李 燁
(海軍裝備研究院 北京 100161)
艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)是指艦艇平臺(tái)上用于執(zhí)行警戒、跟蹤、目標(biāo)識(shí)別、數(shù)據(jù)處理、威脅估計(jì)及控制武器完成對敵作戰(zhàn)功能的各要素及人員的綜合體[1~3]。
本文對美海軍驅(qū)逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的典型代表“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)、DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng),以及美航母作戰(zhàn)系統(tǒng)的指控系統(tǒng)(NTDS、SSDS)進(jìn)行了介紹、分析,探討了美海軍艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
“阿里·伯克”級(jí)的“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)是第二代典型的驅(qū)逐艦作戰(zhàn)系統(tǒng),其原名“先進(jìn)艦用導(dǎo)彈系統(tǒng)”(ASMS),是美國海軍基于在嚴(yán)重干擾下,對前蘇聯(lián)海軍以多枚超音速反艦導(dǎo)彈同時(shí)襲擊航母戰(zhàn)斗群的預(yù)測,發(fā)展的用于防空指揮和武器控制的作戰(zhàn)系統(tǒng)。
“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心由五大系統(tǒng)組成:SPY-1相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)、MK1 指揮決策系統(tǒng)、MK1 顯示系統(tǒng)、MK1武器控制系統(tǒng)、MK1戰(zhàn)備檢測系統(tǒng)(ORTS)。其中,SPY-1相控陣?yán)走_(dá)是作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心,其能探測跟蹤200個(gè)以上的目標(biāo),計(jì)算武器的發(fā)射參數(shù),并向飛行中的SM-2導(dǎo)彈發(fā)送修正指令;MK1指揮決策系統(tǒng)是全艦的指控中心,負(fù)責(zé)建立戰(zhàn)術(shù)原則,顯示處理傳感器數(shù)據(jù),做出敵我識(shí)別、威脅判斷、指定目標(biāo)優(yōu)先順序和火力分配,協(xié)調(diào)控制整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)的運(yùn)行;MK1武器控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)按照MK1指揮決策系統(tǒng)的作戰(zhàn)指令,對武器系統(tǒng)實(shí)施目標(biāo)分配、攔截計(jì)算、指令發(fā)射和導(dǎo)彈引導(dǎo)等功能,連接管制MK99導(dǎo)彈火控系統(tǒng)、MK86艦炮火控系統(tǒng)、SQQ-89/MK116 水下火控系統(tǒng),其所有數(shù)據(jù)也都反饋給指揮決策系統(tǒng);ORTS主要負(fù)責(zé)對整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)的監(jiān)視、自動(dòng)故障檢測和維護(hù),由小型計(jì)算機(jī)和顯控臺(tái)組成。圖1為“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)信息流程圖。
圖1 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的信息流程
以對空作戰(zhàn)任務(wù)系統(tǒng)“AAW MISSION AREA”為例,其是由“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)中與對空相關(guān)的傳感器、指揮決策和武器系統(tǒng)組成。其中,傳感器包括AN/SPY-1 系列相控陣?yán)走_(dá)、EWS(Electronic Warfare System),指揮決策包括ADS(AEGIS Display System)“宙斯盾”顯示系統(tǒng)、C&D(Command and Decision)指 揮 與 決 策 系 統(tǒng)、WCS(Weapons Control System)武器控制系統(tǒng)和FCS(Fire Control System)火控系統(tǒng)。武器包括CAP 作戰(zhàn)飛機(jī)、SM2(Standard Missile 2)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)彈、GWS(Gun Weapon System)艦炮武器系統(tǒng)、PWS(Phalanx Weapon System)“密集陣”武器系統(tǒng)[4]。
“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系是“集中指揮、方面組織、三級(jí)管理”,具體如圖2所示。其中,主要參與作戰(zhàn)人員包括:AAWC(對空戰(zhàn)協(xié)調(diào)官)、MSS(導(dǎo)彈系統(tǒng)主管)、AIC(空中攔截操作員)、RSC(雷達(dá)系統(tǒng)操作員)、GFCS(火炮控制主管)。
圖2 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮關(guān)系示意圖
