魏 偉,邢 芳,陳選社,郭 強
(1.炮兵防空兵學院,河南 鄭州 450000; 2.陸軍軍醫(yī)大學醫(yī)務士官學校,河北 石家莊 050000)
2018年4月,在美英法聯(lián)軍對敘利亞的空襲行動中,從各種平臺上共發(fā)射了105枚巡航導彈,包括66枚BGM-109、19枚AGM-158 JASSM、8枚Storm-Shadow和12枚SCALP[1]。除了較老的BGM-109“戰(zhàn)斧”外,AGM-158 JASSM和Storm-Shadow/SCALP-EG都采用了雷達隱形設計。這是“JASSM聯(lián)合防區(qū)外巡航導彈”自2009年服役以來,首次在實戰(zhàn)中得到應用。
敘利亞憑借改進的S-125、S-200、S-75、“鎧甲S1”和“山毛櫸M2” 擊落了部分“戰(zhàn)斧式”巡航導彈。但從被摧毀的敘利亞科研中心廢墟中,找到了AGM-158 JASSM的殘骸,證實敘利亞現(xiàn)有防空武器攔截隱形巡航導彈的能力是有限的[2]。
某型地空導彈武器系統(tǒng)在研制開發(fā)時,參照的典型目標是BGM-109“戰(zhàn)斧”式巡航導彈[3],相對于“戰(zhàn)斧式”巡航導彈,AGM-158 JASSM的目標特性發(fā)生了變化,用攔截“戰(zhàn)斧”式巡航導彈的方法將不再適用于攔截JASSM等非典型目標。為此,本文將從目標特性變化對某型地空導彈攔截能力的影響因素入手,定量地得出某型地空導彈攔截非典型目標的運用規(guī)則。
非典型目標,是指同類目標中,在外形尺寸、飛行高度、最大速度、機動能力、輻射或反輻射特性和抗干擾能力等目標特性中,某一或多個方面有別于典型目標的目標。某型地空導彈可以攔截的目標包括:固定翼飛機、旋轉翼飛機、空地導彈和巡航導彈,本文將以巡航導彈中的非典型目標為主要研究對象。
下面以美軍最新投入實戰(zhàn)的AGM-158 JASSM作為非典型目標的代表,對比其與典型目標的目標特性差別,如表1所示。
表1 目標特性對比
某型地空導彈攔截能力體現(xiàn)在導彈單發(fā)殺傷概率、目標通過殺傷區(qū)時的可射擊次數(shù)、可抗擊的空襲密度以及對保衛(wèi)目標的掩護角和攔截正面寬度等[4]。目標特性變化對導彈攔截能力的影響因素具體體現(xiàn)如下:
1)目標的雷達發(fā)射截面積(RCS)和飛行速度是影響武器系統(tǒng)攔截能力的主要因素。RCS越小,雷達越難發(fā)現(xiàn)并穩(wěn)定地跟蹤目標,雷達半主動尋的導彈引戰(zhàn)配合效率越低,殺傷區(qū)的縱深將會受到壓縮,某型地空導彈對目標的可射擊時間和次數(shù)將減少;目標飛行速度越快,通過殺傷區(qū)所需的時間越短,可射擊次數(shù)將減少。被壓縮的殺傷區(qū)縱深將使一個火力單元的掩護面積、掩護角和掩護正面寬度減小。
2)目標的外形尺寸(長度、直徑和翼展)、飛行高度和制導方式是影響導彈單發(fā)殺傷概率的主要因素。導彈單發(fā)殺傷概率除目標特性外,還需結合武器系統(tǒng)制導精度、導彈戰(zhàn)斗部威力和武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗可靠性等因素,在此不予研究。
殺傷區(qū)縱深的大小決定了某型地空導彈的可射擊次數(shù)和配置間隔,研究殺傷區(qū)縱深受目標特性的影響是得出攔截非典型目標運用規(guī)則的基礎。
為使問題嚴謹并約束在研究范圍內,需作出如下假定:
1)某型地空導彈飛行彈道與機動性能、導彈戰(zhàn)斗裝置的性能和射擊條件恒定,不會因為目標特性的變化,而對殺傷區(qū)產(chǎn)生影響。
2)所研究的非典型目標為低空、超低空,且雷達反射截面積小于典型目標的隱身巡航導彈,對于高速隱身的空地導彈由于攻擊樣式不同于巡航導彈,殺傷區(qū)形狀區(qū)別較大,不在本文研究范疇。
3)電子干擾對雷達性能的影響,本文不予考慮。
4)制導雷達工作扇區(qū)內,地形平坦粗糙且無遮蔽物。
