胡京林，劉興科，明寶印，盧伊松，王應(yīng)洋

（1.解放軍93184 部隊，北京 100071；2.空軍工程大學(xué)，西安 710038）

0 引言

美海軍綜合火控——制空（naval integrated fire control-counter air，NIFC-CA）是一種新型網(wǎng)絡(luò)化分布式遠(yuǎn)程空中火力防御控制裝備體系，國內(nèi)文獻(xiàn)也譯為海軍一體化防空火控系統(tǒng)［1］。NIFC-CA 建設(shè)初衷是解決美海軍超地平線攔截問題，經(jīng)過多年發(fā)展，其在作戰(zhàn)任務(wù)上漸進擴展，在體系能力上階梯提升，在組成系統(tǒng)上牽引發(fā)展，降低了研發(fā)風(fēng)險和經(jīng)費投入，能夠快速生成裝備體系作戰(zhàn)能力，具有極高的研究和借鑒價值。

近年來國內(nèi)諸多研究機構(gòu)和學(xué)者開展了一系列有關(guān)NIFC-CA 體系的研究，取得大量成果。文獻(xiàn)［2］介紹了NIFC-CA 體系的提出動因、發(fā)展概況等基本情況。文獻(xiàn)［3-4］細(xì)致梳理了NIFC-CA 體系的組成系統(tǒng)及體系運行流程。文獻(xiàn)［5-7］對NIFC-CA的協(xié)同指揮控制模式和協(xié)同預(yù)警探測機制進行深入剖析。文獻(xiàn)［8］則研判了NIFC-CA 的未來發(fā)展，并提出相應(yīng)的潛在對抗手段措施?？傮w上，目前有關(guān)NIFC-CA 體系的研究主要集中于其組成系統(tǒng)、運行流程和作戰(zhàn)運用等方面。而作為典型體系系統(tǒng)工程，NIFC-CA 在體系系統(tǒng)工程方面也頗具研究價值，目前尚未發(fā)現(xiàn)國內(nèi)相關(guān)研究。

本文主要從美軍體系系統(tǒng)工程角度研究NIFCCA 組成系統(tǒng)解耦和體系構(gòu)建關(guān)鍵設(shè)計，并探析了縱橫結(jié)合組織管理結(jié)構(gòu)和聯(lián)合開發(fā)機制等創(chuàng)新管理措施，深入了解其在體系系統(tǒng)工程方面的優(yōu)勢。

1 美軍體系系統(tǒng)工程發(fā)展簡介

20 世紀(jì)90 年代前，美軍一直采用以平臺系統(tǒng)為中心的武器裝備發(fā)展戰(zhàn)略，成功開發(fā)出一大批先進武器系統(tǒng)。隨著90 年代初作戰(zhàn)環(huán)境變化，導(dǎo)致裝備發(fā)展需求復(fù)雜多樣，該戰(zhàn)略使得美軍大型復(fù)雜武器裝備開發(fā)項目大量出現(xiàn)，在平衡成本、控制進度、提高效率等方面暴露出諸多問題［9］。進而美軍提出武器裝備體系概念，旨在將單個系統(tǒng)集成為裝備體系，從現(xiàn)有系統(tǒng)中尋找解決能力差距的方案［10］。該體系對應(yīng)英文中的System of Systems（SoS），與傳統(tǒng)體系概念不同，特指在功能上相互支持、性能上相互協(xié)調(diào)的多種武器裝備系統(tǒng)、平臺作為組成系統(tǒng)，按一定結(jié)構(gòu)綜合而成的更高層次的武器裝備系統(tǒng)，以完成特定使命任務(wù)［11-12］。武器裝備體系通過整合改進已有系統(tǒng)形成體系能力，顯著縮短了從裝備研發(fā)到形成作戰(zhàn)能力的時間，具有技術(shù)風(fēng)險可控、經(jīng)費投入較小和人員訓(xùn)練容易等優(yōu)點［13-14］。在此基礎(chǔ)上，美軍先后發(fā)布《體系的系統(tǒng)工程指南》和《海軍體系系統(tǒng)工程指南草案》等體系系統(tǒng)工程指南［15-16］。

