“金剛”級驅逐艦“標準-2”艦空導彈反導作戰分析

劉峰，崔超

(海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018)

0 引言

“金剛”級驅逐艦是20 世紀80 年代后期日本仿照美國海軍“伯克”級建造的驅逐艦，是日本海上自衛隊在第二次世界大戰后建造的火力最強、性能最強并首先搭載宙斯盾系統的艦艇。

據公開資料顯示，“金剛”級驅逐艦的宙斯盾系統可以監視400批目標并跟蹤其中的200批，引導“標準-2”艦空導彈最多同時攔截12個來襲目標，但這只是理論上的最大值，關于具體情況下的防空能力，并沒有相關的分析。本文主要結合具體的作戰背景，對“金剛”級“標準-2”型導彈的反導攔截能力進行定量分析。

1 “金剛”級防空裝備及作戰背景

“金剛”級驅逐艦在防空作戰中，主要裝備為AN/SPY-1系列相控陣雷達、SPG-62火控雷達和MK-41垂直發射系統等。其中：

(1) AN/SPY-1系列相控陣雷達，宙斯盾系統的核心裝備，主要負責對目標實施跟蹤，對“標準-2”的中段實施指令引導，能夠監視400批目標并跟蹤其中的200批，最大作用距離達到370 km；

(2) “標準-2”艦空導彈，采用“慣導+指令+半主動雷達”制導，有多達2類10種型號(中程型Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，ⅢA，ⅢB和增程型Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，IV，ⅣA)，最大射程185 km[1]。

(3) SPG-62火控雷達，是“標準-2”艦空導彈的照射雷達，理論上可以在120°扇面內對4個來襲目標實施分時照射[2]，最大照射距離達到150 km。

(4) MK-41垂直發射系統共12組8聯裝，前甲板4組，后甲板8組，可以以1枚/s的速率發射導彈。

但“金剛”級在防空作戰中仍然存在著一些制約因素：首先，AN/SPY-1相控陣雷達在探測過程中受到地球曲率的影響，對于低空目標的作用距離為視距，對于反艦導彈等掠海來襲目標的反應時間較短，只能從來襲目標進入視距后開始實施抗擊；第二，“金剛”級對多目標抗擊主要依靠SPG-62火控雷達和MK-41垂直發射系統，SPG-62火控雷達需要機械轉動天線實施分時照射，限制了其抗擊防御反艦導彈飽和攻擊的能力，同時MK-41垂直發射系統理論上可以達到1枚/s的發射速率，但在抗擊同時到達的多枚反艦導彈時，仍會受到多種因素的影響。

對于“金剛”級的防空作戰，盡管可能獲得其他兵力可為其提供早期的目標信息，但是由于“標準-2”在末段的命中過程還需要艦載的SPG-62雷達實施照射，本質上還是單艦艇完成防空作戰流程。因此，本文設定的作戰背景是：“金剛”級依靠自身的相控陣雷達搜索來襲的反艦導彈，在發現目標后立即轉入對目標的跟蹤，判斷威脅等級，在條件允許時發射“標準-2”艦空導彈實施抗擊[3-6]。“標準-2”攔截過程的中段主要依靠自身的慣導和相控陣雷達為其提供制導指令飛向目標，在接近目標后，由AN/SPG-62火控雷達實施照射，“標準-2”導彈接收目標反射的雷達信號，對目標實施追蹤直至摧毀目標。

2 模型建立及分析

2.1 對目標的發現

根據前文所述，雷達對掠海目標的發現距離為視距，可由公式(1)計算得出：

(1)

式中：D為雷達對目標的發現距離，km；H為艦載雷達的天線高度，m；h為反艦導彈的飛行高度，m。

雷達發現目標后，需要經過數次掃描以便對目標的進行確認，掃描的次數取決于海上目標數量、雜波干擾程度以及操作手的熟練程度等因素。目標確認后，即可轉入跟蹤并發射“標準-2”導彈。對目標發現的態勢如圖1所示。

圖1 水面艦艇攔截目標態勢圖Fig.1 Situation of missile interception of surface ship

假設相控陣的安裝高度Hr=16 m，由于照射器的安裝高度高于相控陣雷達，可以認為只要相控陣雷達對來襲導彈實現跟蹤，照射器即可以對目標實施照射。

則根據式(1)可以計算得出警戒雷達發現來襲導彈的最遠距離以及相控陣雷達能夠跟蹤目標的最遠距離，如表1所示。

表1 雷達對導彈的發現距離Table 1 Radar detection range against missile

假設雷達首次發現目標后需要4個周期(T)對目標進行確認，設來襲反艦導彈飛行速度vfj，“標準-2”導彈飛行時在反艦導彈航路上的速度投影vbz，則“標準-2”導彈開始抗擊時的目標距離為

Dkj=Djj-vfjT.

