浅析美军穿透性制空“系统簇”

简久生,薛炳迪,冯顺平,朱 雷,王 昫

(1.空军预警学院,湖北 武汉 430019;2.解放军95445部队,云南 大理 672103)

0 引 言

着眼于打赢高端战争需求,2016年5月,美空军“2030年空中优势事业能力合作小组(ECCT)”在《2030年空中优势飞行规划》中首次提出“穿透性制空(PCA)”概念[1]。为达到穿透性制空的“能力簇”目标,提出了一个新型装备形态概念——“系统簇”。“系统簇”是指为了特定的任务使命而集成的松耦合复杂自适应系统。“系统簇”的形成主要依托美军强大的战争系统运转能力,通过不同的功能耦合形成作战平台、态势感知、快速杀伤、指挥控制、战场生存、快速迭代等不同功能的系统组合,共同支撑穿透性制空能力的运转。

1 瞄准战场制空能力,打造作战平台“系统簇”

美军穿透性制空“系统簇”的标志性装备是穿透性制空、穿透性情监侦、穿透性电子战、穿透性轰炸机、制空武库机5类作战平台,并在此基础上进行的态势感知、快速杀伤、指挥控制、战场生存、快速迭代等系统的拓展。

1.1 穿透性制空平台

美空军认为制空权是空军的最高核心竞争力,传统的通过空战夺取和保持制空权只是主要手段之一,并非唯一手段。穿透性制空(PCA)平台是穿透性制空作战概念中“系统簇”的核心装备。PCA平台要能够穿透对手一体化综合防空系统所构筑的防御网,依托平台构建跨空、天、网、电,并能与地面/水面能力强联合的网络化作战“系统簇”,与无人僚机协同在敌方空域内同时遂行火力打击、信息获取、数据处理、目标指示等多种作战任务,从单纯的空中作战平台转变为支撑网络化环境的重要节点,以全方位获取空中优势。美空军认为现有的F-22、F-35等战斗机在一体化综合防空系统领域不再具有足够的生存能力。2014年美军提出“下一代空中优势(NGAD)”项目,包括“空军版F-X”和“海军版F/A-XX”2种方案,研究中发现部分技术特征难以明确,美空军遂不再纠结战斗机的代际更替,从2016年起转而使用“穿透性制空平台”来代替。2020年9月,美空军PCA的全尺寸演示验证机已开始试飞,计划在2030年前采购414架PCA来取代现有的F-22。

已公布的“下一代空中优势(NGAD)”概念共有6套方案(洛克希德·马丁公司2套、诺斯罗普·格鲁曼公司2套、波音公司2套),按照美空军对未来全面隐身空战规律的理解,PCA将采用低成本可维护隐身、自适应变循环发动机、综合能量管理、先进航空电子系统架构、氮化镓雷达、机载激光武器等关键技术,具有超远距航程、超扁平外形、超音速巡航、超远程打击、超维度物联、超域界控制的“六超”特性。相比于传统战斗机,PCA将呈现出更鲜明的智能化、信息化、无人化趋势。作战中采用有人-无人编组模式,配备的人工智能(AI)无人僚机担负早期预警、空中加油、电磁作战等任务,有人战斗机除控制任务外,还将作为网络节点支撑作战体系支援下的全域作战,确保联合作战所需时空的空中优势。为快速夺取空中优势制高点,力争最小化装备发展风险,PCA采用开放式架构、敏捷软件开发、数字工程等工具,通过软硬件功能迭代实现整体能力的提升,实现5年左右的代际更新频率,保证美军技术“代差”优势。

1.2 穿透性情监侦平台(P-ISR)

美空军认为取得穿透性制空优势的首要环节是要提高一体化综合防空系统区域内实时态势感知能力,发展能够穿透敌方防空系统、高对抗环境中持久存在、大范围感知战场态势、隐蔽实时共享关键信息的穿透性情监侦(ISR)平台。美空军认为当前装备的RQ-4“全球鹰”无人机,联合监视目标攻击系统(JSTAR)“联合星”有人侦察机的传统ISR平台已经难以满足高对抗空域环境作战,迫切需要一种极度隐身无人机执行ISR任务,RQ-180应运而生。2019年,美媒称RQ-180无人侦察机已入役美国空军,配属于加州比尔空军基地427侦察中队。

