石劍琛

(海軍裝備部，北京 100071)

0 引言

美國轉向“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對抗的核心平臺轉變?yōu)樽笥谊懮暇謩莺蛯﹃懮峡v深及近海進行打擊的作戰(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)組成相對復雜。

目前，美國在役航母共11艘，主要作為編隊旗艦或編隊指揮中心和編隊空中作戰(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，具備超強的編隊內外連通和指揮能力，主要配備先進的自衛(wèi)武器系統(tǒng)。美國航母作戰(zhàn)系統(tǒng)在設計思路上尤為注重發(fā)揮自防御能力、編隊指揮能力、編隊內外信息傳輸能力、情報信息處理能力以及空中指揮與控制能力。

1 美國航母作戰(zhàn)系統(tǒng)

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)、航空數據管理與控制系統(tǒng)以及指揮與情報保障系統(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。航空數據管理與控制系統(tǒng)為航母提供航空作業(yè)規(guī)劃和執(zhí)行功能，為艦載機起降提供保障。情報與指揮保障系統(tǒng)為航母提供強大的編隊作戰(zhàn)指揮信息保障能力。

1.1 航母自防御系統(tǒng)

鑒于在編隊中的特殊分工(僅作為編隊旗艦或指揮中心和編隊空中作戰(zhàn)力量基地)，加上航母本身是高價值平臺，必須能應對現代反艦導彈威脅，航母必須要具備很強的自我防御能力，配備很先進的自防御系統(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)能實現航母自動化的分層防御，從近程到遠程分別使用近程武器系統(tǒng)(CIWS)、“海麻雀”、“標準－2”、近程及遠程有源/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、數據鏈等內外聯通手段實現對編隊內資源的綜合利用?？傊苑烙到y(tǒng)在很大程度上加速了航母從發(fā)現威脅到交戰(zhàn)這一過程，提升了航母自衛(wèi)能力。

2)編隊協(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)能力實現本艦和編隊探測數據的合成，形成編隊中所有平臺一致共享的目標態(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，擴展航母及編隊防御覆蓋范圍，有效提升編隊協(xié)同防御能力。

協(xié)同作戰(zhàn)能力系統(tǒng)可與編隊中每艘裝備有協(xié)同作戰(zhàn)能力的艦艇指控系統(tǒng)和武器進行接口，使航母編隊成為一個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)能力是實現編隊協(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”。它能對貫穿整個航母編隊防空作戰(zhàn)過程中的實時和近實時數據進行處理，最終為航母編隊所有作戰(zhàn)平臺提供完整、精確、清晰、一致的目標實時航跡。

3)水下魚雷防御能力

借助艦艇魚雷防御系統(tǒng)(SSTDS)，航母實現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)。

1.2 航空數據管理與控制系統(tǒng)

航空數據管理與控制系統(tǒng)(ADMACS)在航母全艦范圍內實現所有航空作業(yè)相關數據的融合、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)高度與身份數據顯示系統(tǒng)(DAIR)、“塔康”戰(zhàn)術導航系統(tǒng)、自動化航母著艦系統(tǒng)(ACLS)、聯合精確進場著艦系統(tǒng)(JPALS)、光學助降系統(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場階段和著艦階段。進場由AN/URN－25“塔康”戰(zhàn)術空中導航系統(tǒng)和SPN－43C航母進場雷達控制。其中，AN/URN－25為飛機提供無線電返航的方位和距離信息;SPN－43C雷達將歸航的飛機引導到距航母艦尾7～93 km間某集合點處，安排飛機著艦優(yōu)先次序，然后再將其引導至距航母7 km處的著艦雷達捕獲窗處。自動著艦系統(tǒng)艦上包括精確進場著艦系統(tǒng)(PALS)以及儀表著艦系統(tǒng)(ICLS);艦載機部分包括自動化駕駛儀、數字數據通信設備、信號接收與譯碼組件、雷達信標、進場功率補償裝置、姿態(tài)基準指示器、離散信息指示器、報警分度器面板、進場分度器。

2)光學助降系統(tǒng)

光學助降系統(tǒng)是電子助降的必要補充，保障艦載機近距范圍內的精確著艦，有效作用距離在2.3 km以內，主要用于為固定翼飛機進場著艦提供更精確的下滑航路光學指示信息，指示飛行員從合適的攻角進場著艦。

3)氣象保障系統(tǒng)

氣象保障系統(tǒng)的核心是MORIAH數字測風系統(tǒng)，在航母上能對航母及編隊周圍氣象環(huán)境進行測量與預報，為艦載機起降提供氣象保障。氣象保障系統(tǒng)主要由溫壓、濕風、能見度、臺風等感知系統(tǒng)，數據處理系統(tǒng)，數據傳輸系統(tǒng)及產品預報與顯示系統(tǒng)等組成。

4)艦載機專用通信與指控系統(tǒng)

