美“海上一体化防空火控”体系发展及对抗思路分析*

宫尚玉,陈 亮,王月悦

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏 扬州 225101)

0 引 言

为应对不断变化的空中威胁,加强海上区域防空能力,美国海军在“网络中心战”思想的指导下,提出并建设“海上一体化防空火控”(Naval Integrated Fire Control-Counter Air,NIFC-CA)体系,通过开放式体系的软件升级和系统工程方法,将新型传感器、先进数据传输网络、中远程防空反导武器综合于一体,构筑一体化、分布式、多层次的“探测-跟踪-火控-打击”体系。

作为美国海军一体化防空反导(Integrated Air and Missile Defense,IAMD)的重要组成部分,NIFCCA体系有助于形成统一的防空反导态势图,共享战术图像和武器系统,最大限度地利用所有的武器,采取最佳的发射装置拦截最适当的目标,有效提高了美海军航母编队的超视距态势感知和一体化防空反导力量[1]。NIFC-CA作战体系较现有综合防空系统性能有极大提升,对传统的空中电子进攻体系带来了新威胁。本文在简要介绍NIFC-CA项目背景、体系组成与功能、典型作战场景和发展方向基础上,提出针对NIFC-CA的体系对抗思路。

1 NIFC-CA发展概述

1.1 项目背景

20世纪90年代以来,远程巡航导弹和新一代反舰导弹不断发展并加速向更多国家扩散,对海军编队防空体系提出了新的挑战,来袭目标更难于探测,防御纵深被压缩,跟踪、交战时间非常短促,外推拦截武器的首次拦截距离从而增加拦截次数、提高拦截成功率成为一种解决思路。为此,美国海军提出了超视距拦截的思想,并逐步明确为NIFC-CA体系概念。从2002年开始,NIFC-CA正式发展成为一个基于能力的、可互操作的系统之系统(System of System,SoS)开发项目,根据其任务目标将原本集于一身的防空反导杀伤链进行解耦,让不同的系统各司其职,利用现有和新兴技术对各个组分系统升级优化,最终集成到NIFC-CA体系之中,进行杀伤链试验。

在NIFC-CA体系概念发展和系统集成定义过程中,美国海军把改进研制的协同交战能力(Cooperative Engagement Capability,CEC)系统、E-2D “先进鹰眼”预警机、基线升级的“宙斯盾”(Aegis)系统、联合对地攻击巡航导弹防御用网络传感器系统(Joint Land Attack Cruise Missile Elevated Netted Sensor System,JLENS)和“标准-6”主动雷达末制导防空导弹等确定为体系能力形成关键支柱子系统,也是NIFC-CA作为体系的基本作战单元,如图1所示。在此基础上通过系统集成的理念和工程实践以及数十次的实弹测试,充分验证了体系超视距防空拦截甚至打击有效性,逐步在美航母编队进行作战部署,构建起以传感器管理、武器管理和链路管理为基础的新型分布式、网络化、要素级编队防空反导作战体系[2]。

图1 NIFC-CA体系关键组成

1.2 体系组成与功能

美军起初设想通过NIFC-CA构建“空中杀伤链”(From the Air,FTA)、“海上杀伤链”(From the Sea,FTS)和“陆上杀伤链”(From the Land,FTL)等三条杀伤链。“海上杀伤链”是现阶段NIFC-CA系统工程集成与试验的重点,也是唯一实现作战部署杀伤链。该条杀伤链主要由E-2D“先进鹰眼”预警机、“宙斯盾”基线9、CEC系统、JLENS浮空器系统和“标准-6”导弹组成,其中JLENS浮空器系统2015年在海上杀伤链构成中被取消。

E-2D预警机凭借其强大的态势感知、战场管理和多传感器数据融合能力,在NIFC-CA能力中充当体系远端的传感器(预警探测)、通信中继和指控中心节点,是NIFC-CA能力的核心。在NIFC-CA能力框架下,E-2D预警机能够与其他作战单元实现信息共享,生成的复合目标指示信息能够实时传送至舰载武器系统,从而达到一体化防空火控的目标。

