石劍琛
(海軍裝備部,北京 100071)
美國轉(zhuǎn)向“由海向陸”的近海戰(zhàn)略以來,對航母的定位從以往大洋艦隊(duì)對抗的核心平臺轉(zhuǎn)變?yōu)樽笥谊懮暇謩莺蛯﹃懮峡v深及近海進(jìn)行打擊的作戰(zhàn)基地和打擊平臺。從噸位上看,美國的航母一般都在10萬t左右,甲板面積與容積都比較大,可以裝備更多的電子信息系統(tǒng)和裝備,其作戰(zhàn)系統(tǒng)組成相對復(fù)雜。
目前,美國在役航母共11艘,主要作為編隊(duì)旗艦或編隊(duì)指揮中心和編隊(duì)空中作戰(zhàn)力量的基地與指揮中心,一般不直接參與一線作戰(zhàn)。因此,美國航母配備大量電子信息裝備,具備超強(qiáng)的編隊(duì)內(nèi)外連通和指揮能力,主要配備先進(jìn)的自衛(wèi)武器系統(tǒng)。美國航母作戰(zhàn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)思路上尤為注重發(fā)揮自防御能力、編隊(duì)指揮能力、編隊(duì)內(nèi)外信息傳輸能力、情報(bào)信息處理能力以及空中指揮與控制能力。
美國航母作戰(zhàn)系統(tǒng)主要由三大核心功能模塊組成:自防御系統(tǒng)、航空數(shù)據(jù)管理與控制系統(tǒng)以及指揮與情報(bào)保障系統(tǒng)。其中,自防御系統(tǒng)為航母提供分層、自動化的水下、水上、空中綜合防御能力。航空數(shù)據(jù)管理與控制系統(tǒng)為航母提供航空作業(yè)規(guī)劃和執(zhí)行功能,為艦載機(jī)起降提供保障。情報(bào)與指揮保障系統(tǒng)為航母提供強(qiáng)大的編隊(duì)作戰(zhàn)指揮信息保障能力。
鑒于在編隊(duì)中的特殊分工(僅作為編隊(duì)旗艦或指揮中心和編隊(duì)空中作戰(zhàn)力量基地),加上航母本身是高價(jià)值平臺,必須能應(yīng)對現(xiàn)代反艦導(dǎo)彈威脅,航母必須要具備很強(qiáng)的自我防御能力,配備很先進(jìn)的自防御系統(tǒng)(SSDS)。最新版本的自防御系統(tǒng)集成了全球海上指揮與控制系統(tǒng)(GCCS-M)和協(xié)同作戰(zhàn)能力(CEC)系統(tǒng),不僅能為航母提供出色的自防御能力,而且提供了一定的編隊(duì)協(xié)同防空能力。
1)自防御能力
圖1 自防御系統(tǒng)使得航母具備自動化、分層的自我防御能力Fig.1 The selfdefence system enables aircraft carrier have automatic and hierarchic selfdefense capability
自防御系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)航母自動化的分層防御,從近程到遠(yuǎn)程分別使用近程武器系統(tǒng)(CIWS)、“海麻雀”、“標(biāo)準(zhǔn)-2”、近程及遠(yuǎn)程有源/無源電子干擾等。隨著從MK 1到MK 2,自防御系統(tǒng)整合的本艦傳感器和武器資源越來越多,并利用全球海上指揮與控制系統(tǒng)、協(xié)同作戰(zhàn)能力、數(shù)據(jù)鏈等內(nèi)外聯(lián)通手段實(shí)現(xiàn)對編隊(duì)內(nèi)資源的綜合利用。總之,自防御系統(tǒng)在很大程度上加速了航母從發(fā)現(xiàn)威脅到交戰(zhàn)這一過程,提升了航母自衛(wèi)能力。
2)編隊(duì)協(xié)同防空能力
除提供自防御之外,自防御系統(tǒng)借助協(xié)同作戰(zhàn)能力實(shí)現(xiàn)本艦和編隊(duì)探測數(shù)據(jù)的合成,形成編隊(duì)中所有平臺一致共享的目標(biāo)態(tài)勢圖像,并通過全球海上指揮與控制系統(tǒng)將全球態(tài)勢信息納入其中,擴(kuò)展航母及編隊(duì)防御覆蓋范圍,有效提升編隊(duì)協(xié)同防御能力。
協(xié)同作戰(zhàn)能力系統(tǒng)可與編隊(duì)中每艘裝備有協(xié)同作戰(zhàn)能力的艦艇指控系統(tǒng)和武器進(jìn)行接口,使航母編隊(duì)成為一個(gè)在地理位置上分散布置、防空能力一致協(xié)同的整體。如果說協(xié)同作戰(zhàn)能力是實(shí)現(xiàn)編隊(duì)協(xié)同防御的必備“硬件”,那么一致的綜合空情圖則是必備“軟件”。它能對貫穿整個(gè)航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)過程中的實(shí)時(shí)和近實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最終為航母編隊(duì)所有作戰(zhàn)平臺提供完整、精確、清晰、一致的目標(biāo)實(shí)時(shí)航跡。
3)水下魚雷防御能力
