基于作战推演的航空兵力规模需求分析方法

周 玺,严宗睿,郑震山

(1.中国人民解放军92728部队,上海 200436;2.海军指挥学院,江苏 南京 210016)

航空兵是以飞机、直升机为基本装备,主要遂行空中作战、保障任务的兵种[1]。通过对典型任务下兵力编组、战术行动、指挥协同关系等研究发现,与执行海上方向作战任务的其他兵力相比,以岸基歼击机、歼击轰炸机、轰炸机及舰载战斗机等为代表的海军主战航空兵在遂行夺取海上局部制空、制海权等任务过程中,作战运用更为频繁、任务要求时效性更高、空海对抗更为激烈。指挥人员单独运用静态图上推演分析方法,在作战筹划阶段很难将复杂交战过程完全梳理描述清楚,提出的参战兵力规模需求与作战任务贴合度和说服力较弱。

为能在作战筹划阶段更为精准确定兵力规模需求,在采用图上推演结合战役战术计算的方法分析兵力规模需求基础上,可尝试利用计算机仿真推演系统作战过程模拟更为逼真、可视化效果更好等优势,设计提出一套计算机作战仿真推演结合作战指挥效果评估的兵力规模需求分析方法,实现多方法互补和验证,进一步提升研究结论可视化和置信度。在作战方案拟制过程中,作战指挥人员可根据作战方向可用兵力类型和基本构想,使用计算机仿真推演系统开展多型兵力不同规模编组下的方案设计和推演分析,运用作战指挥效果评估模型对推演结果进行对比评估,迭代寻优得到战役、战斗所需航空兵力最优规模编组方案。

1 总体思路

作为海军主要兵种之一,海军航空兵可以单独或协同海军其他兵种及其他军兵种兵力完成战役、战斗等两个层面的作战任务[2]。其中,战役是在一定的空间和时间内进行的一系列大小战斗的总和。

海军航空兵力规模需求分析,就是要在海上方向战役、战斗任务范围内,研究确定各类型参战航空兵力规模及配比需求。

其中,战役任务下的航空兵力规模需求,主要依据所包含的多个战斗时空关系,对各个战斗所需航空兵力规模进行分段、分类综合确定。对于航空兵机动转场仍无法满足任务需求的多个战斗,该战役任务下兵力规模需求应为以上多个战斗所需兵力规模之和;对于通过航空兵机动转场可满足任务需求的多个战斗,可根据各个战斗所需最大兵力规模确定总需求,即将小规模战斗兵力需求融入大规模战斗兵力需求中一并考虑。

对于各战斗任务下的航空兵力规模需求,首先根据指挥参谋人员对该战斗任务的理解,基于作战方向可用兵力类型和初步构想,设计多型兵力基准编组和作战运用方案,编制形成推演基准方案。在此基础上,依托计算机仿真推演系统,以基准兵力编组为起点,首先通过开展单型航空兵力规模变化下的轮换推演实验和分析评估,分别获得各型航空兵力较优规模。在此基础上,进一步构建形成多型航空兵力较优规模组合集,并再次进行推演评估,最终得到完成该战斗任务所需最优航空兵力规模组合[3]。

2 分析流程与方法

作战指挥是指挥员及其指挥机关对所属部队作战行动的组织领导活动[4]。为充分发挥指挥参谋人员作战经验对作战方案拟制的重大价值,同时考虑有效降低基于所属部队可用兵力规模开展穷举法对作战推演样本数确定和工作量带来的巨大不利影响,在兵力规模需求分析前,由指挥人员设计确定基准兵力编组方案和推演基准方案,并将其作为作战推演实验的基准兵力规模编组控制策略样本起点。在此前提下,采用计算机仿真推演系统,首先分别开展单型兵力规模变换下的作战推演实验,并构建评估模型对比评估变换对指挥决策效果影响,找出单型兵力较优规模控制策略点。

按此流程完成各型兵力轮换实验,逐一找出各型航空兵力较优规模控制策略点。据此,进一步采用正交实验法构建多型兵力较优规模编组控制策略集,再次进行推演分析评估,最终找出对应最优指挥决策效果的多型兵力规模编组控制策略。

