空中协同作战模式及关键技术

2020-08-05孙盛智常会振郑卫娟

兵器装备工程学报 2020年7期

孙盛智，常会振，郑卫娟，罗云，侯妍

(1.武警海警学院, 浙江宁波 315801；2.航天工程大学航天指挥学院, 北京 101416)

现代战争都是高技术战争，为达成战争的最终目的，利用各类高技术装备，运用适当的战役战术方法，在有限时间和空间内所进行的作战行动。从利比亚战争、叙利亚战争等作战行动来看，空中作战在高技术战争中的地位和作用日益突出，因此，高技术战争很大程度上取决于空中作战[1]。从切实打赢高技术战争的角度出发，必须注重研究高技术空中作战的制胜机理，为网络信息体系支撑下空中作战奠定基础。空中编队作为实施空中作战行动的主要力量，一般由长机和僚机组成，但随着物联网、人工智能等高新技术的发展，空中平台将逐渐实现高度智能化，从而导致空中编队长机和僚机的界限逐渐模糊，并有逐步消失的趋势。随着高新技术的突破，高科技装备的发展，通过远程探测和超视距攻击，大大延伸了空中超视距作战的战场空间，对深化空中军事斗争准备，推进空中作战力量转型具有重要现实意义[2]。

1 空中作战制胜机理

制胜机理是制胜的途径与规律，是指在实现作战目的过程中各种作战要素之间相互作用及运行原理，是决定战局发展的本质体现[3]。空中作战行动既体现出传统作战行动的制胜途径，又呈现出网络化体系作战行动的制胜规律。

1) 快速出击，隐蔽突袭

克劳塞维茨说：“一切行动都是或多或少以出敌不意为基础的，因为没有它，要在决定性的地点上取得优势简直是不可想象的[4]。”在网络信息体系支持下，空中编队作战逐渐呈现出小规模、快进程、全联动、多样式的趋势，能够有效突然的对敌方重要目标进行全过程不间断的连续攻击。快速出击、隐蔽突袭的实质在于以高度信息化的空中装备为基础，在敌方尚未感知己方力量部署的前提下，采用敌方意想不到的战法，完成对敌方目标的突然袭击，制造敌方无法应对的战场局面，形成全面压倒性的战场优势。空中编队作战是利用空中隐形平台对敌方目标实施超视距精准打击，大幅缩短敌方战场反应时间，对敌方力量部署形成全面压制，从而使己方战场态势对敌方形成“一边倒”的战场优势。

2) 合理编配，体系对抗

空中编队作战既要面临敌方预警探测体系远程探测的风险，又面临敌方空中远程火力打击的威胁，构建以预警机为中心、以空中编队为主体、以其他支援编队为补充的作战体系已经迫在眉睫，形成作战要素齐全、力量编配合理、信息流转顺畅的作战整体，使得空中作战能力得到增强，建成攻防兼备的空中堡垒。由于网络化空中编队作战通过信息流转不断优化各作战力量，汇聚形成作战整体优势，导致制胜机理不断向体系对抗转化，其本质在于利用陆海空天全维一体的预警探测体系，将敌方的战场态势尽收眼底，达成先敌发现之目标；充分发挥战场指挥员驾驭信息化和网络化空战的指挥技能，达成先敌决策之效果；充分发挥信息链路功能、空战人员的战技素养，达成先敌行动之优势[3]。

3) 以点破体，重点打击

研究空中编队作战制胜机理必须以发展的眼光，着眼新的战争形态，随着网络化空中作战的发展变化，其制胜机制也由歼敌制胜向破体制胜转变，由于云计算、物联网、大数据等技术的发展，敌方作战体系在所难免存在薄弱环节，这就使得以点破体，重点打击成为可能，一旦敌作战体系的关键节点被破坏，即使其有生力量基本完整，敌方作战指挥体系基本瘫痪。空中作战是敌我双方作战体系之间的对抗，敌方作战体系关键节点已经成为空中超视距精准打击的要害部位之一，构建空中多层次火力打击配系，综合运用远、中、近多种火力打击手段，从破坏敌方作战体系入手，精准打击作战体系中的关键节点，切断敌方作战体系各要素之间联系，致使敌方指控神经阻断、作战行动无力控制[3]。

