空中集群的威脅主要源于裝備技術(shù)與實踐戰(zhàn)術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前,空中集群的動力與材料、導(dǎo)航與定位、通信與組網(wǎng)、任務(wù)規(guī)劃等技術(shù)呈現(xiàn)出高速發(fā)展?fàn)顟B(tài),分析未來海戰(zhàn)中空中集群的威脅是作戰(zhàn)體系構(gòu)建的重要基礎(chǔ)。

美海戰(zhàn)典型空中集群包括“小精靈”(Gremlins)、“郊狼”(Coyote)、“山鶉”(Perdix)、“蟬”(CICADA)等,項目來源、研發(fā)目的及主要指標(biāo)見表1。

通過上述集群項目的發(fā)展與驗證,美軍構(gòu)建了作戰(zhàn)載荷功能多樣、飛行半徑遠(yuǎn)近銜接、目標(biāo)數(shù)量覆蓋千百十級的空中集群體系?！靶【`”具有較遠(yuǎn)的飛行半徑和高速機(jī)動能力,可在防區(qū)外發(fā)起突襲,執(zhí)行電子干擾、偵察及非自殺式攻擊任務(wù);“郊狼”還具備自適應(yīng)組網(wǎng)等能力,可以對雷達(dá)、垂發(fā)單元等關(guān)鍵節(jié)點實施自殺式精確毀傷,形成低成本飽和攻擊威脅;“山鶉”可以通過戰(zhàn)斗機(jī)干擾彈發(fā)射器投放,實現(xiàn)隱蔽突防,形成大規(guī)模低空滲透威脅;“蟬”因其超低成本,可以構(gòu)成“海量消耗”式隱蔽近戰(zhàn)威脅。

從技術(shù)發(fā)展趨勢分析,未來空中集群可通過雷達(dá)低回波、射頻弱信號、紅外弱輻射等方式強(qiáng)化探測隱身性;通過模塊化載荷、跨域協(xié)同、實時決策提升戰(zhàn)術(shù)復(fù)雜性;通過低成本、大規(guī)模、快速制造形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)性。這些技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)的深度融合,使空中集群成為海戰(zhàn)中的重大威脅。

隨著動力、材料等技術(shù)的發(fā)展,不同的空中集群分別針對雷達(dá)、光電、射頻、聲學(xué)等探測手段中的單個或多個方面進(jìn)行革新,多方面提升隱身能力,大幅降低傳統(tǒng)探測手段效能。例如2024年2月,美國公司推出采用渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和電動推進(jìn)風(fēng)扇的混合動力高速空中自主平臺,最高速度可達(dá)0.7 Ma;法國公司研發(fā)采用電池系統(tǒng)和電動推進(jìn)系統(tǒng)的空中自主平臺。此類技術(shù)的研發(fā)表明未來高速集群目標(biāo)可能采用遠(yuǎn)渦噴、近電動的動力推進(jìn)技術(shù);低速集群可能全過程采用電動推進(jìn)系統(tǒng),實現(xiàn)靜音飛行。

當(dāng)前美軍主要空中集群采用的反探測相關(guān)技術(shù)見表2。整體而言,集群通過相對導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航及視覺輔助定位導(dǎo)航技術(shù),大幅降低對衛(wèi)星導(dǎo)航的依賴,可從導(dǎo)航方面規(guī)避頻域無源探測系統(tǒng)的信號截獲;集群通過采用輕量化復(fù)合材料與3D打印的外部結(jié)構(gòu),可能顯著縮減雷達(dá)散射截面積(RCS),使雷達(dá)探測距離大幅縮短;在動力方面,部分集群采用的電動模式可降低聲學(xué)探測距離。因此,對于傳統(tǒng)探測手段而言,空中集群具備“看不見”的顯著特征。