在武器裝備體系理論研究指導(dǎo)下，美軍各軍兵種開展了一系列軍種內(nèi)及跨軍種武器裝備體系系統(tǒng)工程項目，大致包含火力打擊和通信指揮控制兩類體系項目?；鹆Υ驌纛愺w系項目的組成系統(tǒng)一般涵蓋探測感知、通信網(wǎng)絡(luò)、指揮控制、火力打擊等多種類型武器裝備，能夠形成一條完整的殺傷鏈，如美陸軍彈道導(dǎo)彈防御體系（BMDS）、NIFC-CA。通信指揮控制類體系項目通常側(cè)重通過開發(fā)一些“連接件”或?qū)M成系統(tǒng)相關(guān)模塊通用化改造，用以克服現(xiàn)有系統(tǒng)間的異構(gòu)性，形成以網(wǎng)絡(luò)為中心的作戰(zhàn)能力，如陸軍作戰(zhàn)指揮體系（ABCS）、空軍分布式通用地面站體系（DCGS）。目前美軍在武器裝備體系的開發(fā)管理方面已漸趨成熟。其中，NIFC-CA 便是一個典型的武器裝備體系系統(tǒng)工程項目。

2 NIFC-CA 體系架構(gòu)與項目實施

NIFC-CA 體系項目最早源自20 世紀(jì)90 年代美海軍艦隊因地球曲率和地形遮擋等原因而無法及時探測攔截敵超地平線巡航導(dǎo)彈的問題［16］。2002年，NIFC-CA 體系項目正式作為一個基于能力的采辦研發(fā)項目執(zhí)行，旨在通過聯(lián)合“宙斯盾”、E-2D 預(yù)警機、CEC 等多系統(tǒng)形成對抗超地平線巡航導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機和反艦巡航導(dǎo)彈的體系防御能力，同時減少各系統(tǒng)更改需求并確保新開發(fā)系統(tǒng)支持該體系能力。經(jīng)過多年開發(fā)建設(shè)，該體系目前已具備初始作戰(zhàn)能力［19］。

2.1 NIFC-CA 體系組成及運用

2.1.1 NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程組成系統(tǒng)

NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程項目主要包括5 個組成系統(tǒng)，分別為E-2D 預(yù)警機、聯(lián)合對地攻擊巡航導(dǎo)彈防御用網(wǎng)絡(luò)傳感器系統(tǒng)（JLENS）、協(xié)同交戰(zhàn)能力（CEC）系統(tǒng)、宙斯盾系統(tǒng)（AEGIS）和標(biāo)準(zhǔn)-6 導(dǎo)彈（SM-6），如下頁圖1 所示。

圖1 NIFC-CA 體系項目中海上殺傷鏈的組成系統(tǒng)Fig.1 The composition systems of the kill chain from sea in NIFC-CA system project

E-2D 預(yù)警機具備戰(zhàn)場管理、態(tài)勢感知和多傳感器數(shù)據(jù)融合能力，旨在從自身和其他偵察監(jiān)視系統(tǒng)的傳感器中提取威脅數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一戰(zhàn)場態(tài)勢圖，為體系提供超視距威脅目標(biāo)探測能力［18-19］。JLENS 主要由系留浮空飛艇、雷達(dá)及機動式系泊站、通信處理設(shè)備等組成，旨在通過新型雷達(dá)等高性能傳感器，對來襲巡航導(dǎo)彈進行超地平線探測、跟蹤和識別，并為防空系統(tǒng)提供及時告警［20-21］。CEC 主要由協(xié)同交戰(zhàn)處理機和數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)組成，旨在將體系內(nèi)的傳感器和武器系統(tǒng)組成分布式信息系統(tǒng)，產(chǎn)生火控級精度的復(fù)合跟蹤，實現(xiàn)武器平臺間信息共享及威脅目標(biāo)協(xié)同打擊［22-23］。AEGIS 是以大型無源相控陣?yán)走_(dá)為主要標(biāo)志的水面艦艇綜合作戰(zhàn)與指控系統(tǒng)，通過NIFC-CA 拓展了武器交戰(zhàn)空間，具備了超地平線遠(yuǎn)程交戰(zhàn)能力［24-25］。SM-6 主要用于打擊各型飛機、無人機、彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈以及反艦導(dǎo)彈等［26-27］。

NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程利用CEC 網(wǎng)絡(luò)將E-2D 和JLENS 的探測傳感器連接到AEGIS 系統(tǒng)中，使其引導(dǎo)控制SM-6 導(dǎo)彈的范圍擴展到超地平線。當(dāng)NIFC-CA 應(yīng)對來襲目標(biāo)時，由E-2D 預(yù)警機和JLENS 通過CEC 數(shù)據(jù)鏈為“宙斯盾”防空系統(tǒng)提供地平線外目標(biāo)信息，再由“宙斯盾”發(fā)射SM-6 導(dǎo)彈攔截目標(biāo)，攔截過程中E-2D 預(yù)警機不斷向“宙斯盾”提供攔截目標(biāo)高精度實時數(shù)據(jù)，直至SM-6 導(dǎo)彈擊中目標(biāo)［28-29］。由于技術(shù)原因，JLENS 系統(tǒng)項目已于2012 年被取消，但該系統(tǒng)缺失不影響NIFC-CA體系功能發(fā)揮［30］。

2.1.2 組成系統(tǒng)解耦與體系構(gòu)建

[5] 歐陽振華,張廣輝,秦洪巖,等.瓦斯煤層沖擊危險性改進型綜合指數(shù)評價方法及應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2018,46(10):30-36.

NIFC-CA 體系運用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于如何分解并整合重組緊密集成的單系統(tǒng)功能，將體系功能分布在各組成系統(tǒng)上。典型的分解整合便是宙斯盾中武器控制系統(tǒng)與探測預(yù)警傳感器的解耦。首先NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程將宙斯盾武器控制系統(tǒng)的目標(biāo)信息標(biāo)準(zhǔn)化，使其只需目標(biāo)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)誤差限等數(shù)據(jù)質(zhì)量信息，不再依賴于特定傳感器的類型和性能等，解除了宙斯盾與傳感器間的接口硬耦合，允許多種傳感器接入體系。其次在CEC 中設(shè)計了最佳傳感器篩選策略，將傳感器的選擇和管理功能分配給CEC，由CEC 根據(jù)宙斯盾對不同目標(biāo)信息的質(zhì)量要求，靈活匹配可用傳感器，通過體系構(gòu)建支持宙斯盾和傳感器解耦設(shè)計，確保宙斯盾對目標(biāo)信息精度和時間等要求得到滿足。

為支持導(dǎo)彈超地平線打擊，NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程牽引SM-6 導(dǎo)彈發(fā)展主動導(dǎo)引技術(shù)，解除導(dǎo)彈和軍艦之間的緊耦合。通過使導(dǎo)彈能夠在攔截末端主動制導(dǎo)并獨立尋找目標(biāo)，將導(dǎo)彈攔截范圍從軍艦雷達(dá)照射范圍擴展到導(dǎo)彈最大運動范圍，支持體系應(yīng)對更多威脅［31］。

整個體系系統(tǒng)工程通過諸多與上述類似的系統(tǒng)解耦與體系構(gòu)建設(shè)計，將5 個組成系統(tǒng)的單系統(tǒng)功能解耦重組，構(gòu)成了包含探測預(yù)警、指揮控制、火力打擊及通信協(xié)同等的完整體系功能，使得NIFC-CA 具備極強的伸縮性和魯棒性，促進了體系要素的持續(xù)創(chuàng)新和多樣性發(fā)展，進一步提高體系作戰(zhàn)能力［32］。

2.2 NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程管理實施

從工程管理角度看，NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程的5 個組成系統(tǒng)自身均為獨立發(fā)展的系統(tǒng)，在能力需求、發(fā)展階段、研發(fā)團隊、經(jīng)費預(yù)算等方面具有極大差異，且與NIFC-CA 體系目標(biāo)也不盡相同。若將這些項目集中到NIFC-CA 項目中，將使得體系項目的溝通協(xié)調(diào)、研發(fā)風(fēng)險及經(jīng)費規(guī)模急劇增長，進而不可避免地導(dǎo)致項目失敗［33-34］。因此，美軍在項目管理結(jié)構(gòu)、研發(fā)機制和經(jīng)費管理等方面實施了一系列創(chuàng)新舉措。

2.2.1 縱橫結(jié)合管理組織結(jié)構(gòu)

