美航母編隊信息防御體系研究*

王海彥 王 平 凌曉輝

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

美航母編隊信息防御體系研究*

王海彥 王 平 凌曉輝

(海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

論文介紹了美航母編隊信息防御體系的建設需求、薄弱環節及體系層次,從編隊在信息防御作戰時擔負的仟務出發,研究分析了編隊指揮中心在作戰中的作用,研究內容對我軍軍事裝備發展具有一定的現實意義。

航母編隊; 信息防御; 編隊指揮

Class Number TN97

1 引言

美航母編隊集各種先進武器于一身,既有遠距離、全方位的探測系統,又有防空、反導、反艦和對陸攻擊等綜合一體化作戰能力[1]。但分析表明,航母編隊的防空系統、水面搜索系統均有漏洞,其小目標探測能力不強、系統反應能力遲鈍。航母編隊的這此電子信息防御漏洞為電磁信息攻擊、反輻射武器攻擊和隱身反艦導彈突防提供了契機。

在與航母編隊的信息攻防中,航母編隊本身的被發現并不是一個問題。首先,航母編隊的雷達反射截面積(RCS)極大,要實現雷達隱身幾乎是不可能的。一艘小型導彈艇的雷達截面積就能達到500m2,一艘中型艦船的雷達截面積為30000～50000m2,航母的雷達截面積應該還要大一個數量級。航母的雷達截面積大,主要來自于艦體、復雜的金屬上層建筑以及林立的天線。其次,航母編隊的射頻暴露非常頻繁,使得航母編隊的無源隱身也幾乎是不可能的。航母上的射頻設備包括各式各樣的雷達、敵我識別器、導航、電子干擾、通信等設備數百部,覆蓋從長波到短波、從米波到毫米波甚至紅外、激光等電磁波波段,功率從瓦級一直到兆瓦級,另外還有聲吶以及其他大功率機電設備。即使所有的搜索雷達都不開機,還有通信、著艦引導雷達等射頻輻射。有統計表明,航母的電子射頻暴露極其嚴重,電子靜默安全率小于5%。更何況其自身面積和體積太大,造成其迎擊面積大,以及能夠被衛星等探測設備發現。所以,在航母編隊不可能不被發現的情況下,只有著力通過信息系統去發現威脅,并指揮火力對威脅進行打擊。

2 航母編隊信息防御體系薄弱環節

雖然人們不斷致力于航母編隊信息防御體系的完善,但總是不可能做到真正的無縫覆蓋,一方面原因是信息系統在技術上存在無法克服或暫時無法克服的困難,另一方面,畢竟在信息防御體系中人是在“回路”之中的,而人總是避免不了犯錯誤,而且,即使某些環節已經不需要人的操作,但機器也不總是完全可靠的。

2.1 航母編隊信息防御體系技術缺陷

1) 防空系統存在漏洞

從技術上說,雷達仍然是目前的航母編隊信息防御體系中最重要的傳感器,但雷達正面臨著越來越多的“天敵”,低空突防、電子干擾、低可觀測性(隱身目標或小雷達反射截面目標)和反輻射導彈給雷達帶來了巨大威脅。其中,前三種威脅主要是破壞或妨礙雷達的正常工作,而反輻射導彈則是對雷達進行硬摧毀。而且,從技術的觀點看,即使沒有敵方干擾機的有意干擾,雷達在工作過程中收到的強烈雜波,如海情比較復雜情況下的海面回波,在雷達的信號處理上與有意干擾沒有什么太大的區別,效果都是會淹沒掉雷達的目標回波。進一步地,在雷達面臨的這四大威脅中,低空突防如果和低可觀測性聯系起來,對雷達來說則是非常頭痛的一件事。也就是說,對于雷達反射截面積比較小的目標,如果它飛得又很低,則威脅進一步增大。這主要是兩個原因,一是雷達回波比較弱,可能在雷達接收機的靈敏度以下;二是低空掠海飛行的目標,要么處于艦載雷達的低空盲區之內,即使有預警機向下俯視,但由于它飛得過低,有可能被海浪雜波淹沒或干擾,仍有可能使雷達接收到海浪回波而不是目標回波。還有一點不能忽視,由于脈沖多普勒雷達良好的反雜波性能,使得它在航母編隊中得到了廣泛應用,但它是利用目標相對于雷達的徑向速度來工作,如果徑向速度很小,則很準或無法發現目標。這有兩種情況,一種情況是目標飛行速度本來就很低,第二種情況是目標飛行速度可能很快,但目標的飛行航線垂直于艦載雷達的航向,則徑向速度接近于零。這種目標稱為“慢”目標,它與低空突防的目標及低可觀測性目標合稱“低、小、慢”,是雷達探測所面臨的巨大挑戰。

