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  美海军综合防空火控系统简介及发展研判

  概 述

  美军的海军综合火控-防空(Naval Integrated Fire Control-Counter Air,NIFC-CA)是基于动态分布式作战模式提出的概念性、探索性研究项目之一,旨在支撑分布式作战模式和基础能力的发展,重点是发展协同探测、协同定位、协同攻击以及支撑网络等技术,实现动态分布的闭环杀伤链功能。核心思想是通过增强各武器平台之间的联系,构建完整的战场态势感知和目标协同定位,提升体系综合作战能力。NIFC-CA的多次试验证实了多系统复杂集成技术的可行性,凸显了多级多样武器系统协同作战的优势。

  1、 NIFC-CA项目发展历程及重要事件

  NIFC-CA于2002年由美国海军作战部部长冯·克拉克海军上将进行“21世纪海上力量”的演讲时诠释“海上盾牌”作战概念时正式提出,NIFC-CA又称“海上盾牌”。其内涵是以“协同作战能力”(Cooperative Engagement Capability,CEC)为核心,将先进的传感器系统和新一代超视距空面武器系统集成为一体,提供基于先进网络的、分布式远程防御性火力,使美国海军具备对飞机和巡航导弹的超视距对空防御能力(见图1所示),构建能覆盖内陆纵深的海上对空防御体系。

  2002年到2006年是NIFC-CA的系统定义和主要架构设计阶段。

  2006到2009年是NIFC-CA海上杀伤链工程化分析阶段,主要分析体系能力需求和条件、重要系统的性能和功能、重要性能参数和功能函数等。

  2009年11月份NIFC-CA处于设计冻结阶段,主要是强化每个关键系统的关键设计,结束了宙斯盾基线9的设计复查,开始关键系统研制。

  2011年夏,部分子系统已完成设计,并进行了集成测试,开始NIFC-CA大系统的集成和测试。

  2013年8月,NIFC-CA在“钱斯勒维尔”号巡洋舰首次进行了海上演示验证,以宙斯盾舰载火控系统、传感器网络、基线9作战系统和SM-6联合作战,用SM-6拦截了一架靶机,首次实现了SM-6导弹的超视距目标拦截试验。从2006年到2013年是NIFC-CA的联合开发阶段,完成了系统建模与仿真、系统集成测试和生存力测试等工作(见图2所示)。

  2014年美军在《2014-2025年美国航空兵构想》中提出将F-35,EA-18G和无人机等前出节点纳入,与水面舰艇协同集成后,首先形成航母编队的一体化火控-制空能力,最终形成海军一体化火控-制空能力。

  2015年4月“罗斯福”号航母装备了NIFC-CA系统。并具备初始作战能力,正式加入美海军第五舰队。

  2015年6月日本防卫相中谷元在众议院和平法制特别委员会上,明确提出为应对低空掠海巡航导弹攻击,日本将筹备引进美军的NIFC-CA系统,用来对抗“中国导弹威胁”。同期,在新墨西哥州的白沙导弹靶场的试验中,SM-6导弹首次成功拦截超视距的超音速目标。

  2016年9月12日,F-35和“宙斯盾”武器系统首次完成联合实弹演习(见图3所示)。LLS-1的陆上宙斯盾模拟基站首次利用F-35B飞机提供的空基信息,发射了一枚SM-6导弹,成功攻击并拦截了靶机,实现了分布式杀伤。NIFC-CA系统扩展了目标探测、分析与拦截范围,对于美国海军具有颠覆性意义。

  2 、NIFC-CA项目构型及节点能力

  2.1 NIFC-CA项目系统构型

  NIFC-CA从2002年提出到现在,通过对现役和在研阶段技术与装备的结合,逐步实现了分布式、网络化的防空作战体系,其系统构型也在不断的迭代更新,主要有两种构型:

  构型1是发展初期提出的,见图4所示,主要用于防空,在宙斯盾系统和航母编队上加入了E-2D平台,利用E-2D上的雷达探测能力来提升航母编队雷达面临的地球曲率造成的低空盲区和地形遮挡的空域盲区问题,该系统以基于CEC网络的传感器协同信息交互为主,具备火控级协同、地空掠海目标探测、超视距识别和推毁目标的能力,通过该系统有效扩展了舰艇编队防空反导的作战范围,使美国海军具备了“看不到但打得到”的超地平线攻击能力。

  构型2是构型1不断发展的最新状态,见图5所示,已经由最初的防空能力逐步发展为具备分布式、网络化的协同作战能力,该构型以获取高品质传感器数据、提升系统弹载量和远距作战为目的,将F-35、EA-18G、F/A-18E和无人机等前出节点纳入了该系统,具备多平台协同作战、组网协同探测和多组网构型等特征。

  新构型中,美军主要看重的是F-35的ISR能力。由于其光学孔径系统可以让F-35在雷达不开机的情况下,被动探测空中和地面目标,此外,机体多处分布的热敏探测器让F-35具备了“被动球形感知”能力,提高了防空武器威胁下的存活率;同时F-35凭借其速度和隐身优势,可以在必要的情况下实施对敌攻击任务,具备反介入/区域拒止(A2/D2)环境下执行ISR任务的优势。

  NIFC-CA系统的新构型通过多种体制互联互通的协同数据链,实现了传感器和射手的网络化协同,使美军具备了隐身感知的跨平台协同作战能力,提升了美军舰队区域防控体系在“反介入/区域拒止”环境中的作战能力,同时,在高威胁环境下通过信息火力一体的协同作战,可抵消敌人敌方突防和移动时敏目标的威胁。

  2.2 NIFC-CA项目节点能力

  对新构型中的重要节点能力进行了介绍:

  E-2D飞机:NIFC-CA系统的中心节点,可将本机雷达系统获得的高精度目标要素传递给宙斯盾舰艇,经CEC系统复合跟踪处理,为宙斯盾舰艇上装备的标准-6导弹提供火控精度的数据,使宙斯盾舰艇能在自身雷达未发现目标的情况下发射标准-6导弹,实施超视距防空作战。新构型中,E-2D主要担任制后方制空和舰载机通信中继的功能。

  宙斯盾系统DDG:NIFC-CA的重要节点,承担对空探测跟踪、复合跟踪与识别、协同打击指挥与控制、SM系列导弹发射与制导。采用的开放体系计算架构。融入NIFC-CA之后,宙斯盾作战系统能够利用空中平台传感器提供的火控精度的数据对标准-6导弹进行火控解算、装订诸元、导弹发射以及中段指令修正制导,极大地扩展了水面舰艇的作战空间。

  SM-6导弹:NIFC-CA系统的主要武器,与标准-2相比,在射程、射高、制导方式等方面做出了巨大提升,着力加强低空、超低空巡航导弹的拦截能力,并具备有限的末端弹道导弹防御能力。

  F-35飞机:扩展的重要空中作战平台,SM-6的新手臂,利用隐身和强传感器能力,将NIFC-CA的体系感知范围向敌方前沿拓展。可深入敌方空域中心收集ISR数据,对来袭目标进行跟踪,为F/A-18E/F或者宙斯盾舰发射远程拦截导弹提前提供目标引导,面对高威胁时也可以对导弹进行末制导,提高NIFC-CA打击一系列复杂目标的能力。