隨著美海軍逐漸固化其對NIFC-CA 發(fā)展的程序化方法，一套創(chuàng)新的縱橫結(jié)合式體系項目開發(fā)管理組織結(jié)構(gòu)在2006 年得以確立，如圖2 所示［15］。

圖2 NIFC-CA 體系項目組架構(gòu)Fig.2 NIFC-CA SoS project architeture

NIFC-CA 體系項目實現(xiàn)高效研發(fā)和管理的關(guān)鍵在于3 個體系級工作組和5 個組成系統(tǒng)產(chǎn)品團隊的縱橫綜合關(guān)系。橫向主要指體系級管理者，包括美海軍海上系統(tǒng)司令部的綜合武器系統(tǒng)第7 項目執(zhí)行辦公室（PEO IWS-7D），即NIFC-CA 項目辦公室，及其建立的跨組織的系統(tǒng)工程集成與測試（SEI&T）領(lǐng)導(dǎo)團隊和技術(shù)顧問團隊，主要負(fù)責(zé)體系需求分析、性能評估和體系綜合及測試?？v向主要指系統(tǒng)級管理者，包括5 個組成系統(tǒng)各自的產(chǎn)品團隊，在實際運行中并不隸屬于體系項目，具有獨立性［35］。組成系統(tǒng)產(chǎn)品團隊會溝通并接受NIFC-CA項目對其系統(tǒng)的功能要求，并將其融入組成系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃。

2.2.2 體系聯(lián)合研發(fā)管理機制

為有效推動組成系統(tǒng)解耦和體系構(gòu)建，體系工作組創(chuàng)新提出了性能評估報告、接口工作組（IWG）和技術(shù)交流會（TIM）及傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)導(dǎo)組等一系列研發(fā)管理機制［37-38］。

性能評估報告機制主要用于分析殺傷鏈及其性能和時間等關(guān)鍵能力，使體系工作組能夠?qū)⒅T多具體能力分析分配給各個由組成系統(tǒng)團隊人員和軍方人員聯(lián)合的小型團隊。典型的性能評估報告有控制（containment）性能評估報告和傳感器支持質(zhì)量控制性能評估報告?？刂菩阅茉u估報告分析了通過CEC 傳輸信號的傳感器所需具備的測量誤差，確保傳感器能夠有效支持SM-6 導(dǎo)彈主動導(dǎo)引頭工作。傳感器支持質(zhì)量控制性能評估報告明確了武器控制系統(tǒng)要求的屬性和參數(shù)，以便CEC 能夠適配滿足該質(zhì)量控制要求的傳感器。

在殺傷鏈分析的基礎(chǔ)上，接口工作組和技術(shù)交流會機制主要為促進關(guān)鍵任務(wù)解決和信息交流，使更多組成系統(tǒng)工程師及項目辦公室能夠參與體系系統(tǒng)工程。宙斯盾/CEC 接口工作組便是一個典型例子，該工作組主要負(fù)責(zé)設(shè)計和定義宙斯盾和CEC間的接口，并定期組織技術(shù)交流會，落實宙斯盾對“傳感器不可知”和CEC 優(yōu)化使用傳感器設(shè)計，實現(xiàn)宙斯盾與傳感器的解耦設(shè)計。

進一步為支持宙斯盾、CEC 和所有傳感器相關(guān)團隊開展體系架構(gòu)詳細(xì)工程設(shè)計，體系級工作組又設(shè)立了傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)導(dǎo)組（SNLT），與宙斯盾/CEC接口工作組密切合作，承擔(dān)充實中層架構(gòu)（信息交換需求、功能分配和作戰(zhàn)序列圖）任務(wù)，并完成了通常不可見的底層集成協(xié)議制定（傳統(tǒng)上常在一個系統(tǒng)開發(fā)團隊內(nèi)完成）。這種領(lǐng)導(dǎo)組機制是NIFC-CA體系系統(tǒng)工程在組織管理上的一種創(chuàng)新，通過設(shè)立軍方/開發(fā)商聯(lián)合團隊，來支持接口兩端系統(tǒng)團隊的協(xié)同工作。

