樸成日
(海軍大連艦艇學(xué)院艦船指揮系 大連 116018)
警戒艦是護衛(wèi)航母的重要力量,承擔(dān)著編隊防御任務(wù),航母編隊警戒艦陣位配置模型是作戰(zhàn)軟件工程實現(xiàn)的理論基礎(chǔ),該問題是當前指控領(lǐng)域中研究的熱點。近年來,針對航母編隊警戒艦配置問題的研究成果較多。在可查閱的文獻中,發(fā)現(xiàn)多數(shù)研究都是針對某一威脅展開,文獻[1~3]基于防空探討航母編隊警戒艦配置,文獻[4~6]基于防潛探討航母編隊警戒艦配置。事實上,警戒艦陣位配置需要綜合考慮諸多影響因素,這樣構(gòu)建的模型才具有更強的魯棒性和適應(yīng)性,在作戰(zhàn)軟件工程上也更加實用,這是本文研究的著眼點。
通過研究梳理,航母編隊警戒艦陣位配置實質(zhì)包括系統(tǒng)考慮作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)協(xié)同、作戰(zhàn)行動、敵情威脅等影響因素,將警戒艦布置在適當?shù)奈恢靡员Wo航母[7]。
基于影響圖理論[8],對航母編隊警戒艦陣位配置影響因素進行綜合分析,從理論上揭示航母編隊警戒艦陣位配置約束模型,從而解決兵力配置影響因素難以量化研究的問題,如圖1所示。從作戰(zhàn)任務(wù)角度考慮,警戒艦要以航母為核心成環(huán)形配置,為保護航母承擔(dān)防空與防潛任務(wù)。從作戰(zhàn)協(xié)同角度考慮,警戒艦與外層兵力之間的配置以層次協(xié)同為主,警戒艦與航母之間采用距離、方位協(xié)同,警戒艦之間的配置以方向協(xié)同為主[9]。從作戰(zhàn)行動角度考慮,警戒艦配置需要滿足航海安全;防空作戰(zhàn)行動中,警戒艦配置需要考慮艦空導(dǎo)彈射擊安全,相鄰艦之間形成嚴密的防空火力網(wǎng)[10];防潛作戰(zhàn)行動中,警戒艦配置需要考慮聲納運用。從敵情威脅角度考慮,防空作戰(zhàn)時警戒艦陣位配置要求能攔截敵方來襲飛機和反艦導(dǎo)彈,防潛作戰(zhàn)時警戒艦陣位配置要求能阻止敵潛艇對編隊實施魚雷攻擊[11]。
圖1 警戒艦配置影響因素示意圖
基于影響圖理論分析,綜合考慮作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)協(xié)同、作戰(zhàn)行動、敵情威脅等因素,建立警戒艦陣位配置模型。航渡中,警戒艦陣位配置以航母為參考基準點,用相對于航母的前出距離和方位間隔角度兩個參數(shù)來表征。
在對空防御中,警戒艦陣位配置以攔截敵方來襲導(dǎo)彈為主,兼顧攔截敵機。
3.1.1 前出距離確定
警戒艦前出距離是由航海安全和艦空導(dǎo)彈射擊安全兩個因素來決定。
航海安全,即要求編隊中航母與警戒艦之間距離、相鄰兩艘警戒艦之間距離必須大于二者旋回直徑之和。
警戒艦發(fā)射艦空導(dǎo)彈時,為防止誤傷鄰艦,要求彈目最后一個攔截點到航母之間的距離必須大于安全距離,如圖2所示。
圖2 基于射擊安全警戒艦配置
由此可得:
其中,DAQ為射擊安全距離;DHJ為警戒艦與航母之間的距離;Pmax為艦空導(dǎo)彈最大航路捷徑;qmax為艦空導(dǎo)彈最大航路角。
通過以上分析,航海安全和警戒艦艦空導(dǎo)彈射擊安全都能解析出一個距離,警戒艦前出距離需要在二者中取大。