2) 對海搜索存在漏洞

如2004年7月22日,“肯尼迪”號航母編隊正在進行夜航訓練,一艘木制小帆船闖過幾道封鎖線,撞上了其右舷。“肯尼迪”號裝備了先進的水面搜索雷達,甲板上有值班軍官,周邊還有軍艦和小艇警戒。但小木船“成功突防”,恰恰說明航母雷達在水面防御上存在漏洞或缺陷。木船對雷達波的反射能力比金屬目標要弱,或者說,木船的雷達反射截面積很小,對于雷達來說,與隱身飛機的特征類似,具有“低可觀測性”。這兩起事件說明,航母的水面防御過于依賴各種雷達,而雷達又有它自身的固有缺陷,這也反映了目前航母編隊探測手段略顯單一的一面。

2.2 系統反應能力不足

除了航母“傳感器網格”的缺陷或不足會使信息防御體系存在盲點之外,還會帶來航母編隊的系統反應能力難以同實戰需要相適應。系統的反應能力不足,是由兩個原因造成的:一方面是系統從發現到打擊的環節過多,造成占用時間過長;另一方面是航母編隊的傳感器網格在某些情況下的探測性能較差,留給系統的反應時間太短。以雷達為例,雷達所發現威脅目標的距離除以目標的速度,便是己方的反應時間。但敵方一方面會采取各種手段(如隱身目標進行低空突防)縮短雷達的發現距離,另一方面會盡力提高飛行器的速度,這兩方面會同時壓縮系統的反應時間。據稱,俄軍計算過美軍“宙斯盾”系統的反應時間。發現目標、識別、“宙斯盾”開機、解算射擊諸元、導彈照射雷達調轉指向、激活垂直發射系統、導彈倉開蓋、發射導彈,整個過程所用時間超過50s。受海上雷達視距的影響,無論是AN/SPY-1相控陣雷達還是其它艦載對海搜索雷達,對掠海飛行反艦導彈的實際探測距離都不會超過30km[2]。即使艦載機F/A-18的火控雷達具有俯視下射能力,但對于在10～15m超低空掠海飛行的反艦導彈,海雜波干擾和電磁波傳播的多路徑效應將嚴重削弱雷達的實際目標搜索跟蹤能力。如反艦導彈在10m高度以下飛行,發現它將難上加難。發現距離近了以后,對于高速飛行的威脅目標,反應時間本來就大幅變短,再加上防御系統自身啟動工作不夠迅速,無疑會使自身受到巨大威脅,甚至遭受滅頂之災。

所以,為了提高航母編隊的信息防御能力,一方面對于雷達系統來說,由于敵方飛行器的速度是無法控制的,只有想方設法不斷提高發現距離,從而為己方爭取更多的反應時間;另一方面,必須減少“發現、定位、跟蹤、瞄淮、打擊和評估”這條打擊鏈的環節或縮短每個環節的時間。

3 航母編隊信息防御體系

為達到有效進攻和防御的目的,美軍采用信息防御與火力相結合的區域性大縱深、全方位綜合防御體系。

3.1 航母編隊用于防空的信息防御層次

航母編隊防空信息防御體系通常由四道防線(外防區、中防區、近防區、點防區)組成。航母編隊防空的遠程防御區距編隊中心50m～100m以外。當航母編隊的預警機、偵察衛星、遙感、雷達及其它電子偵察設備發現了外防區的來襲目標時,會立即將目標數據傳送至艦艇編隊指揮中心,經編隊指揮中心綜合處理后,再將所有相關信息傳送至編隊各作戰平臺,從而擴大各艦艇的預警范圍。一旦艦艇接到報警,將隨即對多批次、多方位目標進行識別、跟蹤和指示,以保證航母編隊的其它防區對目標實施有效的干擾、壓制和摧毀[3]。

