理论教育 破解神盾密码:揭秘航母防空指挥系统的透视视角

破解神盾密码:揭秘航母防空指挥系统的透视视角

时间:2023-07-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:按照美海军官网说法,这3艘在主桅上高悬海盗骷髅旗的驱逐舰正在“作战区域内巡逻,以维护地区安全”。也就是说,美国航母的水面护航力量将由清一色的“宙斯盾”舰承担。在美国海军看来,正是“宙斯盾”作战系统筑起了美国海军超级航母战斗群的防空盾牌,那些没有装备或无法装备“宙斯盾”的舰艇因不具备抗饱和打击能力,只能被现代海战环境所淘汰。

破解神盾密码:揭秘航母防空指挥系统的透视视角

■ 2014年7月7日,南中国海,悬挂美国国旗和黑色海盗旗的“基德”号(DDG100)正在编队航行

一艘航母被4~8艘“宙斯盾”舰环绕,饱和该防空体系的临界门槛已经高得难以承受,攻击方必须开发出新的突防武器与战术,高超声速巡航导弹弹道导弹、亚轨道轰炸机可能是未来有潜力破解“神盾”密码的新骇客。

2014年7月7日,人类有史以来最强大的“海盗舰队”闯入南中

国海“九段线”内。按照美海军官网说法,这3艘在主桅上高悬海盗骷髅旗的驱逐舰正在“作战区域内巡逻,以维护地区安全”。历史上,美英海军的确有在穿越赤道线时悬挂海盗旗的传统,但3艘美舰此时已经离赤道线有相当距离;且舰艇悬挂海盗旗也有得胜归来和准备攻击的含义,尤其在当前南海局势敏感之时,美舰的挑衅意味已无需多做辩解。

在这次扮演“海盗船”的3艘阿利·伯克级驱逐舰中,DDG-56“约翰·麦凯恩”号和DDG-63“斯特塞姆”号均隶属于第7舰队第5航母打击群的15驱逐舰中队,可以说是“乔治·华盛顿”号航母的专职护卫,母港就在日本横须贺。另一艘DDG-100“基德”号为了这次“海盗之旅”可谓不辞辛苦,其隶属于第3舰队第3航母打击群的21驱逐舰中队,平时的角色是“斯坦尼斯”号航母贴身保镖,母港远在美国西海岸的圣迭戈。

按照美国海军计划,所有的佩里级护卫舰将于2014年退役,而斯普鲁恩斯级反潜驱逐舰早在2005年就全部退役。因此从2015年开始,美国航母战斗群内将只保留阿利·伯克和提康德罗加两级水面护航舰艇。也就是说,美国航母的水面护航力量将由清一色的“宙斯盾”舰承担。

“宙斯盾”决定航母生死

所谓“宙斯盾”战舰就是安装有美国“宙斯盾”作战系统的舰艇,其最主要的外部特征是在上层建筑四周安装了4块固定的大尺寸平面相控阵雷达天线,每面天线负责90度探测范围,4面天线即可实现360度全向无死角探测。因此,“宙斯盾”系统的核心无疑就是装有4块平板天线阵列的AN/SPY-1无源相控阵雷达。

然而,“宙斯盾”又绝不仅仅只是一座雷达。

■ 2006年11月27日,新泽西州,洛克希德·马丁公司海上系统与传感装置研究院,为纪念第100套“宙斯盾”系统交付海军,装备该套系统的编号为DDG-108的阿利·伯克级驱逐舰以“宙斯盾”之父威恩E·麦耶少将的名字命名,图为时任美国海军作战部部长麦克·穆伦上将向麦耶少将颁发纪念铭牌

虽然现在的“宙斯盾”整合式作战系统已经具备强大的反舰和反潜功能,但其最主要的任务仍然是防空,这是由该系统最初的研发背景和目的决定的。20世纪60年代末,美国海军认识到航母战斗群的反应时间、火力密度等都不足以应付苏联反舰导弹的饱和攻击,因此提出了一个“先进水面导弹系统”方案,经过不断发展,在1969年12月改名为“空中预警与地面整合系统”,英文缩写刚好是希腊神话中的“宙斯之盾”(AEGIS)。