圖3 “宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮控制流程
“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)對空作戰(zhàn)指揮控制流程如圖3 所示,其主要流程為:1)目標(biāo)搜索、探測,由RSC 雷達(dá)系統(tǒng)操作員/SPA、CSC 作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)官負(fù)責(zé);2)目標(biāo)跟蹤,由RSC雷達(dá)系統(tǒng)操作員/SPA 負(fù)責(zé);3)目標(biāo)識(shí)別與威脅評(píng)估,由IDS目標(biāo)識(shí)別主管負(fù)責(zé);4)武器選擇,由AAWC 對空戰(zhàn)協(xié)調(diào)官、WCS(武器控制系統(tǒng))/RCP(CIWS)負(fù)責(zé);5)武器發(fā)射,由MSS導(dǎo)彈系統(tǒng)主管/WCS(武器控制系統(tǒng))、CIWS負(fù)責(zé);6)攻擊效果評(píng)估,由WCS、RSC雷達(dá)系統(tǒng)操作員、CIWS負(fù)責(zé);7)攻擊效果判斷,由AAWC 對空戰(zhàn)協(xié)調(diào)官、CIWS負(fù)責(zé)[5]。
DDG1000級(jí)艦是美海軍為適應(yīng)21世紀(jì)海上作戰(zhàn)需求于21世紀(jì)初開始研制、建造的一型側(cè)重對陸攻擊和水面打擊能力的多用途艦,首艦“朱姆沃爾特”號(hào)計(jì)劃2017年服役,采用內(nèi)傾穿浪船型和綜合電力系統(tǒng),滿載排水量超過14000噸,最大航速超過30節(jié)[6]。
DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu),由S/X 雙波段雷達(dá)、艦殼傳感器基陣、光電/紅外設(shè)備、電子支援設(shè)備等傳感器,先進(jìn)垂直發(fā)射裝置、先進(jìn)艦炮(AGS)、近程艦炮等武器和發(fā)射裝置,以及為全艦提供公共計(jì)算與服務(wù)支持的“全艦計(jì)算 環(huán)境”(TSCE,Total Ship Computing Environment)和構(gòu)建在其上的全艦指揮控制中心組成,如圖4 所示。
圖4 DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖5 為DDG1000 級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)連接關(guān)系示意圖。DDG1000級(jí)艦的作戰(zhàn)系統(tǒng)具有下述主要特點(diǎn):
1)配裝了由S波段有源體搜索相控陣?yán)走_(dá)和X 波段有源多功能相控陣?yán)走_(dá)組成的雙波段雷達(dá)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在這兩個(gè)電磁波頻段上同步工作、資源共享。
圖5 DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)連接關(guān)系示意圖
2)采用開放式體系架構(gòu),其全艦計(jì)算環(huán)境支持包括警戒探測、作戰(zhàn)指揮、武器控制等在內(nèi)的艦上系統(tǒng)的集成,使各類系統(tǒng)相互支援,相關(guān)人員大幅減少,并方便了系統(tǒng)升級(jí)。據(jù)報(bào)道稱,其相對于阿利·伯克級(jí)驅(qū)逐艦DDG79人員減少63%。同時(shí),該型艦的傳感器、武器、艦船駕控設(shè)備也趨于小型化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化。
3)配裝的MK-57先進(jìn)垂直發(fā)射系統(tǒng)采用創(chuàng)新性的舷側(cè)安裝布置方式,有效提高裝載能力;垂直發(fā)射系統(tǒng)舷側(cè)安裝在內(nèi)外層艦體間,遠(yuǎn)離艦體重要區(qū)域,提高了艦艇生存能力;該系統(tǒng)以4管為一個(gè)模塊,提高了布置的靈活性。
4)該級(jí)艦在機(jī)庫頂左右舷各布置了1 座具備反導(dǎo)和反快艇能力的57mm/70倍徑MK-110艦炮作為近防武器系統(tǒng),提升了近海作戰(zhàn)時(shí)對抗小型艦艇的能力。
5)采用集成復(fù)合上層建筑和孔徑結(jié)構(gòu)將雷達(dá)和通信等天線集成于一體化上層建筑中,減少了甲板上的暴露物;同時(shí),采用穿浪型內(nèi)傾單體船型,有效增強(qiáng)艦艇隱身性。
現(xiàn)役航母中以尼米茲級(jí)航母作戰(zhàn)系統(tǒng)為例,其指控系統(tǒng)由NTDS/ACDS構(gòu)成,最新升級(jí)為SSDS艦艇自防御系統(tǒng);探測系統(tǒng)由AN/SPS-48E 三坐標(biāo)雷達(dá)、SPS-49E 對空雷達(dá)、MK-23目標(biāo)獲取系統(tǒng)等組成,將升級(jí)為立體搜索雷達(dá)、多功能相控陣?yán)走_(dá);武器系統(tǒng)由“海麻雀”點(diǎn)防御系統(tǒng)和MK-15“密集陣”近防武器系統(tǒng)構(gòu)成,將升級(jí)為改進(jìn)型“海麻雀”導(dǎo)彈和滾動(dòng)彈體導(dǎo)彈等。由于指控系統(tǒng)是集成武器、通信、探測的核心裝備,體現(xiàn)了作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成方式,在此主要介紹NTDS、SSDS兩代指控系統(tǒng)。
