航母編隊(duì)航渡中警戒艦陣位配置模型?

樸成日

（海軍大連艦艇學(xué)院艦船指揮系 大連 116018）

1 引言

警戒艦是護(hù)衛(wèi)航母的重要力量，承擔(dān)著編隊(duì)防御任務(wù)，航母編隊(duì)警戒艦陣位配置模型是作戰(zhàn)軟件工程實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，該問題是當(dāng)前指控領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)。近年來，針對航母編隊(duì)警戒艦配置問題的研究成果較多。在可查閱的文獻(xiàn)中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)研究都是針對某一威脅展開，文獻(xiàn)［1～3］基于防空探討航母編隊(duì)警戒艦配置，文獻(xiàn)［4～6］基于防潛探討航母編隊(duì)警戒艦配置。事實(shí)上，警戒艦陣位配置需要綜合考慮諸多影響因素，這樣構(gòu)建的模型才具有更強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性，在作戰(zhàn)軟件工程上也更加實(shí)用，這是本文研究的著眼點(diǎn)。

2 警戒艦陣位配置影響因素分析

通過研究梳理，航母編隊(duì)警戒艦陣位配置實(shí)質(zhì)包括系統(tǒng)考慮作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)協(xié)同、作戰(zhàn)行動、敵情威脅等影響因素，將警戒艦布置在適當(dāng)?shù)奈恢靡员Ｗo(hù)航母［7］。

基于影響圖理論［8］，對航母編隊(duì)警戒艦陣位配置影響因素進(jìn)行綜合分析，從理論上揭示航母編隊(duì)警戒艦陣位配置約束模型，從而解決兵力配置影響因素難以量化研究的問題，如圖1所示。從作戰(zhàn)任務(wù)角度考慮，警戒艦要以航母為核心成環(huán)形配置，為保護(hù)航母承擔(dān)防空與防潛任務(wù)。從作戰(zhàn)協(xié)同角度考慮，警戒艦與外層兵力之間的配置以層次協(xié)同為主，警戒艦與航母之間采用距離、方位協(xié)同，警戒艦之間的配置以方向協(xié)同為主［9］。從作戰(zhàn)行動角度考慮，警戒艦配置需要滿足航海安全；防空作戰(zhàn)行動中，警戒艦配置需要考慮艦空導(dǎo)彈射擊安全，相鄰艦之間形成嚴(yán)密的防空火力網(wǎng)［10］；防潛作戰(zhàn)行動中，警戒艦配置需要考慮聲納運(yùn)用。從敵情威脅角度考慮，防空作戰(zhàn)時警戒艦陣位配置要求能攔截敵方來襲飛機(jī)和反艦導(dǎo)彈，防潛作戰(zhàn)時警戒艦陣位配置要求能阻止敵潛艇對編隊(duì)實(shí)施魚雷攻擊［11］。

圖1 警戒艦配置影響因素示意圖

基于影響圖理論分析，綜合考慮作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)協(xié)同、作戰(zhàn)行動、敵情威脅等因素，建立警戒艦陣位配置模型。航渡中，警戒艦陣位配置以航母為參考基準(zhǔn)點(diǎn)，用相對于航母的前出距離和方位間隔角度兩個參數(shù)來表征。