如圖1所示,某型地空導彈射擊平直等速飛行的目標時,導彈與目標遭遇時的交會角ψmt小于一定值(ψmt取值0°至90°)及相對速度vr大于一定值時,引信與戰(zhàn)斗部的配合效率較高。交會角與彈道的彎曲程度有關,彈道越彎曲,交會角越大,相對速度越小。當導彈速度越小時,相對速度也越小。隨著遭遇距離越小,導彈加速飛行的時間越短,遭遇時導彈的速度vm越小,相對速度vr就越?。欢译S著遭遇距離越小,彈道越彎曲,交會角ψmt越大,相對速度vr就越小。當遭遇距離小到一定值時,ψmt大于一定值,vr小于一定值,引信與戰(zhàn)斗部配合效率η就會很低,殺傷概率較低,用下式表征:
(1)
式中,Kj為比例系數(shù),從式(1)中看出,引戰(zhàn)配合效率在近界是遭遇距離(殺傷區(qū)近界斜距Dsj)的函數(shù),而Dsj是目標速度vt的函數(shù),當滿足η≥η0(η0為以一定概率殺傷目標的引戰(zhàn)配合效率)時,Dsj有一個最小值。
圖1 導彈相對運動速度及對應姿態(tài)
殺傷區(qū)的遠界受制導雷達穩(wěn)定跟蹤目標能力的影響,根據(jù)雷達方程,脈沖雷達在自由空間中的作用距離為[5]
(2)
另外,在防空戰(zhàn)斗中,制導雷達發(fā)現(xiàn)目標后,通常需要經(jīng)過一段射擊準備時間,才能發(fā)射導彈。發(fā)射后,經(jīng)過一段時間tz,導彈與目標遭遇。根據(jù)彈目交會的空間關系,在目標高度較低,航路捷徑較小的情況下,可以得出如下的關系:
Df≈Dsy+vt(tzy+tzhb)
(3)
式中,Dsy為殺傷區(qū)遠界斜距離;tzy為導彈從按下發(fā)射按鈕飛到殺傷區(qū)遠界的時間;tzhb為從制導雷達發(fā)現(xiàn)目標到做好射擊準備的時間。
由式(2)、(3)得出,殺傷區(qū)遠界Dsy與目標飛行速度vt和雷達反射截面積σ的近似關系式:
(4)
隨著目標速度的增大和雷達發(fā)射面積的減小,殺傷區(qū)遠界將按照式(4)的函數(shù)關系減小。
在高度一定的條件下,殺傷區(qū)的遠界點與近界點之間的距離,即為殺傷區(qū)縱深,用hs表示,即
hs=Ssy-Ssj
(5)
(6)
(7)
式中,Dsy和Dsj分別為目標通過殺傷區(qū)的遠界和近界時,某型地空導彈到目標的距離。從式(1)、(4)~(7),我們得到了殺傷區(qū)縱深關于目標雷達反射截面積(RCS)和速度的關系。
圖2 高度為H的殺傷區(qū)縱深示意圖
要保證連續(xù)發(fā)射的n發(fā)導彈都在殺傷區(qū)內與目標遭遇,就需要有一定的殺傷區(qū)縱深。參看圖2,能夠保證連續(xù)發(fā)射n發(fā)導彈的最大航路捷徑Pnmax。
(8)
式中,qmax為最大航路角,t為射彈間隔時間,當n=1時,即只發(fā)射一枚導彈時,航路捷徑P1max=dsysinqmax。
由式(4)和(8)可以得出,保證連續(xù)發(fā)射n發(fā)導彈的最大航路捷徑Pnmax是關于目標雷達發(fā)射截面積σ和速度vt的函數(shù)。最大航路捷徑的2倍,體現(xiàn)了一套某型地空導彈武器系統(tǒng)能夠攔截正面的寬度。當需對目標實施n次攔截時,多套武器系統(tǒng)的配置間隔就應不大于2倍Pnmax。
對典型目標進行攔截時,某型地空導彈配置間隔的主要制約條件是搜索車、制導車、指揮車和發(fā)射車的無線通信問題;發(fā)射彈數(shù)由單枚殺傷概率和效費比決定,通常不超過兩枚;對于發(fā)射時機,當目標低空來襲時,通常發(fā)現(xiàn)即攔截,盡遠射擊。
而對非典型目標進行攔截時,某型地空導彈配置間隔的主要制約條件將變?yōu)楸WC連續(xù)發(fā)射n發(fā)導彈的最大航路捷徑Pnmax。發(fā)射彈數(shù)也由于單發(fā)殺傷概率的降低而增加,并且由于殺傷區(qū)縱深的減小,有可能單層地空導彈無法完成發(fā)射n發(fā)導彈的任務,就需要根據(jù)計算結果進行多層布防。對此提出以下三點運用規(guī)則:
攔截策略包括對特定目標的發(fā)射彈數(shù)和發(fā)射種類。目標特性不同,單發(fā)導彈的殺傷概率P0是不同的,為了達到一定總攔截概率P,就需要在殺傷區(qū)縱深滿足條件的前提下,發(fā)射n發(fā)導彈。發(fā)射種類有單發(fā)發(fā)射、連續(xù)發(fā)射和組合式發(fā)射三種,依據(jù)目標威脅度、殺傷區(qū)縱深和彈藥消耗承受能力等因素綜合考慮進行選擇[7]。