RQ-180一直是美军绝密项目,由诺斯罗普·格鲁曼公司研发制造,采用大展弦比飞翼式布局,具有宽频隐身能力,极大地降低了全向雷达反射截面积(RCS),飞行高度高(21 000 m),飞行距离远(25 000 km),巡航时间长(大于24 h),具有高空、长航时ISR能力。RQ-180装备有有源相控阵雷达、合成孔径雷达、无源电子侦察定位等多种尖端侦察设备,还具备一定的电磁攻击能力。除此之外,RQ-180的隐身智能化网关,智能链接PCA、穿透性电子战(PEW)、B-21、制空武库机和各类无人机单元,可在不泄露网络节点位置的情况下融合不同平台的海量数据、大范围高效信息共享,成为“系统簇”的关键作战节点。

1.3 穿透性电子战平台

美空军认为,为了在现代冲突中与对等和近对等的敌手竞争并获胜,联合部队应当将对电磁频谱的控制安排在高优先级,并在冲突的每个阶段都争夺电磁频谱优势。为确保可靠“穿透”,必须具备与穿透性平台能力相当的穿透性电子战平台。美国空军现有的EC-130H、E-37B只能执行防区外干扰任务,F-16CJ和海军的EA-18G航程不足,且不具备隐身穿透能力,无法满足穿透性作战需求,应发展穿透性电子战以执行防区内电磁作战任务,并于2035年前完成部署。

根据公开消息,美空军2017年2月宣称研发“穿透性电子战”平台以重建美国空军的防区内电子战能力,并拟在2030～2035年进行部署。PEW系统可能为自主型或半自主型,也可能是穿透性制空平台的改进型或是一种无人平台。PEW要具备穿透高端防空系统的能力,既能在防区内外进行电磁攻击,也能飞入对手空域,为穿透性制空平台与穿透性轰炸机提供电磁防护,保证穿透性制空任务的完成和各平台安全。

1.4 穿透性轰炸机(B-21)

美军认为恢复其制空优势的关键是发展可以穿透敌方防空系统、深入敌后毁伤战略、战役战术目标的远程轰炸机(LRSS),拥有活动半径大、生存能力高、隐蔽性能强、有效载荷多等优势。空军认为B-1B、B-52非隐身战机不拥有穿透能力,具备隐身穿透能力的B-2A数量不足,无法满足空军需求,应快速发展、大量装备下一代轰炸机B-21。据可靠消息,B-21轰炸机计划于2023年首飞。

1.5 制空武库机

为弥补战斗机隐身能力与持续攻击之间的矛盾,美军演练中将F-22等战斗机利用隐身优势充当先导机,发现敌机后利用数据链将目标参数传送给后方的武库机,武库机发射远程空空导弹,在F-22等飞机的引导下,从敌机射程外进行饱和打击[2],除制空作战外还可以执行干扰压制、海上反舰等任务。美空军认为武库机所装备的空空导弹的理想射程应为420 km左右,从而确保具有空中优势的B-1B飞机能够在敌方战斗机的威胁范围之外与其交战,目前美军最先进的中程空空导弹AIM-120D的射程为160 km、重量为151 kg,AIM-260的最大射程为260 km、重量为152 kg(互联网粗测),B-1B携带量均超过100枚,具有极强的空中持续攻击能力。美军正在改造中的C-17、F-15EX等飞机,也具有成为武库机的能力。

2 增强信息制权能力,打造态势感知“系统簇”

战场信息制权是美军作战追求的首要目标,穿透性制空作战很重要的一个能力是对一体化综合防空系统区域内的全方位信息获取,使用战场内所有装备最大程度地获取信息并融入网络,为指挥控制、综合杀伤提供信息支撑。

2.1 P-ISR单元

美军穿透性制空体系中的ISR单元将是跨越许多传统和非传统平台的综合传感器系统。太空中的光学、电子侦察卫星可以有效利用太空自由,对一体化综合防空系统区域的各类目标长时间进行情报搜集,持续不断地提供态势感知能力。空中除专门建造的空中情报侦察飞机(如RQ-180)外,还包括其他搭载各类先进传感器能够收集高价值信息的PCA、B-21、PEW、 F-22,F-35等,都可以广泛收集各类信息;除此之外将是数量更多的小型ISR,如“小精灵”、“郊狼”等小型无人机、蜂群无人机都将担负一定的信息搜集任务;小型空射诱饵(MALD)能够探查敌人防空组织、布势的细节,用于后续歼灭;“金帐汗国”项目发展GBU-53/B小弹径炸弹(SDB II)可以通过双向武器数据链,实时采集弹载多种传感器的感知信息。

