美海军分布式防空作战能力仿真分析

郭 栋,张迎新,曹 强,王 越

(中国人民解放军31002部队,北京 100094)

“分布式杀伤”作战概念自2014年底提出以来,通过持续研究论证，装备升级和概念演示[1-3],目前已进入实兵验证阶段,成为指导未来美国海军作战部队装备能力建设和海上联合作战的主要思想概念。国内针对“分布式杀伤”作战概念也进行了跟踪研究,在理论研究方面,文献[4-8]从该作战概念的提出背景、作战理念、主要特点、武器装备等方面开展了深入研究,并提出许多启示建议;在定量研究方面,文献[9-10]运用运筹计算分析方法分别对单艘伯克级驱逐舰的反舰、反导能力进行了分析计算。

总体来看,对“分布式杀伤”作战概念的研究存在量化研究不够，量化手段单一的问题。为此,本文综合运用运筹计算和仿真分析方法对分布式防空作战能力展开研究,以期提供一种定量分析“分布式杀伤”防空作战能力的思路方法。

1 分布式防空作战概念分析

1.1 分布式杀伤

为推进战略转型,重回大国竞争,增强制海作战能力,美海军提出“分布式杀伤”作战概念。其核心思想是将反舰、防空能力部署到更多的水面舰艇上,提高单舰中远程火力打击和独立作战能力,以小型编队分散部署的形式增加敌方应对难度,提高己方战场生存能力[11]。

美海军据此概念开展更为系统的分布式舰队体系研究[12],提出未来分布式舰队体系初步构想、编成方式、需要优先发展的作战能力等发展思路,这些措施一旦落实,将显著提升水面部队作战能力。

1.2 分布式防空作战

分布式防空作战是分散部署的舰船编队,在一体化火控-防空系统(NIFC-CA)和协同作战能力(CEC)指挥控制下,利用天、空、海等多个维度提供的战场态势和目标指示信息,对来袭导弹实施拦截的作战行动,实现“以兵力集中实现火力集中”到“兵力分散火力仍集中”的转变。

2 分布式防空作战能力影响因素分析

能力是攻防双方体系对抗条件下表现出来的特性,为此,本节从攻防两个方面,对分布式防空作战能力主要的影响因素展开分析。

2.1 攻击

2.1.1 攻击武器

随着世界军事变革由“信息化”到“智能化”的转变,作为对水面兵力进行硬摧毁的主要武器,新型反舰导弹表现出隐身性更好、射程更远、全程超声速低空掠海飞行、智能制导等特点[13],对防空系统带来更大的威胁。军事强国俄罗斯研发的锆石导弹便是其中的典型代表,该导弹飞行速度达到6马赫,制导方式以主动雷达和毫米波/红外制导为主,采用俯冲滑翔的方式进行攻击,从发射到命中只需几分钟,叠加其高速性能将大大降低被拦截概率。

2.1.2 攻击战术

灵活高效的攻击战术是提升作战效能的重要因素,如饱和攻击、多方向攻击、高低弹道选择、假目标使用等。反舰作战通常是对多种攻击战术进行组合使用,使得防御方“防不胜防”。本小节重点讨论前两个战术。

1)饱和攻击

苏联针对美航母编队提出的饱和攻击战术,是一种建立在体系对抗基础上的攻防对抗战术[14],曾是美国海军的梦魇,具有很强的借鉴意义。据估算,苏联海军如果在一个方向上打出48～64枚反舰导弹,并在5分钟内同时临空,哪怕宙斯盾系统百发百中,也能打爆一艘宙斯盾舰。据媒体最新报道,俄罗斯即将服役的8马赫高速突防的反舰导弹,72枚饱和攻击即可瘫痪一艘航母。由此可见,饱和攻击战术能以数量的优势弥补质量的劣势,或利用数量的优势形成绝对的火力密度,最终瘫痪敌方的防空系统。

2)多方向攻击

对于分散化部署的舰船编队,针对其拦截火力的射程限制,选择合理的攻击方向,对于提升导弹的突防概率十分重要。如图1所示,如从小编队1的左侧发起攻击,小编队2只能使用标准6导弹协防,标准2导弹及其他更短射程的拦截火力将无能为力;如果从小编队1和2中间位置对小编队1发起攻击,小编队2的标准2导弹则可能发挥协同防空作用,从而降低导弹的突防概率。

2.2 防御

2.2.1 侦察预警

从图1可以看出,中高空探测方面,部署新型雷达后,单舰对中高空的探测范围提高至之前的2.4倍;由于NIFC-CA系统能够通过CEC网络获得其他作战单元的探测数据或融合多传感器信息,从而使得整个舰船编队的中高空探测范围能提高至3～4倍;低空探测方面,搭载宙斯盾系统的舰船,能够获得预警机对低空目标的侦察情报和目标指示,从而克服舰载雷达视距限制,实现对超低空目标的超视距拦截;另外,舰船编队分散化的部署方式,能使敌方侦察监视系统饱和化,降低侦察预警能力,增加选择打击目标难度,最大限度保存自己。

