| 美國海軍軟殺傷裝備與技術 |
| 送交者: 一劍破天 2025年03月20日16:53:09 於 [軍事天地] 發送悄悄話 |
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引 言 反艦導彈是水面艦艇的主要威脅,隨着新型導彈在攻擊速度、隱身性、機動性、目標識別能力和抗干擾措施等方面的改進,以及飽和攻擊手段的運用,傳統的硬殺傷武器系統存在的反應時間和效費比不足的劣勢日益明顯。水面艦艇必須綜合利用艦載軟殺傷武器系統所提供的快速響應和多目標同時對抗能力,才能滿足新型反艦導彈綜合防禦的需要。 艦載軟殺傷武器是指那些採用非直接摧毀性破壞方式或非致命性殺傷方式使敵方發射的反艦導彈喪失作戰能力的電子對抗武器,通常可分為艦載有源干擾系統和舷外干擾系統 (又分為舷外有源干擾和舷外無源干擾)兩大類。舷外干擾系統作為艦載電子對抗系統和反艦導彈分層防禦體系的重要組成部分,在歷史上經歷過數次實戰的檢驗,被證明是一種十分有效的反艦導彈軟殺手。 美國海軍電子對抗裝備與技術處於世界領先水平,擁有各種對抗反艦導彈的軟殺傷武器系統。隨着美海軍反導作戰的轉型,軟殺傷武器因響應快速、保護性好、成本低廉的優勢,近年來重新獲得美軍的青睞,成為艦載電子對抗領域投資的熱點之一。本文主要從舷外有源和無源干擾兩個方面介紹、分析美海軍軟殺傷武器系統的裝備特點、性能參數和部署情況,並總結了軟殺傷武器系統的發展趨勢。 1 舷外干擾原理及美海軍裝備情況 美海軍舷外干擾手段可分為箔條/紅外干擾等無源發射系統、雷達角反射體和舷外有源誘餌系統。 1.1無源干擾發射系統 箔條/紅外干擾是一種歷史悠久、使用廣泛的無源干擾手段,其工作原理是依靠發射到空中的箔條、熱源和煙幕火箭彈產生的假目標或者屏蔽雲以迷惑削弱來襲反艦導彈的雷達、紅外和激光複合導引頭能力,使其不能鎖定目標,獲取目標的準確信息。美國海軍主要裝備有 Mk 36 型、 Mk 53 型、ALEX 型、SKWS 型、海蚊型誘餌發射 系統等。 Mk 36 是美海軍使用最廣泛的130 mm通用誘餌發射系統,根據不同艦艇,配置分為2/4/6座發射架,每架6管,儲彈最多210枚。採用通用化和標準化的設計,可以實現多型無源干擾彈、有源干擾彈、反魚雷誘餌和部分硬殺傷彈藥的共架發射。裝備在尼米茲級航母、提康德羅加級巡洋艦、 阿利·伯克級驅逐艦、惠德貝島級船塢登陸艦以及黃蜂級兩棲攻擊艦。 Mk 53 在 Mk 36 基礎上增加了專門用於發射Nulka有源誘餌的發射箱,每套系統增加4個,無源發射裝置同Mk 36。裝備在尼米茲級航母、提康德羅加級巡洋艦、阿利·伯克級驅逐艦、聖·安東尼奧級兩棲運輸艦、美國級兩棲攻擊艦上。 ALEX是Mk 36發射系統的改進型,發射架與之相同,可兼容美海軍裝備的各種誘餌彈。主要改進了分布式智能、自動化檢測和雙工通信技術,提高了系統的靈活性、有效性、可靠性和可操作性,大大減少了尺寸和質量。裝備在自由級 (LCS 5及以後)和獨立級瀕海戰鬥艦上。 丹麥Terma公司研製的SKWS系統一般是基於兩座 DL-6T 或 DL-12T 發射架,左右舷各布置一座,最多可擴展至 48 個發射管,能夠支持所有 130 mm箔條、紅外、魚雷誘餌彈的發射,對抗反艦導彈和魚雷。