【深度】预警机武器控制发展综述

Original 学术plus 学术plus 2022-07-29

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今日荐文

今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家乔永杰，曹敬瑜，范强，张维利。本篇节选自论文《预警机武器控制发展综述》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第4期。

摘要：为增加远程作战环境下超视距空战中对时敏目标的攻击距离、攻击窗口与攻击概率，达成隐蔽接敌、猝发饱和攻击的战术目的，预警机应具备武器控制能力，预警机应从预警指挥过渡为预警、指挥、控制的复合功能。结合国外发展概况，提出预警机需具备导弹控制功能，分析了相应的效能增量及需要突破的关键技术。本文提出预警机增加导弹控制功能，并过空基信息系统驱动空中各分立的节点形成高效打击链，实现机群在火力、电磁、信息场的一体作战。

引言

制信息权决定制空权，而制空权决定制面权。随着我国“走出去”的战略与远海战略利益的保障，前出作战及应对时敏目标^[1][2]的需求将驱动空中机群在缺乏岸基支援条件下，独立完成信息获取，信息处理与分发等要求。机群作战信息系统的建设与发展将是机群缺乏岸基情报支持下，自主遂行作战任务的重要物质基础。

预警机作为空中机群的核心，将从空中情报站、空中引导站，逐步过渡到空中指挥所。预警机的功能也需要从早期预警探测、指挥引导等单一功能，逐步发展出空海战场管理、武器控制、无人机操控等复合功能，成为预警指挥控制机^[3][4][5]。预警机需要将空中分散的各节点资源有效串接，按照信息贯通多条打击链路，实施协同有序的网络化运作，发挥各节点的所长并弥补各单一节点的不足，从而形成空中力量的整体合力，完成与强敌的体系对抗任务。

1 国外发展概况

按照导弹分类，预警机与机载导弹、面空导弹具有相应铰链关系，以下分别阐述。

1.1 预警机与机载导弹铰链

在预警机与机载导弹铰链方面，美军认为，单独的空中战斗平台不一定需要拥有一套完整的传感器系统，而是可以依赖于外部平台的数据共享。具体而言，E-2D预警机可将搜集到的数据信息为F/A-18E/F和F-35C等舰载战斗机提供瞄准信息，甚至可以控制制导各种多用途战斗机发射的机载导弹。具体的里程碑标志见下图1。

图1 预警机铰链控制导弹的试验里程碑

2006年1月，为满足远程防空作战需要，美军提出“海军一体化火控防空系统（Naval Integrated Fire Control-Counter Air, NIFC-CA）”的系统架构，并将该系统作为美海军未来“海上盾牌”系统的核心部分之一。在NIFC-CA系统中，E-2D预警机作为未来海战网络的数字指挥中心。美军希望通过E-2D预警机，为空中联队的所有战斗管理人员提供探测目标并引导武器的能力，同时通过TTNT、Link-16/CMN数据链，将来自E-2D预警机的信息与来自EA-18G电子战飞机、F-35C隐身战斗机和其它信息源的信息完成融合，实现从预警机到导弹的打击一体化运作。

其中，E-2D可使用先进数据链将探测信息在正确的时间送给正确的战斗机，并将原始雷达数据传送给宙斯盾驱逐舰^[⁶^]；同时可通过双向数据链使得远程空空导弹在飞行末段“剧烈机动”以躲过敌方防御系统。美军认为，在未来攻击任务中，F/A-18E/F战斗机将挂载远程精确制导武器进入敌方领空进行攻击，但F/A-18E/F战斗机不需要直接引导这些武器，而是通过E-2D预警机或F-35上的数据链完成引导，在防空任务中也是如此。

2013年7月，美军举行了“三叉戟勇士2013”演习，演示试验了E-2D预警机指挥新型空地制导炸弹对海上移动舰艇的攻击过程。在此过程中，雷神公司与美军演示证明了1架E-2D预警机与最新版本的JSOWC-1空地制导炸弹（“联合防区外武器”C-1型）、1架F/A-18E/F战斗机建立通信制导的能力。演示试验过程中，首先由1架F/A-18E/F战斗机模拟发射了1枚JSOWC-1 空地制导炸弹,随后E-2D预警机指挥该空地制导炸弹飞往有效识别后的海上目标。

与此同时，E-2D还接收这枚空地制导炸弹双向数据链传回的状态更新信息和命中提示信息。美国海军精确打击武器项目办公室副主任表示，演示成功证实了运用E-2D预警机、F/A-18E/F战斗机、JSOWC-1空地制导炸弹能够为舰队提供完整杀伤链，在远距离上对海上舰艇目标实施防区外发射的可信性。同时验证了JSOWC-1空地制导炸弹可通过“即插即用”的方式灵活无缝地接入空中网络。