  EA-18G飞机:通过F-35较早获知来袭目标的位置信息和攻击意图后,可在来袭导弹导引头开机前通过发射箔条、红外假目标或者释放其余干扰源等进行远程压制干扰。

  F/A-18E/F飞机:作为武器库和主要攻击平台。

  CVN:舰载机的起飞降落载体,航母编队的控制和管理中心。

  3、 NIFC-CA项目主要特征

  NIFC-CA系统的主要特征体现在系统架构、作战网络和作战管理三个方面。

  3.1 系统架构

  NIFC-CA系统坚持开放式式的作战体系架构思想,打破了传统武器与专用火控系统“硬链接”的设计,采用SoS系统架构(见图6所示),由现有的数个基础系统构筑而成,每个子系统提供标准的界面让NIFC-CA存取,不会干涉旗下每个相关系统各自的发展,实现了传感器网、火控网、武器网的三网合一,是美军典型的网络中心战系统,设计了海上、空中和陆上三类杀伤链,并能够将防空反导作战的杀伤链路交迭,扩展整个作战空域,减少防御漏洞,提供最大限度的对目标再次拦截能力。NIFC-CA这种先进的、后向兼容的SoS开放式系统架构,能够使得各种作战节点尽快融入作战体系中。

  3.2 作战网络

  由于NIFC-CA系统本身是不断迭代更新和升级的,因此它的网络设计原则应该是基于以下两点:

  a) 前向兼容、后向扩展;

  b) 分层设计、新旧体制交互。

  早期CEC网络是NIFC-CA系统的“骨干”,通过CEC可以拓宽两艘“宙斯盾”间的目标数据共享的可能,实现“宙斯盾”舰艇的火力控制系统与舰艇上方或远离舰艇的飞机连接起来,进一步拓宽目标数据的共享。作为基本的协同网络完成了指控信息、传感器信息、目标信息和作战图像等的交互,是防空体系的信息保障。但是该网络存在网络用户数量有限(不大于24)和信息传输带宽较小等问题。

  后续随着系统节点的增多,网络组成越来越复杂,前突作战及大容量数据对网络指标提出了新的需求,NIFC-CA网络为了将来自同一平台而非通过CEC网络的数据上传到NIFC-CA网络中,融入了新体制的通信链路,让整个NIFC-CA网络具备了分层、互联互通和稳健传输等能力,各节点链路主要配置见表1,主要特征如下:

  a) 多种数据链互联互通;

  b) 定向全向通信模式组合;

  c) 宽带窄带共存;

  d) 每个节点具备协同信息处理和交互能力;

  e) 节点功能可扩展。

  表1 NIFC-CA系统链路配置

美海军综合防空火控系统简介及发展研判

  3.3 作战管理

  NIFC-CA系统是基于“物理分离-功能连接”的设计理念,通过引入多种作战资源,进行动态重组来提高系统整体的生存能力。采用分布式作战管理将不同类型的节点组合起来,完成了全局资源的动态管理与规划及任务的动态分配等。

  4、NIFC-CA项目工作流程

  假设条件如下:

  航母CVN和DDG编队正在南海渡航,敌方远程反舰武器发射平台锁定了DDG,并连续发射了两发反舰巡航导弹。

  具体流程如下:

  a) F-35前突侦查发现了目标,并将探测数据通过MADL送给EA-18G,EA-18G通过Link16/CMN-4将数据(超视距时发给E-2D,E-2D通过CEC进行中继)送给CVN和DDG编队;

  b) CVN和DDG编队通过CEC完成信息融合,生成通用防空战术态势图像,协同武器控制模块进行威胁估算,确认敌方发射的两发导弹为协同防空打击目标,将自动生成对来袭导弹进行拦截的协同交战方案;

  c) 在来袭导弹处于DDG武器发射平台探测范围之外时,由F-35对来袭导弹进行跟踪,由DDG提前发射SM-6导弹拦截;当进入DDG雷达探测区时,再进行制导控制,在第一次发射拦截失败时,可再发射第二甚至第三颗进行拦截;

  d) 若CVN和DDG编队通过F-35较早获知了来袭导弹的位置信息和攻舰意图,可在来袭导弹导引头开机前通过EA-18G发射箔条、红外假目标或者释放其余干扰源进行干扰。另外,当来袭导弹采用被动雷达工作方式或者反辐射导引头时,被锁定的舰艇可以在一段时间内保持雷达静默,使用其他舰艇平台提供的跟踪火控数据进行交战。