艦載機專用通信與指控系統(tǒng)主要包括艦載機起降專用導航與通信和艦載機任務規(guī)劃與指揮控制2個部分。艦載機起降專用導航與通信為飛機提供無線電返航的方位和距離信息，為艦載機進場著艦提供甲板對準、數據處理與傳輸等功能;艦載機任務規(guī)劃與指揮控制可以對飛機進行指控，提供自動指控和決策支持功能，提供飛機航路規(guī)劃，進行目標威脅評估，提供精確的武器規(guī)劃，同時向飛機提供裝載任務數據的接口等。

1.3 航母指揮與情報保障系統(tǒng)

1)航母情報保障系統(tǒng)

航母情報保障系統(tǒng)主要由內外通信分系統(tǒng)和情報搜集分析系統(tǒng)組成。其中，內外通信包括由綜合艦載網絡系統(tǒng)(ISNS)為主要架構的本艦密級分層局域網、衛(wèi)星通信接口、岸基局域網組成;情報支持系統(tǒng)由各種戰(zhàn)場情報信息搜集和評估系統(tǒng)組成。

①內外通信分系統(tǒng)

綜合艦載網絡、自動數字網絡、海上聯合軍種地區(qū)信息交換系統(tǒng)(CENTRIX)構成了美國航母及編隊信息系統(tǒng)內外互聯信息基礎設施的基本架構，如圖2所示。綜合艦載網絡為航母提供可靠、高速的機密、秘密和非密局域網，是航母本艦作戰(zhàn)信息傳輸分發(fā)的基礎;自動數字網絡是實現航母本艦內外信息連通的關鍵;而海上聯合軍種地區(qū)信息交換系統(tǒng)是實現岸?；ヂ摶ネǖ幕A。

為實現航母內外連通、支持情報信息收發(fā)，航母上共裝備了100多部無線通信天線終端，包括海上聯合戰(zhàn)術終端、全球廣播系統(tǒng)、通用數據鏈系統(tǒng)、聯合戰(zhàn)術無線電系統(tǒng)、海軍多波段終端、艦上多功能信息分發(fā)系統(tǒng)、艦艇信號辨析設備增強E型、衛(wèi)星通信接收機、數字模塊無線電、戰(zhàn)術多碼交換機等。

圖2 美國航母及編隊內外連通信息基礎設施示意圖Fig.2 The schematic information flow between inside and outside of US aircraft carrier and formation

②情報搜集分析系統(tǒng)

航母情報搜集分析系統(tǒng)主要包括海上戰(zhàn)區(qū)損傷信息系統(tǒng)、氣象數據接收終端、模塊化自動通信系統(tǒng)、國防報文發(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，進行接近實時的收集及評估并發(fā)布損傷信息，并在戰(zhàn)術圖像上對部隊狀態(tài)做出評估。氣象數據接收終端能在3 min內從衛(wèi)星上接收氣象數據，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)用于為多個用戶提供自動電子通信服務。國防報文發(fā)送系統(tǒng)具有報文、索引和管理功能。全球廣播系統(tǒng)是一種虛擬的雙向網絡，通過向用戶進行廣播，提供高速、大量的單向信息流，保障態(tài)勢感知、武器目標瞄準、情報及國土防御。

2)航母及編隊指揮系統(tǒng)

航母及編隊指揮系統(tǒng)以全球海上指揮控制系統(tǒng)、戰(zhàn)術旗艦指揮中心/聯合指揮中心(TFCC/JOC)、海軍戰(zhàn)術指揮保障系統(tǒng)(NTCSS)等為主要支持，統(tǒng)籌編隊、戰(zhàn)區(qū)和聯合部隊層次上的作戰(zhàn)信息，實現互操作和網絡化作戰(zhàn)指揮。航母編隊聯合指控可劃分為戰(zhàn)略、編隊、功能任務3個層次。

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)役情報信息，滿足決策指揮與控制需求。

編隊層面，以戰(zhàn)術旗艦指揮中心/聯合指揮中心為基礎，顯示和處理艦艇運動和位置數據、信號情報數據，并通過全球海上指揮控制系統(tǒng)傳輸的超視雷達跟蹤數據、天氣信息等，協(xié)助指揮官進行作戰(zhàn)方案編制、作戰(zhàn)資源協(xié)調和管理等。

功能任務層面，主要以航母反潛戰(zhàn)術支援中心(CV－TSC)、海軍分布式通用地面/水面系統(tǒng)(DCGS－N)為典型系統(tǒng)，保障航母及編隊反潛作戰(zhàn)以及對陸攻擊任務的執(zhí)行。其中，反潛戰(zhàn)術支援中心為航母及編隊提供實時的反潛指揮、控制和通信。

分布式通用對陸/對海作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)是美國航母及編隊最為主要的對陸攻擊指揮控制系統(tǒng)，為航母及編隊對陸攻擊提供情報、監(jiān)視、偵查數據發(fā)掘和分析能力，為對陸攻擊武器提供目標鎖定支持能力等。

