王海彦 王 平 凌晓辉

(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

美航母编队信息防御体系研究*

王海彦 王 平 凌晓辉

(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

论文介绍了美航母编队信息防御体系的建设需求、薄弱环节及体系层次,从编队在信息防御作战时担负的仟务出发,研究分析了编队指挥中心在作战中的作用,研究内容对我军军事装备发展具有一定的现实意义。

航母编队; 信息防御; 编队指挥

Class Number TN97

1 引言

美航母编队集各种先进武器于一身,既有远距离、全方位的探测系统,又有防空、反导、反舰和对陆攻击等综合一体化作战能力[1]。但分析表明,航母编队的防空系统、水面搜索系统均有漏洞,其小目标探测能力不强、系统反应能力迟钝。航母编队的这此电子信息防御漏洞为电磁信息攻击、反辐射武器攻击和隐身反舰导弹突防提供了契机。

在与航母编队的信息攻防中,航母编队本身的被发现并不是一个问题。首先,航母编队的雷达反射截面积(RCS)极大,要实现雷达隐身几乎是不可能的。一艘小型导弹艇的雷达截面积就能达到500m2,一艘中型舰船的雷达截面积为30000～50000m2,航母的雷达截面积应该还要大一个数量级。航母的雷达截面积大,主要来自于舰体、复杂的金属上层建筑以及林立的天线。其次,航母编队的射频暴露非常频繁,使得航母编队的无源隐身也几乎是不可能的。航母上的射频设备包括各式各样的雷达、敌我识别器、导航、电子干扰、通信等设备数百部,覆盖从长波到短波、从米波到毫米波甚至红外、激光等电磁波波段,功率从瓦级一直到兆瓦级,另外还有声呐以及其他大功率机电设备。即使所有的搜索雷达都不开机,还有通信、着舰引导雷达等射频辐射。有统计表明,航母的电子射频暴露极其严重,电子静默安全率小于5%。更何况其自身面积和体积太大,造成其迎击面积大,以及能够被卫星等探测设备发现。所以,在航母编队不可能不被发现的情况下,只有着力通过信息系统去发现威胁,并指挥火力对威胁进行打击。

2 航母编队信息防御体系薄弱环节

虽然人们不断致力于航母编队信息防御体系的完善,但总是不可能做到真正的无缝覆盖,一方面原因是信息系统在技术上存在无法克服或暂时无法克服的困难,另一方面,毕竟在信息防御体系中人是在“回路”之中的,而人总是避免不了犯错误,而且,即使某些环节已经不需要人的操作,但机器也不总是完全可靠的。

2.1 航母编队信息防御体系技术缺陷

1) 防空系统存在漏洞

从技术上说,雷达仍然是目前的航母编队信息防御体系中最重要的传感器,但雷达正面临着越来越多的“天敌”,低空突防、电子干扰、低可观测性(隐身目标或小雷达反射截面目标)和反辐射导弹给雷达带来了巨大威胁。其中,前三种威胁主要是破坏或妨碍雷达的正常工作,而反辐射导弹则是对雷达进行硬摧毁。而且,从技术的观点看,即使没有敌方干扰机的有意干扰,雷达在工作过程中收到的强烈杂波,如海情比较复杂情况下的海面回波,在雷达的信号处理上与有意干扰没有什么太大的区别,效果都是会淹没掉雷达的目标回波。进一步地,在雷达面临的这四大威胁中,低空突防如果和低可观测性联系起来,对雷达来说则是非常头痛的一件事。也就是说,对于雷达反射截面积比较小的目标,如果它飞得又很低,则威胁进一步增大。这主要是两个原因,一是雷达回波比较弱,可能在雷达接收机的灵敏度以下;二是低空掠海飞行的目标,要么处于舰载雷达的低空盲区之内,即使有预警机向下俯视,但由于它飞得过低,有可能被海浪杂波淹没或干扰,仍有可能使雷达接收到海浪回波而不是目标回波。还有一点不能忽视,由于脉冲多普勒雷达良好的反杂波性能,使得它在航母编队中得到了广泛应用,但它是利用目标相对于雷达的径向速度来工作,如果径向速度很小,则很准或无法发现目标。这有两种情况,一种情况是目标飞行速度本来就很低,第二种情况是目标飞行速度可能很快,但目标的飞行航线垂直于舰载雷达的航向,则径向速度接近于零。这种目标称为“慢”目标,它与低空突防的目标及低可观测性目标合称“低、小、慢”,是雷达探测所面临的巨大挑战。