NTDS(Navy Tactic Data System)采用集中式體系結(jié)構(gòu),主要由一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、一個(gè)顯示器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳送設(shè)備等構(gòu)成[7]。NTDS系統(tǒng)的組成及輸入輸出如圖6、圖7所示。
圖6 NTDS系統(tǒng)組成示意圖
圖7 NTDS系統(tǒng)輸入輸出示意圖
NTDS系統(tǒng)的主要功能包括:1)通過各種探測器、預(yù)警飛機(jī)、巡邏機(jī)等采集空中、海上、水下乃至陸上的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)信息,并對此進(jìn)行快速精確的信息處理和顯示,為各級(jí)指揮人員提供戰(zhàn)術(shù)決策依據(jù);2)指揮和控制艦載飛機(jī)的起、降,并引導(dǎo)艦載飛機(jī)在半徑50海里空域內(nèi)攔截空中、海上來襲目標(biāo),以及引導(dǎo)反潛直升飛機(jī)對水下敵方潛艇等進(jìn)行搜索和攻擊;3)組織和協(xié)調(diào)對戰(zhàn)斗群的電子戰(zhàn)設(shè)備、導(dǎo)彈等軟硬武器進(jìn)行對作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)指示和目標(biāo)分配;4)為艦上指揮人員和參謀人員提供實(shí)時(shí)指揮控制手段。圖8為NTDS系統(tǒng)信息流程圖[8]。
NTDS系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)有以下四點(diǎn):
1)采用集中式體系結(jié)構(gòu);2)采用標(biāo)準(zhǔn)化顯控臺(tái);3)重視軟件的改進(jìn)升級(jí);4)重視數(shù)據(jù)傳輸鏈。
圖8 NTDS系統(tǒng)信息流程圖
艦艇自防御系統(tǒng)SSDS(Ship Self-Defense System),是美軍目前艦艇新型綜合防御系統(tǒng)的典型代表,是美國海軍首個(gè)基于開放體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)環(huán)境(OACE)開發(fā)的系統(tǒng)及最大的優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目,體現(xiàn)了一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施和軍事綜合電子信息系統(tǒng)建設(shè)的思想。
廣義的SSDS系統(tǒng)包含傳感器系統(tǒng)(IRST 和TISS系統(tǒng)、MFR 多功能雷達(dá)、SPQ-9B雷達(dá)),指控系統(tǒng),武器系統(tǒng)(軟殺傷武器、硬殺傷武器)等[9]。裝備形態(tài)的SSDS系統(tǒng)是新型的指揮控制系統(tǒng),包括控制模塊、識(shí)別模塊、跟蹤模塊和決策模塊[10],由軟件和商用成品硬件(COTS)組成,具有快速反應(yīng)交戰(zhàn)能力(Quick Reaction Combat Capability,QRCC)。圖9為SSDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9 SSDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
SSDS艦艇自防御系統(tǒng)具備以下特點(diǎn):
1)提供一體化的從探測到交戰(zhàn)的能力,并通過集成現(xiàn)有的艦載資源增強(qiáng)了全艦的防御能力,縮短了反應(yīng)時(shí)間。
2)SSDS系統(tǒng)采用基于商用產(chǎn)品(COTS)的UYK-70顯示系統(tǒng)、光纖局域網(wǎng)技術(shù)和冗余分布式結(jié)構(gòu),在易用性、容錯(cuò)性、可擴(kuò)展性、系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間及成本方面表現(xiàn)較好。
3)SSDS系統(tǒng)符合開放體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)環(huán)境(OACE)要求,自身的軟件也是由C、C++和Ada的分布式軟件模塊組成,操作系統(tǒng)是基于X86架構(gòu)的LynxOS系統(tǒng)。
4)SSDS系統(tǒng)采用多傳感器集成算法綜合多個(gè)不同傳感器的輸入信息,建立目標(biāo)航跡。
5)SSDS系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)換規(guī)則和貝葉斯置信網(wǎng)絡(luò)作為武器調(diào)度的戰(zhàn)術(shù)決策引擎。
根據(jù)對上述美海軍艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)和指控系統(tǒng)的分析,歸納其發(fā)展趨勢為:
1)單平臺(tái)多傳感器向一體化方向發(fā)展,多型武器采用通用共架垂直發(fā)射技術(shù)
DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)、通信、電子偵察等裝備的一體化設(shè)計(jì),據(jù)報(bào)道其S+X 雙波段雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)以往艦上6~10部雷達(dá)的功能,能夠完成態(tài)勢感知、空中控制、跟蹤識(shí)別、炮位探測、水面搜索、武器控制和著艦引導(dǎo)等多種任務(wù)。
