海军无人作战力量作战能力构成研究

刘大庆,赵志允,李长军

(海军潜艇学院,山东 青岛 266042)

近年来,无人技术在军事领域的应用高速发展,各军事强国纷纷加大投入进行无人作战装备的研制,越来越多的智能无人作战装备不断涌现并被广泛使用,一种新型作战力量——无人作战力量应运而生。无人作战力量具有零伤亡，隐蔽性能强，可重复使用和造价低廉的特征,作为一支独具特色的作战力量,已经成为未来战争的“倍增器”。随着国家海外利益的不断拓展和海军战略转型的不断深入,海军无人作战力量将成为海军中一支不可或缺的新型作战力量,已成为海军信息化武器装备建设的重要发展方向。海军无人作战力量是由无人机(UAV)、无人艇(USV)、无人潜航器(UUV)和无人车辆(UGV)等多种类、多型号、多功能的武器装备平台组成,可承担的使命任务多达20余项[1],具备多维度、多层次和多要素作战能力,系统规划设计海军无人作战力量作战能力是海军无人作战力量建设的难点。对海军无人作战力量作战能力构成问题的探究,不仅是全面深度认识海军无人作战体系作战的理论需求,更是牵引海军无人作战力量建设深入发展,激发和促进海军无人作战体系作战能力的生成,实现海军体系作战能力由静态聚合向动态生成、由量的积累到质的跃升的迫切现实需求。

1 海军无人作战力量作战能力构成分析方法

作战的基本单位包括作战体系、作战系统和作战单元,三者之间相互包含,相互联系[2]。作战体系是由若干个互相联系、互相制约的作战系统构成。作战系统是由多个能够独立遂行一定作战任务的作战单元构成,作战系统既可以独立遂行作战任务,又可以互相协同完成作战任务。作战单元是最小的作战运用单位,例如一架无人机、一个水下无人潜航器、一艘无人艇或者一艘潜艇等。

海军无人作战体系作为海军作战体系的重要组成部分,未来信息化条件下海军作战是海军有人作战体系与无人作战体系的协同作战,有人/无人协同的体系作战将是未来信息化条件下的典型作战样式,因此,研究海军无人作战力量作战能力构成也必须从作战体系的角度出发。根据作战体系的基本构成,将作战能力区分为三个层次进行研究,即体系级作战能力、系统级作战能力和装备级作战能力,其与作战体系构成映射的关系如图1所示。

图1 作战体系构成与作战能力映射关系

其中,作战体系向下分解为多个作战系统,对应体系级作战能力,即从体系层面研究海军无人作战体系所应具备的作战能力。作战系统向下再分解为多个作战单元,对应系统级作战能力,即构成作战体系的多个子系统所应具备的作战能力。作战单元作为作战体系构成的最小单位,对应的是装备级作战能力。作战单元和作战系统根据作战使命或任务,在指挥、控制和通信的作用下,向上“耦合”成更高层次的作战运用单位。对应的三个不同层次的作战能力,同一层次的作战能力有机组合并向上聚合成高层次的作战能力。

2 海军无人作战力量作战能力体系构建

根据作战能力构成分析方法,从作战体系构成的角度,将作战能力分为三级,即体系级作战能力、系统级作战能力和装备级作战能力,作战能力体系结构如图2所示。作战能力向下分解为体系级作战能力、系统级作战能力和装备级作战能力三级作战能力。装备级作战能力向上聚合得到相应的系统级作战能力,系统级能力再向上聚合得到体系级作战能力,最终形成海军无人作战力量作战能力。

图2 海军无人作战力量作战能力体系结构

3 海军无人作战力量作战能力构成分析

3.1 体系级作战能力

随着信息技术在军事领域的广泛应用,海军未来的作战空间由传统的海洋、陆地、天空三维空间,延伸到太空、电磁和网络等多维空间,形成未来海军陆、海、空、天、电、网一体化全维作战空间。立体多维的作战空间,对海军的作战力量体系建设和作战能力发展提出了更高的要求和新的挑战。在体系层面,首先应具备陆、海、空、天、电、网全维空间作战能力。海军无人作战力量除了具备全维空间作战能力以外,还要具备基本的作战能力、作战保障能力和勤务保障能力。由于受尺寸、空间、排水量以及能源的限制,通常某一作战系统或者无人作战装备只具备单一的体系级作战能力。海军无人作战力量是一种新型作战力量,作为海军有人作战力量的“倍增器”还应具备有人/无人协同作战能力,有利于发挥有人/无人平台的各自优势,弥补不足,提高海军作战力量的总体作战效能。