2) 对海搜索存在漏洞

如2004年7月22日,“肯尼迪”号航母编队正在进行夜航训练,一艘木制小帆船闯过几道封锁线,撞上了其右舷。“肯尼迪”号装备了先进的水面搜索雷达,甲板上有值班军官,周边还有军舰和小艇警戒。但小木船“成功突防”,恰恰说明航母雷达在水面防御上存在漏洞或缺陷。木船对雷达波的反射能力比金属目标要弱,或者说,木船的雷达反射截面积很小,对于雷达来说,与隐身飞机的特征类似,具有“低可观测性”。这两起事件说明,航母的水面防御过于依赖各种雷达,而雷达又有它自身的固有缺陷,这也反映了目前航母编队探测手段略显单一的一面。

2.2 系统反应能力不足

除了航母“传感器网格”的缺陷或不足会使信息防御体系存在盲点之外,还会带来航母编队的系统反应能力难以同实战需要相适应。系统的反应能力不足,是由两个原因造成的:一方面是系统从发现到打击的环节过多,造成占用时间过长;另一方面是航母编队的传感器网格在某些情况下的探测性能较差,留给系统的反应时间太短。以雷达为例,雷达所发现威胁目标的距离除以目标的速度,便是己方的反应时间。但敌方一方面会采取各种手段(如隐身目标进行低空突防)缩短雷达的发现距离,另一方面会尽力提高飞行器的速度,这两方面会同时压缩系统的反应时间。据称,俄军计算过美军“宙斯盾”系统的反应时间。发现目标、识别、“宙斯盾”开机、解算射击诸元、导弹照射雷达调转指向、激活垂直发射系统、导弹仓开盖、发射导弹,整个过程所用时间超过50s。受海上雷达视距的影响,无论是AN/SPY-1相控阵雷达还是其它舰载对海搜索雷达,对掠海飞行反舰导弹的实际探测距离都不会超过30km[2]。即使舰载机F/A-18的火控雷达具有俯视下射能力,但对于在10～15m超低空掠海飞行的反舰导弹,海杂波干扰和电磁波传播的多路径效应将严重削弱雷达的实际目标搜索跟踪能力。如反舰导弹在10m高度以下飞行,发现它将难上加难。发现距离近了以后,对于高速飞行的威胁目标,反应时间本来就大幅变短,再加上防御系统自身启动工作不够迅速,无疑会使自身受到巨大威胁,甚至遭受灭顶之灾。

所以,为了提高航母编队的信息防御能力,一方面对于雷达系统来说,由于敌方飞行器的速度是无法控制的,只有想方设法不断提高发现距离,从而为己方争取更多的反应时间;另一方面,必须减少“发现、定位、跟踪、瞄淮、打击和评估”这条打击链的环节或缩短每个环节的时间。

3 航母编队信息防御体系

为达到有效进攻和防御的目的,美军采用信息防御与火力相结合的区域性大纵深、全方位综合防御体系。

3.1 航母编队用于防空的信息防御层次

航母编队防空信息防御体系通常由四道防线(外防区、中防区、近防区、点防区)组成。航母编队防空的远程防御区距编队中心50m～100m以外。当航母编队的预警机、侦察卫星、遥感、雷达及其它电子侦察设备发现了外防区的来袭目标时,会立即将目标数据传送至舰艇编队指挥中心,经编队指挥中心综合处理后,再将所有相关信息传送至编队各作战平台,从而扩大各舰艇的预警范围。一旦舰艇接到报警,将随即对多批次、多方位目标进行识别、跟踪和指示,以保证航母编队的其它防区对目标实施有效的干扰、压制和摧毁[3]。