  5、 NIFC-CA项目给美军带来的能力提升

  NIFC-CA系统给美军带来了四方面的能力提升:

  a) 具备了“看不到但打得到”的超地平线攻击能力;

  b) 防空反导作战的防御层次和拦截成功率大大提升;

  c) 具备远程拦截与目标指示能力;

  d) 具备应对“反介入/区域拒止”威胁的能力。

  6、NIFC-CA项目未来发展方向预测

  初步分析,NIFC-CA系统将在以下六个方向继续开展研究和深化:

  a) 作战模式:分布式动态协同作战;

  b) 作战体系架构:通过子系统的加入,构建更大的SoS体系;

  c) 作战管理:分布式动态智能作战管理;

  d) 作战网络:加强网络安全性、鲁棒性和兼容性设计;

  e) 决策回路:由人在回路慢慢向智能化过渡,提高决策辅助系统的自主等级;

  f) 节点升级:一是在NIFC-CA构型的前端增加低成本的小型有人/无人平台,进一步适应分布式体系作战的需求;二是在满足构型接口标准的前提下,对NIFC-CA现有节点进行优化升级,通过有限的研制周期和低成本带来能力的提升通过子系统能力的提升来提升SoS的能力。

  7、NIFC-CA对我们的启发

  NIFC-CA系统给我们的启发主要是两方面:一是协同作战层面的;二是作战支撑技术层面的。协同作战需要的是多学科交叉技术支撑,作战能力的提升不是一步到位的,是循序渐进的迭代发展过程。我们应该基于开放式的作战体系架构,以未来装备为牵引,先从构建简单的协同作战样式入手,以提高局部作战效能为牵引,深入研究分布式网络化协同作战概念、作战样式、方法、作战流程和信息交互流程等。追求多功能、高性能的战机能力水平与分布式动态协同作战同步发展是未来的主要发展方向,重点应在以下四个方面加强研究:

  a) 新的协同作战概念:加快多域、分布式、动态、不对称、集群作战概念的研究,提出适合我国国情的协同作战模式和作战流程体系,形成对美军作战体系整个杀伤链的一体化综合对抗能力,以实现对美军舰队区域防控体系的突防和打击能力;

  b) 协同作战网络:针对高威胁环境下的时敏目标探测、理解、干扰和攻击杀伤链需求,构建以作战任务效能为驱动的面向“服务”的灵巧、敏捷、稳健的协同网络,根据6种基于任务域的协同模式,即协同隐身、协同控制、协同探测、协同判断、协同决策、协同攻击,抽象出一系列通用服务需求,即与任务解耦的“服务包”,从而将控制层和数据层解耦合,为协同作战提供有效的信息支撑;

  c) 分布式协同作战管理技术:未来装备联合作战也将以分布式作战模式为主,这种作战概念颠覆了传统的作战理念、作战样式和作战资源的统筹组织和综合运用,需要结合未来装备的族群化特征和能力需求,构建灵活自适应可动态配置的多域智能作战管理系统构架,来适应复杂多变的作战环境、以及我方作战能力单元和对抗目标变化带来的影响;

  d) 协同作战验证和仿真手段:除了技术发展情况,整个作战概念的可行性和成熟度很重要,但是新的交战概念和武器装备建设思路仍缺少实证,尤其是缺少势均力敌对抗的检验,其发展存在较多的变数,需要加大验证和仿真的力度。

(完)

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责任编辑:主角

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中共党员。用事实说话,传递中国好声音。金猴奋起千钧棒,玉宇澄清万里埃。

《日本の恩公蒋介石》作者,人称无风。无党派人士,久经考验的爱国主义青年。

中共党员,大学本科学历,全国优秀教师,网络知名专栏作家、多家报刊杂志特邀评论员。

传播精神文明正能量,鞭挞社会歪风邪气,矢志不渝,拙笔不坠,愿以笔墨网络奉献社会。

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