我們以單發(fā)殺傷概率P0=04,總攔截概率P=08為例,列舉攔截策略、總攔截概率P和期望耗彈量n之間的關系,如表2所示。
表2 攔截策略、總攔截概率和期望耗彈量之間的關系
序號1、3、6和10為單發(fā)發(fā)射,序號2、4和7為連續(xù)發(fā)射,序號5、8和9為組合式發(fā)射,可見單發(fā)發(fā)射最節(jié)省彈藥,但是觀察射擊效果使射擊間隔t增大。所以攔截策略需在滿足總攔截概率P的發(fā)射彈數(shù)n的前提下,再選擇節(jié)省彈藥的發(fā)射種類。
對于本文所研究的非典型目標,目標反射信號較弱,穩(wěn)定跟蹤困難,而且引信啟動區(qū)也后移。如果導彈與目標在殺傷區(qū)遠界遭遇,引戰(zhàn)配合效率差,殺傷概率低。因此在滿足3.1要求的發(fā)射彈數(shù)所需時間的前提下,應壓縮發(fā)射導彈的距離,盡量將最后一發(fā)導彈與目標遭遇位置置于殺傷區(qū)近界,以提高每發(fā)導彈攔截概率。
圖3 確保發(fā)射n枚彈的配置間隔示意圖
綜上所述,某型地空導彈攔截非典型目標時的運用規(guī)則可以概括為:依據(jù)殺傷區(qū)縱深計算出單層火力單元發(fā)射n枚導彈對應的航路捷徑,依據(jù)單發(fā)殺傷概率確定需要發(fā)射彈數(shù),結合彈藥消耗期望值和殺傷區(qū)縱深大小再確定發(fā)射種類;以殺傷區(qū)近界處最后一發(fā)導彈與目標遭遇為準,推算發(fā)射第一發(fā)導彈的發(fā)射時機;多種類目標來襲時,確定火力單元最小配置間隔,當單層地空導彈武器系統(tǒng)不能滿足對同一目標發(fā)射n發(fā)導彈時,還需確定該地空導彈的配置層數(shù)。
結合美英法聯(lián)軍空襲敘利亞使用的巡航導彈,在此列表舉例研究,如表3所示。
表3 巡航導彈基本參數(shù)對比[8-9]
備注:1.根據(jù)文獻0,RCS取目標迎頭、側向和尾部平均值。
2.此高度為平原飛行高度。
令殺傷區(qū)最大航路角qmax=45°,射彈間隔時間t=3 s,射彈準備時間tzhb=10 s,利用表2所給信息,計算殺傷區(qū)參數(shù),如表4所示。
表4 殺傷區(qū)主要參數(shù)對比表
對特定目標的單發(fā)殺傷概率如表5所示,為滿足總攔截概率要求,對三種目標攔截需要的發(fā)射彈數(shù)分別為:3發(fā)、4發(fā)和2發(fā)。再結合表4,確定除JASSM導彈外的其余巡航導彈采用單發(fā)發(fā)射,以滿足期望耗彈量最小要求,對JASSM導彈采取連續(xù)發(fā)射。
表5 特定目標發(fā)射彈數(shù)對比表
對于風暴陰影和“戰(zhàn)斧”式巡航導彈,在目標航路上距離近界vt(n-1)(t+T觀),第一枚導彈與目標遭遇;對于JASSM,由于每層只能發(fā)射一枚導彈進行攔截,發(fā)射時機確定為導彈與目標在殺傷區(qū)近界遭遇。
結合表3、表4和表5,按照式[8]分別計算滿足相應發(fā)射彈數(shù)的導彈最大航路捷徑Pnmax及導彈配置間隔2Pnmax。通過計算發(fā)現(xiàn),該型地空導彈在射擊JASSM聯(lián)合防區(qū)外巡航導彈時,殺傷區(qū)縱深過小,只能進行一次發(fā)射,為滿足總攔截概率要求,需要進行4層配置。具體數(shù)據(jù)如表6所示。
表6 對特定目標導彈配置對比表
通過上述配置,能夠使得整個防空體系在責任空域內,針對非典型目標能夠達到要求的攔截能力。
使用某型地空導彈攔截非典型目標是未來作戰(zhàn)不可回避的問題,本文從兵力部署和火力使用兩個角度,定量地給出了針對非典型目標的運用規(guī)則,即:依據(jù)目標特性研究殺傷區(qū)縱深,進而逐步確定攔截策略、發(fā)射時機、火力單元配置間隔和層數(shù)的方法。
該方法不僅可以在作戰(zhàn)實施階段指導指揮員和操作員確定開火時機與發(fā)射彈數(shù),也可用于在作戰(zhàn)準備階段輔助指揮員定下戰(zhàn)斗部署、制定射擊預案和估算彈藥需求,又可以作為指揮信息系統(tǒng)編制決策系統(tǒng)程序的指導原則,具有較強的實用價值和現(xiàn)實意義。