1) 中程防御區

編隊防空電子戰的中程防御區距編隊中心100km～500km。與航母編隊的遠程防御區主要執行預警探測而不是直接對抗任務不同,在航母的中程防御區已經開始帶有信息對抗的特點。對于突破外防區而進入防區的目標(如飛機、導彈),航母編隊可以使用諸如電子戰飛機(如EA-6B/EA-18G電子戰飛機)、戰斗機和攻擊機(如F/A-18)等軟、硬殺傷手段,組成強大的軟、硬結合防御系統來對付來襲目標。電子戰飛機根據相關電子偵察系統提供的來襲目標實施有效干擾,還可立即派遣編隊的戰斗機、攻擊機群對其進行攔截和攻擊、戰斗機、攻擊機的機載電子戰設備(如雷達告警設備、雷達干擾機等)也可在必要在時實施電子防護或電子攻擊[4]。

2) 近程防御區

編隊防空電子戰的近程防御區距編隊中心約50km～100km。對于突破航母編隊外防區和中防區而進入到近程防區的敵方空中目標,航母編隊應及時采取電子對抗措施,即在編隊指揮中心的統一指揮下,根據來襲目標的威脅程度劃分等級[5],實時調用編隊部分艦艇進行自衛電子戰,其余艦艇則實施支援電子戰,相互配合,取長補短,發揮每艘艦艇的電子戰功能,形成綜合一體化的信息防御系統,對來襲目標進行有效攔截。

3) 點防御區

編隊防空電子戰點防御區是距編隊中心50km以內的范圍[6]。點防御信息系統是指定威脅目標穿過前三個防御區進入編隊最后一道防線后所展開的信息防御。編隊中艦艇的自衛干擾系統包括:艦載有源干擾、無源干擾及艦外干擾[7]。其中艦載有源干擾系統雖然是艦艇點防御最為有效的手段,但最易遭受反輻射導彈的攻擊,因為有源干擾系統的強大電波輻射正好為反輻射導彈提供了“靶子”,而使用艦外干擾(如艦載直升機或其它投擲干擾裝置)既能干擾來襲目標,又可確保母艦的安全。實際上,用于航母編隊中的干擾作戰樣式可以非常類似于空中戰機編隊的遠距離支援干擾、隨隊干擾和自衛干擾,既可使用有源干擾,也可使用無源干擾。常用的點防御電子對抗裝置,如美國的煙幕對抗系統、英國的“橡皮鴨子”和“蟾蜍”系統等都較為完善。

3.2 航母編隊用于反潛的信息防御層次

敵方潛艇及其潛射導彈、巡航導彈和魚雷對航母打擊群及艦艇編隊已構成嚴重威脅。為防止水下敵人對己方艦艇的攻擊,通常采用多層次、軟硬結合的防御戰術。就美海軍雙航母打擊群而言,其常規反潛范圍為半徑200km區域,并劃分為三個反潛防御層次:

外防區(距編隊中心約200km)。通常在編隊兩側或前沿部署兩架S-3“海盜”反潛機及若干架P-3C“獵戶座”反潛巡邏機,利用其機載聲吶浮標、磁探儀和雷達電子偵察設備,對該防區進行探測,如發現并判定為敵方目標,則使用深水炸彈、反潛魚雷、反潛導彈對其進行攻擊,且力圖在敵潛射武器攻擊距離之外發現并摧毀敵潛艇。并立即對其實施魚雷和導彈攻擊[8]。

中防區(距編隊中心約150km)。在編隊前沿或側翼及其后方100km～180km處部署2～4艘攻擊型核潛艇,利用潛艇綜合聲吶系統,可發現距編隊潛艇60km以外的敵潛艇,并立即對其實施魚雷和導彈攻擊。

內防區(距編隊中心約20km～100km)。利用編隊中的驅逐艦和護衛艦及其艦載直升機實施反潛。首先SQR-19拖曳線列陣聲吶、吊放聲吶、聲吶浮標和磁探儀等裝置進行水下電子偵察,一旦判定敵潛艇方位,即實施內層反潛。

