美國海軍艦艇防空反導防御作戰系統發展綜述

張建民，柴 恒

(中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

當前世界各國都在大力推進防空反導技術裝備與作戰系統的研究發展，以應對日益復雜的敵對空中威脅。在此之中，美國海軍無疑走在全球前列。依托遠洋航母編隊為代表的海軍艦艇部隊，美國海軍將防空反導作戰定義為“為奪取制空權而采取的一切防御性作戰行動，旨在摧毀大氣層內或大氣層外的來襲飛機或導彈，壓制或者降低敵軍的空中攻擊效能，在作戰環境中取得戰場空間優勢，保護航母編隊和所配屬的多軍種聯合/多國部隊的高價值資產，同時實施進攻性作戰行動，打擊敵軍的空中平臺和武器”。本文對美國海軍防空反導體系涉及的水面作戰平臺及其構建的防御系統進行研究梳理，旨在明晰美海軍在此領域的體系化建設情況和未來發展方向，并為我軍在此領域發展提供一定借鑒意義。

1 海上防空反導作戰體系

為有效應對潛在競爭對手不斷發展提升的拒止/反介入打擊能力，美國海軍致力于打造一套多層次、立體化的海上防空反導作戰體系。基于作戰范圍，并結合武器裝備作戰能力，美軍的海上防空反導體系(不包括空中進攻及防御力量)為一個3層結構：近程艦艇自防御層、中遠程區域防空層以及彈道防御/超遠程防御層，并在每一層采取不同的戰術武器及防御技術。在超遠程防御層，美軍可基于“宙斯盾”彈道導彈防御(BMD)艦艇和陸上“宙斯盾”系統集成打造的美軍彈道導彈防御系統(BMDS)進行作戰半徑數百公里級別的彈道防御。區域防御層主要以艦艇為平臺，采用艦空導彈承擔攔截任務。在艦艇自防御層采用的防御戰術主要分為硬殺傷和軟殺傷2類。艦艇自防御硬殺傷武器主要包括近程防御導彈和近防武器系統。軟殺傷武器主要包括雷達偵察設備、雷達有源干擾設備和光電/紅外無源干擾設備等電子戰設備。美國海軍水面防空反導3層防御體系如圖1所示。

圖1 美國海軍水面防空反導三層防御體系

2 作戰系統組成

防空反導作戰系統可以描述為“探測-控制-交戰”流程，因此作戰系統可以分為以下幾類：

(1) 探測裝備用于發現、跟蹤空中和導彈目標；

(2) 控制裝備用于識別目標和制定交戰策略；

(3) 交戰裝備用于調度和實施交戰，使得目標被破壞或無法達到作戰目的。交戰手段主要有硬殺傷和軟殺傷2種手段。

從濱海戰斗艦、驅逐艦到“宙斯盾”巡洋艦、航空母艦，美國海軍艦艇種類多樣，在排水量噸位、作戰半徑、作戰定位、雷達探測裝備以及武器裝備能力方面差異顯著。這也直接導致不同艦艇防空反導能力和防空反導作戰中承擔的職責各有不同。美國海軍典型的艦艇作戰平臺如圖2所示。

圖2 美國海軍典型的作戰平臺

“宙斯盾”驅逐艦和“宙斯盾”巡洋艦是美國海軍最強大的防空作戰力量，裝備有遠程、多功能相控陣雷達，以及打擊距離、打擊方式不同的各類防空導彈、彈道導彈發射系統和電子戰武器系統。當前“宙斯盾”系統配置了AN/SPY-1三坐標相控陣雷達，具有對空搜索、跟蹤、導彈制導等多種功能，可在方位360°、距離400 km范圍內，同時探測和跟蹤200個以上的目標。基于雷達傳感器獲取的探測、偵察、監視數據，“宙斯盾”系統具備一整套完善的情報產品處理機制，可以通過復雜的程序控制對情報信息進行判別，輔助提供交戰決策，并控制艦載武器進行火力協同、交戰控制。

“宙斯盾”驅逐艦和“宙斯盾”巡洋艦能夠在大尺度范圍內保護艦隊不受彈道導彈攻擊。“宙斯盾”陸基版本被部署于歐洲。“宙斯盾”彈道導彈防御艦艇和陸上“宙斯盾”被集成到美軍彈道導彈防御系統中，可以同時肩負對敵方飛機和巡航導彈的防御任務。在大氣外層飛行的中段采用標準-3導彈，在大氣內層飛行的末端采用標準-6導彈。標準-3導彈型譜如圖3所示。