圖3 美國航母反潛戰(zhàn)術支援中心及其內外連通示意Fig.3 US aircraft carrier antisubmarine tactical support center and information flow between inside and outside

2 美國航母作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展特點

2.1 以航空保障、情報與指揮保障為重點，注重三大功能均衡設計

國外海軍在航母作戰(zhàn)系統(tǒng)設計中將航空保障、情報與指揮保障、自防御三大功能作為3個非常重要的考慮因素，并從頂層上予以均衡和優(yōu)化設計。首先，作為“海上移動機場”，航母作戰(zhàn)系統(tǒng)必須具有很強的艦載機指揮與控制能力;其次，作為編隊指揮中樞，必然要求航母作戰(zhàn)系統(tǒng)具有一流的情報保障和指揮保障能力。因此，國外航母作戰(zhàn)系統(tǒng)在設計上，首先將前2項功能作為重點考慮因素。同時，為保證航母這個高價值“移動機場”能安全運行，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內其他平臺間的協(xié)同與配合問題。

2.2 以自防(防空)為重要設計考慮，注重編隊協(xié)同防空能力

樹大招風。正因為航母具有極為重要的角色和定位，也就自然成了編隊中的那顆“樹”，更成為敵方眾矢之的。因此，為保護航母自身的安全，其作戰(zhàn)系統(tǒng)的設計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，為了彌補自防御能力的有限和不足，國外航母作戰(zhàn)系統(tǒng)在設計時將編隊協(xié)同和聯合作為一個非常重要的能力補充手段，為實現航母及編隊由近及遠的分層防御提供可靠保障。

2.3 充分調研威脅，采用基于條令的自動化指控，提高系統(tǒng)響應速度

美國海軍在研究自防御系統(tǒng)的設計原則和原理時，首先分析了航母可能面臨的現代反艦導彈威脅，將這些威脅的各項技術指標作為系統(tǒng)設計的重要參考。在充分融合航母上所有雷達、光電、紅外、電子偵察、聲吶、敵我識別等傳感器數據的基礎上，基于人工智能輔助決策技術，自動調用海軍作戰(zhàn)條令庫中的條令，對目標進行實時跟蹤、識別，并引導武器實現自動化的交戰(zhàn)控制。MK 2版本的自防御系統(tǒng)已能在數秒甚至更短的時間內，調用全艦作戰(zhàn)資源，實現從目標發(fā)現到實施防御和攔截整個交戰(zhàn)過程。

2.4 以開放式體系結構為重要設計理念，提高系統(tǒng)可擴展性和可承受性

實現開放式體系結構的關鍵是構建通用核心計算體系結構和接口標準。近10年來，美國海軍制定了基于開放式體系結構計算環(huán)境(OACE)設計理念，采用符合OACE標準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處理器和網絡技術，將硬件接口、數據通信協(xié)議標準化，在物理架構上實現分布式，采用信息驅動、面向服務、基于構件、分層的體系結構，并注重系統(tǒng)的頑存性和容錯能力，在提高系統(tǒng)可擴展性的同時盡可能降低系統(tǒng)研發(fā)成本。

2.5 注重多平臺通用性，大量采用商用技術和產品，盡可能降低成本

國外海軍在發(fā)展航母作戰(zhàn)系統(tǒng)時，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)術指揮保障系統(tǒng)等在驅逐艦和巡洋艦上都有相應裝備。這種做法在減少航母作戰(zhàn)系統(tǒng)中相關設備種類的同時提高了航母與其他水面艦艇在作戰(zhàn)系統(tǒng)方面的“互聯互通互操作”能力。此外，通過在航母作戰(zhàn)系統(tǒng)中大量引進先進的商用技術和產品，進一步降低了系統(tǒng)研制成本，將更多的財力、物力和精力放到研制重點系統(tǒng)和設備之中。

2.6 注重充分的試驗驗證，提高航母作戰(zhàn)系統(tǒng)的可靠性

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險之一。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、試驗艦測試、實艦海試等試驗驗證工作。隨著未來海戰(zhàn)越來越傾向編隊聯合協(xié)同作戰(zhàn)，除單艦作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗測試之外，編隊協(xié)同試驗也成為世界各國研究的重點。美國目前已建立了較具規(guī)模的編隊作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)同陸地試驗場，可支持7艘水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的聯合互協(xié)作性試驗測試。此外，美國海軍還發(fā)展了自防御試驗艦，專門用于航母自防御系統(tǒng)的試驗驗證。

3 展望

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，在未來很長一段時間的發(fā)展重點將集中在如下幾個方面:

1)航母作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)與編隊內其他水面艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的互聯、互通和互操作水平將得到大幅提升。未來將重點解決全壽期內航母作戰(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)三者之間的聯系將更為緊密，實現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的海上聯合、協(xié)同精確攻防能力。

3)一批新技術的應用力度和廣度將得到進一步擴大，如全艦計算環(huán)境、云計算、多功能射頻集成、多源多傳感器信息融合、智能輔助決策、先進人機交互等技術。這些技術的大范圍應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。