借助艦艇魚雷防御系統(tǒng)(SSTDS),航母實(shí)現(xiàn)了一定的水下魚雷防御能力。艦艇魚雷防御系統(tǒng)是為美國航母提供對抗魚雷手段的防御系統(tǒng),目前正在開發(fā)第三代系統(tǒng),包括WSQ-11魚雷防御系統(tǒng)和一次性聲誘餌。WSQ-11又包括SLQ-25A“水精”拖曳魚雷對抗系統(tǒng)、拖曳式探測/分類和定位(DCL)子系統(tǒng)、硬殺傷反魚雷魚雷(ATT)。
航空數(shù)據(jù)管理與控制系統(tǒng)(ADMACS)在航母全艦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)所有航空作業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)的融合、分發(fā)和控制,集成航空作業(yè)規(guī)劃和執(zhí)行功能。該系統(tǒng)集成了電子助降系統(tǒng)、光學(xué)助降系統(tǒng)、氣象保障系統(tǒng)等,包括航母空中交通管制中心(CATCC)高度與身份數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)(DAIR)、“塔康”戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)、自動化航母著艦系統(tǒng)(ACLS)、聯(lián)合精確進(jìn)場著艦系統(tǒng)(JPALS)、光學(xué)助降系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)。
1)電子助降系統(tǒng)
電子助降過程按照階段可以分為進(jìn)場階段和著艦階段。進(jìn)場由AN/URN-25“塔康”戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)和SPN-43C航母進(jìn)場雷達(dá)控制。其中,AN/URN-25為飛機(jī)提供無線電返航的方位和距離信息;SPN-43C雷達(dá)將歸航的飛機(jī)引導(dǎo)到距航母艦尾7~93 km間某集合點(diǎn)處,安排飛機(jī)著艦優(yōu)先次序,然后再將其引導(dǎo)至距航母7 km處的著艦雷達(dá)捕獲窗處。自動著艦系統(tǒng)艦上包括精確進(jìn)場著艦系統(tǒng)(PALS)以及儀表著艦系統(tǒng)(ICLS);艦載機(jī)部分包括自動化駕駛儀、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信設(shè)備、信號接收與譯碼組件、雷達(dá)信標(biāo)、進(jìn)場功率補(bǔ)償裝置、姿態(tài)基準(zhǔn)指示器、離散信息指示器、報(bào)警分度器面板、進(jìn)場分度器。
2)光學(xué)助降系統(tǒng)
光學(xué)助降系統(tǒng)是電子助降的必要補(bǔ)充,保障艦載機(jī)近距范圍內(nèi)的精確著艦,有效作用距離在2.3 km以內(nèi),主要用于為固定翼飛機(jī)進(jìn)場著艦提供更精確的下滑航路光學(xué)指示信息,指示飛行員從合適的攻角進(jìn)場著艦。
3)氣象保障系統(tǒng)
氣象保障系統(tǒng)的核心是MORIAH數(shù)字測風(fēng)系統(tǒng),在航母上能對航母及編隊(duì)周圍氣象環(huán)境進(jìn)行測量與預(yù)報(bào),為艦載機(jī)起降提供氣象保障。氣象保障系統(tǒng)主要由溫壓、濕風(fēng)、能見度、臺風(fēng)等感知系統(tǒng),數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及產(chǎn)品預(yù)報(bào)與顯示系統(tǒng)等組成。
4)艦載機(jī)專用通信與指控系統(tǒng)
艦載機(jī)專用通信與指控系統(tǒng)主要包括艦載機(jī)起降專用導(dǎo)航與通信和艦載機(jī)任務(wù)規(guī)劃與指揮控制2個(gè)部分。艦載機(jī)起降專用導(dǎo)航與通信為飛機(jī)提供無線電返航的方位和距離信息,為艦載機(jī)進(jìn)場著艦提供甲板對準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)裙δ?艦載機(jī)任務(wù)規(guī)劃與指揮控制可以對飛機(jī)進(jìn)行指控,提供自動指控和決策支持功能,提供飛機(jī)航路規(guī)劃,進(jìn)行目標(biāo)威脅評估,提供精確的武器規(guī)劃,同時(shí)向飛機(jī)提供裝載任務(wù)數(shù)據(jù)的接口等。
1)航母情報(bào)保障系統(tǒng)
航母情報(bào)保障系統(tǒng)主要由內(nèi)外通信分系統(tǒng)和情報(bào)搜集分析系統(tǒng)組成。其中,內(nèi)外通信包括由綜合艦載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ISNS)為主要架構(gòu)的本艦密級分層局域網(wǎng)、衛(wèi)星通信接口、岸基局域網(wǎng)組成;情報(bào)支持系統(tǒng)由各種戰(zhàn)場情報(bào)信息搜集和評估系統(tǒng)組成。
