張靖昊，曹 毅，李海濱，高建偉

（國防大學，北京 100091）

隨著海洋在國家安全和發(fā)展中的地位上升，海上軍事斗爭對維護國家主權(quán)和海洋權(quán)益的作用日益重要，海上方向信息化局部戰(zhàn)爭將成為未來作戰(zhàn)新的關(guān)注點。航母編隊作為海上作戰(zhàn)的核心，以其強大的獨立作戰(zhàn)能力和機動靈活性，成為了現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要戰(zhàn)略力量。而正因為航母編隊無可替代的重要性地位，及航空母艦本身體積較大，防御能力較弱，其也成為了敵方重點打擊對象，受到敵方空中、水面和水下多方位的反艦力量威脅，特別是受到敵方空中力量侵擾。

目前航母編隊除了面臨傳統(tǒng)導彈打擊、機載空艦導彈和隱身飛機突防等空中威脅以外，還要面臨無人蜂群技術(shù)、有人無人協(xié)同控制技術(shù)、高超聲速武器等這些新技術(shù)、新裝備帶來的全新威脅。這些來自空中的威脅日趨嚴重，導致航母編隊與空中對抗不平衡，直接影響航母編隊的生存問題，特別是在遠離海岸作戰(zhàn)、難以得到己方空中掩護的情況下，航母編隊將面臨嚴重威脅。因此，研究航母編隊防空作戰(zhàn)問題對于強化航母編隊作戰(zhàn)能力具有深遠意義。

1 問題的提出

航母編隊中防空作戰(zhàn)力量主要由防空艦艇、艦載機和航母自身的防空武器系統(tǒng)組成，這些防空作戰(zhàn)力量擔負的主要作戰(zhàn)任務不同，陣位配置也有一定差別。在研究航母編隊防空作戰(zhàn)能力時，通常把防空區(qū)域劃分為近程防空區(qū)、中程防空區(qū)和遠程防空區(qū)，防空艦艇一般部署在近程防空區(qū)和中程防空區(qū)，艦載機則部署在遠程防空區(qū)。預警機的主要任務是在航母編隊的主要威脅方向巡邏并提供早期預警，當敵機或反艦導彈來襲時第一時間為航母編隊中防空兵力提供目標信息，而殲擊機的主要任務則是根據(jù)預警機的探測結(jié)果引導艦載戰(zhàn)斗機對來襲的飛機和導彈實行攔截，盡可能地在敵機使用武器之前將其擊落。因此，在確立艦載機的陣位配置模型時，需要將預警機的陣位配置作為主要考慮因素。

預警機服務的偵察預警區(qū)域主要受前出距離和巡邏線長度影響，而前出距離又受到航母編隊所需預警距離的限制。本文在研究現(xiàn)有的航母編隊艦載機陣位配置的基礎上，通過對編隊中艦載機的陣位配置進行進一步分析，以預警機為主要研究對象，建立航母編隊中的艦載機陣位配置模型[1]。

2 航母編隊艦載機陣位配置模型

在確立艦載機的陣位配置模型時，需要將預警機的陣位配置作為主要考慮因素。在進行預警機的陣位配置模型研究時，需要先根據(jù)作戰(zhàn)需求確立需要的預警距離，在此基礎上確立預警機的前出距離、方位角和巡邏線長度，并結(jié)合防空艦艇的有效防空區(qū)域?qū)﹃囄慌渲媚Ｐ瓦M行進一步優(yōu)化。

2.1 防空作戰(zhàn)所需預警距離的計算方法

在實際確定預警機的陣位配置時，需要考慮到作戰(zhàn)命令和作戰(zhàn)需求等多方面的影響。本文在研究模型時，主要從作戰(zhàn)需求方面入手。在部署預警機位置時，不僅要求能夠偵察到敵方空中目標，還要更早更快地發(fā)現(xiàn)敵方空中目標，為航母編隊中其他防空作戰(zhàn)力量實施攔截預留出時間。

航母編隊中的防空火力主要可以分為2部分，即航母、防空艦艇裝載的艦空武器和艦載機裝載的空空武器，而在遠程防空區(qū)與預警機進行協(xié)同作戰(zhàn)的主要是裝配有空空武器的殲擊機，且主要作戰(zhàn)任務是對敵機進行攔截。在確立航母編隊需要的預警距離時，需要保證在預警機發(fā)現(xiàn)敵方目標后，殲擊機能夠在敵機進入能對航母產(chǎn)生威脅的距離前進入戰(zhàn)斗位置并對目標進行一次有效的攔截打擊。

實際作戰(zhàn)中，殲擊機一般有在甲板待機和空中巡邏2種部署情況。為了便于研究，可以統(tǒng)一用前出距離S1表示。當甲板待機時，即S1=0；當空中巡邏時，用S1表示從航母到殲擊機飛行空域中心的距離，用S2表示中國航母編隊殲擊機的戰(zhàn)斗位置距航母的距離。設敵機裝載的空艦武器有效射程為S3，則需要在敵機飛行至距中國航母距離S3之前進行攔截。