3.2 系统级作战能力

不同性质的作战系统执行不同类型的作战任务,对无人作战力量能力构成要素和所具备的作战能力要求也会有差异。因此,根据系统执行的具体作战任务类型,对体系级作战能力进一步分解研究。

1)系统级作战能力

系统级作战能力主要包括时敏打击、信息作战、反潜、布雷、反水雷/排雷等能力。时敏打击,即只用数分钟就能对时敏目标完成攻击动作。信息作战能力主要是指利用无人作战力量充当诱饵,执行作战欺骗以及干扰破坏敌方通信或计算机节点的能力。反潜作战能力是指具备搜潜、跟踪和打击敌潜艇的能力,UAV、UUV和USV均具备反潜作战能力。布雷作战能力是指利用无人作战力量的自身隐蔽性,潜入作战敏感区域、有人作战力量难以抵达区域或者敌方重要作战海域,布放水雷,对敌方港口、潜艇基地、重要海峡要道等军事目标进行水雷封锁的能力。反水雷作战能力是无人作战力量的重要作战能力,可代替传统有人兵力进入水雷疑似海区作业,克服兵力作业所带来的危险,UUV和USV可用于浅海和极浅水域的水雷侦察和扫雷行动。排雷主要是海军陆上无人作战力量的主要作战任务,包括无人扫雷车、无人排爆车、排爆机器人等,配合海军陆战队破障分队,保障登陆部队突击上陆和建立登陆场。

2)系统级作战保障能力

系统级作战保障能力主要包括情报监视与侦察、通信导航网络节点、目标识别与定位、毁伤效果评估、海洋调查以及核生化检测能力等。情报监视与侦察能力是指海军无人作战力量通过实施机动和长时间的在空中、水面、水下或者地面侦察监视行动,搜索、发现、查明并持续掌握作战目标的动态,为指挥机关和海军编队提供不间断的实时情报保障的能力。通信导航网络节点能力是指在无人作战装备或平台上安装或者携带短波、超短波、微波无线电通信,水声通信以及光缆通信等器材,使其成为通信的一个节点、一个机动通信中继站,为解决远距离中继提供了有效途径,可在多兵种一体化协调作战中为相互不在视距通信范围内的部队提供通信导航链路所具备的能力。目标识别与定位能力是指无人作战力量为攻击平台提供远程目标信息,便于攻击平台进行超视远程打击的能力。如UAV在飞行至目标区域上方预定高度时,图像传感器和卫星定位系统等开始工作,将对目标侦察和定位的信息传输至地面站,地面站显示出目标区域的情况以及重点目标的准确位置,为发射弹药进行精确打击提供前提条件。UUV系统可以长期潜伏在预定海域,对敌水面舰艇、潜艇和航行器进行探测识别,搜集目标的特征信息,对数据进行存储分类。毁伤评估能力是指具备对突击目标或目标区域的破坏、摧毁程度进行检查评估,以便决定是否需要进一步实施攻击的能力。

3)系统级勤务保障能力

系统级勤务保障能力主要包括载荷输送、特种输送和防险救生等能力。载荷输送能力是指根据具体作战任务要求,输送反水雷等武器装备、通信导航网络节点装备以及海洋调查装备等任务载荷的能力。特种输送能力主要包括两方面:一是指利用无人装备在目标地域(海域)输送各种不易携带的补给,包括武器弹药、食物、撤出工具等军需后勤补给;二是作为特战作战输送平台输送特战队员。UUV可搭载蛙人运载器、单兵运载器、水下特战作战装备、装具等。UAV可以输送特战队员和装备实施垂直登陆,舰载无人直升机可以在舰船间进行人员输送和物资补给,或在舰船和岸基之间输送人员和物资。

4)系统级有人/无人协同能力

系统级有人/无人协同能力主要包括无人系统与有人系统间的数据链通信能力、互操作能力和系统编组能力。无人作战系统的构成单元多数是异构平台,不同作战空间的作战单元、探测单元和支援保障单元协同作战,数据链通信可以实现不同作战单元的传感器、武器系统和指挥系统间的通信和数据共享,因此,数据链通信是无人系统与有人系统间信息交互的主要方式,也是无人作战系统应具备的重要能力。