2014年2月，美国海军验证了E-2D预警机上APY-9雷达的NIFC-CA （海军一体化火控防空系统）能力。E-2D预警机使用link-16数据链和联合交战系统（CEC）^[7]，为F/A-18E舰载战斗机提供目标指示，未来E-2D预警机将配备战术瞄准网络技术（TTNT）数据链，可以显著增加带宽和作用距离。

2015年1月，美国海军与雷声公司在中国湖武器测试场，完成了预警机与“战斧”Block IV导弹铰链后，更改导弹飞行轨迹击中远程移动舰艇目标的试验。“战斧”Block IV导弹飞行途中，在从预警机实时接收更新后的目标信息后，改变了预定飞行轨迹，经预警机伴随飞行一段距离后，击中了1000英里外的移动舰艇目标。

1.2 预警机与面空/舰舰导弹（含地空、舰空、舰舰导弹）铰链

当前，面空导弹的杀伤范围已达到200公里以上，但是由于地球曲率所限，对于以“战斧”巡航导弹、反舰导弹以及低空、超低空来袭的空气动力学目标只能在面空导弹视距（30公里）处进行。面空导弹在视距外，即超视距抗击来袭低空目标无法独立完成，大大限制了面空导弹的有效杀伤能力。而预警机对低空目标具有良好的探测能力，故需要预警机制导面空导弹，形成体系作战能力，完成预警机探测区域与面空导弹杀伤区域的有效闭合，实现真正的看得远、打得远。预警机中制导导弹的作战概念见下图2。

图2 预警机中制导导弹的作战概念

在预警机制导面空导弹方面，美军相应的发展历程分为三个阶段，

第一阶段为战斗机、舰艇独立作战；
第二阶段依托预警机完成早期预警、完成对战斗机引导及舰空导弹的远程目标指示；
第三阶段由E-2D预警机、宙斯盾、舰空导弹等实时铰链，构建打击链。

在第三阶段，主要由E-2D预警机完成对标准-6舰空导弹的中段指令修正制导，实现了舰空导弹对反舰导弹的超视距打击，如图3所示。

图3 美军预警机制导发展的演化过程

美军认为，应以E-2D预警机、标准-6舰空导弹与宙斯盾等为核心成员，共同构建防御作战体系中的超视距打击链。空中联队的所有飞机都通过E-2D预警机与其它飞机连接，同时E-2D预警机还与航母打击群的其它舰艇连接，因此E-2D预警机扮演了中心角色。[9]

美海军官员声称，一体化防空火控系统提供了一套“基于能力的防空反巡网络化解决方案”，将使美海军的防御纵深远超过目前基于单舰艇平台的防空武器控制系统所提供的能力，可使美海军的舰空防御范围超过几乎所有现役空射反舰导弹的射程。

据雷神公司网站2013年8月23日报道，美国海军近日从“钱斯勒乡”号导弹巡洋舰上发射了两枚雷神公司的“标准导弹”-6（SM-6）拦截器，成功拦截两个巡航导弹目标（BQM-74无人靶机），这是该型导弹首次海上拦截超视距目标实验。最新的SM-6是以BlockIV增程型弹体为基础，结合了AIM-120C7空空导弹的主动寻的头以及改良后的软件和信号处理硬件，能由预警机直接传输火控数据，形成预警机直接指挥控制引导舰载导弹的打击链，从而实现了水平线外（舰射）超视距攻击。

2014年4月16日，《2014-2025年美国海军航空兵构想》正式发布，指出：美国海军航空兵在机群的设计层面及采办过程中，都必须将其视野从单项目角度扩大至任务领域；美国海军航空兵任务必须集成化，空战必将更大程度地要求海军飞机的集成，同时要求E-2D等作战飞机加强与水面舰船等武器平台的协同，共同构成打击链，同时覆盖发现、定位、跟踪、瞄准、交战、评估6个阶段。同时提出，美海军已经评估了130多条高优先级的打击链，如图4所示。

图4 美海军的打击链概念

2016年1月，美国海军根据“分布式打击”的作战理念，E2D预警机与标准-6舰空导弹改装的反舰导弹进行实时信息铰链，标准-6导弹经过一段时间飞行后，击中了已退役的美国海军鲁本·詹姆斯号舰船目标。