分析可知，從預警機偵察到敵方目標開始，到敵機到達威脅距離之前，需要的時間包括中國航母編隊進行響應和準備的時間、殲擊機飛行至戰(zhàn)斗位置的時間以及發(fā)射的空空導彈飛行至打擊位置的時間。用V1、V2、V3分別表示中方殲擊機的飛行速度、敵機的飛行速度和中方殲擊機發(fā)射的空空導彈的速度[2]，用t0表示中國方偵察到目標后需要的響應時間和準備時間。可以得到最小預警距離的表達式為：

2.2 預警機前出距離和巡邏線長度計算方法

預警機在執(zhí)行偵查預警任務時，需要在一定的巡邏區(qū)域內(nèi)進行巡邏飛行。一般情況下，預警機的巡邏區(qū)域是一個長邊垂直于威脅軸的矩形區(qū)域，且長邊遠大于短邊。為便與研究，將巡邏區(qū)域簡化為巡邏線進行研究。

設預警機的最遠探測距離為r，巡邏線中點和航母之間的距離記為前出距離d，巡邏線端點到航母的距離記為s。預警機預警扇面如圖1所示，航空母艦的位置記為O，AB為長度為l的巡邏線且垂直于威脅軸，以A、B為圓心作半徑為r的圓且相交于E。以O為圓心，OE為半徑作圓分別與A點和B點的偵察區(qū)域相交于C和D，得到預警機提供的預警扇面COD，OA和OE之間夾角為θ，和OE之間夾角為α，OC和B點的偵察區(qū)域相交于F。

圖1 預警機預警扇面示意圖

在威脅方向上的預警距離會隨著預警機在巡邏線上的位置變化而變化，為了保證預警機在威脅方向上始終能夠滿足預警需要，需要選取巡邏過程中在威脅方向上提供的最小的預警距離進行后續(xù)計算?？芍{方向上的預警距離表達式為為預警機和巡邏線中點的間距。當預警機到達巡邏線端點時，在威脅方向上提供的預警距離最小，此時OE的長度為

在△OAC和△OAE中，3邊分別相等，可知2個三角形全等，利用余弦定理，在△OFB中，∠BOF=3θ，設OF長度為LF，利用余弦定理可知，變形得到

根據(jù)偵察預警的需要，為了保證當預警機巡邏至B點并在F點偵察到敵方目標時仍有足夠的時間進行攔截，需要使OF的長度大于等于所需的預警距離，即LF≥Dmin。根據(jù)單調(diào)性可知，當θ增大時LF減小，為使預警機在此條件下有更大的偵察預警范圍，取極限值令再次變形可得d=

同時，考慮到預警機和航母之間的通信需求，還需要滿足d＜Dc，其中Dc表示預警機與航母之間的最大可靠通信距離[3-5]。

2.3 預警機數(shù)量和方位角計算方法

為了保證預警機的偵察預警效果，需要令預警機的預警范圍能夠覆蓋敵方可能的來襲方向，即讓預警機提供的預警扇面能夠覆蓋敵威脅扇面。當一架預警機提供的預警扇面小于威脅扇面時，需要配置多架預警機進行偵察預警。設威脅扇面角為ε，通常情況下ε≤180°，需要2架預警機執(zhí)行偵察預警任務。

設一架預警機提供的預警扇面角為β，由上可知β=4θ，預警機方位角如圖2所示，航母的位置點為O，x軸表示敵方威脅方向，POQ和ROS分別是2架預警機的預警扇面，T為其中一架預警機巡邏線中點，γ為巡邏線中點和航母位置連線與威脅方向的夾角。

圖2 預警機方位角示意圖

可知2架預警機的重疊區(qū)域角度為2β-ε，則

此時巡邏線兩端點關(guān)于威脅方向不對稱，2個端點和航母間的連線與威脅方向的夾角分別為和架預警機的預警扇面邊界關(guān)于威脅方向不對稱，與威脅方向的夾角分別為

2.4 與防空艦艇協(xié)同作戰(zhàn)中的預警機陣位配置模型

在航母編隊防空作戰(zhàn)中，需要同時用到艦載機和防空艦艇等多種防空力量。防空艦艇一般配置在近程防空區(qū)和中程防空區(qū)，對突破遠程防空區(qū)的敵方空中力量進行攔截。為了提高航母編隊防空作戰(zhàn)能力，考慮到編隊中各火力平臺的協(xié)同作戰(zhàn)，可以在進行預警機陣位配置時將中程防空區(qū)的防空艦艇的部署位置作為影響因素，對模型進行進一步優(yōu)化。