3.1.2 方位間隔角度確定
方位間隔角度是由艦空導(dǎo)彈火力重疊程度來決定的。針對來襲反艦導(dǎo)彈,為有效護衛(wèi)航母,要求相鄰兩艦艦空導(dǎo)彈殺傷區(qū)之間有重疊,在間隔距離小于兩倍航路捷徑的前提下,重疊區(qū)域大小取決于抗擊程度。如圖3所示,DSSY為艦空導(dǎo)彈殺傷區(qū)遠界,VD為敵方來襲導(dǎo)彈航速,Δtjg為艦空導(dǎo)彈發(fā)射間隔時間,Δtzh為艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)轉(zhuǎn)火時間,k為每次射擊發(fā)射艦空導(dǎo)彈數(shù)量,m為警戒艦對同一目標射擊次數(shù),n為單艘警戒艦抗擊目標數(shù)量,ΔMN為相鄰警戒艦殺傷區(qū)之間重疊縱深,ΔAB為相鄰警戒艦之間的距離。則有:
相鄰警戒艦方位間隔角度φ為
3.2.1 前出距離確定
對潛防御時,要求警戒艦陣位配置能為航母提供一定的防潛縱深[12]。
定義:在敵潛艇對航母實施攻擊之前,警戒艦需要及時發(fā)現(xiàn)、識別并攻擊敵潛艇,要求警戒艦發(fā)現(xiàn)敵潛艇的界線稱為防潛警戒線。防潛警戒線到航母距離稱為防潛警戒距離。
防潛警戒距離確定方法可以通過防潛作戰(zhàn)過程來描述,如圖4所示,航母位于A點,警戒艦前出于C點,發(fā)現(xiàn)目標于E點,警戒艦對目標進行識別上報,指揮員經(jīng)過判斷下達作戰(zhàn)命令,反潛兵力出擊并實施攻擊,整個過程持續(xù)時間為tFQ。敵潛艇在D點遭到攻擊,此時航母航行至B點,BD之間的距離應(yīng)大于敵方魚雷有效射程,這樣AE之間的距離便是防潛警戒距離。
圖4 防潛作戰(zhàn)過程
則有:
其中,DFQJL為防潛警戒距離,VDQT為敵潛艇航速,DYL為敵方魚雷有效射程,VBD為航母編隊航速,DDQTC為警戒艦對潛艇探測距離。
警戒艦提供的防潛縱深DZS應(yīng)大于DFQJL。
3.2.2 方位間隔角度確定
在滿足防潛縱深大于防潛警戒距離的前提下,方位間隔角度是由對潛探測范圍重疊程度決定的,如圖5所示。
圖5 基于防潛警戒艦配置
則有:
φ為單艘警戒艦警戒扇面角度,即相鄰兩艦方位間隔角度。
航母編隊航渡期間,面臨的威脅復(fù)雜難以預(yù)料,如果能綜合考慮防空與防潛,陣位配置模型將具有更強的適應(yīng)性。
通過以上討論,可以得出結(jié)論:從防空角度考慮,警戒艦前出距離需要在航海安全距離、艦空導(dǎo)彈射擊安全距離之間取大;警戒艦之間的方位間隔角度取決于抗擊目標數(shù)量及每次抗擊次數(shù)。從防潛角度考慮,警戒艦前出距離需要在航海安全距離、防潛縱深距離之間取大;警戒艦之間方位間隔角度取決于對潛探測范圍重疊程度。
為了同時滿足防空與防潛需求,陣位配置模型集成原則:警戒艦與航母之間的距離應(yīng)該在防空前出距離和防潛前出距離二者中取大。警戒艦與航母之間的距離一定時,警戒艦防空對應(yīng)的方位間隔角度、防潛對應(yīng)的方位間隔角度也分別明確。如果二者大小相近,比較理想;如果兩者相差較大,方位間隔則以小者為依據(jù)配置警戒艦。方位間隔角度決定警戒艦數(shù)量。
警戒艦相對于航母采用距離、方位協(xié)同,警戒艦與外層兵力之間采用層次協(xié)同,警戒艦之間采用方向協(xié)同。
