國(guó)外水面艦艇戰(zhàn)時(shí)損管系統(tǒng)發(fā)展探討

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(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心(上海分部) 上海,201108)

從20世紀(jì)80年代末開始，以美國(guó)海軍為首的西方主要海軍強(qiáng)國(guó)就著手開展水面艦艇戰(zhàn)時(shí)抗損能力和反擊能力方面的研究，并提出了戰(zhàn)時(shí)損管系統(tǒng)BDCS(battle damage control systems)的設(shè)計(jì)理念。本文以美國(guó)海軍提出的BDCS設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)生、功能組成、發(fā)展為主線，結(jié)合國(guó)外已商業(yè)化并裝艦的戰(zhàn)時(shí)損管系統(tǒng)，對(duì)歐美海軍戰(zhàn)時(shí)損管系統(tǒng)的發(fā)展和設(shè)計(jì)理念進(jìn)行些初步探討。

1 BDCS簡(jiǎn)介

美國(guó)海軍在20世紀(jì)80年代末開展了一項(xiàng)有關(guān)水面艦艇作戰(zhàn)使用特性的(ship operational characteristic study, SOCS)課題研究，旨在研究決定下世紀(jì)水面艦艇戰(zhàn)斗性能的主要因素。通過這項(xiàng)研究美國(guó)海軍總結(jié)出了21世紀(jì)戰(zhàn)斗艦艇應(yīng)該具備的12項(xiàng)主要特性能力，其中排在前3位的戰(zhàn)艦特性能力分別如下。

1)具備合理的信息交互能力，包括高效的艦內(nèi)數(shù)據(jù)交互能力、艦隊(duì)內(nèi)戰(zhàn)艦武器可互相操控能力、有高度的信息集成和自動(dòng)化能力；

2)平臺(tái)設(shè)備的高度集成能力，包括集成化高和生命力強(qiáng)的全艦電力系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)可以為艦上武備、雷達(dá)和其它平臺(tái)設(shè)備提供必須的電力；

3)具備較好的生命力和反擊能力，主要包括具備良好的隱身防護(hù)能力、抗打擊能力、損害自救能力和反擊能力。

為了實(shí)現(xiàn)上述3項(xiàng)能力，美國(guó)海軍提出了戰(zhàn)時(shí)損管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。

BDCS是保證艦艇戰(zhàn)時(shí)生命力和戰(zhàn)斗力的一個(gè)集成設(shè)計(jì)理念。該設(shè)計(jì)理念最早起源于美國(guó)海軍的全艦生命力研究項(xiàng)目(total ship survivability program, TSS)，通過BDCS將與戰(zhàn)艦作戰(zhàn)直接相關(guān)的3個(gè)主要系統(tǒng)：全艦的作戰(zhàn)系統(tǒng)(combat system, CS)、動(dòng)力電力機(jī)械系統(tǒng)(mobility/engineering)、損害管制系統(tǒng)(damage control)，進(jìn)行有效集成，使戰(zhàn)艦在受到損害時(shí)，仍然具備執(zhí)行相應(yīng)戰(zhàn)斗任務(wù)的能力，見圖1。

圖1 BDCS示意

1.1 理想的BDCS設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能要求

1)艦艇應(yīng)具有一套操作性強(qiáng)、有針對(duì)性的保證其戰(zhàn)時(shí)生命力的應(yīng)對(duì)措施，比如艦艇受到攻擊時(shí)可以進(jìn)行戰(zhàn)損評(píng)估、提供抗沉方案等。在艦艇設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該利用有效的軟件模型，對(duì)艦艇可能受到的戰(zhàn)斗損害、破艙損傷等情況進(jìn)行模擬，將模擬結(jié)果反饋至相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2)艦艇受到戰(zhàn)斗損傷時(shí)，必須具備一定的反擊能力，也就是美國(guó)海軍提出的“Fight-While-Hurt”能力。具體要求是戰(zhàn)艦應(yīng)該可以承受兩枚艦艦導(dǎo)彈的攻擊或一枚魚雷攻擊底部龍骨。

3)與作戰(zhàn)相關(guān)的關(guān)鍵系統(tǒng)應(yīng)考慮具備必要的自動(dòng)應(yīng)對(duì)能力和受損后的自動(dòng)恢復(fù)功能。