2.1 建立推演战果与作战目标满足度评估模型

战果与作战目标满足度是评判指挥参谋人员排兵布阵能力和作战方案实施效果的主要依据,这里将其称为指挥决策效果。这一评估因子主要由作战任务完成度及所花费的代价,即作战全程所调用及战斗损失的兵力类型与规模综合体现。据此,将关键影响与评价因素确定为作战任务完成效果、参战航空兵战斗损失、参战航空兵出动成本等。基于作战方向可用兵力类别和型号,为能准确评估确定战斗对应最优兵力规模编组控制策略,基于控制论相关理论方法,综合考虑3方面因素对指挥决策效果影响,构建提出如下指挥决策效果评估模型,用于量化评估作战推演战果与作战目标满足度。

1)指挥决策效果评估模型[5]

J=f(S1,S2,S3,U,t)

将海军航空兵一次战术行动过程表述为指挥决策因子的控制过程,即

S=(S1,S2,S3)T

U=(u1,u2,u3,…,un)T

J=-S1·ω1+S2·ω2+S3·ω3

其中,J为指挥决策效果评估因子,计算得到的值越小对应规模编组控制策略越优;S1、S2、S3分别为任务完成效果、战斗损失、出动成本综合评价因子;ω1、ω2、ω3分别为各综合评价因子对指挥决策效果J影响权重,ω1+ω2+ω3=1;U为作战过程中所采取的控制策略,包括作战方案预案、作战过程中指挥员临机运筹决策,以及各类型航空兵力比例结构、出动规模设置等。

2)任务完成效果评估子模型

任务完成效果是评判指挥决策效果的首要条件。海军航空兵只有达成战前设定的作战目标,研究提出的兵力编组及行动方案才有意义。在达成作战目标前提下,进一步消灭敌人、扩大战果将对推进整个作战进程带来更为有益影响,也可进一步分担其他参战兵力压力,应予以发扬[6]。基于以上原则,设计如下评估模型用于对任务完成效果进行度量:

其中,F为作战任务完成判断因子(实际计算过程中,任务目标达成取值为1,未达成取值为0),Nwi为达成预定作战目标后,进一步毁/伤敌方第i型航空兵力规模;Pwi为敌方第i型兵力遭不同程度毁伤对任务完成效果提升影响因子。

3)战斗损失评估子模型

毛主席在《抗日游击战争的战略问题》中指出,战争的基本原则是“尽可能地保存自己的力量,消灭敌人的力量”[7]。在具体战斗中,各型航空兵力因担负的战术任务、装备全寿命费用和作战效能不同,交战过程中必将遭敌防抗目标优先级排序,遭敌毁伤后对本方作战目标达成的影响程度也将各有不同。为综合考虑以上影响因素,考虑用战术价值这一概念对机群或单机调用或损失对指挥决策效果影响程度进行衡量。在作战推演过程中,本方兵力战损带来的航空兵力战术价值损失将直接影响战果和作战目标的达成,由此要求指挥人员在作战筹划阶段进一步优化兵力编组和运用方案。

为度量战损对指挥决策效果的影响,设计如下评估模型:

其中,Nsij为我方第i型航空兵力执行第j类任务的战损兵力规模,Ni为第i型航空兵力参与作战编组规模,Nij为第i型航空兵力执行第j类任务的规模;Vij为执行第j类任务的第i型航空兵力整体战术价值权重;考虑航空兵力多以机群形式执行同类作战任务,可以认为同一任务机群内单机战术价值权重相当。由此,将Pij设为第i型航空兵力执行第j类任务的单机战术价值权重。

4)出动成本评估子模型

在执行战斗任务过程中,各型航空兵力出动规模是反映兵力运用效率、表征作战行动费效的关键因素,也是对初始兵力部署产生约束的重要指标。通常情况下,总兵力出动规模特别是战术价值权重高的兵力出动规模越大,完成该作战任务所需预置兵力总体成本也会相应上升,作战筹划阶段兵力部署和调用难度,以及作战任务过程中兵力运用复杂度也将随之增加,对指挥参谋人员决策也将提出更高要求[8]。为度量航空兵力出动成本对指挥决策效果带来的影响,设计如下评估模型:

Ncij为我方第i型航空兵执行第j类任务实际出动兵力规模。

2.2 单型航空兵力规模控制策略变化下的轮换推演实验

以基准兵力规模编组控制策略作为单型航空兵力规模控制策略变化下的轮换推演实验起点,选取较为合适的单型兵力规模变化区间,运用计算机仿真推演系统对单型装备规模变化下的作战行动进行推演实验,获得单型航空兵力规模变化对应的战果数据,即作战推演输出。

基于作战推演输出,运用指挥决策效果评估模型分析计算不同规模编组控制策略对应指挥决策效果值J。依据指挥决策效果评估标准,选取最小值所对应的该型航空兵力规模即为该型航空兵力规模较优控制策略点。相关实验准则与要求包括:

1)每个兵力规模控制策略对应的作战推演战果数据考虑采用多次推演实验求平均值的方式获得,以保证结果可信度,减小系统误差。

2)当任务完成判断因子F=0时,该兵力规模控制策略将作为任务未完成的无效样本被剔除,该样本条件下的作战推演实验随即中止。

3)当采用指挥决策效果评估模型计算得到的J值相同情况下,按照战斗损失综合评价因子S2、出动成本综合评价因子S3、任务完成效果综合评估因子S1的优先级顺序对相应计算值进行比较,由此进一步对比寻优对应的兵力规模编组控制策略。

2.3 基于较优规模编组控制策略集的航空兵力规模需求推演分析

依据推演获得的单型航空兵力规模较优控制策略点,采用正交实验法构建多型航空兵力较优规模编组控制策略集。在此基础上,依据实验准则与要求,再次运用计算机仿真推演系统和指挥决策效果评估模型进行推演分析评估,找出航空兵力最优兵力规模编组方案,即得到该战斗任务下航空兵力规模需求。

按照此方法,对战役任务下多个战斗进行推演分析,得出对应所需航空兵力规模需求。在此基础上,按照战斗到战役兵力规模需求综合集成的总体思路,计算得到战役任务所需海军航空兵力规模需求。

3 实例分析

作者以A方多型海军航空兵联合突击B方护航运输船队战斗为基本想定,运用基于作战推演的航空兵力规模需求分析方法对所需兵力规模进行分析。

基本想定:A方为进一步切断B方海上交通运输线,决定利用前沿机场部署待战的E型歼击轰炸机、F型轰炸机对B方将要进入C港的护航运输船队实施快速协同突击,打击重点为担负护航任务的B方1艘驱逐舰、7艘护卫舰。考虑作战海域在B方岸基航空兵制空作战范围内,在突击过程中,A方派出D、G型歼击机位1#、2#空域执行巡逻待战任务,听令分别对E型歼击轰炸机、F型轰炸机实施护航。

根据上级命令和指挥参谋人员群策研究,将任务目标确定为:至少击沉驱护舰各1艘、击伤护卫舰2艘。基准兵力规模编组控制策略为:E型歼击轰炸机、F型轰炸机各4架,挂载远程空舰导弹执行对海突击任务;D、G型歼击机各4架,分别掩护E型歼击轰炸机、F型轰炸机实施突防打击。

3.1 指挥员决策效果评估模型设计

1)任务完成效果综合评价因子J评估模型设计

综合B方目标性质和担负的任务不同,指挥人员在综合研判分析基础上,给出了如表1所示B方不同舰艇遭不同程度毁伤对A方任务完成效果提升影响值。

表1 B方舰艇毁伤对A方任务完成效果提升影响值

根据任务完成效果综合评价因子S1评估模型设计,代入得到如下S1计算公式:

S1=F·(1+N驱沉·0.5+N驱伤·0.3+N护沉·0.3+N驱伤·0.1)