①內(nèi)外通信分系統(tǒng)
綜合艦載網(wǎng)絡(luò)、自動數(shù)字網(wǎng)絡(luò)、海上聯(lián)合軍種地區(qū)信息交換系統(tǒng)(CENTRIX)構(gòu)成了美國航母及編隊(duì)信息系統(tǒng)內(nèi)外互聯(lián)信息基礎(chǔ)設(shè)施的基本架構(gòu),如圖2所示。綜合艦載網(wǎng)絡(luò)為航母提供可靠、高速的機(jī)密、秘密和非密局域網(wǎng),是航母本艦作戰(zhàn)信息傳輸分發(fā)的基礎(chǔ);自動數(shù)字網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)航母本艦內(nèi)外信息連通的關(guān)鍵;而海上聯(lián)合軍種地區(qū)信息交換系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)岸?;ヂ?lián)互通的基礎(chǔ)。
為實(shí)現(xiàn)航母內(nèi)外連通、支持情報(bào)信息收發(fā),航母上共裝備了100多部無線通信天線終端,包括海上聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)終端、全球廣播系統(tǒng)、通用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)、海軍多波段終端、艦上多功能信息分發(fā)系統(tǒng)、艦艇信號辨析設(shè)備增強(qiáng)E型、衛(wèi)星通信接收機(jī)、數(shù)字模塊無線電、戰(zhàn)術(shù)多碼交換機(jī)等。
圖2 美國航母及編隊(duì)內(nèi)外連通信息基礎(chǔ)設(shè)施示意圖Fig.2 The schematic information flow between inside and outside of US aircraft carrier and formation
②情報(bào)搜集分析系統(tǒng)
航母情報(bào)搜集分析系統(tǒng)主要包括海上戰(zhàn)區(qū)損傷信息系統(tǒng)、氣象數(shù)據(jù)接收終端、模塊化自動通信系統(tǒng)、國防報(bào)文發(fā)送系統(tǒng)以及全球廣播系統(tǒng)。其中,海上戰(zhàn)區(qū)損傷信息計(jì)劃使用與其他損傷以及前線指揮官和總司令的多媒體連接,進(jìn)行接近實(shí)時(shí)的收集及評估并發(fā)布損傷信息,并在戰(zhàn)術(shù)圖像上對部隊(duì)狀態(tài)做出評估。氣象數(shù)據(jù)接收終端能在3 min內(nèi)從衛(wèi)星上接收氣象數(shù)據(jù),為海軍提供安全、高分辨率的視頻和紅外氣象圖像,用于戰(zhàn)術(shù)空中保障、反潛戰(zhàn)及天氣信息概況。模塊化自動通信系統(tǒng)用于為多個(gè)用戶提供自動電子通信服務(wù)。國防報(bào)文發(fā)送系統(tǒng)具有報(bào)文、索引和管理功能。全球廣播系統(tǒng)是一種虛擬的雙向網(wǎng)絡(luò),通過向用戶進(jìn)行廣播,提供高速、大量的單向信息流,保障態(tài)勢感知、武器目標(biāo)瞄準(zhǔn)、情報(bào)及國土防御。
2)航母及編隊(duì)指揮系統(tǒng)
航母及編隊(duì)指揮系統(tǒng)以全球海上指揮控制系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)旗艦指揮中心/聯(lián)合指揮中心(TFCC/JOC)、海軍戰(zhàn)術(shù)指揮保障系統(tǒng)(NTCSS)等為主要支持,統(tǒng)籌編隊(duì)、戰(zhàn)區(qū)和聯(lián)合部隊(duì)層次上的作戰(zhàn)信息,實(shí)現(xiàn)互操作和網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)指揮。航母編隊(duì)聯(lián)合指控可劃分為戰(zhàn)略、編隊(duì)、功能任務(wù)3個(gè)層次。
戰(zhàn)略層面,以全球海上指揮控制系統(tǒng)為核心,既作為海軍戰(zhàn)略指控系統(tǒng),也作為各作戰(zhàn)平臺指控系統(tǒng)的一部分;平臺指控系統(tǒng)通過全球海上指揮控制系統(tǒng)接收所需的戰(zhàn)略與戰(zhàn)役情報(bào)信息,滿足決策指揮與控制需求。
編隊(duì)層面,以戰(zhàn)術(shù)旗艦指揮中心/聯(lián)合指揮中心為基礎(chǔ),顯示和處理艦艇運(yùn)動和位置數(shù)據(jù)、信號情報(bào)數(shù)據(jù),并通過全球海上指揮控制系統(tǒng)傳輸?shù)某暲走_(dá)跟蹤數(shù)據(jù)、天氣信息等,協(xié)助指揮官進(jìn)行作戰(zhàn)方案編制、作戰(zhàn)資源協(xié)調(diào)和管理等。
