【深度】美军作战新概念“海军综合火控-防空”的超视距拦截

云脑智库 2022-05-26 00:00


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今日荐文的作者为中国电子科技集团公司29所专家周旭,蔡译锋,刘刚本篇节选自论文《新威胁态势下空中攻体系展思考》,发表于《中国电子科学研究院学报》第14卷第4期。

摘 要海军综合火控——防空”(NIFC-CA)是美军的一个新的作战概念,其特点是采用跨平台的打击引导方式扩大防空武器的可打击范围,解决海面舰艇超视距防空问题。传统空中电子进攻(AEA)体系对抗NIFC-CA时存在单体干扰手段单一,闭环速度慢、协同程度低等问题。面对新威胁态势本文提出空中电子进攻体系化发展应采用“以快制胜”的思路,打通“察、扰、打、评”作战环路,并采用机器到机器的自动协同方式,以多样化的进攻手段、快速的系统闭环以及信号级的深度协同来破击协同化的防空作战体系。


关键词: 海军综合火控——防空;电子战飞机;干扰;态势感知

引  言

美国实施亚太再平衡战略,在军事上突出应对“反介入/区域拒止”(A2AD)的能力,其中,航母战斗群作为维护其霸权的重要工具,其作战能力首先面临挑战。对航母战斗群平台的攻击手段包括反舰巡航导弹、对面打击战机、反舰弹道导弹等多种形式和多层次/多波次的饱和式进攻手段,主要的威胁来自空中,如表1所示。


表 1对航母战斗群的典型进攻手段指标

威胁类型

范围/半径

最低高度

反舰巡航导弹

数十~数百公里

数米

战机

数百~1000多公里

数十米

反舰弹道导弹

1500公里~2000多公里

/


为了应对这些攻击手段,美军提出了“空海一体战”来破击“反介入/区域拒止”体系。其主要措施如表2所示。

 

表 2 “空海一体战”应对A2AD的主要措施

序号

作战概念

主要手段

1

承受住初始攻击,降低美国及盟国部队、基地设施的破坏

由宙斯盾、萨德、爱国者3构成的战区反导体系

快速的修复、

分布式响应保障

2

迅速展开对对手的战网络的“致盲”行动

电子战、反辐射打击等

3

迅速展开对对手远程情报、监视和侦察以及打击系统实施压制作战

对大型固定目标的精确打击,如战斧导弹、隐身平台远程空袭

4

夺取和保持空、天、海、电磁空间和赛博空间领域内

的主动权

电磁空间作战

(含指控网络)


图 1 “宙斯盾”舰发展路线图


航母战斗群区域防空和反导能力主要依靠宙斯盾弹道导弹防御(BMD)舰。如图 1所示,“宙斯盾”武器系统(Aegis Weapon System)以基线(Baseline X)为单位进行升级,弹道导弹防御系统则是以BMD平台为基础逐步升级。当“宙斯盾”系统发展到最新的Baseline 9时,美军将最新版本的BMD5.0整合进去,形成综合防空与弹道导弹防御能力[1]。

 

为应对不断增强的来自空中的威胁,更好实施区域防空,美军提出新的作战概念——海军综合火控-防空(NIFC-CA),该概念主要针对超低空突防的战机和反舰巡航导弹的防空拦截难题,提出宙斯盾舰与升空预警机协同、系留气球扩展视距等多种手段完成对来袭飞机和巡航导弹的超视距拦截。

 

1 NIFC-CA简介及特点分析

NIFC-CA引入舰队防空作战中,最重要的是实现了超视距(OTH)拦截作战。要实现OTH拦截作战,基本方法都是利用己方可通视目标的平台,为看不到目标的远程防空导弹发射平台提供目标初始位置指示,待导弹发射后,通视目标平台持续为导弹发射平台提供目标位置更新数据,以便其对导弹进行中段制导,当导弹进入末段时,则依据导弹末制导机制,由导弹主动或联合通视平台提供末制导,来拦截目标。