2 空中协同作战模式

随着空中作战制胜机理的不断发展，空中作战行动以隐蔽突袭为前提、以体系对抗为基础、以重点打击为核心，采用科学合理的空中协同作战模式，从分工协作的角度出发，实现各空中打击单元的优势互补，以最佳打击效果完成空中作战任务。

2.1 有人机与有人机协同作战模式

有人机与有人机协同作战是目前空中作战的基本模式，其中长机必须由作战经验丰富的飞行员执飞，是空中作战指挥机，下达编队集合、队形调整、空中打击等作战命令，而僚机可以由作战经验尚浅的飞行员执飞，其不但要接受和执行长机的作战命令，还要配合长机完成空中作战任务。僚机辅助长机完成空中作战任务，不但可以降低长机作战强度，同时还可以提高空中作战的打击效能。有人机与有人机协同作战模式如图1所示。

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图1 有人机与有人机协同作战模式

1) 有人机与有人机协同探测

长机与僚机协同完成对敌方目标的探测，对敌方时敏目标精准定位提供可靠保障。由于长机在空中作战中主要负责对敌方目标的精准打击，其必须保持最佳飞行姿态，保证随时都以最佳角度发射导弹，因此，要使对敌方目标探测效果的最大化，必须依靠僚机辅助。长机与僚机协同作战，通常情况下对战于敌方类似的空中编队，在不考虑装备代差的基础上，受敌方远程探测系统的约束，很难做到先敌发现、先敌打击，因此，僚机必须利用娴熟的战术技巧突破敌方远程探测系统的监视，利用机载有源相控阵雷达完成对敌方目标的探测，在敌方探测系统反应之前，脱离敌方火力打击圈。僚机将探测到的目标信息通过数据链传输给长机，长机根据敌方目标的运行轨迹、飞行速度等，预判敌方目标的空中态势，在目标空域第一时间利用机载雷达捕获并锁定敌方目标，为火力打击奠定基础。

2) 有人机与有人机协同攻击

长机与僚机协同攻击极大的增强了空中作战的灵活性，提升了空中打击的作战效能。一般情况下是由长机发射导弹，完成对目标的打击，而在某些特殊情况下，长机也可以命令僚机发射导弹，辅助长机完成打击任务。在长机发射导弹之际，其基本上就已经进入敌方火力打击范围之内，因此在导弹发射完成之后，长机必须尽快脱离敌方火力打击圈，否则容易被敌方锁定，遭受导弹攻击。导弹发射之后，利用红外等各类制导方式对目标实施精准制导，但是敌方目标在发现导弹攻击时，会采取空中迂回、高速爬升等各类战术动作，以摆脱导弹攻击，从而影响了导弹具备的自主制导功能。僚机根据敌方目标的战场态势，及时占据有利位置，引导导弹实施末端攻击，以完成对敌方目标的精准攻击。长机与僚机协同攻击是既可以保证打击效果的最大化，又可以提升长机和僚机的战场生存能力。

2.2 有人机与多无人机协同作战模式

随着无人机装备的发展和性能的不断提高，有人机与多无人机协同作战模式逐渐开始由概念阶段转向实际应用阶段。有人机与多无人机编队基本上都是由有人机为长机，多个无人机为僚机，其行动均受有人机控制。在有人机的指挥下，无人机分别执行目标跟踪监视、导弹发射、欺骗干扰等任务，这样不仅扩展了有人机的打击距离与打击频率，同时还有效保护了有人机在防区外的安全。有人机与多无人机协同作战将是未来空中作战的主要样式之一，随着人工智能技术的发展，无人机将逐渐实现高度智能化，与有人机构成一个完整的空中作战体系，实现空中打击效能的最大化。有人机与多无人机协同作战模式如图2所示。