圖3 標準-3導彈

“宙斯盾”系統能夠對區域范圍內海面上空的飛機和巡航導彈進行增程攻擊。通過集成火力支撐，標準-6導彈具備了超視距攻擊能力。在視距范圍內，可利用標準-2導彈和改進型海麻雀導彈(ESSM)進行自防御或保護友方單元。其中ESSM屬于典型的近程防御導彈，主要用來對付低空突防飛機和反艦導彈，有效作用距離一般為3～20 km，采用被動雷達/紅外雙模導引方式，具有機動性高、火力強、殺傷效率高和發射后不管等優點。“宙斯盾”也可使用干擾及誘餌的電子戰手段進行交戰。基于戰術數據鏈Link-16、Link-22，以及武器協同數據鏈協同作戰能力系統(CEC)等，可形成各型作戰平臺、武器資源之間的無縫鉸鏈，構建一張火力協同殺傷網。CEC系統的組成主要包括2個部分：協同作戰處理機和數據分配系統。前者將來自艦載對空搜索雷達的有關空中目標測量信息(非航跡)進行數據處理重組，由后者進行數據加密、協同分發，采用高抗干擾和反偵察的窄定向信號進行定向低時延火控協同。美國最新服役部署武庫艦——“朱姆沃爾特”級驅逐艦(DDG 1000)為美國海軍帶來了獨特的火力容量和精確打擊能力。“朱姆沃爾特”級驅逐艦擁有先進的火炮系統，具有強大的遠程對地攻擊能力，并裝備有與“宙斯盾”艦相似的垂直導彈發射系統，能夠向更遠的距離發射制導導彈，標準型導彈和ESSM都在其裝備清單之內。其防空和導彈防御能力介于宙斯盾艦隊和航空母艦、水陸兩棲艦隊之間。

航空母艦和兩棲登陸艦用于投射進攻力量(海空和陸戰隊員登陸)。這些艦艇上的防空反導系統一般限于實施自衛，并構成艦艇自防御系統(SSDS)。SSDS組成一般包括電子戰系統、近程防空導彈(如ESSM、SeaRAM(海拉姆)等)以及近程武器系統(CIWS)。CIWS由高射速炮搭配搜索跟蹤雷達/光電裝置組成，能對來襲導彈運動軌跡進行追蹤，連續糾正瞄準誤差，在反艦導彈來襲方向高速射擊形成“彈幕”，直接以硬殺傷方式摧毀來襲反艦導彈。其有效作用距離較短，一般在200 m～3 km之間，是水面艦艇防空反導系統的最后一道防線，典型系統為美軍“密集陣”近程武器系統。電子戰系統一般包括雷達有源干擾設備和光電/紅外無源干擾設備。雷達有源干擾主要對來襲導彈的末段制導雷達實施功率噪聲壓制和欺騙干擾，對其距離和角度測量形成誤導。光電/紅外無源干擾則依靠發射箔條、紅外熱源和干擾煙幕彈產生大量虛假目標或者形成電磁、物理屏蔽以削弱來襲反艦導彈的導引能力，使其難以準確鎖定目標。美軍典型艦載電子戰系統如AN/SLQ-32等。自防御系統通過其自防御指揮系統，對軟硬件武器作戰運用進行指揮決策、協同調度和精確控制。

3 能力升級發展

近年來，美軍不斷對艦載防空反導作戰系統的能力升級，開展對“宙斯盾”系統和艦艇自防御系統的升級改造。

“宙斯盾”系統當前正在從“基線9”升級至“基線10”，如圖4所示。“基線9”狀態下，“宙斯盾”艦，如“阿利伯克”級(DDG-51型)驅逐艦及“提康德羅加”級巡洋艦上，防空反導的硬殺傷裝備包括AN/SPY-1B/D(mod)/ D(V) 防空雷達系統、Aegis BMD 5.0/5.1彈道導彈防御系統、垂直導彈發射系統VLS(裝備SM-2、SM-6、ESSM防空導彈)、CIWS等。軟殺傷裝備包括AN/SLQ-32(V)3、無源誘餌等，并基于戰術數據鏈Link系列和CEC實現網絡通信與控制。在“基線10”升級中，將更加重視火力控制系統的敏捷、增量改進以快速應對敵方威脅。硬殺傷裝備替換為美國海軍下一代艦載防空反導雷達(AMDR)、AN/SPY-6、Aegis BMD 6，軟殺傷裝備包括電子戰系統AN/SLQ-32(V)7以及升級誘餌系統。