設(shè)定基本作戰(zhàn)參數(shù):航母旋回直徑為1500m,警戒艦旋回直徑為750m,編隊航速18kn;警戒艦艦空導(dǎo)彈射擊安全距離為5km,航路捷徑為9km,航路角為70°,殺傷區(qū)遠界為12km,發(fā)射間隔時間為1s,轉(zhuǎn)火時間為15s,每個目標射擊一次發(fā)射兩枚;警戒艦聲納探測距離為15km,反潛作戰(zhàn)持續(xù)時間為10min。敵反艦導(dǎo)彈速度為300m/s,潛艇突破編隊警戒航速為12kn,魚雷最大有效射程為12km。
基于航海安全,航母與警戒艦之間的距離大于2.25km,相鄰警戒艦之間的距離大于1.5km?;谂灴諏?dǎo)彈射擊安全,根據(jù)式(1),警戒艦前出距離大于6km。警戒艦前出距離要求在航海安全和艦空導(dǎo)彈射擊安全之間取大,即DHJ>6km。
相鄰警戒艦之間的距離要求大于航海安全距離,小于兩倍航路捷徑,即ΔAB在區(qū)間(1.5km,18km)。
根據(jù)式(2)和式(3),計算出抗擊目標數(shù)量與抗擊縱深、間隔距離對應(yīng)數(shù)值,如表1所示。通過表1可以看出,隨著抗擊目標數(shù)量的增加,間隔距離ΔAB隨之變小,進而方位間隔角度也將變小,警戒艦數(shù)量需求增多。針對算例,抗擊目標數(shù)量為2時警戒艦之間間隔距離ΔAB比較適宜。
表1 抗擊目標數(shù)量與抗擊縱深、間隔距離
在防潛作戰(zhàn)中,根據(jù)式(5)和式(6),得出防潛警戒距離為21.3km,即警戒艦前出距離要求大于6.3km。
從模型中可以看出,由于艦空導(dǎo)彈殺傷遠界、聲吶對潛探測距離是一定的,所以方位間隔角度主要隨前出距離變化。
通過上述計算,對防空和防潛進行綜合仿真分析。針對防空,以單艘警戒艦抗擊2個目標、間隔距離ΔAB為17.4 km為準;針對防潛,以防潛警戒距離21.3km為準。依據(jù)防空與防潛模型集成方法,前出距離需要在二者中取大,即DHJ>6.3km??紤]到警戒艦前出距離過小時,為滿足防潛警戒距離,方位間隔角度會比較小,不適用于實際。根據(jù)式(4)和式(7),對前出距離以8km為始點、30km為終點、1km為步長進行仿真計算,方位間隔角度隨前出距離變化如圖6所示。從圖中可以看出,防空與防潛兩條曲線交會于(13km,84°),航母編隊需要4艘警戒艦,前出距離為13km,方位間隔角度為84°,基本可以滿足航母編隊防空與防潛需求。當前出距離在區(qū)間(8km,13km)變化時,依據(jù)模型集成方法,方位間隔角度以防潛為準;當前出距離在區(qū)間(13km,30km)變化時,方位間隔角度則以防空為準。
圖6 方位間隔角度隨前出距離變化圖
本文針對航渡中航母編隊警戒艦陣位配置問題,將內(nèi)涵本質(zhì)作為研究邏輯起點,基于影響圖理論綜合分析了影響因素,構(gòu)建了警戒艦陣位配置模型,基于綜合防御提出了陣位配置模型集成方法。通過仿真分析,可以看出警戒艦戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能是常數(shù),相鄰警戒艦之間距離可以確定,方位間隔角度主要隨前出距離而變化,方位間隔角度決定了編隊警戒艦數(shù)量。綜上所述,航母編隊警戒艦陣位配置實質(zhì)上就是在前出距離與警戒艦數(shù)量之間進行平衡。