2型靶雷
2) 实体靶
实体靶既包括形似缩小版潜艇的水下无人航行器, 又包括经无人化改装后的退役潜艇, 重点保障仅具有触发引信战雷的实射训练。实体靶的物理尺度与外形特征更贴近真实潜艇, 但训练成本较高。
美国MSUBS公司研制的移动式反潜训练靶(mobile anti-submarine training target, MASTT)(如图6所示)于2011年10月交付美海军用于反潜训练。该型靶标属于实体靶, 长24 m、重60 t, 外观形似潜艇。
图6 移动式反潜训练靶
2 国外反潜训练靶标运用经验
以美海军为例, 其构建了较为完备的以靶雷为主体, 实体靶为补充的反潜训练靶标体系。美海军靶雷主要由MK 30系列回收型靶雷和MK 39系列一次性靶雷组成, 回收型靶雷重点保障多兵种综合反潜训练, 一次性靶雷重点保障航空兵独立实施反潜训练和水面舰艇实施远海反潜训练, 同时辅以少量实体艇, 形成高低搭配、互为补充的反潜训练靶标装备体系。其中:
1) MK 30系列回收型靶雷功能较齐全、对潜艇物理特性模拟逼真度高, 可较好地保障单艘水面舰艇或潜艇等作战平台实施各类反潜科目训练, 以及多兵种协同反潜训练。但该型靶雷必须由水面辅船布放与回收, 受限于水面辅船的高海况适航性与续航力, 难以保障水面舰艇远海训练, 以及高强度、经常性的航空反潜训练。
2) MK 39系列一次性靶雷主要是为了弥补MK 30系列回收型靶雷在部分领域适用性方面的缺憾, 突出了便携式与经济性, 主要用于保障航空兵自带自用独立实施航空反潜训练(重点保障航空反潜作战平台使用各类航空搜潜设备实施航空搜潜训练, 必要时也可保障空投鱼雷等航空反潜武器实施航空攻潜训练)。去除空投附件后由水面舰艇直接投放可保障水面舰艇远海反潜训练, 甚至也可用于保障美国海军水面舰艇、潜艇和航空反潜作战平台实施低阶的综合反潜训练。
3 启示
针对我国反潜训练急需, 参考国外反潜训练靶标建设情况, 提出以下建议。
1) 立足我国国情, 逐步完善以靶雷为主体的反潜训练靶标装备体系
靶雷具有模拟逼真度高、经济性好、训练保障安全性强等优点, 应作为反潜训练靶标装备体系的主体部分。根据我新型声呐、磁探仪、鱼雷以及其他类型搜攻潜装备的性能特点与技术参数, 有的放矢地研发靶雷装备, 满足作战部队对反潜训练靶标的多样化需求, 力求实现新型靶雷与新型反潜武器装备同步研制、同步交付部队使用, 有力支撑新型反潜武器装备交付部队后尽快形成战斗力。
2) 加大靶雷关键技术攻关力度, 为新型靶雷工程研制打下坚实基础
声/磁模拟、电动力能源等技术水平的高低, 直接决定了靶雷的综合性能。随着现代声呐逐步向低频化方向发展, 以及磁探仪等新型搜潜技术不断推广应用, 应持续加大靶雷相关关键技术攻关, 包括低频宽带大功率发射换能器、低功耗磁异常特性模拟、高比能/高比功率动力电池、小型化高精度敏感器件等关键技术, 为新型靶雷工程研制奠定坚实基础。
3) 深入开展基于靶雷的反潜战训练方法研究
新型训练保障装备的出现, 必将引发训练方法的变化。靶雷是典型的无人化训练保障装备, 为最大化地发挥靶雷的实战化反潜训练保障作用, 应深入开展基于靶雷的反潜战训练方法研究, 在促进部队熟悉掌握现役反潜武器装备的同时, 深化研究实战化反潜新战法, 实现我海军反潜战斗力的快速生成与提高。
[1] 于正亮, 肖曦．外军无人训练靶标发展研究[J]．外军瞭望, 2014, 35(4): 96-100．Yu Zheng-liang, Xiao Xi. Review of Foreign Military’s Unmanned Training Targets Development[J]. National Defense Science & Technology, 2014, 35(4): 96-100.
[2] 穆原子, 丁力军, 陈锋．武器装备试验靶标建设与发展研究[J]．国防科技, 2013, 34(3): 40-44．Mu Yuan-zi, Ding Li-jun, Chen Feng. Research on Construction and Development for Armament Test Target[J]. National Defense Science & Technology, 2013, 34(3): 40-44.