4 航母編隊指揮中心在信息防御系統中的作用

航母編隊指揮中心在編隊防空、反艦和反潛電子戰攻防層次中發揮著關鍵性作用,它既是情報中心,又是指揮決策中心,它在航母編隊中的地位類似于網絡中心戰中的信息/指控網格,是航母編隊信息攻防的樞紐,將傳感器網格和武器網格聯系起來,提供作戰所需的信息傳輸能力和處理能力。在傳感器網提供信息的基礎上,航母編隊指揮中心的作用是對傳感器信息進行綜合處理,增進對態勢的感知程度和對敵方的了解,加快各級指揮對態勢評估、決策和行動的速度與精度,從而全面掌握信息優勢。例如,美海軍航母打擊群的戰術旗艦指揮中心(TFCC)主要由計算機和綜合顯示系統組成,借助計算機網絡技術和高速數據總線,把編隊中各成員艦的雷達、聲吶、光電和通信等電子戰設備按照戰術要求有機地連接為一個整體,從而實現編隊對海上電磁頻譜中的短波、超短波、微波、毫米波、聲波、可見光、激光、紅外及紫外光進行全面探測和監視;指揮協調編隊中的有源干擾和無源干擾設備實施雷達、通信、水聲、光電等對抗;引導和控制編隊軟、硬武器系統有效對付威脅目標。航母編隊指揮中心的功能包括:

4.1 信息收集和處理中心

編隊指揮中心收集從衛星、預警機、電子戰飛機、反潛巡邏機和友鄰編隊及自身編隊有源、無源探測系統所獲取的多批次、多層次目標信息,相繼進行匯集、分類及數據融合,綜合編隊攻防區域的電磁信號態勢,并立即顯示在相應的顯控臺上,為編隊指揮官提供戰術輔助決策依據[9]。

4.2 信息傳輸中心

快速可靠地接收岸基艦隊司令部通報的綜合情報,上報經綜合信息處理的編隊防區內信息及相關情報,向編隊編成艦艇及艦載機通報有關信息及情報。

4.3 指揮決策和武器系統分配中心

艦艇編隊指揮中心根據電磁信息對編隊防御區域的威脅程度,使用程序制決策方式,即選擇專用自動、自動、半自動和應急指揮決策方式中的一種為最佳威脅對抗方式,調用最為有效的電子戰武器系統,如電子偵察與反偵察、雷達對抗與反對抗、通信對抗與反對抗、水聲對抗與反對抗、摧毀與反摧毀等軟、硬武器系統對威脅目標做出適時反應。

4.4 指揮協調中心

編隊指揮中心根據威脅目標的屬性及威脅程度,統一指揮、管理編隊的電磁頻譜,避免整個編隊的頻譜因敵方的電磁干擾、壓制而削弱或喪失,也不因編隊編成艦艇對威脅目標實施偵察和防御而產生己方的互相干擾[10]。

5 結語

通過幾次局部戰爭,美航母編隊信息防御能力和作戰運用方式得到了全面的檢驗,其地位、作用更得到了充分的證明,逐漸成熟的信息防御戰法也賦予了航母編隊前所未有的強大防空反導作戰能力,但同時也暴露出了一些問題,為了進一步提升航母編隊反導防空作戰體系的性體效能,美正通過對信息防御武器裝備不斷更新換代和戰法的不斷研究創新以求提高信息防御能力,對此我們要深入分析與研究,對我未來航母編隊信息防御體系的構建具有重要指導意義。

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[5] 聶玉寶.與航空母艦編隊作斗爭中的電子戰[J].航天電子對抗,1997(1):46-51.

[6] 畢士冠.美國航母的生存能力初步分析[J].飛航導彈,2000(5):17-35.

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[8] 智韜,王付明.基于主成分的編隊級網絡對抗效能評估指標體系[J].航天電子對抗,2008(2):55-58.

[9] 張國良.現代航空母艦艦載雷達裝備及發展動向[J].雷達與對抗,2005(2):13-16.

[10] 陳明榮,戎華,劉文正.美航母編隊防空反導作戰時電子戰戰法研究[J].電子對抗,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

王海彥,男,碩士研究生,研究方向:海軍信息對抗指揮理論與運用。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.12.002