遠望智庫特約研究員 探戰(zhàn)君 選自:遠望要報 第16期(總第146期)制導新模式創(chuàng)生高端作戰(zhàn)新樣式 技術不僅決定戰(zhàn)術,還決定作戰(zhàn)樣式,影響戰(zhàn)爭形態(tài)的演變進程。20世紀40年代開始,武器平臺開始采用純慣性制導模式,使其能獨立實施遠程精確打擊,開創(chuàng)了遠程精確打擊的作戰(zhàn)樣式,但武器平臺采用慣性制導模式,存在效費比低、準備復雜等不足。隨著微慣導系統(tǒng)、協同控制、人在回路等技術的快速發(fā)展及其廣泛運用,武器平臺逐步采用協同制導模式,使其具備在強對抗環(huán)境中實施集群作戰(zhàn)的能力,但這種作戰(zhàn)樣式受電磁環(huán)境影響較大。伴隨低軌道衛(wèi)星星座快速部署并用于俄烏沖突,由低軌道衛(wèi)星星座為武器平臺提供連續(xù)的導航信息,武器平臺接收信息后按導引指令實施自主控制,這種制導模式可稱之為“云制導”。云制導模式或將成為下一代武器平臺的關鍵核心技術,具備“改變游戲規(guī)則”的潛力,創(chuàng)生新的高端作戰(zhàn)樣式。 一、慣性制導實現遠程精確打擊
慣性制導,是基于慣性測量單元(IMU)的輸出信息,制導計算機實時解算出武器平臺在制導計算坐標系中的位置和速度,按規(guī)劃的航跡或給定的導引規(guī)律,引導控制武器平臺完成任務的制導模式。 (一)創(chuàng)生遠程精確打擊作戰(zhàn)樣式 傳統(tǒng)的飛機、艦艇、導彈、魚雷等武器平臺采用慣性制導模式,可獨立完成作戰(zhàn)任務,開創(chuàng)了精確打擊的作戰(zhàn)模式。越南戰(zhàn)爭期間,從1965年到1972年,越軍與美軍圍繞清化大橋展開激烈較量。美國出動F-105殲擊轟炸機、F-100殲擊機等,動用航炮、空地導彈以及“聚能炸彈”,對清化大橋進行輪番轟炸,但都沒有炸毀該橋梁,而美軍戰(zhàn)機在越南防空部隊猛烈火力面前損失慘重。1972年5月13日,美軍出動14架F-14戰(zhàn)機,向清化大橋投下“寶石路”激光制導炸彈,切斷越南軍隊后勤大動脈,完成了以前871架次飛行沒有完成的任務,開啟了精確制導武器應用的先河。 隨著精確制導技術的發(fā)展,武器平臺采用衛(wèi)星、雷達、紅外、激光等裝置輔助制導,制導精度顯著提升。美國空軍的AGM-183A高超聲速導彈采用“慣性制導+GPS”復合制導模式,飛行過程中接收GPS信息,更新目標指示信息。目前,彈道導彈、巡航導彈、助推-滑翔導彈等采用以慣性制導為基礎的復合制導模式,對千米之外的目標實施打擊,精度可以達到米級。武器平臺采用慣性制導模式,具有抗干擾性強、隱蔽性好等優(yōu)勢,不受外界電磁信號干擾,主要實施獨立作戰(zhàn),遠距離打擊敵方防護嚴密的高價值固定目標與慢速移動目標。 (二)慣性制導不足之處 慣性測量單元存在一些不足:一是具有累計誤差。導航信息經過積分產生,制導誤差隨時間增大,長時間工作時制導精度降低。二是需要加溫。武器平臺使用前,需要對慣性測量單元進行加溫,確保其處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。三是需要校準。武器平臺使用前,需要對慣性測量單元的相關參數進行標定,主要包括加速度計誤差參數、陀螺標度因數與安裝誤差系數、陀螺常值漂移等。四是效費比低。慣性測量單元價格昂貴,在導彈、魚雷等武器中只能一次性使用,導致其效費比較低。 以“慣性導航+衛(wèi)星”復合制導模式為例,目前衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要由高軌道衛(wèi)星組成,距離地面平均高度超過2萬千米,具有導航信號弱、時延大等不足,衛(wèi)星僅在導彈飛行中段用于修正彈道或航跡。由于導彈武器作戰(zhàn)信息鏈路閉合時間較長、飛行時間長,且受彈頭艙容量限制很少裝配網絡化設備,這類導彈武器不僅價格昂貴,而且協同作戰(zhàn)能力很有限,在瞬息萬變的戰(zhàn)場應對時間敏感目標的能力非常有限。 二、協同制導創(chuàng)生集群自主對抗