3.3 装备级作战能力

执行不同作战任务的作战系统,对无人作战装备的能力要求不同。将系统级作战能力继续分解为装备级作战能力,它包括装备通用能力和装备专有能力。

1)装备通用能力

装备通用能力是指任何一型无人作战装备执行作战任务通常必须具备的基本能力。

① 总体综合性能

无人作战装备的总体综合性能是装备作战力的综合表征,包括外形、主尺度(USV和UUV)、排水量(USV和UUV)以及可靠性和安全性等“六性”。

② 机动能力

机动能力是指无人作战装备的机动范围和机动性。主要包括作战半径、续航能力和避障能力。UAV机动性能还包括航程、速度和爬升高度等。UUV还包括航速、下潜深度、回转半径等。UGV则包括最大行程、平均速度、爬坡能力等。

③ 生存能力

生存能力主要是由无人作战装备的隐身特性和使用中的隐蔽行动策略决定。无人作战装备尺寸小，机械振动设备少，航速低,使其具有良好的隐蔽性,生存能力强,隐身性强也是其最重要的特征。

④ 通信能力

通信能力主要是指无人装备之间以及无人装备与控制站之间的通信能力,包括通信范围、通信带宽和数据传输率等。一种无人装备必须具备至少一种通信方式。

⑤ 态势感知能力

态势感知能力是指感知一定时间和空间范围内的环境要素,处理这些要素信息,并能在一定的任务背景下推测其未来状态的能力。这主要包括对外部目标的态势感知，自然环境的态势感知和无人作战装备系统内部环境的态势感知等[3]。态势感知能力是无人作战力量的必备能力,也是形成火力打击能力的基本前提。在近几场由美国主导的局部战争中,从无人机在海湾与科索沃战场上进行监视、侦察和目标获取等任务,到伊拉克及阿富汗战场上有效缩短传感器到射手距离,实现了侦察与打击于一体——发现即摧毁的功效，明显可见态势感知能力的重要作用[4]。

⑥ 决策、规划和控制能力

决策、规划和控制能力是指无人作战装备自主决策，与外界自主交互和操控人员对无人作战装备的指挥与控制的能力。其主要包括任务/行动规划能力、执行能力、监测能力和控制能力等自主能力。

⑦ 布放(发射)回收能力

UAV的发射回收能力包括岸基、水面舰、潜艇、机载和弹载五种发射回收方式。USV的布放回收能力包括岸基、水面舰两种发射回收方式。UUV布放回收能力包括岸基、水面舰和潜艇三种布放回收方式。UGV主要是车载或者便携式两种布放回收方式。

⑧ 能源补给能力

能源补给能力包括无人作战装备自身携带能源供作战系统安全可靠工作和可搭载外部能源补给装备的能力。

2)装备专有能力

隶属不同作战系统无人作战装备,除了具备以上装备通用能力以外,还需要具备装备专有能力,即在执行不同的作战任务时,具备的专有或特殊能力。

① 时敏打击

时敏打击必须在有限的“攻击窗口”或“交战时间”内发现、定位、识别、瞄准和攻击。因此需具备时敏目标探测制导能力、时敏目标快速识别与定位能力。另外,由于无人系统执行时敏打击任务时,需要多个无人作战装备间的无缝衔接,这便要求具备高速的信息共享和处理能力,最大程度地缩短从发现目标到完成打击的时间周期。

② 信息作战

信息作战需具备信息对抗能力,包括电子对抗能力和水声对抗能力等。UUV信息对抗能力主要包括电子虚假数据注入能力和潜艇物理特征模拟诱骗能力等。UAV可以运载投掷式干扰机,掩护己方攻击飞机,还可以进行通信干扰或误导敌方预警系统,实施电子诱骗等。

③ 反潜

具备反潜能力的海军无人作战装备必须携带搜潜、跟踪潜艇相关装备以及反潜武器,需要具备搜索、跟踪和攻击潜艇的能力。反潜无人机通过声呐浮标、吊放声呐搜索和跟踪潜艇,使用鱼雷或深水炸弹攻击潜艇。反潜无人水面舰艇和反潜无人潜航器通过载人平台在远离基地、港口的位置布放,然后自主航行到任务点,对敌基地、港口进行长期监视,并将所获取的信息传递给后方指挥控制中心或作战平台,使得海军随时掌握敌潜艇行踪。还可以将其部署在敌潜艇必经的航道上,监视并跟踪通过此处的潜艇,并将信息向载人反潜平台传送。