“宙斯盾”系统在NIFC-CA中首先扮演的是传感器的角色,宙斯盾舰载雷达可以辅助前出的E-2D对潜在目标进行跟踪。同时,“宙斯盾”舰传感器数据在CEC系统编织的传感器网络中与其他节点的传感器实现信息共享。其次,“宙斯盾”舰充当着NIFC-CA打击链中的射手,因为“标准-6”导弹就搭载在“宙斯盾”舰的垂直发射系统中。“宙斯盾”系统从“基线9”开始采用了开放式体系化结构设计,引入了NIFC-CA能力,实现多传感器组合联网、协同跟踪和基于第三方雷达数据进行拦截等能力。

CEC系统本质上是一种网络化作战系统,安装该系统的任何一个作战平台或探测平台都是网络的一个节点。在NIFC-CA体系中,CEC将航母编队中各作战单位的探测、指挥控制、武器等系统连成网络,负责其中的网络数据协同处理、分发与传输,使其具备协同探测、目标跟踪、航迹合成等功能,从而实现信息共享,统一协调战斗行动。

“标准-6”导弹是美国海军NIFC-CA网络的主要打击武器,导弹通过集成弹载数据链技术、协同作战技术,可作为网络中的一个节点。“标准-6”导弹既可以由本舰的雷达来进行目标照射与制导,也能够由安装了CEC 系统能力的其他舰艇或者飞机(例如E-2D)来完成超视距目标的火控数据,从而实现超视距拦截。

NIFC-CA 正是将原本必须固定在一个火力平台上的探测系统、火控系统和武器系统分解成信息网络中的不同功能节点,由分散在不同陆海空天平台的上述系统以共享数据、协同指挥、协同制导协同的方式来完成超视距探测、超视距发射、接力制导、超视距拦截等传统火力平台无法实现的作战功能,大大扩展了单舰、编队防御范围,构建了编队内分布式“探测-跟踪-火控-打击”的防空反导作战体系。

1.3 NIFC-CA作战场景

NIFC-CA体系能力的形成涉及以下分布式态势生成技术、分布式打击决策技术、软硬武器协同共用技术、多链信息分发与管理技术等关键技术,目前可以支持远程精确目标提示、远程数据发射、远程数据交战、平台接力交战、远程火控交战、最佳射手选择等六种工作模式[3]。为打破反介入/区域拒止(Anti Access/Area Denial,A2/AD),美海军设计了一种动用舰载机联队所有类型飞机的更为复杂的作战场景,极大地提高了美国海军的防空反导和超视距打击能力。

图2所示为一种复杂的防空反导作战场景。在该场景之下,NIFC-CA利用数据链为每一艘舰船和每架飞机提供战斗全景图。两架E-2D是NIFC-CA的中心节点,利用“战术目标网络技术”、Link 16或“并行多网-4”实现打击群与航母编队、打击群飞机之间的互联。联合攻击战斗机F-35C利用其隐身能力深入到敌方空域并利用其传感器收集情报、监视和侦察数据。EA-18G“咆哮者”电子战飞机利用F-35C提供的数据确定敌方陆上与海上的雷达辐射源,通过下一代干扰机进行远程干扰,降低预警雷达作战效能。当F-35C探测到目标时,将航迹传递给E-2D,同时将这些信息传递给F/A-18E/F“超级大黄蜂”或其他F-35C。F/A-18E/F战斗机将尽可能深入到被重点争夺的空域,然后发射远程弹药。攻击飞机在发射导弹后并不需要控制导弹,因为可通过E-2D接收的目标数据引导导弹。无人飞机UCLASS利用空中加油及本身的ISR传感器延伸其打击能力。