(2)

2.2 “標準-2”的發射

在AN/SPY-1相控陣雷達轉入對目標跟蹤后，經過目標識別和威脅判斷即可由MK-41系統發射“標準-2”艦空導彈，這一過程可實現無人干預，反應時間很短。在不考慮火控系統解算時間的情況下，MK-41系統可以實現1枚/s的發射速率。

“標準-2”采用的是垂直發射方式和高拋彈道，即導彈從發射筒中垂直射出，達到一定高度后作類似拋物線的彈道自上而下飛向目標。在這一過程中，主要依靠AN/SPY-1相控陣雷達對其實施指令導引。由于“標準-2”彈道較為復雜，因而本文不對其彈道進行仿真，只取其速度在海平面的投影作為計算依據。

通過式(3)的多次迭代計算，可以得出從第1枚“標準-2”發射的時刻起，直至反艦導彈進入射擊近界，“標準-2”可以實施攔截的次數、每次攔截時所需時間以及每次攔截時距離艦艇的距離。

ti=di-1/(vb+vf)，

(3)

式中：i為攔截的次數；d為“標準-2”發射時反艦導彈與艦艇的距離，m；vb為“標準-2”艦空導彈速度在海平面的投影，m/s；vf為反艦導彈的速度，m/s；t為“標準-2”艦空導彈與反艦導彈相遇時間，s。

根據式(2)可以得出以下結果和結論：

從圖2中可以看出，如果按照MK-41的最大發射率(1枚/s)，當上一枚艦空導彈攔截成功后，下一枚將在0.8 s后與目標相遇，即如果僅依靠一個照射器實施照射，必須在0.77 s內完成轉移目標并且實施照射，這就依賴于照射器的轉火速度，如果照射器的轉火速度大于0.77 s，那么MK-41系統就不能按照其最大發射率(1枚/s)的速度發射導彈。

圖2 “標準-2”導彈與目標相遇時間Fig.2 Time needed for “Standard-2” intercepting target

從圖3中可以看出，第1枚“標準-2”的攔截點在距離艦艇18.1 km處(不考慮彈道變化對速度的影響)，如果第1枚攔截失敗，則反艦導彈繼續飛行約0.23 km，第2枚攔截點在距離艦艇17.8 km處。也就是說如果2枚“標準-2”能夠成功攔截1枚反艦導彈，當多枚反艦導彈同時攻擊時，每枚反艦導彈在被攔截之前可比上一枚向目標多接近約0.46 km。

圖3 “標準-2”導彈攔截目標時與艦艇的距離Fig.3 Distance to ship when “Standard-2” intercepting target

2.3 “宙斯盾”的中段導引

“標準-2”發射后，AN/SPY-1系列相控陣雷達為其提供中段導引。通常是AN/SPY-1同時跟蹤來襲反艦導彈和“標準-2”，通過計算并采用指令的方式引導“標準-2”飛向目標。這里存在一個目標容量的問題，是雷達能夠跟蹤的目標數和制導的導彈數[7-10]。關于宙斯盾系統的目標容量(即在中段能夠導引多少枚“標準-2”飛向目標)并無相關明確數據，這里根據公開的最大攔截目標數進行假設：能夠對24枚導彈進行中段引導，攻擊12個目標。

2.4 “SPG-62”雷達的照射

“標準-2”艦空導彈在接近目標后，末段的半主動雷達導引頭開始工作，此時則需要SPG-62雷達對目標實施照射，“金剛”級SPG-62的布置如圖4所示。

關于3座SPG-62的照射范圍可以從其布設位置進行估算，如圖5所示。

圖5中1號的照射范圍 -135°～ +135°(左舷為“-”右舷為“+”，下同)；2號的照射范圍 -45°～ -180° ，+45°～ +180°；3號的照射范圍 -45°～ -180° ，+45°～ +180°。