2.3 體系項目經(jīng)費管理

NIFC-CA 體系項目于2007 年開始接受美國會經(jīng)費支持。表1 概略匯總了NIFC-CA 體系項目及其組成系統(tǒng)自2006 年—2019 年的經(jīng)費使用情況，其中，特別列出各組成系統(tǒng)用于NIFC-CA 體系項目使用的經(jīng)費［39］。

表1 NIFC-CA 體系項目及其組成系統(tǒng)經(jīng)費概略匯總Table 1 Summary of fund statistics of NIFC-CA SoS project and its composition systems

由表1 可知，NIFC-CA 實際經(jīng)費僅為SEI&T 使用經(jīng)費與組成系統(tǒng)中NIFC-CA 相關(guān)經(jīng)費之和，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其組成系統(tǒng)經(jīng)費總和，而且小于其任一組成系統(tǒng)的經(jīng)費。顯然，相比傳統(tǒng)的單一系統(tǒng)獨立開發(fā)與后期集成的方式，NIFC-CA 體系項目實現(xiàn)體系能力更經(jīng)濟快速，同時，體系項目管理難度和技術(shù)風(fēng)險更低。

值得一提的是，由于NIFC-CA 的良好發(fā)展，該體系系統(tǒng)工程管理組織模式已被美軍用作裝備體系系統(tǒng)工程項目開發(fā)重要參考，用于指導(dǎo)其他體系系統(tǒng)工程任務(wù)及聯(lián)合防空反導(dǎo)能力建設(shè)等研究。

3 NIFC-CA 項目體系系統(tǒng)工程建設(shè)優(yōu)長分析

3.1 松散耦合體系架構(gòu)增強NIFC-CA 靈活性和魯棒性

NIFC-CA 體系系統(tǒng)工程將其組成系統(tǒng)的功能解耦重組，構(gòu)建松散耦合的體系架構(gòu)，使NIFC-CA體系在運行時根據(jù)所承擔(dān)的任務(wù)，動態(tài)選擇組成系統(tǒng)進行運用，提高了體系靈活性。同時，體系結(jié)構(gòu)的開放性使NIFC-CA 未來能夠納入更多的傳感器、武器和平臺，拓展體系架構(gòu)，增強體系魯棒性，不斷完善體系作戰(zhàn)能力。此外，在NIFC-CA 項目發(fā)展過程中常出現(xiàn)體系能力需求不是組成系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展需求，甚至與組成系統(tǒng)發(fā)展需求矛盾的情況。最典型的情況就是JLENS 項目由于多種原因被叫停，導(dǎo)致NIFC-CA 缺失一個組成系統(tǒng)。但由于NIFC-CA體系采用基于開放系統(tǒng)的松耦合架構(gòu)，使得該體系具備極強的伸縮性和魯棒性，避免了單一組成系統(tǒng)失效對整體體系能力發(fā)揮的影響。

3.2 縱橫結(jié)合組織管理促進體系建設(shè)與運用

作為典型的共識型體系系統(tǒng)工程，NIFC-CA 項目的組成系統(tǒng)均為大型復(fù)雜裝備系統(tǒng)，其自身能力需求和發(fā)展規(guī)劃與NIFC-CA 體系不盡相同。NIFCCA 項目建設(shè)采用縱橫結(jié)合的管理方式。體系級和系統(tǒng)級管理者之間不存在隸屬關(guān)系，主要通過兩級協(xié)商確定NIFC-CA 體系對組成系統(tǒng)的功能要求，并將其貫徹到組成系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)中。靈活多變的聯(lián)合研發(fā)機制促進了體系與系統(tǒng)以及系統(tǒng)間的交流溝通，使兩級管理者對體系和組成系統(tǒng)間的相互關(guān)系和依賴性有深入的技術(shù)認(rèn)識，并了解組成系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)、規(guī)劃及技術(shù)成熟度等。良好的組織管理創(chuàng)新使體系所需功能與組成系統(tǒng)目標(biāo)能夠盡可能調(diào)整一致，促進NIFC-CA 體系的研發(fā)與運用。

4 結(jié)論

NIFC-CA 是一個比較成功的美軍武器裝備體系系統(tǒng)工程項目案例。從美軍體系系統(tǒng)工程的角度研究NIFC-CA，可以發(fā)現(xiàn)NIFC-CA 在發(fā)展過程中的很多優(yōu)點，而這些在過去研究中并沒有引起注意。