通用共架垂直發(fā)射系統(tǒng)具有發(fā)射率高、儲(chǔ)彈量大、全方位發(fā)射、通用性好、生存力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Mk41垂直發(fā)射系統(tǒng)可發(fā)射“標(biāo)準(zhǔn)”、“海麻雀”、“戰(zhàn)斧”和“阿斯洛克”等多種導(dǎo)彈,提升了履行多任務(wù)的作戰(zhàn)能力。同時(shí),其垂直發(fā)射系統(tǒng)和導(dǎo)彈布置在甲板下,便于艦艇提升隱身性能和生存能力。Mk41垂直發(fā)射系統(tǒng)已經(jīng)與十余種不同級(jí)別的艦艇,以及十余種武器進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì),成為最廣泛應(yīng)用的通用垂直發(fā)射系統(tǒng);DDG-1000的MK-57“先進(jìn)垂直發(fā)射系統(tǒng)”(Advanced/Peripheral Vertical Launch System,AVLS/PVLS),有以下五點(diǎn)優(yōu)勢:(1)開放式結(jié)構(gòu),易于新導(dǎo)彈上艦;(2)具有發(fā)射大型、重型導(dǎo)彈能力;(3)大量采用電子模塊;(4)廢氣管理系統(tǒng)先進(jìn);(5)系統(tǒng)安裝在DDG-1000級(jí)艦的舷側(cè)周邊,可以降低系統(tǒng)遭受攻擊后對本艦的危害。
2)基于開放式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)集成,其硬件標(biāo)準(zhǔn)化、軟件構(gòu)件化
NTDS、“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)是緊密耦合的,其軟件和硬件結(jié)合在一起。DDG1000級(jí)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)作為共同技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行集成,將軟件從硬件中分離,易于系統(tǒng)升級(jí)。全艦計(jì)算環(huán)境實(shí)現(xiàn)了開放式體系結(jié)構(gòu)的最高階段,全部的運(yùn)算機(jī)能,包括偵察探測、武器發(fā)射控制、指揮控制、通信、電子戰(zhàn)、導(dǎo)航、武器、動(dòng)力電機(jī)、管理、損管等,均由整合在一起的同一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé),形成艦上共同的運(yùn)算環(huán)境,提升了任務(wù)系統(tǒng)集成能力和自動(dòng)化水平,減少了人員配置,并在“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了探測、指揮控制、交戰(zhàn)集成在指揮中心的相應(yīng)臺(tái)位完成。
3)指揮控制趨于智能化
SSDS采用多傳感器集成算法,在原始信號(hào)等級(jí)上并和集成本艦雷達(dá)、電子戰(zhàn)、數(shù)據(jù)鏈等各種傳感器資源,生成綜合態(tài)勢圖像,自動(dòng)進(jìn)行威脅判斷并按照標(biāo)準(zhǔn)的交戰(zhàn)原則進(jìn)行目標(biāo)分配,指揮控制飛機(jī)和艦上武器完成對敵方目標(biāo)的攔截,從而將作戰(zhàn)過程最初的任務(wù)計(jì)劃編制到最后任務(wù)的執(zhí)行(包括戰(zhàn)斗損失評(píng)估)都納入指揮控制中,達(dá)到了指揮控制本艦各種資源,消除通信、雷達(dá)、敵我識(shí)別(IFF)、電子戰(zhàn)(EW)、聲學(xué)、紅外及光電等方面沖突,資源、武器分配最優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和近乎實(shí)時(shí)資源與交戰(zhàn)管理等要求,其指揮控制趨于智能化。
[1]姜來根.21世紀(jì)海軍艦船[M].北京:國防工業(yè)出版社,2011:104.
[2]蒲林科,趙宗貴.美軍的聯(lián)合指揮控制系統(tǒng)(JC2)計(jì)劃[J].現(xiàn)代電子工程,2005(2).
[3]石章松,王航宇.未來海軍指控系統(tǒng)在海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中的發(fā)展及展望[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào),2008,5(2).
[4]張明德.成功級(jí)、紀(jì)德級(jí)與神盾系統(tǒng)艦之戰(zhàn)斗系統(tǒng)與作戰(zhàn)能力分析[J].尖端科技軍事,2009,(2).
[5]Jean Yves,Bouteyre.New Architecture Concepts for Naval Combat Systems[J].Military Technology,2008,(12).
[6]江南.戰(zhàn)后美國驅(qū)護(hù)艦發(fā)展史(下)[J].現(xiàn)代艦船,2010(10B):49-51.
[7]CIC Conversion/NTDS Improv,RDT&E Budget Item Justification Sheet(R-2Exhibit),F(xiàn)ebruary,2010,0604518N.
[8]JANE’S C4ISYSTEM 2000-2001.
[9]本書組.現(xiàn)代艦艇火控系統(tǒng)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010:78-90.
[10]Ship.Self.Defense.System.(SSDS)[EB/OL].http://www.raytheon.com/products/ssds/ref_docs/ssds.pdf.