整理可以大致得出任意導彈來襲方位上可以實施照射的照射器數量：

圖4 “金剛”級SPG-62布置圖Fig.4 Deployment of SPG-62 of “Kongo”

圖5 SPG-62照射范圍示意圖Fig.5 Sector of SPG-62 covering

(1) 艦艇左右舷0～45°范圍內，1座照射器可以照射；

(2) 艦艇左右舷45°～135°范圍內，3座照射器可以照射；

(3) 艦艇左右舷135°～180°范圍內，2座照射器可以照射。

每座照射器采用分時照射的方法，雷達的平均旋轉速度為72 (°)/s，旋轉加速度為143 (°)/s2，則可以計算得出轉動任意的角度α所對應的時間txz，如圖6所示。

由于照射器對來襲目標所需的照射時間沒有相關數據，在此進行假設為tzs分別為0.3，0.5和0.7 s，并根據假設分別進行計算，則SPG-62轉火所需的時間tzh可以根據式(4)得出。

tzh=txz+tzs.

(4)

通過計算可以得出如圖7所示的結果，可以看出如果當相鄰兩枚反艦導彈角度大于20°時，則tzh則會超過0.8 s。而根據本文2.2節的計算，按照MK-41的最大發射率，第1枚導彈攔截成功后，第2枚將在0.8 s后與目標相遇，明顯小于某些態勢下對SPG-62對目標轉火所需時間，因此“標準-2”轉火射擊時，在某些情況下不應按照MK-41的最大發射率作為下一輪抗擊開始的依據，而是以SPG-62雷達的轉火時間作為依據[11-14]。

圖6 SPG-62雷達的轉動速度計算Fig.6 Rotation Speed of SPG-62

圖7 SPG-62雷達的轉火時間計算Fig.7 Time needed for SPG-62 changing target

當一個照射器工作時，如果按tzh=1.0 s計算，可以得出每一枚“標準-2”比前一枚落后1 300 m，那么MK-41的發射間隔就應該調整為1.3 s/枚。此時，轉火攔截的反艦導彈比上一枚多接近300 m，仍假設2枚“標準-2”能夠成功攔截1枚反艦導彈，如表2所示。

表2 "標準-2"攔截多目標時反艦導彈飛行距離 (一部照射器工作)

3 多目標攔截

根據公開資料給定的數據，設定來襲導彈10枚，間隔20°均勻分布在一舷0～180°范圍內，可以有2～3個照射器實施照射，此時多個照射器同時工作，照射器在等待下一枚“標準-2”攔截彈抵達目標時，有充足的時間轉向并照射下一個目標，因此不存在轉火時間的問題。

假設雷達掃描速度為12 r/min，首次發現目標后需要4個周期(T)對目標進行確認，來襲反艦導彈飛行速度vfj=300 m/s，飛行高度10 m，“標準-2”導彈飛行時在反艦導彈航路上的速度投影vbz，則導彈開始抗擊時的目標距離為

Dkj=Dfx-vfjT=

29.5-0.3×20=23.5 km.

從文獻[15]得知， “標準-2”的攔截近界為15 km[15]，再根據表3的結果，假設從第1次攔截到反艦導彈進入“標準-2”的近界，在有3部照射器同時工作的情況下，也只能勉強攔截6枚反艦導彈。

假設雙發命中概率0.95，則對空攔截概率為

(4)

式中：N為來襲導彈數量；n為成功攔截導彈數量。

當N=6時，可以得出結論：“標準-2”能夠全部攔截來襲導彈的概率為0.74，漏過1枚反艦導彈的概率為0.23，漏過2枚反艦導彈的概率為0.03。

表3 “標準-2”攔截多目標時反艦導彈飛行距離(3部照射器工作)

4 結束語

本文通過定量計算，對“金剛”級驅逐艦“標準-2”攔截來襲反艦導彈的過程進行分析。在計算過程中對一些沒有公開的技術參數進行了假設，其結論能在一定程度上反映出“標準-2”艦空導彈系統的防空反導作戰能力，并且還需要將“海麻雀”、“密集陣”和電子干擾系統統籌考慮才能進一步得出艦艇的綜合防空反導能力，這也是今后重點研究的方向。