[3] 佚名. 1988年鱼雷直接插入核潜艇是怎么回事？[EB/OL]. [2018-01-27](2019-10-10). http://www.360doc. com/content/18/0127/22/18848094_725640238.shtml.
[4] 佚名. 前苏联海军“旅馆I”级核潜艇K-178号身上插着鱼雷返回基地[EB/OL]. [2014-10-16](2019-10-10). http://www.uux.cn/viewnews-66064. html.
[5] 崔国平, 刘春跃, 陈文章．靶雷目标尺度和亮点模拟效果分析[C]//2004年全国水声学学术会议论文集. 黄山: 全国水声学学术会议, 2004: 278-281．
[6] 李正刚．活动靶标模拟声特性与反射声特性的差异及其影响[C]//2004年全国水声学学术会议论文集. 黄山: 全国水声学学术会议, 2004: 282-284．
[7] 蒋楚鸥, 向小梅．多亮点水下靶标回波与理想水下目标回波的频率差别分析[J]．声学技术, 2013, 32(5): 345- 347．Jiang Chu-ou, Xiang Xiao-mei. Analysis of the Echo Frequency Difference between the Underwater Multi- highlight Simulator and the Desired Target[J]. Technical Acoustics, 2013, 32(5): 345-347.
[8] 蒋楚鸥, 苏建军, 向小梅．潜艇目标尺度模型在水下靶标中的应用研究[J]．声学技术, 2009, 28(2): 135-138．Jiang Chu-ou, Su Jian-jun, Xiang Xiao-mei. The Study of Submarine Target Model for Underwater Target[J]. Technical Acoustics, 2009, 28(2): 135-138.
[9] 陈毅, 袁文俊, 赵涵, 等．鱼雷声靶声特性参数标校技术研究[J]．声学与电子工程, 2007(1): 35-38．
[10] 佚名. 水声技术的代表作——声靶[J]．哈尔滨工程大学学报, 1996, 17(1): 66．
[11] 王智元, 苏洪, 惠俊英．反射式鱼雷声靶的初步研究──材料和结构[J]．应用声学, 1995, 14(4): 17-21．Wang Zhi-yuan, Su Hong, Hui Jun-ying. A Preliminary Research on Reflecting Torpedo Target-Material and Stru- cture[J]. Applied Acoustics, 1995, 14(4): 17-21.
[12] 蒋均齐．鱼雷声靶技术研究[D]．长沙: 国防科学技术大学, 2006．
[13] 向小梅, 蒋楚鸥．潜艇与多亮点靶标回波展宽和亮点起伏特性研究[J]．舰船电子工程, 2016, 36(2): 129-132．Xiang Xiao-mei, Jiang Chu-ou. Characteristic of Back- scattering Spread and Highlights Fluctuation Between Submarine and Multi-highlights Simulator[J]. Ship Elec- tronic Engineering, 2016, 36(2): 129-132
[14] 茹润．美国海军最新MK30-2型训练靶雷[J]．现代舰船, 2002, (12): 29-30．
[15] Chase Jr. Field Programmable Expendable Underwater Vehicle: US5600087[P]. 1997-02-04.
(责任编辑: 杨力军)
Current Situation and Enlightenment of Foreign Anti-Submarine Training Targets
HE Xin-yi, CHEN Shuang, CHEN Jing, ZHANG Si-yu
(Naval Academy of Armament, Beijing 100161, China)
In this paper, the current situation of foreign anti-submarine training targets is reviewed systematically, and the anti-submarine training targets and their application ideas of the U.S. Navy based on simulated targets such as underwater mobile target are analyzed. As a result, suggestions about development of similar equipment in China are made as follows: 1) gradually improving the anti-submarine training target equipment system on the basis of underwater mobile target; 2) strengthening development of key technology about underwater mobile target; and 3) carrying out in-depth researches on training methods. This study may provide a reference for development of equipment and technology in the related fields in China.
anti-submarine training; target; development of equipment
TN973.3; TJ630.3
A
2096-3920(2019)06-0601-06
10.11993/j.issn.2096-3920.2019.06.001
2019-11-05;
2019-11-25.
国家自然科学基金项目资助(60902071).
何心怡(1976-), 男, 高级工程师, 博士, 主要从事鱼雷自导技术、水声信号处理技术以及声呐与反潜战仿真技术研究。
何心怡, 陈双, 陈菁, 等. 国外反潜训练靶标应用现状与启示[J]. 水下无人系统学报, 2019, 27(6): 601-606.