空中目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)意圖識別源于目標(biāo)識別技術(shù)。傳統(tǒng)海戰(zhàn)中的空中目標(biāo)主要包括反艦導(dǎo)彈、預(yù)警機(jī)、有人攻擊機(jī)、直升機(jī)、電子干擾機(jī)等,通常具備高空、高速、大型等特征,因此傳統(tǒng)的威脅判斷技術(shù)通常采用靜態(tài)威脅判斷模型,主要將固定時刻下,目標(biāo)的類型、速度、航路捷徑、航向、數(shù)量、加速度、攜帶武器裝備情況、干擾與反干擾能力等作為威脅因素,需要為各威脅因素賦權(quán)重,建立數(shù)學(xué)模型定量計算威脅等級。意圖識別是威脅評估的重要組成部分,也是判斷戰(zhàn)場態(tài)勢的重要環(huán)節(jié),本質(zhì)是根據(jù)目標(biāo)歷史及當(dāng)前時刻呈現(xiàn)出的特征推理其行動意圖。當(dāng)前,以自主作戰(zhàn)平臺為主的空中集群目標(biāo)出現(xiàn)后,極大顛覆了傳統(tǒng)的威脅判斷手段,也給戰(zhàn)術(shù)意圖識別帶來極大挑戰(zhàn)。

空中集群的戰(zhàn)術(shù)復(fù)雜性分析見表3。整體而言,空中集群通過低雷達(dá)反射截面積、模塊化載荷技術(shù)、實時任務(wù)規(guī)劃技術(shù)、跨域協(xié)同誘騙戰(zhàn)術(shù)顛覆傳統(tǒng)的威脅判斷技術(shù),挑戰(zhàn)既往的意圖識別算法。

以歷次沖突為例,不具備全自主作戰(zhàn)能力的空中平臺通過跨域協(xié)同誘騙戰(zhàn)術(shù)對傳統(tǒng)海戰(zhàn)防御已造成重大威脅。2022年10月29日凌晨,9架WB Warmate空中自主平臺和7艘Sea Baby水面自主平臺,通過“跨域協(xié)同”的方式襲擊塞瓦斯托波爾港內(nèi)艦艇并宣稱取得了重傷一艘護(hù)衛(wèi)艦的戰(zhàn)果。作戰(zhàn)過程中,9架WB Warmate首先以低空飛行姿態(tài)逼近塞瓦斯托波爾港,通過加裝的電子信號模擬器模仿戰(zhàn)斗轟炸機(jī)/巡航導(dǎo)彈的雷達(dá)反射特征,誘騙對手雷達(dá)開機(jī),吸引防空火力,利用誘騙戰(zhàn)術(shù)創(chuàng)造的時間窗口,Sea Baby利用民用船只活動作為掩護(hù)以半潛狀態(tài)從海上隱蔽接近港內(nèi),部分通過防波堤入口的防護(hù)網(wǎng)缺口突入內(nèi)港水道,成功鎖定停泊在內(nèi)港的俄軍主力艦艇。未來,空中集群的規(guī)模和自主性將進(jìn)一步發(fā)展,防御壓力將進(jìn)一步增加。

綜合分析,空中集群目標(biāo)通常RCS值較小,在傳統(tǒng)的威脅判斷模型中威脅評估等級低;集群使用模塊化的載荷技術(shù),令傳統(tǒng)的依賴于外形特征進(jìn)行判斷的意圖識別算法難以辨認(rèn),只能通過其行為模式進(jìn)行判斷;集群也發(fā)展了實時的任務(wù)規(guī)劃技術(shù),其戰(zhàn)術(shù)動作甚至是意圖可能根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境與防御方的配置等進(jìn)行快速自主調(diào)整,嚴(yán)重挑戰(zhàn)防御方的決策算法與決策周期;集群通過發(fā)展動態(tài)組網(wǎng)等技術(shù),可實現(xiàn)跨域協(xié)同的誘騙戰(zhàn)術(shù),提升防御方的戰(zhàn)術(shù)意圖認(rèn)知難度。上述4方面的集群戰(zhàn)術(shù)復(fù)雜性對當(dāng)前防御作戰(zhàn)的目標(biāo)識別和指揮決策造成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),因此,對于傳統(tǒng)的防御決策而言,空中集群具備“辨不明”的顯著特征。