图1 分布式舰船编队对空探测示意图

2.2.2 指挥控制

1)指控模式

传统的集中控制与分散实施的作战指控模式,难以适应未来高强度的海上作战。为此,搭载宙斯盾系统的舰船编队,不再过分强调航母的中心指控地位,而是通过灵活分散的编组形式,利用经CEC系统传来的平台外传感器的目标信息,独立实施防空作战,使得海上兵力形散实聚,形成所谓的“分布式火力”。

2)指控系统

宙斯盾系统升级至“基线9”型作战系统,采用防空反导雷达(ADMR)代替AN/SPY-1雷达[15],克服了SPY-1雷达的诸多限制,信噪比是SPY-1的32倍,探测威力是SPY-1的2.4倍,同时处理目标数是SPY-1的30倍,提供射控支持、飞行中的防空导弹数量是SPY-1的3倍,能同时执行防空和反导作战任务,从而大幅提升指挥控制能力。

2.2.3 武器装备

1)防空武器

武器数量方面,为克服现有防空火力不足的问题,“分布式防空”采取多种改进措施:调整部分标准系列导弹装填坑换装改进型海麻雀;装备海拉姆导弹替换密集阵;电子战系统由SLQ-32升级到SEWIP;发展新动能武器。这些措施大幅增加防空导弹数量,同时充分利用CIWS近防系统闲置空间,构建严密的近程防空系统,将大大提高舰队的拦截能力。各类防空武器数量如表1所示。

表1 防空武器数量表

武器制导方面,早期的标准6导弹和海麻雀导弹采用半主动雷达制导方式,对于有限的照射器资源依赖很大,难以完全发挥其防空效能。为此,最新型号的标准6导弹采用AIM-120D中距空空导弹的主动雷达、改进型海麻雀导弹RIM 162 block2版本采用X波段主动/被动双模导引头、海拉姆导弹采用无线电/红外成像双模式制导,能够做到“发射后不管”,极大降低对照射器的依赖,同时增大拦截的火力通道。

2)拦截策略

相比于标准2导弹,标准6导弹性能更优，成本更高,为提升防空作战的效费比,降低拦截成本,对其拦截策略进行如下调整:拦截目标方面,由于标准6导弹射程远、单枚成本高,为提高拦截的效费比,优先拦截敌方飞机,其次拦击来袭导弹;发射条令方面,由于标准6毁伤能力强、拦截距离远,将发射条令由Shoot Shoot-Look-Shoot(SS-L-S)调整为Shoot-Look-Shoot(S-L-S),提升防空能力的同时,降低了拦截成本。

3 拦截能力运筹计算

分布式防空作战能力包括侦察预警能力、指挥控制能力和拦截能力,前两个能力在上节已简要分析过,下面重点对拦截能力进行分析。其中,本节主要计算一艘典型的伯克级驱逐舰的静态拦截能力,下节主要运用仿真系统对分布式舰船编队在攻防对抗条件下的拦截效能进行对比验证。

3.1 拦截体系

具备NIFC-CA/CEC能力的作战舰艇,通过多种措施发展和改进多种防空武器,在天基卫星和预警机的信息支援下建立作战空域的预警监视体系,构建起标准6导弹远程拦截、标准2导弹中程拦截、近程导弹和新动能武器近程拦截、舰艇自卫末端防御和电子战系统软杀伤拦截的远中近相结合、软硬杀伤相结合的拦截体系,如图2所示。

图2 分布式防空拦截体系

3.2 计算思路

1)各类防空武器对来袭导弹的拦截概率区分超声速导弹(指2～3马赫的低超声速导弹,下同)和亚声速导弹两种情况,具体数值依据公开资料或估算值。

2)标准6导弹的拦截能力分别采用SS-L-S(集中式)和S-L-S(分布式)两种不同的拦截策略进行计算,其他导弹均采取SS-L-S的拦截策略计算。

3)由于受限于拦截距离问题,新动能武器的拦截概率依据其发射速率,以两分钟发射的武器数量来计算。

4)由于电子战系统对来袭导弹实施软杀伤,其拦截能力与弹型关系不大。

3.3 计算结果

依据表1各类防空武器的数量及上述计算思路,运用运筹计算方法,得到单艘伯克驱逐舰各类防空武器对不同飞行速度导弹的拦截能力(指命中且毁伤来袭导弹的能力,用毁伤数量作为计算指标),结果如表2所示。

表2 拦截能力对比结果

从单项拦截能力来看,标准6导弹由于采用不同的拦截策略,拦截超声速导弹和亚声速导弹的能力分别提高52%、69%;海麻雀导弹由于数量增加和性能提高,拦截超声速导弹和亚声速导弹的能力分别提高147%、155%;电子战系统升级对于拦截能力提升100%;新动能武器也具有一定的拦截能力。

从综合拦截能力来看,通过运用多种手段对防空武器进行改进,在拦截超声速导弹和拦截亚声速导弹能力方面,分布式防空作战和传统防空作战相比,拦截能力分别提高97%、123%。