2.2 全域联通

在一体化综合防空系统区域中,穿透性感知的态势信息必须依赖隐蔽、可靠的网络联结进行传送。2020年以来,美军加速推进天基宽带互联网、5G移动网络、移动自组网等网络技术的发展,谋求构建全域覆盖、高速稳定、保密抗扰、灵活链接、隐蔽精准的网状网络,支持未来全域作战。美军启动“全联网指挥控制与通信”项目,旨在开发一种全新的指挥控制与通信体系架构,实现跨陆海空天、跨军兵种的全域全时连通能力,为美军“联合全域作战”提供支撑;积极开展星载Link 16数据链实验,测试“星链”卫星与空中平台的通信链接,发展星间激光通信链路,支持未来高速作战需求;实验“同一网关”(GatewayONE)通信吊舱,验证Link 16与移动自组织网络的通信中继功能,以无缝连接演示区域内的空中和地面平台。通过能力提升,执行穿透性制空任务的PCA、PEW、RQ-180、B-21、武库机等都可作为网络中心节点,实现全域联通。

2.3 战斗云

基于穿透性制空“小体系”的作战效能的发挥依赖于“系统簇”内作战单元数据的快速交换、信息资源的快速整合,才能更好地获取整体作战效能。美国空军基于“联合信息环境”发展了“战斗云”,通过战术通信网络快速交换作战单元的战场数据,整合陆、海、空、天、电、网等多维度信息平台,从体系层面实现战场资源的动态高效管控和快速分布式处理。穿透性制空“系统簇”中的每个作战平台都能按需从“云端”获取自己的任务和信息,自由访问和融合传感器网上的数据,为武器使用提供精确目标信息。“战斗云”为穿透性制空“系统簇”建立集中指挥、分布式控制和分散执行的“蜂群”式作战指挥结构,有效实现跨代际、跨平台的网络化“云”协同作战,最大限度地发挥隐身装备、精确打击武器、先进指挥控制系统和“有人-无人”系统的技术优势。

3 优化动态制权能力,打造指挥控制“系统簇”

在高威胁一体化综合防空环境中,由于威胁的复杂与动态性,预警机类大型作战管理指挥控制平台难以实施有效穿透,面临的风险也显著升高,穿透性制空“系统簇”难以实时得到后方指挥员的指示,必须实施分散指挥,以实现敌防区内杀伤链前端的指挥控制。

3.1 全域指控

穿透性制空作战中的高强度、高速度、体系化对抗需要将分布的各类传感器与射手近实时地链接起来,调用非自身建制的传感器能力和打击选项,实现跨军种无缝的信息到杀伤链的转换,构建基于“系统簇”和所有作战域的互联杀伤网,影响并控制对手。“联合全域指挥控制”是美军当前着力发展的新型指挥控制能力,旨在将所有分布式传感器和射手近实时连接起来,遂行跨越陆海空天网所有作战域的指挥控制。美军开展多次“联合全域指挥控制”技术试验,验证了利用智能算法、云架构和5G技术,在多军种、多域战作战单元间快速共享态势信息、实施高效智能指挥控制的能力。跨域无缝的指挥控制产生高效的进攻和防御效果,满足高强度高端对抗的需要。

3.2 系统支撑

在一体化综合防空区域内的高强度、体系化对抗中,全域的指挥控制必须依托一种把传感器到射手全域联合C4ISR系统的支撑,才能对作战行动作出适时精确的指挥控制。传统的机载预警与指挥系统的中心化难以满足穿透性制空打击“系统簇”所要求的高效多域指挥控制能力,美军遂发展“先进战斗管理系统(ABMS)”,将所有指挥要素集成到一个海量数据和指挥决策的使能系统中,加速“发现—定位—瞄准—跟踪—评估”杀伤链,使“系统簇”具备了规模化的杀伤能力。美军先进战斗管理系统试图把PCA、PEW、F-35、F-22、F-16、B-21、U-2、RQ-180、XQ-58、MQ-4C等有人、无人作战平台连接到一起,构建成一个使用人工智能无缝共享数据、实现更快决策的物联网。强连接力已经成为智能化战争的制胜关键。