④ 布雷

海军无人布雷作战主要由UAV和UUV完成,载雷能力和水雷投放能力决定了无人布雷装备的作战效能。

⑤ 反水雷/排雷

一个完整的反水雷/排雷作战过程包括探测、识别、灭(排)雷三个步骤,无论是UUV、USV还是排雷机器人(车辆)还需具有水/地雷侦察能力和排除能力。USV配备高分辨率舰壳声呐或变深猎雷声呐、遥控灭雷具、机械扫雷装置和多种非接触扫雷装置,可以采用数艘无人艇编组或与猎扫雷舰编队等方式快速、高效、低成本地以集群方式完成大范围的水雷探测与定位任务[5]。

⑥ 核生化监测

在利用无人作战装备遂行核生化监测任务时,无人作战装备需要使用核辐射探测、生物和化学剂探测等专业传感器,抵近污染区进行探测行动,因此需要具备核辐射探测、生物和化学剂探测能力。

⑦ 海洋调查

海洋调查要能直接支持多领域作战,如收集海底物体信息以支持水雷战,收集声学信息以支持反潜战。无人作战装备需具备海洋物理数据收集和侧扫声呐海底成像能力。

⑧ 载荷与特种输送

载荷与特种输送作战任务一般由大型UUV来完成,能够自身发射微小型UUV或者UAV,具备负载能力、微小型无人装备寄宿能力和载荷投放能力。

⑨ 防险救生

防险救生主要是利用无人作战装备或平台对己方受伤或者落水人员,进行搜救,投送救生设备、食物、医疗用品,标定人员位置，实施救援,或者引导其他救援兵力进行救援。执行该任务需具备搜索救援和投送医疗物品能力,UAV、UUV、USV和UGV均有防险救生能力,特别是在敌情威胁严重区域进行营救,更具有优势。

⑩ 数据链通信

从装备层面来看,数据链通信能力是指作战系统间数据链通信需要具备数据链传输和数据链接收能力,数据传输由数据链传输设备实现,数据链接收由数据链终端设备实现,除此之外,数据链通信还要有独特的通信规范,即数据报文消息标准和控制链路运行通信协议。

互操作是实现联合作战、无人作战系统集成和无人/有人协同作战的基本前提,是无人作战系统融入联合作战体系的关键。系统互操作是无人/有人协同作战应具备的重要能力之一。所谓互操作能力是指两个以上作战实体间交换信息和互相提供(接受)指挥控制、数据共享等服务的能力。从装备层面来看,互操作能力主要包括传感器、操作系统以及网络间的互操作。传感器互操作主要是指同一无人作战装备上不同传感器间的信息交互[6]。操作系统互操作主要是指异构无人平台间不同操作系统间的数据信息交互。网络互操作是指不同作战网络间的数据和信息交互。

系统编组能力主要包括通信组网、跨介质通信和协同控制能力[7]。通信组网能力是无人作战系统编组需具备的基本能力,例如水下无人作战系统编组主要通过水声通信的方式,水面、空中和地面无人作战系统编组主要通过无线通信方式组网[8-9]。水下跨介质通信能力是跨域系统编组应具备的能力,通过空—潜光学通信系统进行跨域通信,使水下作战平台摆脱对水面平台、浮标的依赖,保障跨域系统编组协同作战。协同控制能力不是单个无人平台的操作控制,而是通过协调使多个无人平台组合形成一个有机整体,使其具备新的优势和能力。通过定义多系统多个平台间的相互控制关系和功能分配,确定系统和各平台间的信息流通关系及逻辑上的拓扑结构,给出多平台系统可协调合作的机制和计算结构。

4 结束语

作战能力研究是海军无人作战力量建设的核心问题,为海军无人作战力量战斗力的形成奠定理论基础,加强海军无人作战力量建设,必须深入分析其必备作战能力。系统研究作战能力构成,具有重要现实意义和军事应用价值。本文提出一种海军无人作战力量作战能力分析方法,构建了作战能力体系,系统研究了作战能力构成,为进一步规划设计海军无人作战体系提供了初步理论参考依据。下一步将进一步构建作战能力指标分解和聚合模型,对具体指标进行赋值,量化海军无人作战力量作战能力体系,以期得到更为优化的整体作战能力。