未來海戰(zhàn)中的空中集群可能通過3D打印、組件等商用技術(shù)以及模塊化設(shè)計、快速量產(chǎn)等創(chuàng)新性的制造模式來顯著降低單平臺生產(chǎn)與使用成本,構(gòu)建顛覆性的成本優(yōu)勢。在自主平臺的外殼材料與制造領(lǐng)域,美國MIT研發(fā)的“Sea Scout”自主平臺核心成本可低至2400美元,Theseus團(tuán)隊利用商用電子設(shè)備與3D打印技術(shù)可在數(shù)小時內(nèi)制造出單價低于500美元的自主平臺;在自主平臺的動力系統(tǒng)領(lǐng)域,當(dāng)前主要趨勢是采用商用組件降低成本,如大疆Phantom系列鋰電池、美軍“急速車手”的商用渦噴發(fā)動機(jī),通過上述手段可使空中集群中單節(jié)點成本降至數(shù)千美元。

美典型空中集群普遍具備鮮明的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性,其單波次集群數(shù)量、成本、核心功能等見表4。

從4類典型集群的功能劃分與成本結(jié)構(gòu)來看,空中集群可能通過高價值可回收平臺承擔(dān)電子戰(zhàn)等非消耗性任務(wù)、通過中低成本平臺實施監(jiān)視與干擾任務(wù)、通過超低成本平臺執(zhí)行自殺式飽和攻擊任務(wù),形成了層次分明的“成本-任務(wù)”分級作戰(zhàn)體系,利用集群的低成本特性來支持高風(fēng)險的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用,以可承受的戰(zhàn)損率來替代傳統(tǒng)的有人平臺。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大時,集群具備大規(guī)模量產(chǎn)能力且可通過“數(shù)量替代質(zhì)量”的集群規(guī)?；O(shè)計來降低單次任務(wù)成本。整體上,空中集群以商用組件等技術(shù)降低單平臺成本,以層次分明的分級作戰(zhàn)體系降低大規(guī)模作戰(zhàn)成本,實現(xiàn)了作戰(zhàn)效能與成本消耗的非線性增長,具備“打不起”的顯著特征。

體系(System of Systems) 是由彼此聯(lián)結(jié)的“獨立系統(tǒng)”指揮控制構(gòu)成的大系統(tǒng)。針對海戰(zhàn)的防御體系,指揮控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈將原本獨立的導(dǎo)彈、火炮、電子戰(zhàn)等系統(tǒng)聯(lián)給形成的有機(jī)整體。

空中集群憑借其“探測隱身性、戰(zhàn)術(shù)復(fù)雜性、規(guī)模經(jīng)濟(jì)性”的3大核心特性,對傳統(tǒng)靜態(tài)、非智能、主要針對高價值目標(biāo)設(shè)計的海上防空體系造成嚴(yán)峻威脅。未來海上作戰(zhàn)對空中集群的防御需立足體系能力,從探測、決策、效能3個方面明確體系構(gòu)建的核心需求,為反集群體系設(shè)計提供指引。

2.1 全域多維感知需求

當(dāng)前,對空探測體系主要由天基衛(wèi)星、空中平臺、艦載裝備,通過雷達(dá)、紅外、光電等手段完成,但對空中集群的單一手段探測難以滿足未來海戰(zhàn)早期預(yù)警、準(zhǔn)確識別、全程跟蹤的需求。

由表5可見,雷達(dá)、紅外、光學(xué)、頻譜、聲學(xué)等手段對集群目標(biāo)的探測均存在不同維度的“盲區(qū)”,依賴單一平臺進(jìn)行的預(yù)警探測是遲滯不準(zhǔn)確的,需要組建多域、多維度的傳感器網(wǎng)絡(luò),并通過多源傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)提升對集群目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、識別與跟蹤能力。但當(dāng)前多源傳感器的數(shù)據(jù)融合面臨多個難題:雷達(dá)、光電、紅外等傳感器的數(shù)據(jù)格式、采樣頻率和傳輸延遲存在顯著差異,傳統(tǒng)算法難以實現(xiàn)實時融合,且容易因強(qiáng)電磁干擾、雨霧天氣等復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境導(dǎo)致傳感器失效。相應(yīng)地,未來在體系探測能力方面需要構(gòu)建覆蓋“天-空-海-頻”的多源立體感知網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)的快速融合,實時分辨并構(gòu)建目標(biāo)航跡,解決傳統(tǒng)體系防御對集群目標(biāo)“看不見”的問題。