3.3 AI赋能

全域作战能力要求指挥控制系统集成的作战要素不断增加,战场感知空间不断扩大,作战节奏不断加快,但对海量数据处理、快速情况掌握、高效决策、系统最优决策、精确效果控制的要求越来越高,对人依赖较高的传统指挥自动化系统已经不能完全适应穿透性制空“系统簇”的作战需求。为实现跨域通信网络传输、更快的决策能力,在依赖于各类传感器有效感知的基础上,美空军先进战斗管理系统通过人工智能技术赋能数据快速处理、目标快速识别、武器自动推荐、火控数据动态匹配,帮助指挥官集中精力作出最正确的决策。随着人工智能和机器学习的不断成熟,以数据为中心的人工智能生态系统正在建立,智能数据搜集、智能态势理解和预测、智能信息推送、智能任务规划、智能协同控制、智能快速重构将“观察—调整—决策—行动”循环(OODA)2.0推进到OODA3.0时代,缩短杀伤链闭环时间,以AI赋能的方式使穿透性制空“系统簇”战斗力倍增[3]。

4 敏捷全域攻击能力,打造综合杀伤“系统簇”

穿透性制空“系统簇”在传感器系统和指挥控制系统的支持下,快速闭合杀伤链,实现全域的非对称攻击,以实现最大的杀伤效能。为达成防区内外联合制胜,在“先进战斗管理系统(ABMS)”的支撑下,赋予穿透性制空“系统簇”不同的杀伤能力。

4.1 网络杀伤

高速信息网络下一体化综合防空系统使得军事人员对网络空间的依赖性越来越大,网络空间对物理域、信息域、认知域的影响,成为穿透性“系统簇”的首要攻击手段。“舒特”计划从“舒特1”入侵雷达实现“见敌所见”已经逐步深化发展到“舒特5”,通过电磁频谱和网络域进行综合电子进攻能够实时提供敌方战术级的网络空间视图,聚成“舒特6”已经扩展到国家级战略指控系统和一体化综合防空系统,且目前正在向小型化、吊舱化发展,以便能够装备到F-35等五代机和无人机上。美军正在发展中的“下一代干扰机”就具备“舒特”攻击的能力,美军计划将“舒特”能力集成到所有装备有源相控阵系统的作战平台。目前报道中PCA、PEW、RQ-180、B-21都具有极强的电子对抗能力,不能排除美军已将“舒特”能力在这些平台实现集成,使穿透性制空“系统簇”能轻松穿透任何先进的一体化综合防空系统,对保护区域内的纵深目标实施毁灭性打击。

4.2 电磁杀伤

实现穿透性制空“系统簇”所穿透的一体化综合防空系统,重要的就是穿透预警体系的电磁屏障,在与防御方的电磁交锋中取得优势,一体化综合防空系统对电磁频谱的依赖为穿透性制空“系统簇”的电磁杀伤提供了更多的机会,电磁杀伤是穿透性制空“系统簇”取得战场制权的重要手段。美军大力开展电磁频谱作战,将电磁频谱作为第六作战域,相继发展了机载电磁作战系统、电磁指挥和控制、综合电子战系统、下一代干扰机、网络化遥控电子战系统等一系列项目,积极推进行为学习自适应电子战、自适应雷达对抗、认知网络电子战等认知化电磁杀伤技术的使用。随着电磁作战装备的小型化、网络化、智能化、集成化,电磁功能集成的PCA、PEW、RQ-180、B-21等穿透性制空“系统簇”具有很高的电磁频谱作战能力,穿透性制空“系统簇”通过电磁割裂、电磁协同、电磁攻击等手段毁瘫预警体系,加上极度隐身能力,以达成对一体化综合防空系统的可靠穿透。