1.3 以预警机为核心的机群作战信息系统

从第1.2节可以看出，一体化防空火控（NIFC-CA）系统是美军预警机与机载导弹能力相结合的重要项目，也是其向以预警机为核心的航母作战力量目标迈进的最新进展之一。

图5 美NIFC-CA系统中的机群典型配置

2 效能增量的理论分析

预警机探测—导弹发射—预警机协同制导的作战方式（以下简称方式1）与预警机探测-导弹运载平台（战斗机、舰船）探测-导弹发射-战斗机制导导弹方式（以下简称方式2）相比，具有远（打击距离远）、多（单位时段内打击目标多）、快（反应时间快）、好（多弹同时发射隐蔽性好）、高（毁歼概率高）、强（己方战斗机等攻击飞机的生存性强）6个优势，作战效能显著增加。通过类似方式，实现了远程超视距探测与识别，支撑完成隐蔽防区外发射的战术意图。具体带来的效能为：

一是方式1相比方式2，方式1支持战斗机在敌防区外静默发射，达成隐蔽性与突然性。与预警机目标指示方式相比，由于战斗机远离敌方目标的预警范围，减少了战斗机对敌方目标开启有源照射（敌方目标装有电子侦察系统及雷达告警设备）、战斗机制导导弹等环节带来的对外电磁辐射，使得敌方大型目标无法及时警觉，己方导弹发射与攻击的隐蔽性与突然性大大增强。

二是方式1相比方式2，方式1支持同时中制导多枚导弹攻击同一快速时敏目标，达成了对敌方快速时敏目标的远程饱和攻击，提高了对敌方快速时敏目标的毁歼概率。

三是方式1相比方式2，方式1支持己方战斗机可利用预警机情报，在敌方（敌舰、敌战斗机等）防御探测范围外发射导弹，战斗机发射后便开始驶离。实现战斗机防区外静默隐蔽发射且战斗机不必对发射后的导弹进行中段控制，极大提高了己方战斗机的战场生存性。

四是方式1相比方式2，方式1充分发挥了预警机的作用，减少了作战环节，打击时间缩短，提高了体系可靠性。空中力量的探测、指挥、制导能够实时一体化，宝贵的预警时间窗口与瞬变的发射、打击窗口能够有效衔接，预警时间能够得到充分利用，导弹发射窗口得以增大，增强了对敌方战斗机等时敏目标的全局整体打击效能。

3 关键技术

为实现预警机的武器控制功能，增强机群作战效能，根据预警机武器控制对信息技术的要求，本文认为预警机武器控制需解决以下关键技术。

3.1 对时敏目标的快速识别技术

识别目标属性是进行导弹攻击发射的必要条件。预警机目标的属性识别问题尤其复杂，各型预警机、战斗机、电子战飞机可能同时部署且同时出动，相同型谱飞机、舰船的电磁散射特性、载荷辐射特性以及平台运动特性都高度类似，目标识别难度非常高；同时大型军用飞机目标和邻近航线的民航目标有大致相似的目标特征（RCS，运动特性等），因此高可靠的目标识别、有效避免误伤具有重要意义。对时敏目标的快速目标识别是预警机在完成攻击的指挥决策前，以较高可置信度确定被打击目标各种属性的综合处理技术。

3.2 目标辐射特征参数的动态生成与快速装订技术

在激烈攻防条件下，敌方目标尤其是时敏目标必然选择各种欺骗、捷变频等手段完成己方的战术规避。前出的预警机必须整合电子战飞机、电子侦察机、地面指挥所远方情报等提供的目标辐射特征，去伪存真，快速生成敌方目标的辐射特征产品，同时依据任务编组、火力分配等战术策略与动态战场进程，选择有利时机，向执行任务的战斗机、导弹快速装订与加载目标辐射特征参数。

3.3 面向超远程精准打击的指挥引导技术

前出的预警机引导己方战斗机、导弹对敌方目标发起超视距防区外隐蔽攻击，必然需要在预估敌方目标时变RCS的基础上，实时解算敌方运动航迹，同时解算己方任务机、任务导弹的运动轨迹，完成战术预案的优选，实现己方任务机实时到达任务空域，任务导弹在预定起爆点实时精准毁伤敌方目标。现有诸多指挥引导方法停留在战斗机编队之间的空战，主要根据来袭目标和己方兵力情况，确定己方战法，引导我机占据有利位置，对敌方目标进行近距攻击。难以支撑远程导弹对敌方目标的攻击，无法实施面对敌方目标的己方任务战斗机的超远程指挥引导。如何根据敌方目标运动规律和己方战斗机能力，引导己方战斗机处于最佳攻击位置，发射远程导弹，以较高命中率击中敌方各种目标，需要开展相应研究。