图2 有人机与多无人机协同作战模式

1) 有人机与多无人机协同探测

协同探测是有人机与多无人机协同攻击的前提，通常情况下，有人机探测距离远，但容易造成有生力量的伤亡，而无人机探测距离近，但可以避免有生力量的伤亡，综合有人机与无人机的探测优势，战场伤亡代价最小的基础上，完成敌方目标的精准探测。受敌方远程探测手段的发展和打击距离的延伸，由无人机前出敌方有效射程内对目标进行精准探测，可以有效减少作战人员的伤亡。多架无人机通过各自机载雷达对敌方目标实施精准探测，然后通过数据链将敌方目标信息传输至有人机，有人机对敌方态势进行处理、评估威胁程度、制定打击决策。随着隐身技术的发展，有人机可以成功避开敌方的探测，此时，通过其有源机载雷达对敌方目标进行远程照射，多架无人机前出合适位置接收敌方目标反射波，以无源定位的方法完成对敌方目标的探测，再将探测信息回传至有人机，这样就降低了敌方目标起伏特性，拓展了探测距离。

这种协同攻击模式拓展了攻击半径，保障有人机的安全。有人机与无人机都配备机载雷达、光电红外等各类传感器及空空导弹、空舰导弹等不同类型武器，因此，无人机可以看作是有人机“武器库”的重要补充，既可以直接对敌方目标实施精准打击，也可以为有人机导弹发射提供精准制导。在有人机与多无人编队中，有人机负责指挥多架无人机，同时将已经探测到的敌方目标信息通过数据链实时传输给多架无人机，指挥无人机启动武器系统，发射机载导弹，对敌方目标实施精准打击，完成协同攻击任务，实现分布式攻击作战。同时，也可以由有人机发射导弹，无人机根据获取的敌方目标定位，对飞行中的导弹进行连续不间断制导，大大拓展了导弹的打击距离和打击精度，执行此类协同攻击任务时，无人机为有人机提供了各类打击保障信息，降低了有人机进入敌方有效射程的机会。

2.3 无人机集群协同作战模式

随着物联网、人工智能等技术发展，无人机将逐步实现智能化，为无人机集群协同作战模式的发展奠定基础。无人机集群协同作战是通过网络将各无人机实时共享敌方目标信息、己方自身信息等，完成空中协同作战行动。无人机集群协同作战最大特征是任何无人机均未处于控制地位，在任何无人机遭受打击受损后仍可有序实施协同作战行动，无人机集群协同作战具有极佳的战场生存能力和协同作战能力。随着无人机智能化程度的提高，无人机集群协同作战将成为未来空中作战主要研究方向之一，无人机集群协同作战彻底解脱了人本身生理条件的制约，加强空中作战强度，同时，伴随无人机的高度智能化，对其进行精准控制成为未来研究重点。无人机集群协同作战模式如图3所示。

图3 无人机集群协同作战模式

1) 无人机集群协同探测

无人机集群对敌方目标进行远程探测，有效降低了有人机探测的风险性。利用无人机具有高度隐身性和低探测性的特点，可深入敌方防区内对敌方目标进行抵近侦察，近距离监视和跟踪多个目标。但受限于无人机的载重量，其有效载荷有限，动力系统和供电能力难以装载较重且大功率的有源相控阵雷达，所以无人机只能装备相对简单、尺寸小、重量轻的无源探测设备实现集群协同探测。无人机集群利用三角定位的方式对敌方目标辐射源对其完成远程探测，或者利用外辐射源方法对敌方目标进行精准定位，外辐射源方法要求必须通过特定辐射源照射敌方目标，再通过外辐射源的直达波与目标反射的回波进行精确计算，实现对敌方目标进行定位。无人机集群协同探测可以弥补单一或多元传感器设备的探测盲区，同时有效避免了单一无人机遭受打击受损后无法完成目标探测的任务的缺点。