裝備在自由級瀕海戰鬥艦前兩艘(LCS 1和LCS 3)上。 海蚊系統由美國、英國、丹麥聯合研製,裝備在北約戰艦上對抗反艦導彈的130 mm箔條/紅外誘餌彈發射系統,發射架為 2 座或 4 座 6 管發射 架,可與 Mk 36 發射系統兼容。最大特色是實現北約艦艇上裝備的誘餌系統標準化。美海軍的黃蜂級兩棲攻擊艦和部分阿利·伯克級驅逐艦目前還在使用該系統。 1.2 雷達角反射體 雷達角反射體通過特殊的幾何結構和材料設計,散射與真目標相似的假信號,以欺騙或誘惑敵方的探測系統或制導系統,它在實際作戰中通常用來構成假目標或誘餌,具有適應性強、反應時間短、有效干擾時間長、攻防兼備等一系列優點 。美國海軍當前使用的主要是從英國引進的 DLF 系列角反射體,包括 AN/SLQ-49 浮標誘餌和 Mk 59 Mod 0漂浮式角反射體。 Mk 59 Mod 0 是美國引進的英國 IrvinGQ 公司 DLF-3 (b)系統的重命名型號。DLF-3 是 DLF 系列的最新產品,在結構上有重大改進,採用60面體,共有20個角反射器構成直徑反射陣列,最大能產生雷達散射截面積 (RCS) 大於500000 m2 的假目標,適合應急反導作戰。每套系統包括三個雙發射器,類似於魚雷發射裝置,一個安裝在右舷,兩個安裝在左舷。DLF-3 (b) 是美海軍的定製型號,裝備在部分阿利·伯克級驅逐艦和唐納德·庫克號航母上,有望成為大型主戰艦艇的標配。 AN/SLQ-49 又名復製品(Replica),是 DLF 系列的早期產品,包含一對充氣式 8 面體角反射器。該角反射器由尼龍網製成,網上塗有銀材料。AN/SLQ-49 能夠提供寬帶響應,實現方位與仰角全覆蓋。在四級海情下,有效工作時間達3h。目前,黃蜂級兩棲艦和少數阿利·伯克級驅逐艦還有裝備。 1.3 舷外有源誘餌 舷外有源誘餌是水面艦艇對抗反艦導彈的常用手段,其本質為利用一定的手段布置到離艦艇一定距離的海面或空中的干擾機,通過轉發末制導雷達的信號對來襲導彈進行干擾和欺騙,使其偏離艦船目標。典型的舷外有源誘餌有美、澳聯合研製的 Nulka 誘餌系統和利頓技術公司開發的 AN/SSQ-95 (V)系列有源電子誘餌。除此之外, 在 20 世紀 90 年代,美國海軍研究實驗室還通過 FLYRT飛行雷達目標和EAGER電子擇優誘餌對長航時無人機誘餌的關鍵技術進行過探索。 Nulka系統有效載荷是一個I/J波段(2~20 GHz) 的轉發器,發射後自主工作,通過大功率轉發來自反艦導彈雷達尋的器的信號,引誘來襲導彈。載荷的天線扇區覆蓋較寬,單發彈能同時對付幾個威脅。飛行系統結合了火箭推進和矢量控制技術,使得載荷懸停滯空超過55 s,可在強浪(5級 海況) 和狂風 (達111. 1 km/s) 情況下發射使用。美海軍已將其廣泛裝備於驅逐艦、巡洋艦、兩棲艦,甚至航母上。 AN/SSQ-95(V)系列有源誘餌包括AN/SSQ-95 有源電子浮標、LURES 型有源電子浮標、生命線有源電子誘餌以及便攜式有源電子誘餌等。其中, AN/SSQ-95有源浮標載荷放置於聲吶浮標外殼中, 發射入水後通過海水電池供電,工作頻率覆蓋 7. 