3.4 面向多机多弹的任务编组及在线火力分配技术

预警机需要实时完成多架战斗机、多枚远程导弹的在线火力分配，必然面临着资源冲突、任务多样的矛盾。需要预警机任务系统辅助作战人员，在线消解此任务下兵力资源的相互冲突，分析与同步适配任务、时间、空间、精度多约束下预警机、战斗机、导弹等作战要素的发射条件、攻击区等性能参数，在线评估敌方威胁，在线形成相应的执行任务机、导弹的优选及编组，协调控制任务战斗机、导弹的发射窗口与打击窗口，完成多目标-任务战斗机-多任务弹的实时配对，实现有限资源在有限时间区间内的高效耦合。

3.5 攻防下的任务剖面监视与动态调整技术

前出的预警机引导己方战斗机、导弹对敌方目标发起超远程防区外隐蔽攻击，必然需要将空中所有作战力量要素聚合成一个信息实时、效能集中、严密控制、精确打击的整体，方能释放最大能力。故需要实时收集战斗机、空空导弹等工作状态与健康状况，实时设置与调整战斗机、空空导弹等作战要素的工作模式与运行路径，快速分配各作战要素的信息活动，支持作战人员完成战术选择、攻击时机的最佳选择与动态调整。现有的作战过程建模和分析方法难以描述多样化打击任务中各节点的时空窗口和关键路径在多种约束条件下的随机决策特性，无法为机群作战信息系统提供不同作战任务的任务剖面、行动过程、信息流转的精确化描述，难以支撑基于任务成功率的任务动态剖面监视与调整，实现任务战斗机发控、弹中制导、末制导等过程优化控制。

4 发展设想

预警机武器控制应从体系对抗的要求下，按照以下方法开展研究。

4.1 按照以预警机为核心的空基信息系统对抗统一要求，自顶向下开展设计

超视距攻防不仅是预警机的单项武器控制问题，而是在机群前出缺乏岸基支援、体系攻防变化迅速、实时激烈对抗背景下，如何构建空基作战信息系统的创新工作。预警机作为信息源、指挥中枢及通信中心，是空中预警探测与动态战场管理的龙头，也是多路信息的交汇点与指令的关节点。预警机指挥多型战机、控制多类导弹涉及到超视距攻防作战的全部要素，贯穿了对抗条件下侦察、控制、打击、评估的全过程，是未来超视距攻防的主战模式。

根据以上要求，需要从空基信息系统对抗的顶层设计入手开展设计，一是梳理情报关系、指挥关系、控制关系等作战关系，理清系统内各节点与各资源的通信关系与信息关系，制定统一的数据协议，并制定统一的预警机、战斗机、电子战飞机、无人机、各型导弹之间的数据通信链路。二是依据统一的作战场景、任务清单设计相应的联合作战流程、信息流程，并将相应的流程加以固化与试验。三是根据相应的火力场、电磁场、信息场攻防制定相应的作战规则与系统运转规则，实现预警机、战斗机、无人机、电子战飞机、空空/空舰导弹、舰空导弹、舰舰导弹、数据链等多要素的一体化设计与灵活运作。通过此项工作，有效统筹机载有限资源完成系统的统一设计，减少重复建设，同时实现平台之间的互操作能力大幅提升，能够依据要求快速生成多粒度、多层次的综合能力，从而达成机群体系的信息攻防作战。

4.2 加强以预警机为核心的空中远程作战体系设计，针对关键技术开展专项科研攻关

未来远程超视距空战中，体系作战空间跨度大，作战要素工作模式及状态变化多样，体系内各作战要素的协同工作过程尤其是交接班过程复杂，对控制精度和可靠性的要求非常高。为确保各要素高效协同运用，确保情报质量满足火控级要求，能够有效支撑导弹击中远程目标，应加强以预警机为核心的空中远程体系总体设计，加强跨平台远程制导打击链全过程、全要素的总体设计与分析评估工作。

预警机对导弹的远程控制为新的军事需求，涉及到多个专业，无法依托单一专业完成。为支撑远程制导打击链的实施，需要突破空中目标识别、目标辐射特征参数的动态生成与快速装订、面向空空、空海、空地超远程精准打击的指挥引导、面向多机多弹的任务编组及在线火力分配、攻防下的任务剖面监视与动态调整等多项关键技术，针对相应关键技术开展专项攻关。