在研制之初,美国海军需要“宙斯盾”解决的问题主要包括以下几方面:首先是对于多目标的追踪和威胁分析能力,尤其是在复杂战场环境或强电磁干扰条件下的持续作业能力;其次是面对大量空中目标,尤其是高速反舰导弹来自多方向的同时攻击时,如何提高火力密度;第三,传统的机械扫描雷达因为资料更新率的周期性限制,对于低空或者是高速目标的侦测与处理速度明显跟不上,需要采用电子扫描的相控阵雷达来提高探测速度和精度;最后,在越战时期,美军已经引入数字式计算机协助的自动化作战系统,这让美国海军对于利用计算机提高系统反应速度及逻辑合理性充满期待。

■ 正在吊装的AN/SPY-1雷达无源相控阵天线

■ 1964年7月31日,由“企业”号(CVAN-65,当时编号)核动力航母、“长滩”号(CGN-9,当时编号)核动力巡洋舰、“班布里奇”号(DLGN-25,当时编号)核动力驱逐舰组成的人类史上首支全核舰队,即第一特遣舰队(Task Force1),在地中海集结,开始执行“海轨”行动——为期64天的无燃料和物资补给环球航行

所有这些能力都被要求整合至一套集中式全自动化作战系统,而其技术基础则建立在20世纪70年代日益成熟的高性能电子计算机和电子扫描雷达上。从上述要求不难看出,“宙斯盾”针对的最主要威胁来自空中。当然,随着后来模块化结构的完善,反潜、反水面作战甚至反弹道导弹能力也被纳入了“宙斯盾”系统。

在美国海军看来,正是“宙斯盾”作战系统筑起了美国海军超级航母战斗群的防空盾牌,那些没有装备或无法装备“宙斯盾”的舰艇因不具备抗饱和打击能力,只能被现代海战环境所淘汰。这也是小排水量的佩里级必须退役,功能单一的斯普鲁恩斯级无法继续生存的主要原因;此外,同一时期尽管由长滩级、特拉克斯顿级、班布里奇级和弗吉尼亚级组成的全核动力水面舰群耗资巨大,也还是因为设计时没有考虑搭载“宙斯盾”,只能令人惋惜地早早退役。

以“宙斯盾”系统为核心的防空/反导系统

计算机加相控阵雷达

“宙斯盾”系统目前共有至少8种不同的基准搭配,称为“基线”(BaseLine)。8种基线不仅代表系统的升级改良,也和配备在驱逐舰或者是巡洋舰上有关。其中,现有的阿利·伯克级驱逐舰大多已升级到基线7。早期基线版本的提康德罗加级巡洋舰已全部退役,其他巡洋舰至少已升级到基线4。安装于巡洋舰上的“宙斯盾”采用AN/SPY-1A/B系列雷达,目前在役的驱逐舰基本都采用AN/SPY-1D系列雷达。

无论哪个版本的“宙斯盾”,其价格都相当昂贵。每套作战系统(不含导弹)价格高达2亿美元以上,与同期英国建造的无敌级轻型航母相比,一艘“宙斯盾”巡洋舰的价格几乎相当于前者3倍。然而,尽管花费巨大,还是有不少国家对“宙斯盾”趋之若鹜,除美国海军外,一些功能相对简化的“宙斯盾”陆续出口到日本、挪威、韩国、西班牙等国,在这些缺乏舰载机防空能力的海军中,“宙斯盾”舰无可置疑地扮演着编队核心的角色。

“宙斯盾”系统的中枢神经是一套计算机化的指挥决策与武器管制系统,中央计算机接收来自于舰上雷达及其他传感器的探测数据,以及编队中第三方舰艇、飞机或卫星通过数据链汇入的情报,经过自动化识别、威胁分析后,显示在两台42英寸×42英寸的大型液晶屏幕上,同时,相关目标资料也会同时显示于各分控制台。计算机控制的作战系统自动根据目标威胁排序接战。通过武器管制系统的整合与指挥,“鱼叉”反舰导弹、“标准”-2区域防空导弹、“海麻雀”点防空导弹、“战斧”巡航导弹、反潜鱼雷等舰载武器将以最合理的流程实施攻击。

每艘“宙斯盾”舰都具备强大的目标探测能力,这得益于重达200吨的AN/SPY-1无源相控阵雷达。该雷达没有采用现时流行的有源相控阵技术,不过综合性能相比其他国家防空舰上的有源雷达毫不逊色。雷达每面天线有4480个移相器,为兼顾侦测距离与分辨率,使用折衷的S波段,对高空目标的侦测距离为450千米,可同时监视400个目标,并跟踪其中的100个,从搜索转为跟踪仅需0.05秒。