5~16 GHz,有效輻射功率1~2 kW,作戰反應時 間10~15 s,在高海情下持續工作時間不小於1 h。黃蜂級兩棲艦和一些阿利·伯克級驅逐艦還有裝備。 FLYRT 是一種轉髮式假目標無人機誘餌,由 小型固體火箭從艦載 Mk 36 系統發射架上發射, 約1. 6 s後固體火箭脫落,摺疊機翼逐步展開,然後,靠電驅動推進器按預編程序獨立繞艦飛行。無人機電子干擾載荷有上下 2 個天線,其中一個 天線接收來自導彈末制導雷達的信號,放大後從另一個天線發射出去,以對來襲導彈實施干擾, 彈上電池可提供幾分鐘的飛行時間。 Eager是一種空中系留式有源無人機誘餌,該誘餌質量約 36. 24 kg, 有效射頻轉發器質量6. 79 kg,有1個直徑為3 m的主旋翼和2個較小的起穩定作用的旋翼。無人機通過 1 根光電混合的系纜聯繫,系纜長度大於230 m,系纜內有用於傳輸控制信號的光纖,同時系纜還傳輸 10 kW 以上的供電功率,使無人機可長時間工作。 2 美海軍軟殺傷武器系統的最新進展 從以上的梳理可以看出,過去三十年中的艦載軟殺傷裝備和技術沒有明顯的飛躍和突破。美海軍服役的主要還是 20 世紀 80 年代和 90 年代開發的裝備,在冷戰結束後的相當長的時間內,反導作戰優先依靠硬武器攔截。隨着反艦導彈在全球的擴散,反介入和區域拒止能力的發展,未來多枚反艦導彈齊射、協同攻擊將成為重要的戰術 手段之一,美軍方也認識到一味強調硬武器攔截而忽視軟殺傷武器技術發展帶來的不利影響,進而提出類似電磁機動戰、電磁頻譜戰等作戰概念,其要義之一是通過控制電磁頻譜實現包括反導在內的作戰轉型升級。而電子對抗軟殺傷武器系統是實現反導作戰能力轉型的關鍵所在。因此,近年來,美軍逐漸加大了艦載軟殺傷武器系統的開 發力度,啟動了舷外誘餌載荷升級、無人飛行載具以及軟殺傷武器智能決策開發等多個項目。 2. 1 Nulka舷外有源誘餌升級 隨着反艦導彈複雜程度不斷提高,現役Nulka 系統的火控與發射器老化嚴重、可持續性差、有源干擾載荷對抗能力不足等的問題日益突出,有 必要對Nulka系統進行持續升級,從而為艦隊提供更有效的電子防護。 為此,2014 年 7 月,澳大利亞國防部批准進行Nulka有源電子誘餌升級改進計劃,主要內容有改進系統的有效性,提高載荷電磁兼容性,改造發射系統。目的是增加適裝艦船型號,使其既可用於單獨防禦,也可作為多重防禦系統的一部分。項目初始經費為4500萬美元,仍由BAE系統公司澳大利亞分公司負責。在載荷升級方面,美國海軍在水面電子戰改進計劃 (SEWIP) 中包含了對 Nulka 的升級項目——E-Nulka,該計劃由美國海軍實驗室牽頭進行,主要改進其有效載荷性能。項目內容包括載荷接收機、信號處理器、發射機、 載荷架構、載荷與Nulka平台的集成以及後續技術和作戰評估。E-Nulka將採用固態氮化鎵的有源發射技術,將頻率覆蓋擴展至約35 GHz,以對抗包括毫米波制導在內的新型反艦導彈。 ADAP是E-Nulka計劃的衍生項目,其目的是研製一款改進型誘餌裝備Nulka-X,以滿足美國海軍快速部署應對先進反艦導彈威脅能力的迫切需求,並已開發出兩型有效載荷。 