一般情况下,NIFC-CA通过航母战斗群所属的E-2D“鹰眼”预警机(AEW&C2)、CEC数据链与SM-6增程主动导弹(ERAM)的结合,来实现OTH交战。过程如下:由E-2D预警机通过CEC数据链为“宙斯盾”舰提供地平线外的目标信息,再由“宙斯盾” 舰发射SM-6导弹拦截目标,拦截过程中E-2D预警机不断向“宙斯盾”舰提供拦截目标高精度实时数据,如图 2所示。


引导“宙斯盾”舰以SM-6导弹实施OTH舰对空交战,只是NIFC-CA的功能之一。以配备了新型CEC终端机(AN/USG-3B)的E-2D为核心,NIFC-CA共有三种细分的防空作战模式:舰对空FTS(From-the-sea)、空对空FTA(From-the-Air)与地对空FTL(From-the-Land)。其中FTS用于引导“宙斯盾”舰发射的SM-6,FTA可用于引导F/A-18E/F


图 2 NIFC-CA对空防御概念图


战机以AIM-120导弹拦截超远程目标,而FTL则引导陆基的SLAMRAAM导弹(AIM-120陆基型)交战。也就是以E-2D作为中继,整合海基、空基与陆基不同防空武器平台,协同执行防空拦截火控任务。


该作战概念在美国海军办公室(PEO)的综合武器系统(IWS)计划下,在2013年~2014年多项演习和实弹打靶中得到验证,目前美国海军开始多舰改造与适应性训练。2015年4月,“罗斯福”号打击群在中东执行反恐任务,完成了E-2D的首次部署,具备了NICA-CA系统初始作战能力。未来,美军还拟将更多武器节点纳入NIFC-CA系统:F-35C作为航母打击群的前置空中传感器节点,履行情报、监视、目标截获和侦察职责(ISTAR平台),减轻E-2D预警机的工作负担;低可观测的舰载无人监视和打击系统(UCLASS)为战斗机空中加油并实现额外的监视能力;EA-18G在安全距离上为前方的隐身平台和编队的F-18E/F飞机实施支援干扰。


通过对NIFC-CA的运行模式分析可得出,其主要特点为“网络化”和“自动化”。NIFC-CA的“网络化”特征主要体现其跨平台的打击引导作战方式上,通过传感器和射手的空间分离,理论上两类作战单元可以任意组合,极大地提升了作战的灵活性和火力可杀伤的范围。NIFC-CA的“自动化”特征主要体现在其协同方式为机器到机器(M2M)的自动控制,可直接由预警机完成初制导和中制导,无需进行人在回路的指令转换,大大提升了其火力闭环的速度。


当NIFC-CA的作战概念实现后,其对手的空中电子进攻体系将面临来自预警机干扰难和多源干扰不确定性等新挑战。 

2 传统空中电子进攻体系面临的挑战

目前,对抗一体化综合防空系统(IADS)时,传统的空中电子进攻体系通常采用远距离支援干扰、随队支援干扰、电子自卫三种形式的干扰手段[2],如图 3所示。现有电子进攻手段按功能划分,分别对敌方一体化综合防空系统(IADS)中的预警探测、目标指示、武器制导系统、以及通信指控链路等各要素进行干扰,如图4所示。其中,远距离支援干扰主要针对预警探测、目标指示雷达干扰,掩护突击编队突防;随队支援干扰主要针对目标指示、武器制导雷达干扰,进一步掩护突击编队突防到攻击阵位;电子自卫重点对武器制导和末制导雷达进行干扰,在打击过程中掩护自身平台的安全。


从其协同方式上来看,当前的空中电子进攻体系更贴近于系统家族(family of systems)的定义,是若干独立系统采用不同的手段共同完成任务的协同方式,是耦合度相对松散的体系。而作为新型的防空体系,NIFC-CA已超越系统家族的概念范畴,而达到系统之系统(system of systems)定义中描述的那样构成“一个更庞大,紧密耦合并且相互依赖的系统”。在当前及未来一段时期内,NIFC-CA是空中电子进攻体系所需应对的重点作战对象,需要基于其特点分析对空中电子进攻体系带来的挑战。