4.3 实体杀伤

穿透性制空“系统簇”实施穿透性制空作战的目的是取得战场制空权,对敌战略目标、战争潜力目标等实施有效攻击,以彻底摧毁敌反击能力,达成军事和政治目的。穿透性制空“系统簇”不断增大攻击弹药携载能力,增强“系统簇”杀伤能力输出。为了增强电磁杀伤能力,“系统簇”中PCA、PEW、B-21等平台都可以携载电磁脉冲炸弹、反辐射导弹、反辐射无人机等实施电磁硬杀伤。为了提高远程制空能力,美军在改进AIM-120D的基础上,发展了射程260 km的AIM-260远程空空导弹;为了提高远程对地攻击能力,美军在改进现有的“战斧”导弹的同时,发展了增程型联合空面防区外空对地导弹(JASSM-ER)、联合防区外武器(JSOW)和下一代隐形巡航导弹,也选择AGM-183A高超音速巡航导弹和滑翔高超音速弹头导弹(HCSW)作为武库机的弹药;同时为了提高自身自卫能力,美军还为穿透性制空“系统簇”的平台装备了激光等定向能武器和“游隼”等小型自卫导弹[4]。这些武器装备在“系统簇”内的加持,不但使穿透性制空“系统簇”构建起了远中近程的投送范围,也极大提升了穿透性制空“系统簇”的弹药投送能力和能量释放能力。

5 提升时空制权能力,打造战场生存“系统簇”

穿透性制空“系统簇”的作战能力很强大,但是其空中优势能力的时空存在还必须依赖于后勤系统提供的保障能力、支撑能力和再生能力。美军认识到在印太地区的基地部署与后勤能力可以在宽松环境中投送、保卫与支持“系统簇”能力的生成,但是在与具有远程弹道导弹攻击能力的系统对抗时,战场生存受到严重制约,必须要陆续升级能够支撑分布式作战的后勤网络。

5.1 空中加油

穿透性制空“系统簇”的防区内存在的时间是维持制空能力和情报、监视、侦察(ISR)能力的重要因素,美空军穿透性制空“系统簇”内的PCA、PEW、RQ-180、B-21等平台都具有较远的航程和滞空时间,而空中加油可有效延长穿透时间。由于KC-135、KC-10A、KC-130等空中加油机的老化,美军又生产了179架KC-46A加油机,由于性能不尽如人意,又发展了KC-X、KC-Y加油机和KC-Z隐形加油机,加上海军的MQ-25“黄貂鱼”无人加油机,可为美军穿透性制空“系统簇”提供全方位的分布式空中加油能力,有效拓展穿透性制空“系统簇”能力空间,保证在未来复杂的战场环境中执行任务。

5.2 基地防御

为了缩短美军穿透性制空“系统簇”空中飞行距离,增强作战效能,美空军的穿透性作战必须依托美军前沿基地提供能力保障。对美军而言,其位于对手500 km以外的基地面临威胁最大,不是穿透性制空“系统簇”使用选项,位于300 km以外的军事基地是优先选项,但仍然受到中远程弹道导弹和远程巡航导弹、超音速武器的威胁。除采用敏捷战斗部署(ACE)保持灵活部署、弹性存在外,为有效保护“系统簇”在基地内的安全,还必须加强基地防御能力,为此依托其全球主被动传感器网络发现目标,并采取基地分散、扩大战机距离至440 m以上、隐真示假、掩体加固、布置远中近程防空导弹和高能激光武器等被动防御手段[5],通过采取进攻性反空袭(OCA)等方式消除敌方对前沿基地的威胁,保证穿透性制空“系统簇”能够有效遂行穿透任务。

5.3 能力再生

关岛、迪戈加西亚等基地是穿透性制空“系统簇”的绝佳基地,在高强度高端对抗中将受到重点关注。高超音速导弹、弹道导弹将会使基地使用受到重大损伤或限制,再难以作为穿透性制空“系统簇”的能力支撑地,所以基地的恢复与重建再生能力很重要,必须确保在敌方攻击结束后能够迅速恢复或重新生成战斗力。美军提出“持久后勤”能力,在布势时就在兵力设计、兵力生产、与工业部门的合作等方面进行优化,优先考虑后勤的弹性和比较优势,在分散和机动优化战斗力正确部署的同时,减轻对手攻击的影响。美军还拥有“敏捷后勤”选项,将基于需求申请的拉动系统转变为基于预测需求的推送系统,使用易于运输、便于搜集、弹性开发的创新型修复材料,快速恢复机场能力;美军还开发了“远征前进基地”概念,充分利用盟友力量,通过“敏捷作战部署”将穿透性制空“系统簇”部署到分散的小型基地群,混合使用稳态敏捷作战部署和生存性敏捷作战部署进行作战力量疏散与重组,在基地受到攻击后可以迅速恢复穿透作战能力。通过能力再生提高了穿透性制空作战的弹性和灵活性,提高了“系统簇”动态兵力运用能力。