2. 2 AOEW直升機吊艙 儘管舷外有源誘餌能夠有效防禦反艦導彈,但由於其作用持續時間相對較短——通常為幾十秒,最多僅僅幾分鐘,因此,美國海軍也一直在進行大量的研究和技術論證工作,以開發出更持久的軟殺傷對抗技術。2014年10月,美國海軍啟動AN/ALQ-248型先進舷外電子戰 (AOEW) 有源任務吊艙 (AMP) 的研發,由洛馬公司負責實施,計劃在2021年形成初始作戰能力,集成到美海軍 MH-60R或MH-60S多任務直升機上。 AOEW AMP 旨在遠距離偵察並利用有源干擾手段對抗來襲反艦導彈,瞄準的對象為俄羅斯研製的日炙和紅寶石等具有末段機動性能的先進反艦導彈。洛馬公司的 AN/ALQ-248 具有模塊化、開放式結構和緊湊的外觀設計,載荷包括小型化高靈敏度接收機、有源電掃描陣列發射機和先進的隔離材料,既可以獨立工作,又可以通過軟殺傷協調系統、通信數據鏈與艦載 AN/SLQ-32 (V) 6/7系統協同交戰。獨立工作模式下,AOEW AMP 使用自帶接收機系統探測、識別和跟蹤輻射威脅輻射源,然後激活先進電子攻擊子系統,生成合適的射頻干擾技術;協同模式下,AOEW AMP 通 過Link 16數據鏈與艦載電子對抗系統實現威脅信息共享,通過 AN/SLQ-32 (V) 6/7 和 SKCS 系統, AN/ALQ-248 可與 Nulka 有源導彈誘餌,以及通過外部接口與主平台連接的任何未來誘餌配合工作,以最大化電子攻擊效應,實現對反艦導彈的協同電子對抗。 AN/ALQ-248作為美海軍第一種長航時直升機搭載的舷外有源誘餌,綜合了電子對抗、電磁頻譜、傳感、探測和電子攻擊能力,執行防區內干擾任務,深度融合殺傷鏈,提高了海上編隊超視 距整體防護與打擊能力。 2. 3 無人機誘餌 AOEW 的下一步是將載荷集成到無人平台,為此美國海軍開展了艦射電子戰增程持久型誘餌 (SEWEED) 項目和先進長航時舷外電子戰平台 (LEAP)項目,作為AOEW的增量。 SEWEED 目標是開發一種可攜帶電子戰載荷的快捷反應、長航時、一次性使用的飛行器,它從艦上發射升空,為艦艇對付各種反艦導彈提供有效的電子防禦作戰能力。美國海軍研究辦公室透露了 SEWEED 的有限細節,可能採用一種可以轉換為旋翼飛行的火箭發射飛行器,以便快速部署和定位。實現這種飛行器設計需要突破以下關 鍵技術:用於電子戰兼容天線隔離設計的飛行器表面處理方法;機身材料/幾何學;載荷熱管理;先進的控制算法;無自動傾斜器旋翼和旋翼快速展開結構等動力與推進;可升級的小型、高效黑色幽靈渦輪發動機等。 LEAP的開發需求分為一次性飛行器和對抗載荷兩部分,實現以下功能:具有受控且穩定的飛行能力,同時離艦過程也要穩定安全;擁有自主飛行能力,包括避碰、接收艦載控制站相關數據、更新航線、重新定位和調整航線,以應對威脅等;能分清自身與艦船的相對位置並且能適應通信干擾的環境;續航時間至少1 h;能在5級海況下正常工作;能確保誘餌與艦載控制站的雙向通信數據鏈的安全,接受艦載軟殺傷協調系統 (SKCS) 的引導。LEAP的對抗載荷將是一種模塊化封裝的系統,能夠自主運行或接受主控平台的引導命令。