2) 无人机集群协同攻击

无人机集群协同攻击的典型模式是利用大型运输机等平台将无人机集群携带至敌方火力打击防区之外发射，以避免无人机集群被敌方火力集中摧毁。无人机集群协同攻击基于各无人机的位置、任务参数和载荷能力等，为其分配导弹发射和精确制导等作战任务，选择最适合的无人机发射导弹和引导导弹，以完成无人机集群空中协同攻击任务。无人机集群通过三角定位、时频差等无源精确定位与瞄准技术，综合利用无人机集群的各类传感器资源，统一动态分配空中协同攻击任务，为实现集群协同攻击提供决策支持。无人机集群不但可以触发无人机平台发射导弹，并引导导弹对敌方目标实施精准打击，在紧急时刻还可以通过接近敌方目标实施“自杀式”攻击，从而保障对敌方目标打击效果的最大化。未来无人机集群协同攻击是空中作战的重要模式，也是下一步深入研究的重点。

3 空中协同作战的关键技术

未来空中战场环境将更为复杂，对空中协同作战行动提出更高要求，要满足空中作战过程中目标快速获取、信息快速处理、信息高效流转的现实需求，需要解决支撑空中协同作战的协同控制、协同航迹规划和信息传输等许多现实的技术问题[7]。

1) 协同控制技术

协同控制技术是实现有人机与有人机协同作战、有人机与无人机协同作战以及无人机集群协同作战的基础，也是多机协同编队作战的基础，以网络通信平台为基础，通过通信链路连接编队各有人机或无人机和地面指挥中心等，实现战场信息共享，从而做到快速反应，有效提高指挥决策效率，提升作战效能。在多机协同编队作战中，长机应与僚机通过保持实时不间断通信联络，实现战场态势信息实时传输、交换和共享，并能在长机指挥控制显示屏上显示僚机实时位置，以实现对僚机实时监视控制，长机在接收到僚机传输的敌方目标信息后，需根据实时战场态势情况进行战场敌我态势评估、打击决策、任务分配等，如果僚机是无人机，则长机具有最高控制权限，为达成作战目标、实现最佳作战效果，必要时能直接遥控无人机飞行或直接控制无人机武器的瞄准与发射[9]。

2) 协同航迹规划技术

协同航迹规划技术是有人机与有人机、有人机与无人机、无人机集群协同作战时各平台如何合理选择攻击航迹，实现协同的可飞航迹[10]，从而实现多平台之间能力互补和行动协调以提升整体作战效能的技术。未来空中作战平台作战任务和战场环境的高动态性和对抗性，作战目标的高时间敏感性，对协同航迹动态规划的要求越来越高，合理高效的动态航迹规划是提升空中作战平台遂行任务能力、提高作战效能的关键因素[11]。根据各空中作战平台作战性能以及任务载荷情况，确定具体作战任务以及初步执行时间，再结合战场环境、敌我态势以及空中作战平台的约束条件等因素，规划符合遂行作战任务需求的最优或次优可飞航迹，并通过数据链在各作战平台间进行空间、时间、任务等协同，从而有效指挥各作战平台根据规划的可飞航迹在指定时间到达指定的任务区域。

3) 数据链技术

数据链是实现各种数据实时传输、交换和共享的关键，主要用于完成抗干扰传输和视频图像传输等任务，是提高部队协同作战能力必不可少的手段。自适应干扰抑制技术是支撑抗干扰传输的关键技术，分为自适应天线技术、自适应跳频与自适应信道选择技术和自适应功率控制技术[12]，利用自适应干扰抑制技术能够有效抑制敌方作战力量实施的多种干扰，降低干扰给信息传输带来的影响，保障信息传输的正常进行；视频图像是传感器设备输出信息的主要方式，对视频图像利用一定技术进行压缩，有利于信息传输带宽，极大的提高信息输出效率[13]，视频图像编码技术成为支撑视频图像传输的关键技术，利用视频图像编码技术对获取的图像进行块状分割，将场景、对象等切割成大小不同的子块，最后将感兴趣的对象从图像中提取出来，进行编码[9]，这种编码方式具有更高的压缩效率，支持数据链快速完成视频图像的传输。