图2 防空反导作战场景

1.4 NIFC-CA体系未来发展

NIFC-CA采用开放式的体系结构,便于新平台和新系统的纳入。经过近20年的发展,初始形态的NIFC-CA体系组成与现今的组成已大不相同,其最新构型如图3所示。

图3 NIFC-CA体系的最新构型

“宙斯盾”作战系统经历“基线9”以及未来“基线10”升级,为NIFC-CA体系提供更先进的作战资源管理能力、一体化防空反导任务规划能力以及一体化火控能力。“宙斯盾”系统的平台也扩展至航母、DDG-1000和未来装备一体化防空反导雷达的新型水面战舰。侦察节点引入F-35C多任务作战飞机,履行情报、监视、目标截获和侦察职责,减轻E-2D预警机的工作负担,利用F-35C的隐身能力和强传感器能力进一步拓展体系感知范围。打击功能上,增加了F/A-18E、F-35C作为空中的攻击平台,升级“标准-6”赋予其GPS 制导功能,计划配备LRASM超远程重型隐形反舰导弹,以增强对海面、陆地目标的打击能力。同时还增加了电子战飞机EA-18G为前出的隐身平台和F/A-18E提供远程支援干扰,空中加油机UCLASS提供更持久的续航和额外的监视。未来NIFC-CA分布式作战方案在把F-35、EA-18G、F/A-18E等前出节点纳入系统基础上,还会增加无人机(蜂群)、前出的隐身战斗机等信息节点,进一步获取高品质传感器数据,提升系统火力和远距作战能力,具备多平台感知协同化、打击远程化、分布式协同作战等特征。

目前NIFC-CA体系主要用于一体化防空反导,随着NIFC-CA武器系统性能和空中信息节点能力跃升,更多的防空、对海、对陆、反潜作战单元都会通过NIFC-CA而联系到一起,纳入系统拓展火控网,所有平台获取的信息通过传输汇总形成对战场态势的全面了解,通过武器系统协同智能化作战,各武器系统作用得到拓展,形成体系化作战优势,可用于全作战域的海上火力集成,具备反舰、对陆、对空、对潜等多任务作战能力。根据DARPA对马赛克战规划和设想,马赛克战的发展将分为四个阶段,分别是分布式杀伤链阶段、复杂体系系统阶段、自适应杀伤网阶段和最终的马赛克战阶段。NIFC-CA 作为分布式杀伤链的典型使用样例,将支撑美军算法可编配、任务可重构的跨域协同打击能力的体系化演进,进一步推动美国海军“分布式杀伤”概念深入发展和马赛克战作战概念的实践。

2 NIFC-CA体系能力和对抗思路分析

NIFC-CA作战体系实施后,通过组合利用现有陆海空天多平台传感器和武器系统形成全域传感网络,全面收集战场信息,同时借助兵力的分布式部署和灵活组合运用特性实现超视距打击作战意图,突出电磁空间的控制能力,强调探测、打击要素的高度综合化与协同化,较现有综合防空系统性能有极大提升。由于是一种观测、目标指示、导弹发射、导弹引导节点分离的分布式杀伤作战系统,传统电子对抗已经难以适应NIFC-CA系统对抗要求。

国内对NIFC-CA体系的研究多为综述:文献[3-5]重点围绕NIFC-CA概念、组成、作战模式及运用、发展前沿与方向进行了介绍与分析;文献[6]分析了NIFC-CA三大杀伤链对美军杀伤网构建的支持与增益;文献[7]将NIFC-CA纳入到美军联合火力指挥控制系统进行研究,分析了美军联合火力运用特点,认为通过类似NIFC-CA的一体化指挥信息系统实时协调控制可以将OODA杀伤链时间从小时量级压缩至分钟量级,满足对机动目标或重新定位目标实施快速精确攻击要求;文献[8-9]将NIFC-CA纳入美军协同交战能力系统进行研究,分析了美军协同交战系统演变历程、发展特征及发展趋势,认为NIFC-CA 系统是CEC 系统的进一步延伸与拓展,是美军当前协同能力的代表;文献[10]分析了NIFC-CA对传统空中电子进攻体系构成的挑战,从“察、扰、打、评”四个环节提出了空中电子进攻能力发展建议。