3 警戒艦陣位配置模型

3.1 基于對空防御陣位配置

在對空防御中，警戒艦陣位配置以攔截敵方來襲導(dǎo)彈為主，兼顧攔截敵機(jī)。

3.1.1 前出距離確定

警戒艦前出距離是由航海安全和艦空導(dǎo)彈射擊安全兩個因素來決定。

航海安全，即要求編隊(duì)中航母與警戒艦之間距離、相鄰兩艘警戒艦之間距離必須大于二者旋回直徑之和。

警戒艦發(fā)射艦空導(dǎo)彈時，為防止誤傷鄰艦，要求彈目最后一個攔截點(diǎn)到航母之間的距離必須大于安全距離，如圖2所示。

圖2 基于射擊安全警戒艦配置

由此可得：

其中，DAQ為射擊安全距離；DHJ為警戒艦與航母之間的距離；Pmax為艦空導(dǎo)彈最大航路捷徑；qmax為艦空導(dǎo)彈最大航路角。

通過以上分析，航海安全和警戒艦艦空導(dǎo)彈射擊安全都能解析出一個距離，警戒艦前出距離需要在二者中取大。

3.1.2 方位間隔角度確定

方位間隔角度是由艦空導(dǎo)彈火力重疊程度來決定的。針對來襲反艦導(dǎo)彈，為有效護(hù)衛(wèi)航母，要求相鄰兩艦艦空導(dǎo)彈殺傷區(qū)之間有重疊，在間隔距離小于兩倍航路捷徑的前提下，重疊區(qū)域大小取決于抗擊程度。如圖3所示，DSSY為艦空導(dǎo)彈殺傷區(qū)遠(yuǎn)界，VD為敵方來襲導(dǎo)彈航速，Δtjg為艦空導(dǎo)彈發(fā)射間隔時間，Δtzh為艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)轉(zhuǎn)火時間，k為每次射擊發(fā)射艦空導(dǎo)彈數(shù)量，m為警戒艦對同一目標(biāo)射擊次數(shù)，n為單艘警戒艦抗擊目標(biāo)數(shù)量，ΔMN為相鄰警戒艦殺傷區(qū)之間重疊縱深，ΔAB為相鄰警戒艦之間的距離。則有：

相鄰警戒艦方位間隔角度φ為

3.2 基于對潛防御陣位配置

3.2.1 前出距離確定

對潛防御時，要求警戒艦陣位配置能為航母提供一定的防潛縱深［12］。

定義：在敵潛艇對航母實(shí)施攻擊之前，警戒艦需要及時發(fā)現(xiàn)、識別并攻擊敵潛艇，要求警戒艦發(fā)現(xiàn)敵潛艇的界線稱為防潛警戒線。防潛警戒線到航母距離稱為防潛警戒距離。

防潛警戒距離確定方法可以通過防潛作戰(zhàn)過程來描述，如圖4所示，航母位于A點(diǎn)，警戒艦前出于C點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)于E點(diǎn)，警戒艦對目標(biāo)進(jìn)行識別上報，指揮員經(jīng)過判斷下達(dá)作戰(zhàn)命令，反潛兵力出擊并實(shí)施攻擊，整個過程持續(xù)時間為tFQ。敵潛艇在D點(diǎn)遭到攻擊，此時航母航行至B點(diǎn)，BD之間的距離應(yīng)大于敵方魚雷有效射程，這樣AE之間的距離便是防潛警戒距離。

圖4 防潛作戰(zhàn)過程

則有：

其中，DFQJL為防潛警戒距離，VDQT為敵潛艇航速，DYL為敵方魚雷有效射程，VBD為航母編隊(duì)航速，DDQTC為警戒艦對潛艇探測距離。

警戒艦提供的防潛縱深DZS應(yīng)大于DFQJL。

3.2.2 方位間隔角度確定

在滿足防潛縱深大于防潛警戒距離的前提下，方位間隔角度是由對潛探測范圍重疊程度決定的，如圖5所示。

圖5 基于防潛警戒艦配置

則有：

φ為單艘警戒艦警戒扇面角度，即相鄰兩艦方位間隔角度。

4 基于綜合防御警戒艦陣位配置模型集成

航母編隊(duì)航渡期間，面臨的威脅復(fù)雜難以預(yù)料，如果能綜合考慮防空與防潛，陣位配置模型將具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。

通過以上討論，可以得出結(jié)論：從防空角度考慮，警戒艦前出距離需要在航海安全距離、艦空導(dǎo)彈射擊安全距離之間取大；警戒艦之間的方位間隔角度取決于抗擊目標(biāo)數(shù)量及每次抗擊次數(shù)。從防潛角度考慮，警戒艦前出距離需要在航海安全距離、防潛縱深距離之間取大；警戒艦之間方位間隔角度取決于對潛探測范圍重疊程度。

為了同時滿足防空與防潛需求，陣位配置模型集成原則：警戒艦與航母之間的距離應(yīng)該在防空前出距離和防潛前出距離二者中取大。警戒艦與航母之間的距離一定時，警戒艦防空對應(yīng)的方位間隔角度、防潛對應(yīng)的方位間隔角度也分別明確。如果二者大小相近，比較理想；如果兩者相差較大，方位間隔則以小者為依據(jù)配置警戒艦。方位間隔角度決定警戒艦數(shù)量。