功能任務(wù)層面,主要以航母反潛戰(zhàn)術(shù)支援中心(CV-TSC)、海軍分布式通用地面/水面系統(tǒng)(DCGS-N)為典型系統(tǒng),保障航母及編隊(duì)反潛作戰(zhàn)以及對陸攻擊任務(wù)的執(zhí)行。其中,反潛戰(zhàn)術(shù)支援中心為航母及編隊(duì)提供實(shí)時(shí)的反潛指揮、控制和通信。
分布式通用對陸/對海作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)是美國航母及編隊(duì)最為主要的對陸攻擊指揮控制系統(tǒng),為航母及編隊(duì)對陸攻擊提供情報(bào)、監(jiān)視、偵查數(shù)據(jù)發(fā)掘和分析能力,為對陸攻擊武器提供目標(biāo)鎖定支持能力等。
圖3 美國航母反潛戰(zhàn)術(shù)支援中心及其內(nèi)外連通示意Fig.3 US aircraft carrier antisubmarine tactical support center and information flow between inside and outside
國外海軍在航母作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將航空保障、情報(bào)與指揮保障、自防御三大功能作為3個(gè)非常重要的考慮因素,并從頂層上予以均衡和優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先,作為“海上移動機(jī)場”,航母作戰(zhàn)系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的艦載機(jī)指揮與控制能力;其次,作為編隊(duì)指揮中樞,必然要求航母作戰(zhàn)系統(tǒng)具有一流的情報(bào)保障和指揮保障能力。因此,國外航母作戰(zhàn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上,首先將前2項(xiàng)功能作為重點(diǎn)考慮因素。同時(shí),為保證航母這個(gè)高價(jià)值“移動機(jī)場”能安全運(yùn)行,作戰(zhàn)系統(tǒng)還必須充分考慮到自我防御能力以及與編隊(duì)內(nèi)其他平臺間的協(xié)同與配合問題。
樹大招風(fēng)。正因?yàn)楹侥妇哂袠O為重要的角色和定位,也就自然成了編隊(duì)中的那顆“樹”,更成為敵方眾矢之的。因此,為保護(hù)航母自身的安全,其作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須要將自我防御能力作為非常重要的因素考慮。更為重要的是,為了彌補(bǔ)自防御能力的有限和不足,國外航母作戰(zhàn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將編隊(duì)協(xié)同和聯(lián)合作為一個(gè)非常重要的能力補(bǔ)充手段,為實(shí)現(xiàn)航母及編隊(duì)由近及遠(yuǎn)的分層防御提供可靠保障。
美國海軍在研究自防御系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和原理時(shí),首先分析了航母可能面臨的現(xiàn)代反艦導(dǎo)彈威脅,將這些威脅的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參考。在充分融合航母上所有雷達(dá)、光電、紅外、電子偵察、聲吶、敵我識別等傳感器數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,基于人工智能輔助決策技術(shù),自動調(diào)用海軍作戰(zhàn)條令庫中的條令,對目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤、識別,并引導(dǎo)武器實(shí)現(xiàn)自動化的交戰(zhàn)控制。MK 2版本的自防御系統(tǒng)已能在數(shù)秒甚至更短的時(shí)間內(nèi),調(diào)用全艦作戰(zhàn)資源,實(shí)現(xiàn)從目標(biāo)發(fā)現(xiàn)到實(shí)施防御和攔截整個(gè)交戰(zhàn)過程。