協同制導,是指多個作戰(zhàn)平臺通過無線自組織支撐網絡形成集群,具備環(huán)境感知與分析、成員個體與集群整體間的認知能力,自主實施集群決策與管理,并導引和控制集群完成特定任務,提高多個作戰(zhàn)平臺的制導控制水平。 (一)協同制導主要類型 隨著數據鏈、航跡規(guī)劃、分布式任務決策等協同控制技術的快速發(fā)展,為協同制導提供關鍵技術支撐。協同制導是集群化空中、海上、水下作戰(zhàn)的核心技術,目前包括基于微慣導系統(tǒng)、基于人在回路兩種類型,主要應用于無人機、導彈、水面艦艇、無人潛航器等平臺。 一是基于微慣導系統(tǒng)的協同制導模式。隨著信息技術的快速發(fā)展及作戰(zhàn)需求,作戰(zhàn)平臺向小型化與智能化方向發(fā)展,對慣性導航的微型化、高精度提出新要求。2016年,美國國防高級研究計劃局推出“精確可靠慣性制導彈藥”計劃,力爭在2030年前實現戰(zhàn)略級精度的微慣性器件芯片和微慣性導航系統(tǒng)芯片集成組件,用以替換現役的戰(zhàn)術級微慣性導航部件或系統(tǒng),實現精確制導彈藥制導部件升級換代。以微機電陀螺為代表的微慣導系統(tǒng)具有精度高、微型化、低功耗、高可靠以及不需要溫度補償等顯著優(yōu)勢,制導精度不斷提升,其中核磁共振陀螺有望成為世界上第一種芯片級尺寸、導航級精度的陀螺。微慣導系統(tǒng)主要應用于小型無人機、無人艇等平臺,將成為衛(wèi)星定位系統(tǒng)受限環(huán)境中可依賴的制導方式。 二是基于人在回路的協同制導模式。遵循體系化建設思想,基于協同控制、智能化、大數據等先進信息技術,少量有人作戰(zhàn)平臺和大量無人作戰(zhàn)平臺構成有人/無人作戰(zhàn)體系,其協同制導架構包括雙層協同制導和“領從式”協同制導。雙層協同制導架構的上層協調控制通常采用集中式或分散式協調策略,以滿足底層導引控制的多約束導引律,這種制導架構適用于同構和異構作戰(zhàn)集群?!邦I從式”協同制導架構中,集群內無人作戰(zhàn)平臺以有人作戰(zhàn)平臺的運動為參考,自主觀測與跟蹤其運動,這種制導架構主要適用于異構作戰(zhàn)集群。 (二)創(chuàng)生集群自主對抗作戰(zhàn)樣式 無人作戰(zhàn)平臺采用協同制導模式,能夠在強對抗作戰(zhàn)環(huán)境中自主識別、定位與打擊時敏目標,在導航精度、作戰(zhàn)效費比、抗毀能力、突防性能等方面具有明顯優(yōu)勢。通常,大型運載平臺將小型無人機、導彈、水面艦艇、無人潛航器等無人作戰(zhàn)平臺運送至預定空域、地域或海域,快速釋放無人作戰(zhàn)平臺。無人作戰(zhàn)平臺按程序自主集群,實施“蜂群”“狼群”作戰(zhàn),攻擊敵方設防嚴密的軍事基地、大中型水面艦艇等高價值目標,還可使敵方防御系統(tǒng)快速“飽和”而無法有效應對,極大地提升集群的反劫持能力。 一是基于微慣導系統(tǒng)的協同制導,實現集群自主作戰(zhàn)。小型無人機、無人艇、導彈等平臺具備偵察、定位、打擊、評估、通信等部分能力,平臺之間可以實現定位定向、自主通信、數據傳輸等。多作戰(zhàn)平臺形成集群后,協同完成搜索、識別、定位目標與任務規(guī)劃,攻擊敵方高價值目標。這種作戰(zhàn)樣式主要優(yōu)勢包括:一是搜索范圍大。集群協同搜索可提高發(fā)現目標與獲取有用情報的概率,同時還可減少對目標情報保障的依賴,作戰(zhàn)前只需確定敵方目標的概略位置。二是制導精度高。集群作戰(zhàn)提高無人作戰(zhàn)平臺在復雜電磁環(huán)境中的抗干擾能力、制導精度等,有助于提升無人作戰(zhàn)平臺的作戰(zhàn)能力。三是增加敵方防御成本。無人作戰(zhàn)平臺高強度協同突防,有利于分散敵方防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力,快速消耗敵方的各類防空資源。 二是基于人在回路的協同制導,實現可視化集群對抗。小型無人機、無人艇、導彈等平臺采用人在回路協同制導模式,在有人作戰(zhàn)平臺的操縱下,無人作戰(zhàn)平臺集群抵近敵方目標,實施多樣化作戰(zhàn)任務,具備打擊時間敏感目標的能力。無人作戰(zhàn)平臺可以抵近敵方目標,能夠達到與精確制導彈藥相同的作戰(zhàn)效果。無人作戰(zhàn)平臺具備察打一體能力,且價格相對便宜,可以替代部分精確制導彈藥,減少高端戰(zhàn)爭對各軍種精確制導彈藥的需求。無人作戰(zhàn)平臺目標特征小,增加了敵方防御系統(tǒng)發(fā)現、定位、跟蹤與摧毀的難度,可以提高突防概率。以無人機為例,無人機具有較低的聲學和視覺特征以及良好的光學性能和有效載荷能力,可以執(zhí)行網電攻擊、精確打擊、區(qū)域防衛(wèi)等復雜作戰(zhàn)任務。