从NIFC-CA对空防御概念图可以看出,通过体系运用和协同,不仅扩展了“标准”导弹打击距离,同时又利用多源目标指示提升导弹中段制导过程中抗干扰能力。通常情况下,电子自卫都是针对来自宙斯盾舰SPY-1D和SPS-63雷达的威胁而干扰,对低频段的预警雷达通常不告警,也不具备干扰能力。在另一种场景下,当飞机超低空突防时,情况变得更为突出,“宙斯盾”舰可通过NIFC-CA系统对其进行超地平线预警和拦截,同时飞机上的电子自卫设备收不到SPY-1D雷达告警,这样电子自卫不再是对传统作战概念中的目标指示和火控制导雷达干扰了。而远距离支援干扰只能对E-2D预警机在进攻方向的一定距离实施预警干扰,而对低空突防到敌方拦截空域内的攻击编队无法提供足够的保护;随队支援干扰飞机在中高空执行任务时,可以在一定条件下对E-2D预警机实施干扰掩护突防编队,但又面临“宙斯盾”舰远程防空的威胁。


因此,传统方式下的空中电子进攻体系已经很难应对NIFC-CA交战系统,主要表现在:


图 3 传统电子进攻体系要素的空域分布


图 4 传统电子进攻体系的对象分布


(1) NIFC-CA系统的防空性能较现有综合防空系统的性能有极大提升,可对空中目标采用多种手段进行远程拦截,而传统空中电子进攻体系各组成要素的功能相对单一,且有效掩护覆盖范围和能力已不能完全满足对具备NIFC-CA能力的航母战斗群的突防突击需求;

(2) NIFC-CA作战概念强调电磁空间的控制能力,以及空、天、面的一体化协同,在此基础上实现远程打击,传统电子对抗体系内各要素的综合化和战斗管理的融合能力方面通常要求不高,ES、EP、EA手段协同不足而较难快速闭环,在电磁空间的争夺战中难以占据优势; 

(3) NIFC-CA体系内探测、打击各要素实现了高度综合化并且多手段协同,而传统电子对抗力量与其它作战力量的协同化程度较低,难以实现对NIFC-CA体系层面的全面压制。

  

3 空中电子进攻的体系化发展思考

根据梅特卡夫定律[3](Metcalfe’s Law),网络价值以网络节点数的平方的速度增长。借用该规律对网络化作战体系进行分析,以体系能力类比网络价值可以得出,在组网运用的前提下,体系能力随着节点的增强不再是线性关系而是以平方的关系增长。而对于未能网络化的作战体系,其效能只能是单个节点的线性叠加,随着节点数的增加,非网络化作战体系与网络化作战体系间的效能差异将会不断增大。


因此,仅靠单装能力的增强已无法应对以NIFC-CA为代表的体系作战对象——能够对抗体系的只有另一个体系。因此,为对抗NIFC-CA为代表的体系作战对象,在结合对象特点发展单装能力的同时,必须对装备进行协同运用,建立起快速闭环的作战体系,耦合电子对抗和其他作战力量,实现信息共享、闭环加速、以快制胜。“天下武功,唯快不破”,对抗体系作战对象需以“快”为核心思路。将电磁与火力武器耦合使用,在雷达被干扰后,通过协同电子战系统,实现从侦察监视到武器运用的快速“OODA”闭环,形成软硬结合的打击/摧毁能力。


上述破击思路的核心是“协同”,然而要想真正做到“唯快不破”,需要不同于传统的在时、空、频域上的计划协同方式,而需要对各协同节点进行更为深度的耦合,打通侦察、干扰、火力之间的信号级协同通道,同NIFC-CA一样做到机器到机器的自动控制,最大化地缩短空中电子进攻体系的自闭环时间。从而一方面迟滞/阻断强敌传感器到射手的打击体系“OODA”闭环;另一方面提升体系战场侦察监视到软硬协同打击的“OODA”闭环速度和稳定性,如图 5所示。


图 5 协同前后闭环速度变化

 

综上所述,对抗NIFC-CA为代表的体系对象必须从察扰打评等作战环节入手,将对手“远距、三先”的体系制胜方式,转变为本方“主动求变,乱中求快”的体系制胜方式,具体措施如下:


在侦察方面,需要利用有源、无源侦察手段的协同,扩展战场感知的范围、细化战场感知的粒度。并且建立信息共享途径,实现信息的全网快速分发,统一战场认知。对于前出收集ISR信息的NIFC-CA传感器节点的位置和工作状态进行及时、全面的掌握并且在协同网络中完成分发,做到“先敌发现”,在对方战术任务尚未完成之际启动应对措施。


在干扰方面,需要具备体系覆盖能力,通过“遮眼断链”破坏敌方引导和协同能力。对抗体系对象,若只干扰部分目标不仅无法破坏对方体系探测能力,还会自我暴露,招致打击。因此必须在掌握敌方体系组成的基础上实现干扰全覆盖以瘫痪敌传感器网络同时保全自我。针对NIFC-CA中起到远程目标指示与引导功能的关键节点,必须进行重点处置,利用侦察节点的实时干扰引导实现敌变我变,利用干扰节点间的协同,“集中优势兵力,四面包围,力求全歼”。其中,干扰手段应包括分布式、协同化、抵近式的干扰手段,以及重点方向的协同运用的大功率专用干扰飞机平台,以实现对中低空突防攻击编队的掩护。


在火力打击方面,为从根本上破坏NIFC-CA体系能力,需要利用电磁火力的协同,对其前出引导节点进行软硬结合的杀伤。利用电磁侦察进行高精度目标快速指示引导本方火力武器进行硬杀伤,同时利用电磁进攻手段进行软杀伤,迟滞敌方导弹发射时机,降低敌方导弹发射距离和命中概率,为实现本方火力武器的“先敌发射、先敌命中”创造条件。


在评估方面,必须实现交战过程中的察扰打评闭环,利用在线的评估与操作为战术行动提供辅助和指引,使交战闭环时间数量级缩短,从非实时闭环转变为准实时甚至实时闭环,全面做到“以快制胜”。在线效能评估和操作是协同交战的驱动力,是协同闭环形成和发挥效能的关键。在技术途径上可基于自适应控制理论[4]思想,建立如图 6所示的双闭环在线评估架构模型,通过控制系统和评估系统的两级调整,实现对协同交战效能的在线评估与优化。


图 6 协同在线效能评估技术架构


为实现上述能力,必须构建以协同装备能力提升为基础,以协同控制为核心的协同电子战体系,独立控制电磁空间,协同控制火力空间。


在体系建设方面,在保证电子战系统与联合作战体系有效铰链的同时,加强电子战“小闭环”的建设,缩短反应链条,加强协同交互,实现电子战体系内部的快速响应,在线控制。协同体系建设思路如图 7所示。


 图 7 协同体系建设思路


在装备建设方面,需要针对NIFC-CA中的使用特点,应发展针对具备火力引导能力的空中预警探测平台的远中近程干扰能力;针对体系化作战对象,发展高精度无源侦察力量以及具备多目标能力的电子进攻力量。同时,装备需要具备协同系统接入能力。

结  语

通过前面分析可以看到,NIFC-CA体系与常规的一体化综合防空系统存在本质性的差异,使用传统的空中电子进攻体系已难以有效应对其能力。为抗衡以NIFC-CA为代表的体系化作战对象,电子对抗力量建设应在完善体系要素和有针对性的提升装备性能的基础上,重点提升空中电子进攻的体系化建设以及与其它作战能力的协同运用,有效控制电磁频谱,并实现电磁与火力的协同,才能应对新型威胁的挑战。

  

【参考文献】

[1] 张明德,《“宙斯盾”舰新世代——伯克级Flight IIA最新批次新发展(下)》,Vol.135,陆海空天惯性世界,2014

[2] D.C. 施莱赫,《信息时代的电子战》,电子对抗国防科技重点实验室,2000,p17

[3] 李志刚,《陆军部队一体化作战能力生成模式分析》,指挥控制与仿真,2010(4)

[4] 徐湘元,《自适应控制理论与应用》,电子工业出版社,2007

- The End

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