2)战斗损失综合评价因子S2评估模型设计

①确定机群战术价值权重Vij

在该战斗任务中,各型机分别只担负1类作战任务。据此,在综合分析参战兵力类型和所担负具体任务基础上,指挥人员基于作战经验和对作战任务的理解,采取9级标度规则对E型歼击轰炸机机群、F型轰炸机机群、D型歼击机机群、G型歼击机机群重要性进行两两比较,得到机群价值判断矩阵C，如表2所示。

表2 机群价值判断矩阵

在此基础上,运用求和法求解得到列的规范化矩阵:

据此,计算得到各机群战术价值权重为V=(0.42,0.42,0.08,0.08)。

②确定单架机战术价值权重Pij

基于各机群战术价值权重,进一步计算得到各型机单机战术价值权重Pij，如表3所示。

表3 机群-单机战术价值权重对应表

根据计算得到的单机战术价值权重,代入战斗损失综合评价因子S2评估模型得到下式:

S2=NSD·0.02+NSE·0.105+NSG·0.02+NSF·0.105

3)出动成本综合评价因子S3模型设计

根据分析得出的单机战术价值权重,代入出动成本综合评价因子S3评估模型得到下式:

S3=NCD·0.02+NCE·0.105+NCG·0.02+NCF·0.105

4)影响权重ω1、ω2、ω3计算

综合比较任务完成效果综合评价因子S1、战斗损失综合评价因子S2、出动成本综合评价因子S3对指挥员决策效果J影响,指挥人员基于作战经验和对作战任务的理解,采取9级标度规则对上述因素进行重要性的两两比较,建立得到如下指挥参谋人员对各综合评价因子关注度判断矩阵C如下，如表4所示。

表4 指挥参谋人员对综合评价因子关注度判断矩阵

运用求和法求解,可得到列的规范化矩阵:

据此,计算得到如下判断矩阵权重系数,即任务完成效果综合评价因子S1、战斗损失综合评价因子S2、出动成本综合评价因子S3对指挥员决策效果J影响权重ω=(0.11,0.63,0.26)。

5)指挥员决策效果评估因子J设计

根据计算得到的指挥员决策效果评估模型和任务完成效果综合评价因子S1、战斗损失综合评价因子S2、出动成本综合评价因子S3对指挥员决策效果J影响权重,代入得到如下该战术行动下指挥员决策效果评估因子J计算公式:

J=-S1·0.11+S2·0.63+S3·0.26

3.2 单型兵力规模变化下的轮换推演实验

以E型机规模因素实验为例,通过大样本作战仿真推演,并运用指挥员决策效果评估模型对战果与作战目标满足度进行分析计算,得出如下单型兵力规模控制策略变化对指挥决策效果的影响曲线。由此,寻优得到E型机规模8架与11架为参加正交实验的单型兵力较优规模控制策略点，如图1所示。

图1 E型机规模与指挥员决策效果评估因子J间关系

采用同样方法继续对D、F、G型机进行单型兵力规模变化下的轮换推演实验,获得以上三型兵力规模较优控制策略点:

D型机:11架和12架;

F型机:8架和12架;

G型机:10架和12架。

3.3 规模需求多因素正交实验分析

基于单型兵力较优规模控制策略点,选择L4(24)正交表设计表5所示正交实验方案。据此,再次开展基于作战推演的规模需求分析,得到如表6所示战果及指挥决策效果评估数据。

表5 正交实验方案表

表6 推演战果及指挥决策效果评估值

基于正交实验数据,综合分析可得方案1为最优兵力规模编组控制策略集。据此可得,8架E型歼击轰炸机、11架D型歼击机、8架F型轰炸机、12架G型歼击机的为执行该战斗任务较为合理的航空兵力编组方案。

4 结束语

基于作战推演的航空兵力规模需求分析方法较好结合了计算机作战仿真推演信息化程度高、能够反映作战行动细节,以及作战指挥效果评估解析法计算简便快捷、与参谋指挥人员运筹决策关联性强等优势,较适合用于对抗激烈任务下作战使用及配属关系较为复杂兵力规模需求分析。通过该方法的运用,能够较好增强指挥参谋人员在作战指挥筹划阶段对作战过程的直观认识和对分析结果的理解,为海军航空兵兵力运用方案设计提供了一种较好的量化方法手段支撑。