■ 2010年7月29日,太平洋某海域,“圣乔治角”号(CG-71)巡洋舰上的一名操作手正在“宙斯盾”系统的显控台前做系统测试

■ AN/SPY-1雷达的无源相控阵天线阵列,密布着4480个移相器

在“宙斯盾”出现后,类似的将计算机化作战中心与相控阵雷达结合的舰载防空指挥系统,开始被各国海军普遍采用。不过,在具体技术路线上,美国和欧洲国家却有所不同。美国“宙斯盾”巡洋舰与驱逐舰均只安装一部AN/SPY-1雷达,该雷达同时承担远程防空警戒和目标精确跟踪任务,要做到这一点难度非常大。远程搜索需要雷达选择长波频段,而精确扫描又要求在短波段工作。美国用一部S波段雷达就可以在400千米距离内同时实现搜索和跟踪,雷神公司不愧全球雷达技术的领导者。(www.daowen.com)

■ 德海军萨克森级护卫舰“黑森”号(F221)上的APAR雷达天线

■ 英皇家海军45型驱逐舰“勇敢”号(D32)上的桑普森雷达天线

德海军萨克森级护卫舰防空演练

可能是出于节省排水量及成本考虑,也可能是技术水平与美国存在差距。欧洲国家的新一代防空舰大多采用一部相控阵雷达提供精扫,再加装一部长波三坐标雷达承担远程搜索警戒任务。此外,德国萨克森级与荷兰七省级护卫舰上的APAR雷达,以及英国45型驱逐舰上的“桑普森”雷达均为有源相控阵雷达,APAR采用了与AN/SPY-1类似的固定四面阵结构,但天线尺寸很小,4面天线直接装在了主桅上,萨克森级护卫舰的分散式指挥系统与“宙斯盾”也背道而行;“桑普森”则为机械旋转的双面阵雷达,天线外扣了一个球形雷达罩;此外,法国为地平线级驱逐舰,下一代多用途护卫舰和“戴高乐”号航母分别研制的EMPAR雷达、“武仙座”雷达和“阿拉贝尔”雷达,均是单面机械旋转的无源相控阵雷达。

两部还是一部雷达,有源还是无源、固定还是旋转、分散还是集中,未来舰载防空系统的发展方向该如何选择?

■ 测试中的“桑普森”雷达天线,从剖面可见其单面天线阵

英海军45型护卫舰防空演练

如果一部雷达就能达到目的,当然是一部的好。而如果仅从性能指标看,有源技术加固定多面阵无疑是最完美的。有源雷达维护更方便、可靠性更高、雷达发射能量易控,而且因为没有行波管节省了不少空间,舰艇适配性更好;固定式多面阵雷达是真正的全向电扫雷达,其数据更新理论上没有时间间隔。单面或双面雷达就不同了,这种雷达的水平方向仍然是机械扫描,以法国EMPAR雷达为例,该雷达阵面的水平搜索角度只有90度,就是说雷达必须旋转一周才能更新一次全空域数据。至于指挥系统是分散还是集中,恐怕没有绝对的优劣之别,分散模式的优点是可靠性与战时安全性更好,即便一部分系统被摧毁,也不影响其他分系统工作;集中模式的指挥效率则会更高一些。

目前,美国海军的下一代“宙斯盾”雷达已经完成海上测试。该雷达型号为AN/SPY-3,计划装备第三阶段升级的阿利·伯克级驱逐舰、DDG-1000驱逐舰和“福特”号航母。值得注意的是,“福特”号并非美国第一艘装备“宙斯盾”的航母,尼米兹级最后一艘“布什”号已经安装了小型化的AN/SPY-1F雷达。未来的AN/SPY-3将采用有源相控阵技术,拥有固定的三面阵天线,每面天线扫描120度范围。由此可见,美国海军为了下一代“福特”级航母的安全,仍然不惜血本、致力于打造最完美的舰载防空雷达。

新“神风特攻”的潜力

在1983年首艘提康德罗加级巡洋舰服役之前,美国海军航母战斗群所面临的形势是非常绝望的。由于无法抵挡苏联海军的饱和打击,航母战斗群实际上无法组织起有效对空防御,只能寄希望于进攻。凭借舰载预警机和作战飞机的大航程,航母战斗群必须尽早发现敌方攻击或火控平台,尽可能在反舰导弹发射前摧毁敌方潜艇、水面舰及作战飞机。一旦大量的导弹发射出去,其实航母战斗群就已经失去了有效反制能力。