載荷有兩種,其中射頻載荷被稱為LEAP通用射頻電子戰 (LURE);光電/紅外載荷包括可見光和紅外接收器、內部控制設備、處理器和本地慣導系統等。 另外,美海軍研究實驗室在2017年還對一種名為網絡舷外微型誘餌 (NOMAD) 進行了測試。這是一種由美國海軍研究辦公室和海軍研究實驗 室研發的低成本旋翼無人機,採用圓筒狀設計, 旋翼縱向布置,圓筒兩端裝有共軸反轉旋翼,通過多聯裝二氧化碳彈射箱垂直發射,具備自主回收能力。NOMAD 解決了 FLYRT 展開時間過長導致的部署和反應能力不足的問題,性能接近Nulka 有源誘餌的水平,同時還能以低成本優勢實現多個無人機誘餌協同作戰,具有非常廣闊的前景。 2. 4 艦艇軟殺傷智能輔助決策系統 2019 年,美國麻省理工學院林肯實驗室開發出全球首款用於艦艇軟殺傷自防禦的智能輔助決策系統,該系統包含優先級模型、決策模型、優化模塊等部分,可以訓練操作人員在應對反艦導彈威脅時果斷做出對抗措施響應。研發人員通過打擊群守衛 (SGD) 仿真訓練軟件實時採集專家決策數據 (包括干擾措施、誘餌成本、誘餌發射 裝置閒置率) 和導彈距離、速度等信息,形成訓練數據庫。在這個訓練數據庫基礎之上,開發成對學習算法和點學習算法輔助決策系統,得到優先級模型和決策模型,進而由優化模塊通過分支與邊界搜索算法對計算結果進行優化。 在進行輔助決策時,優先級模型為當前時刻可用的每個軟殺傷裝備匹配來襲導彈目標,並依次進行驗算,確保所選方案不會使艦艇面臨新的威脅。決策模型判斷每個軟殺傷裝備是否要立即使用,以充分發揮裝備最大性能。兩個模型遍歷所有干擾措施後生成初步參考方案,再經優化模塊綜合時間、成本等因素快速形成最終參考方案。通過兩種決策方案的仿真對比,該輔助決策系統給出的軟殺傷防禦方案明顯優於專家決策方案,且穩定性更好。 3 軟殺傷武器系統發展趨勢 3. 1 發展長航時無人平台誘餌 舷外有源干擾具有較好的角度欺騙優勢,能夠有效對付具有複雜調製、頻率捷變和相干多普勒處理特徵的雷達導引頭,是現代反艦導彈防禦的有力手段。不過舷外有源誘餌對平台控制、空氣動力、天線隔離、兼容性等方面要求很高,因此,目前裝備和使用的舷外有源誘餌並不多見。Nulka有源導彈誘餌系統雖然是目前開發較為成功的舷外有源誘餌,但其滯空能力一般,一次性的使用方式以及單枚誘餌彈50多萬美元的採購價格限制了其部署的規模。隨着無人機 (艇) 技術以及軟件定義無線電、高性能硬件技術的進步,無人機(艇)將成為小型化有源誘餌載荷的理想平台。在蜂群戰術的牽引下,美國海軍發布了SEWEED、LEAP等搭載有源干擾載荷的無人機技術開發需求,對飛行控制、續航/滯空時間都提出更高的要求;DARPA作為創新技術的推動者,在2016 年發起射頻任務作業融合協作單元 (CONCERTO) 項目,旨在發展能夠在通信、雷達和電子對抗之間自適應和靈活切換,適配第三類無人機 (有效載重 14~45 kg、可用電功率 300~ 1 200 W) 的綜合射頻系統。這些都表明,能夠執行舷外有源干擾(包括射頻/光電/紅外複合誘餌), 甚至多功能射頻任務的長航時無人平台將成為未來的發展重點。 3. 