警戒艦相對于航母采用距離、方位協(xié)同，警戒艦與外層兵力之間采用層次協(xié)同，警戒艦之間采用方向協(xié)同。

5 實(shí)例仿真分析

設(shè)定基本作戰(zhàn)參數(shù)：航母旋回直徑為1500m，警戒艦旋回直徑為750m，編隊(duì)航速18kn；警戒艦艦空導(dǎo)彈射擊安全距離為5km，航路捷徑為9km，航路角為70°，殺傷區(qū)遠(yuǎn)界為12km，發(fā)射間隔時間為1s，轉(zhuǎn)火時間為15s，每個目標(biāo)射擊一次發(fā)射兩枚；警戒艦聲納探測距離為15km，反潛作戰(zhàn)持續(xù)時間為10min。敵反艦導(dǎo)彈速度為300m/s，潛艇突破編隊(duì)警戒航速為12kn，魚雷最大有效射程為12km。

基于航海安全，航母與警戒艦之間的距離大于2.25km，相鄰警戒艦之間的距離大于1.5km。基于艦空導(dǎo)彈射擊安全，根據(jù)式（1），警戒艦前出距離大于6km。警戒艦前出距離要求在航海安全和艦空導(dǎo)彈射擊安全之間取大，即DHJ>6km。

相鄰警戒艦之間的距離要求大于航海安全距離，小于兩倍航路捷徑，即ΔAB在區(qū)間（1.5km，18km）。

根據(jù)式（2）和式（3），計算出抗擊目標(biāo)數(shù)量與抗擊縱深、間隔距離對應(yīng)數(shù)值，如表1所示。通過表1可以看出，隨著抗擊目標(biāo)數(shù)量的增加，間隔距離ΔAB隨之變小，進(jìn)而方位間隔角度也將變小，警戒艦數(shù)量需求增多。針對算例，抗擊目標(biāo)數(shù)量為2時警戒艦之間間隔距離ΔAB比較適宜。

表1 抗擊目標(biāo)數(shù)量與抗擊縱深、間隔距離

在防潛作戰(zhàn)中，根據(jù)式（5）和式（6），得出防潛警戒距離為21.3km，即警戒艦前出距離要求大于6.3km。

從模型中可以看出，由于艦空導(dǎo)彈殺傷遠(yuǎn)界、聲吶對潛探測距離是一定的，所以方位間隔角度主要隨前出距離變化。

通過上述計算，對防空和防潛進(jìn)行綜合仿真分析。針對防空，以單艘警戒艦抗擊2個目標(biāo)、間隔距離ΔAB為17.4 km為準(zhǔn)；針對防潛，以防潛警戒距離21.3km為準(zhǔn)。依據(jù)防空與防潛模型集成方法，前出距離需要在二者中取大，即DHJ>6.3km?？紤]到警戒艦前出距離過小時，為滿足防潛警戒距離，方位間隔角度會比較小，不適用于實(shí)際。根據(jù)式（4）和式（7），對前出距離以8km為始點(diǎn)、30km為終點(diǎn)、1km為步長進(jìn)行仿真計算，方位間隔角度隨前出距離變化如圖6所示。從圖中可以看出，防空與防潛兩條曲線交會于（13km，84°），航母編隊(duì)需要4艘警戒艦，前出距離為13km，方位間隔角度為84°，基本可以滿足航母編隊(duì)防空與防潛需求。當(dāng)前出距離在區(qū)間（8km，13km）變化時，依據(jù)模型集成方法，方位間隔角度以防潛為準(zhǔn)；當(dāng)前出距離在區(qū)間（13km，30km）變化時，方位間隔角度則以防空為準(zhǔn)。

圖6 方位間隔角度隨前出距離變化圖

6 結(jié)語

本文針對航渡中航母編隊(duì)警戒艦陣位配置問題，將內(nèi)涵本質(zhì)作為研究邏輯起點(diǎn)，基于影響圖理論綜合分析了影響因素，構(gòu)建了警戒艦陣位配置模型，基于綜合防御提出了陣位配置模型集成方法。通過仿真分析，可以看出警戒艦戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能是常數(shù)，相鄰警戒艦之間距離可以確定，方位間隔角度主要隨前出距離而變化，方位間隔角度決定了編隊(duì)警戒艦數(shù)量。綜上所述，航母編隊(duì)警戒艦陣位配置實(shí)質(zhì)上就是在前出距離與警戒艦數(shù)量之間進(jìn)行平衡。