圖4 “宙斯盾”系統從“基線9”到“基線10”能力升級

AN/SPY-6防空和導彈防御系統雷達將提供同時多任務能力，支持遠程、大氣層外探測、跟蹤和彈道導彈識別，同時可以完成對空中和地面威脅的區域防空和自衛防御。為了提高彈道導彈防御能力，需要提高當前雷達系統的雷達靈敏度和帶寬，以探測、跟蹤和支持對先進彈道導彈威脅。對于區域防空和自衛防御，需要提高靈敏度和抗雜波能力，以應對陸地、海洋和雨雜波存在時的威脅。“宙斯盾”系統“基線10”利用AMDR提供豐富數據的功能升級，彈道導彈防御(BMD 6)就利用AN/SPY-6的高靈敏度和大帶寬與來襲彈道導彈進行交戰。“基線10”部署的AN/SLQ32(V)7(水面艦艇改進計劃Block3)能夠提供舷內電子攻擊能力。AN/SLQ32命令與控制子系統軟殺傷協同功能能夠協同舷內電子攻擊和新改進的舷外誘餌進行電子戰。

美海軍航空母艦和兩棲戰艦上的艦艇自防御作戰系統依賴于一套較久的傳感器系統(部分于20世紀60年代設計)，目前正在進行周期性現代化升級改造。AN/SPS-48G、AN/SPS-49A和AN/SPQ-9B提供雷達監視和目標跟蹤功能。Mk9火力控制系統提供額外的監視、跟蹤及半主動導彈制導所需的照射功能。SPN-43提供艦載機起降控制功能。在“基線10”改造中，將會對上述復雜異構系統進行簡約化集成。在“福特”級航空母艦上，上述功能由雙波段雷達(DBR)提供，如圖5所示。這種為福特級航母(CVN78)開發的雙波段雷達是X波段AN/SPY-3和S波段AN/SPY-4雷達的結合。后續的航空母艦CVN79和CVN80也在考慮其他的雷達設計方案。多功能雷達將能夠更好地控制ESSM飛行軌跡，并更精確地移交給ESSM導引頭，提高ESSM對抗反艦巡航導彈的能力。而軟殺傷系統將升級后的AN/SLQ32(V)6(如圖6所示)來替代原有的AN/SLQ-32(V)3系統。

圖5 艦艇自防御作戰系統從基線9到基線10能力升級

圖6 AN/SLQ32(V)6電子戰系統實裝圖

基線升級之外，美國海軍亦在持續探索現有系統基礎上新能力的快速部署技術，諸如“宙斯盾”系統和艦艇自防御作戰系統的響應速度提升和火力控制環路改進項目。防空反導作戰是一個涉及裝備應用和計算機程序協同運行的復雜過程。艦載通用作戰系統如圖7所示。艦上主要的傳感設備是艦載雷達。多種用途不同的雷達基于情報信息的協同綜合處理，相互輔助完成探測、掃描、監視任務。并且艦船可以獲取離舷傳感器裝備的回傳數據，離舷傳感器可部署于其他艦艇、作戰飛機、陸上站點或偵察衛星等多域平臺。為滿足整體防御需求，傳感器系統的資源將實現統一控制和調度。單傳感器獲取的傳感數據會匯集于傳感器網絡中進行信息關聯甚至信息融合，最終生成跟蹤信息，實現跟蹤信息與物理實體目標之間的一一對應關系。跟蹤信息包含戰斗系統對目標的全部知識，包括目標的動力學特征(矢量位置和速度)、物體的分類(飛機、巡航導彈、彈道導彈、雜波或碎片等)、目標類型(如果目標是巡航導彈，則該導彈的型號)、目標的身份(敵我)。