2.2 快速動態(tài)決策需求

OODA環(huán)(觀察Observe-判斷Orient-決策Decide-行動Act)的閉合速度是體現(xiàn)體系決策能力的重要指標(biāo)。以美軍水面艦艇防空作戰(zhàn)為例,其OODA環(huán)的快速閉合主要依靠海軍一體化防空火控(Naval Integrated Fire Control-counter Air, NIFC-CA)系統(tǒng)達(dá)成,NIFC-CA系統(tǒng)構(gòu)建了3條典型的環(huán)路,3條環(huán)路的傳感器、數(shù)據(jù)鏈、指控系統(tǒng)以及導(dǎo)彈典型構(gòu)成如表6所示。通過該系統(tǒng),美艦艇編隊可以通過預(yù)警機(jī)擴(kuò)大探測距離,從而擴(kuò)大作戰(zhàn)半徑。

盡管NIFC-CA系統(tǒng)拓展了艦艇編隊防空的能力,但仍存在相對的節(jié)點流程固化、抗毀性差、周期較長等問題。以空中作戰(zhàn)為例,E-2D預(yù)警機(jī)引導(dǎo)F/A-18E/F等戰(zhàn)斗機(jī)到交戰(zhàn)區(qū),戰(zhàn)斗機(jī)火控雷達(dá)探測并鎖定目標(biāo),發(fā)射AIM-120等空空導(dǎo)彈實施打擊,在該模式中,“傳感器-指控系統(tǒng)-武器”3級架構(gòu)因鏈路層級多、數(shù)據(jù)協(xié)議頻繁轉(zhuǎn)換等原因,OODA環(huán)偏長,存在打擊時延,極易錯過攔截窗口,且任一節(jié)點損毀都將對OODA環(huán)的閉合造成毀滅性打擊。當(dāng)前,各類空中集群層出不窮,戰(zhàn)術(shù)復(fù)雜性大幅提升,并且具備較強(qiáng)的任務(wù)規(guī)劃能力,相比于飛機(jī)、導(dǎo)彈等傳統(tǒng)目標(biāo),空中集群的作戰(zhàn)意圖時刻都在發(fā)生變化,相應(yīng)地,水面艦艇防空也應(yīng)具備動態(tài)調(diào)整作戰(zhàn)意圖、靈活判斷目標(biāo)威脅等能力,固化的、周期較長的OODA環(huán)已不能滿足作戰(zhàn)需求,亟待構(gòu)建具備智能決策、動態(tài)組網(wǎng)、韌性抗毀等能力的殺傷體系。

2.3 高效費比攔截需求

對于艦艇防御空中集群而言,傳統(tǒng)導(dǎo)彈/火炮攔截手段面臨難以承受的成本困境。由表7可知,美艦艇常見防空導(dǎo)彈的設(shè)計初衷適用于攔截導(dǎo)彈、有人飛機(jī)等大型目標(biāo),對“低小慢”目標(biāo)命中概率降低,火炮系統(tǒng)需進(jìn)行持續(xù)火力覆蓋以實施對集群目標(biāo)的攔截,實際作戰(zhàn)中,勢必需要通過一次齊射多枚導(dǎo)彈或多次火炮發(fā)射提升攔截概率。按命中概率70%計算(對傳統(tǒng)目標(biāo)通常在80~90%,集群目標(biāo)RCS值降低,概率隨之降低),單價約250萬美元的標(biāo)準(zhǔn)-2導(dǎo)彈攔截“蟬”空中集群(價格按5000美元計),成功攔截單架集群目標(biāo)需1.4枚/架,效費比700∶1;密集陣攔截按30秒射擊可擊落15架計算,對單架集群目標(biāo)攔截成本1.24萬美元。