为应对NIFC-CA这样的体系作战对象,本文从以下四个方面提出针对NIFC-CA的体系对抗思路:一是提高自身体系认知效能与防御能力,比如加强自身的侦察能力和提高隐身水平,做到先敌发现,加强自卫;二是以“体系割裂、各个击破”思想为指导,完善自身体系要素,提高空中电子进攻体系化建设和进攻的针对性,加强与其他作战能力的协同运用;三是研究战术与战役压制策略,提高体系破击的效能;四是“以快制快”,建立起快速闭环的作战体系,重点发展智能化电子对抗技术。

2.1 提高认知效能,加强隐身防御

快速精准地获取战场态势是NIFC-CA体系作战决策和行动的基础,也是我方提出对抗思路的出发点。在提高我方分布式认知效能方面,需要利用有源无源多种侦察手段的协同,扩展战场感知的范围、细化战场感知的粒度。建立信息共享途径,实现信息的全网快速分发,统一战场认知。对于前出收集ISR信息的NIFC-CA传感器节点的位置和工作状态进行及时全面的掌握并且在协同网络中完成分发,做到“先敌发现”,在对手战术任务尚未完成之际启动应对措施[4]。提升防御能力方面,由于NIFC-CA体系的关键节点是E-2D预警机,作战飞机要实现综合隐身必须避免被预警机探测发现。飞机可以采用综合隐身防御手段,例如采取雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)尖峰规避技术,调整RCS值最小的方向对着威胁雷达,保证压缩预警雷达的探测距离,达到航路规避的目的;采取射频隐身技术包括雷达信号隐身、通信导航信号射频隐身技术,压缩预警雷达探测距离,强行开辟隐身突防通道;采取射频隐身功率控制技术,在保证不影响飞机任务性能的前提下,尽可能降低飞机辐射信号功率,保证飞机不被预警机上的无源探测系统发现[5]。

2.2 体系破击,降维作战

体系破击思想是通过削弱和破坏因体系建设而形成的信息优势、火力优势,将其拉回到传统单平台的独立作战水平,从而实现降维降级的作战目的。对敌方网电体系采取体系破击手段,即先使其“破网断链”,然后针对单平台各个击破,大幅降低体系作战效能直至体系失效,达到“破体、降能、失效”。NIFC-CA是美军体系化防空反导的初级形态,其对预警探测、态势感知核心传感器具有高度的依赖性,可以采取分布式协同防御手段,对以上目标进行分配并协同干扰资源在时域、空域、频域、能量域上的调度,分层次进行远距离支援干扰、近距离支援干扰和协同空射诱饵干扰等,一旦承担预警探测、指控、作战管理等功能的中央节点受损或瘫痪,NIFC-CA体系能力也随之会遭到极大削弱。

具体而言,E-2D预警机本身是一个密集的电磁收/发平台,在高威胁和高对抗强度环境下生存能力较弱,对其进行针对性电磁与火力打击则会产生明显的作战效果。“宙斯盾”系统的AN/SPY-1D雷达探测主瓣很窄且采用了旁瓣消隐与对消技术,但在干扰机距离很近的情况下,干扰信号可以直接进入该雷达主瓣范围内,不论是大功率干扰还是假目标欺骗均更加容易实施。可以通过释放大量的空射诱饵迷惑“宙斯盾”防空系统雷达,每个空射诱饵生成多个逼真目标,实施饱和电子攻击,诱使敌雷达开机,消耗防空导弹数量;或者在较小时间窗口内,运用反辐射导弹、新概念武器,组合形成作战任务能力包对敌方E-2D、“宙斯盾”系统等高价值目标实施集中饱和式攻击,迅速瓦解NIFC-CA作战体系的核心节点从而是使对手作战能力降级。针对NIFC-CA体系过度依赖无线通信数据链路的特点,研究NIFC-CA指挥信息链路、协同交战数据通道的短板,运用通信对抗和网络攻击手段,破坏NIFC-CA体系通信手段组成的数据处理与传输系统,使敌“传不了”“传不快”[6]。要实现上述作战目的,必须构建以协同装备能力提升为基础、以协同控制为核心的协同网电对抗体系,独立控制电磁空间,协同控制火力空间。