俄烏沖突期間,烏軍采用無人機攜載非制導彈藥,控制多架無人機抵近俄軍戰(zhàn)壕、散兵坑等,投送非制導彈藥,近距離實施精確打擊,取得一系列戰(zhàn)果。 (三)協同制導不足之處 無人作戰(zhàn)平臺采用協同制導模式,實施集群作戰(zhàn)主要存在兩方面不足:一是高度依賴大型投送平臺。大型投送平臺將無人作戰(zhàn)平臺投送至作戰(zhàn)空域、地域或海域的前沿,對其突防能力要求高,也在一定程度上限制了這種作戰(zhàn)樣式運用。二是嚴重依賴通信網絡系統(tǒng)。由于單平臺最大信號有效距離較小,極大地限制了無人作戰(zhàn)平臺集群的作戰(zhàn)范圍,導致其應對敵方分布式作戰(zhàn)的能力不足,且復雜電磁環(huán)境可能導致大量無人作戰(zhàn)平臺性能降低,影響集群作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。 三、云制導創(chuàng)生“云作戰(zhàn)”方式
云制導,是指由低軌道衛(wèi)星搭載定位、通信等功能載荷,對空中、地面、海上等武器平臺進行實時定位定向,武器平臺通過衛(wèi)星鏈路實時獲取自身的位置、速度、方向等信息,獨立或組網完成復雜作戰(zhàn)任務。 (一)云制導的優(yōu)勢 云制導依托的低軌道衛(wèi)星星座具備強大的數據存儲、計算、處理、共享等能力,可看作一個具備大數據處理能力的“云腦”,還可得到地面大數據處理中心的支持,快速處理動態(tài)大數據流,為高端戰(zhàn)爭提供精確信息保障。一是制導精度高。低軌道衛(wèi)星星座具有精度高、時延低等優(yōu)勢,“星鏈”衛(wèi)星與用戶終端、地面網關站之間時延約20~40毫秒,可提供實時導航與定位信息,提升武器平臺的制導精確。二是效費比高。無人機、無人艇、無人車、導彈等武器平臺采用云制導模式,不需裝配用于導航的慣性測量組合,不僅可大幅度提高導航精度,還可顯著降低其成本,搭載更多的任務載荷,具備“改變游戲規(guī)則”的潛力。 (二)創(chuàng)生“云作戰(zhàn)”對抗新樣式 在先進作戰(zhàn)管理系統(tǒng)的支撐下,云制導模式創(chuàng)生武器平臺新的作戰(zhàn)樣式。一是武器平臺云作戰(zhàn)新方式。利用低軌道衛(wèi)星星座,對導彈武器與敵方目標實施連續(xù)跟蹤與定位,為導彈武器提供精確的導航制導信息,形成“誰合適誰制導、誰有利誰發(fā)射”模式,大幅度增強導彈武器運用的靈活性,有利于提升高強度對抗作戰(zhàn)的效費比。二是即時打擊時間敏感目標。基于低軌道衛(wèi)星星座,指揮中心可根據戰(zhàn)場實時態(tài)勢,進行在線任務規(guī)劃,調度和控制多個作戰(zhàn)域的導彈武器,通過更改航跡、彈道與目標指示信息等方式,賦予導彈武器新的作戰(zhàn)任務,快速打擊時間敏感目標,有效應對戰(zhàn)場突發(fā)情況。三是廣納軍民力量增強制權?;诘蛙壍佬l(wèi)星星座,武器平臺以及一些民用產品構建具備跨域殺傷能力的殺傷網,可在多個作戰(zhàn)域保持高戒備狀態(tài),按指令或自主快速精確打擊臨時出現的高價值目標,大幅度提升對局部區(qū)域的戰(zhàn)場控制能力。 (三)思考與建議 針對“云制導”新模式廣闊的應用前景與軍事效益,加強我軍武器裝備體系頂層設計,穩(wěn)步推進導彈武器系統(tǒng)體系化與智能化發(fā)展。一是加強云制導重大基礎理論研究。統(tǒng)籌地方大學、科研院所等優(yōu)質團隊資源,研究太空交叉定位、跨介質通信、在線任務規(guī)劃等關鍵基礎問題,為研發(fā)下一代武器平臺提供技術支撐。二是推進我國低軌道衛(wèi)星星座建設。通過高、中、低軌道衛(wèi)星組網,充分發(fā)揮不同軌道衛(wèi)星的優(yōu)勢,在確保數據傳輸能力、實時性、覆蓋范圍的情況下,減少低軌道衛(wèi)星的數量,加快低軌道衛(wèi)星星座建設進程,力爭贏得戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢與主動權。三是提升導彈武器系統(tǒng)智能化跨域打擊能力。聚焦軍事理論創(chuàng)新牽引發(fā)展、各類軍事力量差異發(fā)展、戰(zhàn)爭需求與作戰(zhàn)行動推動發(fā)展,推進云制導技術向智能化精確打擊武器的轉化進程,將新型導彈武器系統(tǒng)融入分布式智能化跨域殺傷網,提升對多域時敏目標的打擊能力。 |
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