中程防空區(qū)的防空艦艇通常情況下配置在敵威脅方向上，通過和偵察預警力量配合對敵空中目標進行打擊。中程防空艦艇同樣需要一定的預警距離，但是和遠程防空區(qū)的艦載機主要作戰(zhàn)任務是攔截敵機不同，中程防空艦艇需要對敵方空艦導彈進行攔截。如果中程防空艦艇從預警機偵察敵空中目標開始準備發(fā)射艦空導彈進行攔截且需要在目標進入有效射程范圍內(nèi)的第一時間擊中目標，則有Dn=r1+Ve（tp+tf），Dn為需要的最小預警距離，r1為中程防空艦艇的有效射程，Ve為敵方空中目標的飛行速度，tp為中程防空艦艇發(fā)射艦空導彈需要的準備時間，tf為艦空導彈從發(fā)射到擊中目標需要的飛行時間。設艦空導彈飛行速度為V1，則tf=r1/V1。

當預警機在巡邏線上運動到離威脅軸垂直距離最遠時，威脅軸該側(cè)的偵察預警能力最強，相應的在另一側(cè)的偵察預警能力最弱[6]。當部署多架預警機時，每架預警機在巡邏線2個端點的位置關(guān)于威脅軸不對稱，為簡化計算，在研究部署1架預警機和2架預警機時都只選取離威脅軸最遠的位置進行研究。

設中程防空艦艇的前出距離為d1，預警機的前出距離為d2。預警機和中程防空艦艇協(xié)同作戰(zhàn)示意圖如圖3所示，航母的位置點記為O，中程防空艦艇的位置點記為A，預警機距離威脅軸最遠的位置點記為B，JOK為該預警機提供的預警扇面。

圖3 預警機和中程防空艦艇協(xié)同作戰(zhàn)示意圖

結(jié)合2.3節(jié)中關(guān)于部署方位角的推導可知，若巡邏線中點和航母連線與巡邏線端點和航母連線之間的夾角仍用θ表示。只部署1架預警機時，則α=θ；部署2架預警機時，則

在△AOK中OA即為中程防空艦艇的前出距離d1，OK的長度根據(jù)2.2小節(jié)分析可知等于Dmin。利用余弦定理可以得到變形得為了保證滿足中程防空艦艇的預警距離，需要令AK≥Dn。

因此，綜合上述各限制條件，以部署1架預警機對威脅扇面進行偵察預警為例，如果各參數(shù)如下：d1為中程防空艦艇前出距離，d2為預警機前出距離，d3為殲擊機前出距離，l為預警機巡邏線長度，r1為中程防空艦艇有效射程，r2為預警機有效偵察距離，r3為殲擊機作戰(zhàn)位置和航母間的距離，r4為敵機有效射程，rc為中方航母與預警機最大通信距離，V1為中程防空艦艇導彈飛行速度，V2為殲擊機飛行速度，V3為殲擊機發(fā)射的空空導彈的速度，V4為敵機飛行速度，V5為敵方空艦導彈速度，tp1為中程防空艦艇發(fā)射艦空導彈需要的準備時間，tp2為航母編隊收到目標信息后作出響應需要的時間[7]。

需要滿足的模型如下：

3 實驗仿真

作戰(zhàn)想定：航母編隊在執(zhí)行某作戰(zhàn)任務時，為抵御敵方空中力量的襲擊，需要派出預警機和殲擊機，配合防空艦艇進行防空作戰(zhàn)。參數(shù)如表1所示。

表1 仿真基本參數(shù)參考值

中程防空艦艇發(fā)射艦空導彈需要的準備時間為2 min，航母編隊收到目標信息后作出響應需要的時間為2 min，殲擊機采取甲板待戰(zhàn)的方式[8]。

則預警機巡邏線的最大長度和前出距離的關(guān)系如圖4所示。

由圖4可知，隨著預警機前出距離增大，巡邏線的最大長度先增加后減小。把和防空艦艇協(xié)同作戰(zhàn)的因素也考慮進去后，在一般情況下，預警機巡邏線長度和前出距離的比值的最小值始終保持在0.7左右。因此當預警機前出距離達到350 km左右時，如果繼續(xù)增加，將不能滿足模型限制條件。當前出距離較小時，巡邏線長度較短，提供的預警范圍有限。

圖4 預警機巡邏線最大長度和前出距離關(guān)系

當其他參數(shù)一定時，預警機巡邏線長度的上界和下界分別受預警機自身的前出距離和防空艦艇的前出距離影響。為保證預警機的偵察預警效果，并能夠根據(jù)戰(zhàn)場實際情況進行更多的部署調(diào)整，應在預警機巡邏線長度的上界和下界差值大于一定值的情況下，選取最大的預警機前出距離。

4 結(jié)束語

本文在分析預警機執(zhí)行偵察預警任務時需要滿足的要求的基礎上，結(jié)合防空艦艇的陣位配置方法從整體上考慮預警機的陣位配置，通過定量分析建立了確定預警機前出距離、數(shù)量、方位角和巡邏區(qū)域的數(shù)學模型，并利用計算機結(jié)合現(xiàn)有武器裝備參數(shù)進行了實驗仿真。最終給出了一種航母編隊預警機陣位配置的方法，為預警機陣位配置如何優(yōu)化提供了理論基礎。