2.3 合理运用战役和战术压制手段

当前,对敌防空体系实施联合压制作战的行动样式主要包括两方面:一是战役性联合压制,针对敌防空系统全域实施先发式、整体性的压制作战行动,全面削弱敌防空体系的作战效能;二是战术性联合压制,针对某些特定作战区域采取反应式、局部性的压制作战行动,获得局部空中优势。空中电子进攻方采取合理的战役性和战术性联合压制策略至关重要。研究表明[7],战术性联合压制作战中使用电子攻击手段要优于使用火力打击手段,但若敌我实力对比“势均力敌”或“敌强我弱”,应以火力打击为主、电子攻击为辅,先实施“战役性联合压制”以摧毁敌30%的关键节点,使敌防空体系迅速“崩塌”,而后在各空中进攻行动中,均保持实施“战术性联合压制”以确保空中进攻安全。基于NIFC-CA体系中的E-2D预警机和F-35C隐身战机干扰较难实现的现状,宜采取先战役压制后战术压制的“体系破击”方式,优先使用火力打击手段先对E-2D、F-35C等关键作战单元实施战役摧毁,削弱和破坏对手的信息优势、火力优势。

2.4 智能化电子对抗实现体系作战快速闭环

在干扰敌方认知优势、降低敌方认知全面性与准确性方面,可采取“以快制快”的体系对抗思路。从组成上看,NIFC-CA体系基于CEC等网络数据链,构建的分布式探测-跟踪-火控-打击防空拦截链本身缺乏动态性,体系闭环效率受战场复杂度影响大[8]。在美航母编队的网络化、分布式作战体系中,其态势融合、决策支持处理效率随着感知信息数量的增加呈指数形式下降,因此利用智能化电子对抗手段加快我方闭环效率,迟滞NIFC-CA体系中航母编队、预警机、战斗机、电子战飞机等作战平台的传感器系统、电子战系统、武器系统的网络化观察-判断-决策-行动环路,通过智能化“以快制快”是实现NIFC-CA体系破击的重要思路之一。智能化电子对抗装备是一种广泛采取人工智能技术,通过态势感知、数据挖掘、逻辑推理、知识积累、机器学习、资源管控与调度模拟人脑实现对复杂电磁环境的自主感知、分析推理、自主进化、灵活决策、自主协同的电子对抗装备。从体系层面考虑,应对NIFC-CA的体系化防空反导作战对象,需要快速选择合适的作战资源与作战模式,通过陆海空天网络等域或跨域的敏捷协同,实现“侦攻防控保打评”行动的敏捷控制,离不开智能化;从装备层面考虑,通过装备智能化水平的提升,加速OODA 环路效率,进而加速整个环路循环效率;通过装备分布式部署,将作战体系“隐藏”在整个作战空间,实现己方典型的闭环时间从目前的数天到分钟/秒级的压缩,从而比威胁目标的OODA环路速度更快。总之,智能化电子对抗体系可以加快空中电子进攻响应,大大加速针对NIFC-CA的体系对抗OODA闭环速度,牢牢掌控战场的主动权。

3 结束语

美军NIFC-CA体系建设以超视距拦截和打击作战需求为牵引,自2002年正式启动至今已完成了海上杀伤链部分的系统定义、性能评估和集成测试,2015年在“罗斯福”号航母上形成初始作战能力,标志着美海军编队网络化协同防空反导作战体系更趋完善;现阶段正在美航母战斗群中广泛推进部署,并不断推陈出新,发展新构型,以实现更大范围和更具灵活性的一体化防空反导作战。空中电子进攻力量应从体系对抗角度出发,进一步深入开展针对NIFC-CA的体系作战研究。