2 發展智能化武器系統和軟殺傷決策系統 隨着反艦導彈導引頭的智能化水平和辨別能力不斷提高,從單裝層面上考慮,現有軟殺傷武器作為反制手段,需要不斷升級改造,提高在識別、判斷、決策、發射,甚至裝彈過程中的自動化、智能化程度,尤其是在誘餌布防的戰術使用上,確保通過快速智能化的算法,合理選擇誘餌發射的距離和方位,提高快速響應能力,使得系統誘餌彈在準確的時間出現在導引頭的視距內,更好地發揮作戰效能。從艦艇軟殺傷系統層面考慮,軟殺傷武器涵蓋了舷外有源、無源和艦載武器等眾多資源,即使無源干擾手段難以欺騙具備箔條鑑別能力的導引頭,舷外有源誘餌裝備成本過高,艦載有源干擾手段容易招致反輻射打擊和電磁互擾。但是,在反艦導彈防禦的各個環節中,通過取長補短與協同配合,開發輔助決策系統是可以實現軟殺傷對抗措施的最優化策略。根據報道,由約翰斯·霍普金斯大學開發的軟殺傷協調 (SKC)系統已經嵌入AN/SLQ-32(V) 7系統,用以協調控制舷內和舷外干擾資源;林肯實驗室也正積極推進將艦艇自防禦智能輔助決策系統納入到美國海軍研究辦公室未來海軍能力項目,向部隊不斷推廣,從而獲取更加豐富的訓練數據。因此,開發具備智能決策的軟殺傷協調/決策系統勢在必行。此外,還需要在電子對抗軟殺傷戰術使用、對抗模擬仿真、機器學習算法等領域做進一步的深入研究。 3. 3 發展軟硬武器的綜合防禦能力 以往反艦導彈防禦關注的重點是來襲導彈的飛行末段,這往往具有較高的風險。在對抗高超聲速反艦導彈飽和攻擊時,僅僅運用軟殺傷防禦手段難以達到反導目的,只有將其同中遠程防空導彈、近程防空導彈、密集陣等硬殺傷武器系統聯合,通過前移關注點,瞄準反艦導彈攻擊鏈的每個要素,在合適的時機打破反艦導彈殺傷鏈,才能提高反導成功率。在典型的反艦導彈防禦中,中遠距離上自防禦系統的硬武器無法發揮作用,主要依靠艦載雷達偵察和干擾設備;在近距離上,由於中遠距離上的電子壓制沒有發揮作用,優先採用近防導彈,其他有源/無源干擾為輔助手段;在末段防禦中,近程武器系統具有響應速度快和毀傷概率大、毀傷效果評估直觀及時等優點,應 作為主要的防禦手段,舷外有源/無源干擾為主要的輔助手段。通過軟硬結合的綜合使用方式,軟、硬殺傷武器系統在頻域、時域和空域通過統一的武器資源調度軟件進行協同配合,可以最大程度發揮武器系統的效能。這需要將電子對抗軟殺傷武器系統的發展納入到一體化防空反導網絡體系中,通過全面的分析、建模、仿真訓練,制定高效一體化的硬殺傷和軟殺傷效應器的戰術、技術和規程,運用機器學習算法提高決策響應的自動化、智能化水平,有效破壞“發現-定位-跟蹤-瞄準-交戰-評估”的殺傷鏈,取得反艦導彈防禦的成功。 4 結束語 隨着更先進威脅的出現,美國海軍除了不斷升級其艦載電子對抗系統外,在軟殺傷武器系統發展上,持續改進現有的有源、無人誘餌系統,大力發展無人機平台和小型化載荷,軟殺傷協調控制和智能決策系統也有較大進展。本文在總結美國海軍舷外軟殺傷武器系統裝備以及發展概況基礎之上,從三個主要方面分析美海軍的發展思路和發展方向,希望對相關裝備的發展有一定的借鑑意義。 |
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