實(shí)現(xiàn)開放式體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是構(gòu)建通用核心計(jì)算體系結(jié)構(gòu)和接口標(biāo)準(zhǔn)。近10年來,美國海軍制定了基于開放式體系結(jié)構(gòu)計(jì)算環(huán)境(OACE)設(shè)計(jì)理念,采用符合OACE標(biāo)準(zhǔn)的軟件語言和操作系統(tǒng)(如C++,CORBA,ACE,可移植的 UNIX 操作系統(tǒng)),大量采用COTS處理器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將硬件接口、數(shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化,在物理架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)分布式,采用信息驅(qū)動、面向服務(wù)、基于構(gòu)件、分層的體系結(jié)構(gòu),并注重系統(tǒng)的頑存性和容錯(cuò)能力,在提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性的同時(shí)盡可能降低系統(tǒng)研發(fā)成本。
國外海軍在發(fā)展航母作戰(zhàn)系統(tǒng)時(shí),非常注重與其他水面艦艇的通用性,如美國海軍航母作戰(zhàn)系統(tǒng)中集成的全球海上指揮控制系統(tǒng)、海軍分布式通用地面/水面系統(tǒng)、協(xié)同作戰(zhàn)能力、戰(zhàn)術(shù)指揮保障系統(tǒng)等在驅(qū)逐艦和巡洋艦上都有相應(yīng)裝備。這種做法在減少航母作戰(zhàn)系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備種類的同時(shí)提高了航母與其他水面艦艇在作戰(zhàn)系統(tǒng)方面的“互聯(lián)互通互操作”能力。此外,通過在航母作戰(zhàn)系統(tǒng)中大量引進(jìn)先進(jìn)的商用技術(shù)和產(chǎn)品,進(jìn)一步降低了系統(tǒng)研制成本,將更多的財(cái)力、物力和精力放到研制重點(diǎn)系統(tǒng)和設(shè)備之中。
對于研制一型新航母來說,作戰(zhàn)系統(tǒng)是研制過程中最大的風(fēng)險(xiǎn)之一。為此,國外在航母作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展中非常重視包括陸試、試驗(yàn)艦測試、實(shí)艦海試等試驗(yàn)驗(yàn)證工作。隨著未來海戰(zhàn)越來越傾向編隊(duì)聯(lián)合協(xié)同作戰(zhàn),除單艦作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)測試之外,編隊(duì)協(xié)同試驗(yàn)也成為世界各國研究的重點(diǎn)。美國目前已建立了較具規(guī)模的編隊(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)同陸地試驗(yàn)場,可支持7艘水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的聯(lián)合互協(xié)作性試驗(yàn)測試。此外,美國海軍還發(fā)展了自防御試驗(yàn)艦,專門用于航母自防御系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證。
目前,美國正在發(fā)展新一代“福特”級航母,從其作戰(zhàn)系統(tǒng)的最新發(fā)展來看,在未來很長一段時(shí)間的發(fā)展重點(diǎn)將集中在如下幾個(gè)方面:
1)航母作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)與編隊(duì)內(nèi)其他水面艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的互聯(lián)、互通和互操作水平將得到大幅提升。未來將重點(diǎn)解決全壽期內(nèi)航母作戰(zhàn)系統(tǒng)與其他各系統(tǒng)間的互通和互操作性,提升航母本艦及編隊(duì)系統(tǒng)的一體化程度。
2)航母作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成化、自動化能力將進(jìn)一步提高。傳感器、作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)與武器系統(tǒng)三者之間的聯(lián)系將更為緊密,實(shí)現(xiàn)硬殺傷與軟殺傷的一體化、信息系統(tǒng)武器化和武器系統(tǒng)的信息化,最終提升航母及編隊(duì)的海上聯(lián)合、協(xié)同精確攻防能力。
3)一批新技術(shù)的應(yīng)用力度和廣度將得到進(jìn)一步擴(kuò)大,如全艦計(jì)算環(huán)境、云計(jì)算、多功能射頻集成、多源多傳感器信息融合、智能輔助決策、先進(jìn)人機(jī)交互等技術(shù)。這些技術(shù)的大范圍應(yīng)用無疑將對美國航母作戰(zhàn)系統(tǒng)的智能化水平跨越提升發(fā)揮不可估量的推動作用。