当1973年美苏海军在地中海对峙时,苏联海军地中海分舰队参谋长谢苗诺夫上校在10月8日的日记中记载了红海军战术:“舰艇攻击群必须使用所有武器攻击航母战斗群,在空袭后将不会有任何东西浮在海面上。我们应该像日本‘神风’特攻队那样攻击对方航母。”一位当时的苏联潜艇军官也采用了类似语气:“作战原则要求我们有效实施首次打击,这一点非常重要,我方要在敌方战机升空之前,成为首先实施攻击的一方。”这次对峙最终以美军航母战斗群被逼退收场。实际上,在没有准备好打一场核战争的情况下,美军没有别的选择,海战已经变成了谁第一个扣动扳机的勇气比拼,超级航母战斗群感受到前所未有的生存危机。

“宙斯盾”的出现为美国海军提供了作战弹性与更多的战术选择。攻防力量达到新平衡点时,后发制人也有成功的机会。攻击方此时除了进一步提高攻击强度外,似乎也没什么更好的办法,但一艘航母被4~8艘“宙斯盾”舰艇环绕,彻底饱和该防空体系的临界门槛已经高得难以承受。因此,未来攻击方除了需要维持攻击强度外,还必须开发出新的突防武器与战术,从而提高单个攻击平台的突防概率。高超声速巡航导弹、弹道导弹、亚轨道轰炸机也许是未来有潜力破解“神盾”密码的新骇客。

军情链接

其他国家的“神盾”系统

目前各国海军的相控阵防空雷达种类繁多,不过与“宙斯盾”在系统结构、功能上相似的却只有俄罗斯“天空哨兵”与中国的346型雷达系统。

天空哨兵1988年,“天空哨兵”防空系统随“巴库”号航母(基辅级4号舰,苏联解体后改名“戈尔什科夫海军元帅”号,卖给印度后又改名“维克拉玛蒂亚”号)服役,后又装备“库兹涅佐夫海军元帅”号航母。“天空哨兵”的雷达采用无源相控阵技术,在舰桥四周安装4个矩形固定式平面天线阵,每个天线阵面尺寸为5米×4米(“巴库”号)和6米×5米(“库兹涅佐夫海军元帅”号),比美国的AN/SPY-1A雷达(3.65米×3.65米)大一些;每个阵面有5100个移相器,也比AN/SPY-1A多。全系统由平面阵列天线、发射机、信号处理机、6台数字式计算机及控制台组成。计算机是可编程的,用来估算/处理由飞机或导弹造成的任何威胁。该系统可对多个目标进行分类和跟踪,为航母发射的导弹提供攻击目标修正数据,还可指挥空中作战。

■ “库兹涅佐夫海军元帅”号上的“天空哨兵”相控阵雷达天线阵面

1973年:苏地中海分舰队VS美第6舰队

1973年的10月“赎罪日战争”(第四次中东战争)爆发。与此同时,美苏两个超级大国的舰队也在地中海上演了一场海上对峙。其紧张程度一度使美国时任参联会主席托马斯·莫尔海军上将悲观地担忧:“如果战争爆发,我们有可能会损失所有在东地中海的舰队!”当时在地中海的美苏海军力量对比美军占优,舰只数量57比48。苏联海军在无力与美第6舰队全面抗衡的态势下,先声夺人、针锋相对,力求在气势上压倒对手。

1973年10月,莫斯科命令东地中海苏军舰只举行大规模打航母演习。此次演习的密度与操演方式令美军极为恐惧,因为苏军海上作战群直接将相距不远的美国航母编队,而不是靶舰作为瞄准目标。演习后期,苏军舰只增至96艘,其中包括34艘水面作战舰艇和23艘潜艇,首次齐射可同时发射88枚反舰导弹。与之对峙的美第6舰队则出动了3艘攻击型航母、2艘两栖攻击舰和9艘攻击型核潜艇,部署规模增至60艘。然而,美军的3个航母编队居然只有36个远程舰空导弹火力通道。

与此同时,苏军巧妙分化瓦解北约阵营,迅速增强地中海分舰队实力。战争爆发后,土耳其为表示对美国亲以政策的抗议和支持穆斯林兄弟,同意苏联飞机使用其领空向叙利亚和埃及空运补给。苏联立即抓住这一特殊有利政治形势,迫使土方同意苏联军舰自由通过黑海海峡,黑海舰队战舰得以驰援地中海分舰队。这场对峙最后以美海军编队从克里特岛向南撤退告终。

■ 1973年6月18日,时任苏共总书记勃列日涅夫访美,图为他与时任美国总统尼克松白宫阳台上耳语,仅仅4个月后,美苏就因“赎罪日”战争而陷入战争危机

1973年勃列日涅夫访美

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