圖7 艦載通用作戰系統

在任務時間區域內對于作戰目標指揮席位具有先驗信息。這些先驗信息將對“誰是最可能的敵人”，“戰場上存在什么樣的威脅”，“一般情況下，敵人將如何實施攻擊”等作戰核心問題進行定義。現有的作戰系統中，這些信息被稱為交戰規則，是用于定義如何響應傳感器信息的規則集合。例如，當前的識別系統規則定義給定先驗信息，通過傳感器提供的數據信息最終識別目標。情報、監視、偵察(ISR)系統能夠提供攻擊即將到來的跡象，這些早期預警可以提供作戰系統目標的存在，通常可以識別出目標，但是不能夠提供精確的位置信息且時延較長。當前，美國海軍尚未實現先驗信息、ISR數據及傳感器數據的定量整合，因而上述數據的定量集成將是作戰系統繼續發展的主要挑戰之一。

4 今后發展趨勢

綜合分析美軍近年來在海上防空反導作戰的發展趨勢，從以下幾個方面進行總結：

(1) 雷達傳感器裝備

美軍將在現有裝備基礎上，研制新型X波段脈沖多普勒相控陣雷達，以增強對超低空、超音速飛行的飛機/導彈目標的探測能力；并對現役繁雜的雷達裝備型號進行體系化集成升級，基于大功率、寬頻段有源相控陣體制研制多功能雷達(MFR)和大容量搜索雷達(VSR)。

(2) 硬殺傷裝備

彈道導彈防御方面，2019年美軍發布了下一代殺傷武器的需求征集草案，要求新型殺傷武器需具備應對近50種威脅場景的能力。與此同時，美軍導彈防御局正在對“SM-3”Block 2A 導彈進行技術改進，使其具備洲際彈道導彈攔截能力。區域防空導彈方面，美軍多型防空導彈系統試驗取得階段性進展，其中增程型“先進中程空空導彈”可實現50%以上射程和70%以上高程的能力增量；同時，發展艦空導彈的反艦攻擊能力，對防御型武器進行攻擊屬性升級改造，支撐為美海軍分布式殺傷作戰概念。近程自防御系統方面，美海軍正在研制新型“密集陣”武器系統(BLOCK 1B)，增加熱成像系統和自協搜索視頻跟蹤器，對該系統跟蹤精度、攔截距離以及火炮命中概率等戰術性能進行升級。

(3) 電子戰系統

美軍對防空反導電子戰系統的發展方向可以概括為：裝備陣列化、系統集成化。裝備陣列化主要通過大范圍、高精度、動態靈活的微波波束進行高效地空間覆蓋，提高系統對來襲目標的截獲能力和對抗能力。有源相控陣技術將大規模裝備于目前美海軍在研在裝的電子戰系統中。系統集成化主要基于“軟件定義無線電”的理念，對異構電子戰裝備基于同一標準化平臺進行軟件化加載，實現作戰資源的高效集成，從而實現作戰效能提升，以及系統裝備的模塊化、小型化。

(4) 指揮控制系統

美軍大力推動“指揮控制與作戰管理通信”系統現代化升級，意在有效支撐“宙斯盾”系統遠程交戰能力，預計于2023年形成初始戰力。隨著聯合全域作戰指揮控制理念的提出，美國海軍正在加快 “海上一體化防空火控系統”(NIFC-CA)的實戰化裝備，集成協同交戰能力系統(CEC)、空中探測平臺、“宙斯盾”系統和SM-6型防空導彈等現役和在研技術與裝備，構成分布式、網絡化防空作戰體系，實現傳感器端、指控端、武器終端的無縫鉸鏈。此外，當前“宙斯盾”原型系統發展日趨完善，美軍正在推動“虛擬宙斯盾”系統的研制以及實彈攔截試驗。“虛擬宙斯盾”基于當前發展火熱的數字孿生技術，通過搭建“宙斯盾”訓練系統環境，從而大幅降低美海軍作戰人員培訓成本、提高訓練效果。

5 結束語

通過對美國海軍防空反導作戰體系構成、作戰系統組成、能力升級情況進行梳理總結，窺見美軍在海上防空反導作戰領域的作戰理念、裝備體系和發展趨勢，可為我軍海上防空反導作戰研究、武器裝備體系研制，以及拒止/反介入戰略體系建設提供參考和借鑒。