6 重塑科技制权能力,打造快速迭代“系统簇”

美军认为装备发展要坚持“能力始终走在威胁前面”,在当前“下一代”作战平台因追求技术极限而造成成本和周期不可接受,遂摒弃“下一代”研制思想,采用成熟技术的快速迭代转化使得装备形成能力领先、体系作战能力领先。

6.1 重视科技创新

穿透性制空“系统簇”的所有平台并不是所有新技术的集合,但可能使用的定向能武器、高超声速武器、人工智能等颠覆性技术的革命性突破将带来“系统簇”穿透能力的快速提高。美军极度重视颠覆性技术的发展,在2014年就开始执行以量子技术、人工智能、定向能武器等颠覆性技术研发使用为特征的“第三次抵消战略”。美军已经建立军内研究实验室、工程中心、作战中心与机构共72个,研究范围覆盖陆、海、空、天、电所有领域的军事技术,总人数近6万人,其中科学与工程人员约4万人。军内科研机构是开展基础研究、技术转移,使国防部更好地采用技术、保持世界领先技术优势的核心基础,是联系学术界和工业界的关键纽带。

6.2 学术工业合作

随着信息技术的蓬勃发展和市场机制的日益完善,军方的科技研发效率和创新能力滞后于民用、商业领域,美军广泛吸收社会及商业领域的创新力量,推动国防科技快速发展。国防创新小组通过与大学和企业成立联合实验室的方式,寻求通过商业途径解决技术创新难题,构建多个平台有效调动相关政府部门、地方高校、工业界和民间的科研资源,采用风险投资模式挖掘先进商业技术,举办多样化活动广泛征集创新技术“孵化”国防科技创新,资助高校开展基础研究加深国防科研创新技术储备,创新管理模式加速民用技术向军用技术转化,这种学术工业的合作,为颠覆性创新技术快速应用到“系统簇”中提供了便利。

6.3 快速武器转化

美空军穿透性制空“系统簇”的各平台都采用数字工程设计、开放式架构等技术,可以使已成熟技术快速应用到作战平台上。为保证发挥现有各型武器平台的优长,快速形成作战能力,改变战场局势与游戏规则,美军建立了完整的技术转移与转化计划体系,改善了国防采办流程,提出了全流程采办、里程碑考核、渐进式采办、螺旋式发展、试验鉴定一体化、基于知识的采办等思路,进行重大装备采办项目的技术成熟度管理,快速反应办公室和快速采办核心小组及时提供成熟技术,降低技术风险,缩短装备研制周期,样机产品直接交付应急作战部门使用。如SpaceX公司“星链”互联网星座参与美陆海空三军的“联合全域指挥控制”实战演习,这表明作为改变游戏规则的低轨卫星星座将直接应用于美军的作战行动,使得穿透性制空作战随着新技术的运用、新装备的发展,快速呈现出新的特点和样式。

7 结束语

面对强大的竞争对手、加速的技术进步、有限的军事资源,美国空军迫切需要转型发展,穿透性制空“系统簇”理念全面契合其变革理念。美国空军对这种作战模式与运用探索给予了很大的关注度,在F-35具备初始作战能力后,就使用F-22、F-35A、RQ-170、B-2轰炸机多次开展模拟穿透性制空作战训练和战法演练,并对F-22、F-35战斗机进行升级改造,进一步提升穿透性制空“系统簇”的完整性。随着穿透性制空“系统簇”内装备的不断发展列装,预想的“能力簇”的目标正逐步成为现实,美国空军可选的“战术簇”更加灵活多变,将对各国防空系统带来更加系统的威胁,也是美国遏制战略对手、维护世界霸权的重要手段。