1) 中程防御区

编队防空电子战的中程防御区距编队中心100km～500km。与航母编队的远程防御区主要执行预警探测而不是直接对抗任务不同,在航母的中程防御区已经开始带有信息对抗的特点。对于突破外防区而进入防区的目标(如飞机、导弹),航母编队可以使用诸如电子战飞机(如EA-6B/EA-18G电子战飞机)、战斗机和攻击机(如F/A-18)等软、硬杀伤手段,组成强大的软、硬结合防御系统来对付来袭目标。电子战飞机根据相关电子侦察系统提供的来袭目标实施有效干扰,还可立即派遣编队的战斗机、攻击机群对其进行拦截和攻击、战斗机、攻击机的机载电子战设备(如雷达告警设备、雷达干扰机等)也可在必要在时实施电子防护或电子攻击[4]。

2) 近程防御区

编队防空电子战的近程防御区距编队中心约50km～100km。对于突破航母编队外防区和中防区而进入到近程防区的敌方空中目标,航母编队应及时采取电子对抗措施,即在编队指挥中心的统一指挥下,根据来袭目标的威胁程度划分等级[5],实时调用编队部分舰艇进行自卫电子战,其余舰艇则实施支援电子战,相互配合,取长补短,发挥每艘舰艇的电子战功能,形成综合一体化的信息防御系统,对来袭目标进行有效拦截。

3) 点防御区

编队防空电子战点防御区是距编队中心50km以内的范围[6]。点防御信息系统是指定威胁目标穿过前三个防御区进入编队最后一道防线后所展开的信息防御。编队中舰艇的自卫干扰系统包括:舰载有源干扰、无源干扰及舰外干扰[7]。其中舰载有源干扰系统虽然是舰艇点防御最为有效的手段,但最易遭受反辐射导弹的攻击,因为有源干扰系统的强大电波辐射正好为反辐射导弹提供了“靶子”,而使用舰外干扰(如舰载直升机或其它投掷干扰装置)既能干扰来袭目标,又可确保母舰的安全。实际上,用于航母编队中的干扰作战样式可以非常类似于空中战机编队的远距离支援干扰、随队干扰和自卫干扰,既可使用有源干扰,也可使用无源干扰。常用的点防御电子对抗装置,如美国的烟幕对抗系统、英国的“橡皮鸭子”和“蟾蜍”系统等都较为完善。

3.2 航母编队用于反潜的信息防御层次

敌方潜艇及其潜射导弹、巡航导弹和鱼雷对航母打击群及舰艇编队已构成严重威胁。为防止水下敌人对己方舰艇的攻击,通常采用多层次、软硬结合的防御战术。就美海军双航母打击群而言,其常规反潜范围为半径200km区域,并划分为三个反潜防御层次:

外防区(距编队中心约200km)。通常在编队两侧或前沿部署两架S-3“海盗”反潜机及若干架P-3C“猎户座”反潜巡逻机,利用其机载声呐浮标、磁探仪和雷达电子侦察设备,对该防区进行探测,如发现并判定为敌方目标,则使用深水炸弹、反潜鱼雷、反潜导弹对其进行攻击,且力图在敌潜射武器攻击距离之外发现并摧毁敌潜艇。并立即对其实施鱼雷和导弹攻击[8]。

中防区(距编队中心约150km)。在编队前沿或侧翼及其后方100km～180km处部署2～4艘攻击型核潜艇,利用潜艇综合声呐系统,可发现距编队潜艇60km以外的敌潜艇,并立即对其实施鱼雷和导弹攻击。

内防区(距编队中心约20km～100km)。利用编队中的驱逐舰和护卫舰及其舰载直升机实施反潜。首先SQR-19拖曳线列阵声呐、吊放声呐、声呐浮标和磁探仪等装置进行水下电子侦察,一旦判定敌潜艇方位,即实施内层反潜。

4 航母编队指挥中心在信息防御系统中的作用

航母编队指挥中心在编队防空、反舰和反潜电子战攻防层次中发挥着关键性作用,它既是情报中心,又是指挥决策中心,它在航母编队中的地位类似于网络中心战中的信息/指控网格,是航母编队信息攻防的枢纽,将传感器网格和武器网格联系起来,提供作战所需的信息传输能力和处理能力。在传感器网提供信息的基础上,航母编队指挥中心的作用是对传感器信息进行综合处理,增进对态势的感知程度和对敌方的了解,加快各级指挥对态势评估、决策和行动的速度与精度,从而全面掌握信息优势。例如,美海军航母打击群的战术旗舰指挥中心(TFCC)主要由计算机和综合显示系统组成,借助计算机网络技术和高速数据总线,把编队中各成员舰的雷达、声呐、光电和通信等电子战设备按照战术要求有机地连接为一个整体,从而实现编队对海上电磁频谱中的短波、超短波、微波、毫米波、声波、可见光、激光、红外及紫外光进行全面探测和监视;指挥协调编队中的有源干扰和无源干扰设备实施雷达、通信、水声、光电等对抗;引导和控制编队软、硬武器系统有效对付威胁目标。航母编队指挥中心的功能包括:

4.1 信息收集和处理中心

编队指挥中心收集从卫星、预警机、电子战飞机、反潜巡逻机和友邻编队及自身编队有源、无源探测系统所获取的多批次、多层次目标信息,相继进行汇集、分类及数据融合,综合编队攻防区域的电磁信号态势,并立即显示在相应的显控台上,为编队指挥官提供战术辅助决策依据[9]。

4.2 信息传输中心

快速可靠地接收岸基舰队司令部通报的综合情报,上报经综合信息处理的编队防区内信息及相关情报,向编队编成舰艇及舰载机通报有关信息及情报。

4.3 指挥决策和武器系统分配中心

舰艇编队指挥中心根据电磁信息对编队防御区域的威胁程度,使用程序制决策方式,即选择专用自动、自动、半自动和应急指挥决策方式中的一种为最佳威胁对抗方式,调用最为有效的电子战武器系统,如电子侦察与反侦察、雷达对抗与反对抗、通信对抗与反对抗、水声对抗与反对抗、摧毁与反摧毁等软、硬武器系统对威胁目标做出适时反应。

4.4 指挥协调中心

编队指挥中心根据威胁目标的属性及威胁程度,统一指挥、管理编队的电磁频谱,避免整个编队的频谱因敌方的电磁干扰、压制而削弱或丧失,也不因编队编成舰艇对威胁目标实施侦察和防御而产生己方的互相干扰[10]。

5 结语

通过几次局部战争,美航母编队信息防御能力和作战运用方式得到了全面的检验,其地位、作用更得到了充分的证明,逐渐成熟的信息防御战法也赋予了航母编队前所未有的强大防空反导作战能力,但同时也暴露出了一些问题,为了进一步提升航母编队反导防空作战体系的性体效能,美正通过对信息防御武器装备不断更新换代和战法的不断研究创新以求提高信息防御能力,对此我们要深入分析与研究,对我未来航母编队信息防御体系的构建具有重要指导意义。

[1] 何文涛,吴加武.航母编队特点及对策研究[J].现代防御技术,2004(5):18-20.

[2] 戴扣虎.外军作战平台电子装备大全[M].北京:解放军出版社,1999:47-83,550-554,565-567.

[3] 孟宪民,祝利,张波.航母战斗群电子防空初探[J].舰船电子对抗,2006(2):3-6.

[4] 张颖.美国海军航母战斗群编队模式及作战能力[J].现代兵器,2002(8):12-15.

[5] 聂玉宝.与航空母舰编队作斗争中的电子战[J].航天电子对抗,1997(1):46-51.

[6] 毕士冠.美国航母的生存能力初步分析[J].飞航导弹,2000(5):17-35.

[7] 赵建鹏,郭世泽.网格对抗效能评估问题探讨[J].信息对抗技术,2006(4):23-24.

[8] 智韬,王付明.基于主成分的编队级网络对抗效能评估指标体系[J].航天电子对抗,2008(2):55-58.

[9] 张国良.现代航空母舰舰载雷达装备及发展动向[J].雷达与对抗,2005(2):13-16.

[10] 陈明荣,戎华,刘文正.美航母编队防空反导作战时电子战战法研究[J].电子对抗,2009(3):47-51.

Formation Defense System of U.S. Aircraft Carrier

WANG Haiyan WANG Ping LING Xiaohui

(Department of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

This paper introduces the formation of aircraft carrier information defense system construction demand, weak link and system level. From the formation in the information warfare take the task of research, the role formation command center in battle is analyzed, research content has the certain practical significance to our military equipment development.

aircraft carrier, aormation in formation defense

2014年6月8日,

2014年7月25日

王海彦,男,硕士研究生,研究方向:海军信息对抗指挥理论与运用。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.12.002