此外,當(dāng)未來集群目標(biāo)可達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千架且具備快速、規(guī)模性的低成本量產(chǎn)能力時,防御集群的體系資源極易被消耗拖垮。百架集群突擊時,按70%攔截率計算防御方需消耗143枚導(dǎo)彈,超出標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈年產(chǎn)能,且自殺式集群可通過更大的目標(biāo)數(shù)量和機(jī)動規(guī)避能力進(jìn)一步降低被攔截概率。這種單平臺成本低、量產(chǎn)速度快的非對稱消耗告訴我們,依賴于傳統(tǒng)導(dǎo)彈、火炮的攔截方案,即使在探測技術(shù)上可以實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)定位、跟蹤瞄準(zhǔn),打擊效費比也令防御方難以承受。

相應(yīng)地,與傳統(tǒng)火力毀傷相比,干擾及高功率微波、激光、巡飛彈等低成本等可持續(xù)性武器將發(fā)揮更大效能。未來在體系攔截能力方面,作戰(zhàn)方需要大力發(fā)展電子戰(zhàn)能力、研發(fā)上述武器,實現(xiàn)武器的低成本、可艦載化,優(yōu)化艦艇編隊中的武器部署,以空海集群前出干擾、艦載武器末端攔截等方式實現(xiàn)分布式作戰(zhàn)及跨域協(xié)同的火力分配,構(gòu)建低成本、高效費比對抗為核心的多層次攔截體系,解決傳統(tǒng)體系防御“打不起”的問題。

3.1 形成多維感知能力

針對空中集群低可探測、高機(jī)動的威脅性,作戰(zhàn)方需突破傳統(tǒng)探測體系難以實時感知,準(zhǔn)確識別,構(gòu)建以“廣域預(yù)警-精確識別-持續(xù)追蹤”為核心功能的多維度智能探測體系,其構(gòu)建路徑見圖1。

圖1 反空中集群的多維探測體系

在廣域預(yù)警方面,應(yīng)通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)、遺傳算法等實現(xiàn)跨域傳感器的優(yōu)化運用,作戰(zhàn)方建立天基預(yù)警衛(wèi)星、空基偵察平臺(預(yù)警機(jī)、空中自主平臺、浮空器雷達(dá)等)與海基探測設(shè)備(?；綔y網(wǎng)、水面自主平臺、水面艦艇等)的動態(tài)聯(lián)動與快速響應(yīng)機(jī)制,在第一個傳感器通過廣域預(yù)警發(fā)現(xiàn)集群源頭平臺后,智能生成精細(xì)化探測體系,縮短對集群這類小目標(biāo)的探測-告警時延;利用開放式架構(gòu)集成商用衛(wèi)星星座等商用技術(shù)降低體系構(gòu)建成本、擴(kuò)大探測能力。

在精確識別方面,作戰(zhàn)方可以發(fā)展雷達(dá)的窄帶雷達(dá)目標(biāo)識別技術(shù)、動目標(biāo)顯示技術(shù)、動目標(biāo)檢測技術(shù)以及恒虛警檢測技術(shù);可以利用深度學(xué)習(xí)算法改進(jìn)紅外、光學(xué)設(shè)備對集群目標(biāo)的檢測能力,發(fā)展多源圖像融合識別技術(shù),提升集群目標(biāo)的識別概率和準(zhǔn)確率;可以通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)融合多維度的探測信息,從而提升對集群的目標(biāo)識別能力。

在持續(xù)追蹤方面,作戰(zhàn)方可以通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)時空校準(zhǔn)技術(shù)消除多域傳感器間可能存在的時延,可以發(fā)展被動探測技術(shù),構(gòu)建無源雷達(dá)網(wǎng),探測集群的頻域信號;可以強(qiáng)化聲學(xué)與光學(xué)對集群目標(biāo)探測的環(huán)境適應(yīng)性,通過背景噪聲抑制算法提升復(fù)雜氣象條件下的目標(biāo)檢出率。

圖2 反空中集群的敏捷殺傷體系

圖3 反空中集群的分層攔截體系