劉 莎
(大連測控技術(shù)研究所 大連 116013)
航空磁異常探測(MAD)作為一種有效的對水中目標的探測、末端鎖定手段,是反潛巡邏機反潛作戰(zhàn)中不可或缺的組合手段之一,在國內(nèi)外經(jīng)典的固定翼反潛巡邏機和反潛直升機上都作為必備的搜潛裝備。最為顯著的代表是P3-C“獵戶座”,作為美國服役時間最長的固定翼反潛飛機,其最大特征是機尾那根長長的磁異常探測器,如圖1所示。距公開文獻報道使用的是AN/ASQ-81MAD磁異常探測系統(tǒng),少數(shù)P-3C飛機則使用更為先進的AN/ASQ-208MAD磁異常探測系統(tǒng)。
圖1 美“獵戶座”P3-C反潛巡邏機磁探裝置
美“獵戶座”P3-C反潛巡邏機遍布中國周邊國家和地區(qū),印度、日本、臺灣、巴基斯坦、韓國、澳大利亞、新西蘭等國均有它的身影存在,多年來該巡邏機一直是中國周邊國家和地區(qū)遏制中國海軍的利器。
2020年5月14日隨著P-8A新一代多功能海上巡邏機與P-3C全部替換完成,標志著美P-3C時代結(jié)束。值得關(guān)注的是在磁異常探測方面,P-8A的探測裝備中有AN/ASQ-508“先進整合式磁異常探測”(Advanced Integrated Magnetic Anomaly Detection)系統(tǒng),由加拿大的CAE公司提供,測深1000m?!昂I瘛睂⑹褂么钶d于空射無人機上的(High Altitude ASW Unmanned Targeting Air System,HAASW UTAS)磁異探測器模塊替代傳統(tǒng)固定翼反潛機的“長尾”。美國海軍曾資助許多科技項目開發(fā)這種系統(tǒng),但加拿大這家本業(yè)為訓練及模擬的小公司,由于長期參與加國的海王式(Sea King)直升機項目,在磁性空測儀領(lǐng)域建立了領(lǐng)導(dǎo)地位。
圖2 先進的空投無人機磁探裝置
據(jù)公開資料顯示,P-8A可以帶36架無人機,具有兩種搜索模式,F(xiàn)ield模式,全部無人機均勻布放于探測區(qū),自主搜索。Swarm模式,P-8A收到聲吶信號,飛到對應(yīng)位置再投放多架無人機搜索,無人機攜帶磁異常探測器低飛。通過建模計算,在理想情況下16架無人機可以在9min內(nèi)70%的概率找到1艘6.5節(jié)航速的潛艇(圖3)。
圖3 搜索概率仿真計算結(jié)果(網(wǎng)上資料)
為了進一步摸清P-8A反潛巡邏機在使用無人機磁探模式與傳統(tǒng)尾部搭載模式的優(yōu)勢,本文利用磁偶極子建模仿真來進行初步分析。
1)距離因素
無人機磁探與傳統(tǒng)尾部搭載磁探模式,最大的區(qū)別在于無人機的低空飛行能力,以往資料顯示P3-C的磁探高度為200m,而無人機的低空飛行高度可低至50m,那么在相同探測閾值條件下,以500m探測距離為例,P3-C的有效探測水深為300m,而無人機將增加到450m,顯而易見將可提升較大的有效探測范圍。
根據(jù)磁偶極子原理,在該探測距離上一般可將水中目標等效為磁偶極子,那么水中目標的所產(chǎn)生的磁場可以表示為[9~10]
目前國外為降低水中目標被探測概率,會對水中目標進行消磁處理。假設(shè)以同等磁探儀器的閾值為參考(實際上無人機搭載的磁力儀性能更加優(yōu)越),P3-C探測距離為500m為例,設(shè)水中目標的磁矩為M1,逆向推導(dǎo)無人機在同等距離上可探測目標磁矩值M2,具體結(jié)果如圖4所示。
圖4 P3-C探測距離與閾值(歸一化)仿真計算結(jié)果
根據(jù)得到的探測閾值(歸一化結(jié)果),代入到式(1)中,反演計算出磁矩M2,為P-8A攜帶無人機探測距離350m,相同探測閾值條件下,水中目標的磁場強度,具體結(jié)果如圖5所示。
圖5 P-8A探測距離與閾值(歸一化)仿真計算結(jié)果
最終磁矩計算比對結(jié)果為
也就是說,P-8A采用無人機磁探模式與P3-C相比,在同等探測閾值條件下,可探測的目標磁場強度可降低到P3-C目標的30%左右。從另外一個角度上講,即探測能力對現(xiàn)有的磁場強度在原有水平上再降低70%的水中目標仍然有效。
2)搜索模式
P-8A反潛巡邏機提供了兩種搜索模式,F(xiàn)ield模式和Swarm模式,均采用了多架無人機協(xié)同搜索的方法。首先從搜索模式來說,以往航空磁探僅作為局部搜索和鎖定目標的末端搜索模式,無人機協(xié)同磁探給P-8A反潛巡邏機帶來了新的Field模式,這在傳統(tǒng)航空磁探上是沒有的全新模式。同樣,Swarm模式對比P3-C的單點搜索無論在探測概率、探測效率以及戰(zhàn)術(shù)上都有了較大提升,特別是在有效探測時間(1.5h縮短到9min)上的提升將極大可能左右海上局部戰(zhàn)爭的發(fā)展方向。
3)探測性能比對
根據(jù)資料顯示P-8A反潛巡邏機搭載的是AN/ASQ-508系統(tǒng),該系統(tǒng)無論在探測靈敏度還是信號判別上距AN/ASQ-208系統(tǒng)有了明顯提升。更為關(guān)鍵的一點在于無人機自身磁干擾要遠小于反潛巡邏機本身磁干擾,直接決定了飛機本體干擾抵消難度的降低以及磁探閾值的提升。
4)性價比
公開資料中,一架無人機(含探頭)價格在2萬美元左右,接近于聲納浮標的價格,其低廉的價格將無人機航空磁探變?yōu)榱艘环N高性價比的航空反潛作戰(zhàn)手段,大大增加了航空磁探在綜合反潛中的實際應(yīng)用價值。
隨著美P-8A反潛巡邏機的全面服役,其具備典型特征的尾部磁探裝置“消失”,經(jīng)過搜集材料發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的“長尾式”磁探裝置已被無人機磁探模塊所取代,這意味著航空磁探反潛迎來了劃時代的變化。本文利用公開文獻并結(jié)合建模理論計算從四個方面對比了傳統(tǒng)磁探與無人機磁探區(qū)別,發(fā)現(xiàn)P-8A利用無人機進行磁探無論從有效探測距離、搜索模式、探測性價比等方面更具備優(yōu)勢,同時無人機磁探的多機協(xié)同搜索在搜索效率上從原有的1.5h縮短到9min(16U),這意味著航空磁探在反潛作戰(zhàn)中的地位和作用將顯著提升,甚至將極大可能左右海上局部戰(zhàn)爭的發(fā)展方向。因此,本文認為無人機多機協(xié)同磁探模式將成為未來幾十年內(nèi)航空磁探的主要模式和主流趨勢。