4 拦截效能仿真验证

4.1 实验条件

4.1.1 实验想定

1)攻击方

兵力:1架预警机、4架轰炸机、4艘潜艇和1个岸舰导弹营。

攻击武器数量:据CSBA报告透露,单艘宙斯盾舰已能同时抗击38个目标,未来正向96个目标迈进;结合文献[9，16]关于单艘伯克驱逐舰抗饱和能力研究成果,本文将发射导弹数量设定为80枚。

攻击武器类型:除方案4全部为超声速导弹外,其余方案超声速和亚声速导弹各40枚。

攻击战术:采用近饱和、多方向的灵活攻击战术对蓝方舰船实施协同打击,不同方案的打击方向具体如表3所示;为保证飞机平台的安全,轰炸机发射远程反舰导弹实施防区外打击。其发射的超声速反舰导弹采用高低弹道结合的飞行方式,发射段飞行至1 000 m左右的高空,巡航段飞行高度15米左右,飞行速度2马赫,距目标100 km以内多次蛇形机动,末端跃升俯冲攻击阶段,飞行速度3马赫。

2)防御方

兵力:1架预警机、1艘巡洋舰和3艘伯克级驱逐舰。

舰船编队主要采取舰载防空武器实施协同防空作战,方案1舰船的宙斯盾系统部署AN/SPY-1雷达、防空武器如表1中集中式装备方案;方案2、3、4舰船的宙斯盾系统部署ADMR雷达、防空武器如表1中分布式装备方案。

4.1.2 主要作战过程

攻击方综合使用多种侦察手段发现防御方舰船编队目标后,发射空舰、岸舰和潜舰导弹对以15 kn速度在海上航行的防御方舰船编队实施打击。防御方预警机发现攻击方来袭导弹,引导水面舰船由远及近使用标准6、标准2、改进型海麻雀、激光武器等实施拦截,同时使用电子战系统实施软杀伤。

4.2 实验方案

共设计4个实验方案,其中方案1为基准案,具体如表3所示。

表3 实验设计方案

运用某仿真系统对上述方案开展仿真实验,实验数据均为公开数据,每个实验方案大样本运行50次,统计不同方案拦截效能实验结果,并进行分析。

4.3 实验结果及分析

仿真实验结果如表4所示。

表4 拦截效能仿真实验结果

下面针对表4的仿真实验结果进行分析。

1)拦截超声速导弹效能方面

拦截数量方面,与方案1相比,方案2提高了91.6%,方案3提高了71%;拦截比例方面,与方案3的拦截比例(66.3%)相比,方案4的拦截比例(54.7%)降低了11.6%。

2)拦截亚声速导弹效能方面

拦截数量方面,与方案1相比,方案2提高了28%,方案3提高了18.4%,总体看,对亚声速导弹拦截效能较好,提高幅度不大。

3)综合拦截效能方面

拦截数量方面,与方案1相比,方案2提高了50.6%,方案3提高了37.1%;拦截比例方面,与方案3的拦截比例(74.9%)相比,方案4的拦截比例(54.8%)降低了20.1%。方案4拦截效能低于表2的理论计算值,主要原因:① 表2中的计算值是所有防空火力均能发挥作用的理想结果。② 方案4的结果是攻防对抗条件下的拦截效能,受多种因素限制,主要原因:导弹来袭方向在小编队1的左侧,两个小编队距离较远,加之防空导弹射程限制,小编队2只能使用较少防空火力进行协防;导弹蛇形机动和末端俯冲攻击,将大幅降低系统跟踪预测精度;宙斯盾系统作战自身存在的火控雷达分配、照射器分配、发射架分配和毁伤评估等延迟,叠加来袭导弹的高速飞行因素,将大幅限制中近程防空火力的发挥。

由此可以得出结论:① 与传统防空作战相比,基于“分布式杀伤”概念的防空拦截效能有一定提升,但实际作战效能低于理论计算值;② 集中火力打击其中一个小编队的作战战法,能够降低防御方舰船编队的整体防空效率;③ 对不同导弹类型拦截效果存在差异,对于亚声速导弹的拦截效能很高,但对于超声速导弹的拦截效能还存在力不从心的问题;④ 导弹来袭方向也能限制编队防空能力的整体发挥。

综合来看,美未来在海上作战中采取“分布式杀伤”战法,通过小规模编队分散化部署,依托高效的指挥控制系统和网络互联技术,注重电子战系统运用,大幅提升了其防空作战能力,对手很难通过远程目标指示和打击手段对其造成有效杀伤,能够以更小的作战代价获取更好的作战效果。

5 结束语

海上作战是未来军事斗争的主要形式之一,美聚焦未来海战形态和海战样式的前沿性、颠覆性技术,通过持续开展“分布式杀伤”等先进作战概念理论研究,推动作战概念实施,指导海军未来能力建设,重塑美国海上进攻性作战能力。文章初步探索了一种定量分析分布式防空作战能力的思路方法,后期可继续开展类似相关实验,提出针对性对策建议。