4)艦艇上的武器系統(tǒng)可被艦隊(duì)內(nèi)的其它艦艇操控，同時(shí)也能操控其他艦艇上的武器裝備。美國(guó)海軍有一套ASLS(autonomous survivable launch system)系統(tǒng)，可用于實(shí)現(xiàn)此功能，主要是保證艦隊(duì)的綜合戰(zhàn)斗能力。

5)全艦損害控制和損害評(píng)估必須高度自動(dòng)化，既可以實(shí)現(xiàn)智能化決策，也可實(shí)現(xiàn)損管系統(tǒng)自動(dòng)作戰(zhàn)部署。

6)艦上作戰(zhàn)信息系統(tǒng)既可以實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部信息共享，也可和艦上其它系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。例如，可將必要的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)傳輸給艦上平臺(tái)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制艦艇做出合理的機(jī)動(dòng)以滿足作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)斗需要。

配置BDCS的戰(zhàn)艦應(yīng)具備執(zhí)行兩種戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的能力。

1)BDCS的戰(zhàn)前自動(dòng)防衛(wèi)布置(BDCS-P)。具體是指當(dāng)作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)出可能有威脅的信息后，作戰(zhàn)系統(tǒng)、動(dòng)力電力機(jī)械系統(tǒng)和損害管制系統(tǒng)根據(jù)可能的攻擊類別自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的防衛(wèi)部署，以避免或減少對(duì)艦上關(guān)鍵系統(tǒng)的損害。

2)BDCS的戰(zhàn)時(shí)自動(dòng)應(yīng)對(duì)(BDCS-D)。當(dāng)戰(zhàn)艦已經(jīng)受到攻擊時(shí)，BDCS啟動(dòng)必要的應(yīng)對(duì)措施控制或減輕對(duì)艦上關(guān)鍵系統(tǒng)的損傷，以保證艦艇具有相應(yīng)的反擊能力。具體是指系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)需求，通過任務(wù)優(yōu)先級(jí)矩陣自動(dòng)選擇配置(包括防衛(wèi)性或修復(fù)性配置)相應(yīng)的平臺(tái)系統(tǒng)以保證作戰(zhàn)系統(tǒng)完成其相應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù)。例如，當(dāng)戰(zhàn)艦需要發(fā)射電磁炮時(shí)，將優(yōu)先自動(dòng)啟動(dòng)“動(dòng)力電力機(jī)械系統(tǒng)”負(fù)責(zé)的電力供應(yīng)系統(tǒng)以保證武備用電需求；如果戰(zhàn)艦需要進(jìn)行電子對(duì)抗時(shí)，將優(yōu)先自動(dòng)啟動(dòng)“動(dòng)力電力機(jī)械系統(tǒng)”負(fù)責(zé)的冷媒水系統(tǒng)以保證電子設(shè)備的冷卻需求。

相對(duì)于傳統(tǒng)戰(zhàn)艦，主要依靠艦員間的溝通和手動(dòng)配置相應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)，艦上配置的作戰(zhàn)系統(tǒng)、動(dòng)力電力機(jī)械系統(tǒng)和損害管制系統(tǒng)都是相對(duì)獨(dú)立的，當(dāng)執(zhí)行使命任務(wù)時(shí)，各系統(tǒng)間沒有直接信息關(guān)聯(lián)，更不具備集成自動(dòng)運(yùn)行能力。

1.2 BDCS的發(fā)展和現(xiàn)狀

從1988年至今，美國(guó)海軍為了實(shí)現(xiàn)BDCS的設(shè)計(jì)理念，開展了一系列相關(guān)研究。其中由美國(guó)海軍裝備司令部下屬的作戰(zhàn)系統(tǒng)生命力工程辦公室主持的全艦生命力研究項(xiàng)目對(duì)BDCS的發(fā)展影響較大。這項(xiàng)課題的主要研究對(duì)象是美國(guó)現(xiàn)役的護(hù)衛(wèi)艦和“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦，通過研究明確了BDCS的控制流程和控制方法，提高了戰(zhàn)艦作戰(zhàn)系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)的生命力。課題的主要研究成果如下。

1)1989年10月，針對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)開展的“Total Ship Threat-Reactive Damage Control”研究。研究報(bào)告指出增強(qiáng)作戰(zhàn)系統(tǒng)的生命力主要應(yīng)該從3方面著手：①對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心裝備所在處所應(yīng)該加強(qiáng)防護(hù)；②作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠不間斷地完成其關(guān)鍵業(yè)務(wù)；③保證艦艇可以有效機(jī)動(dòng)和持續(xù)電力供應(yīng)。同時(shí)報(bào)告也強(qiáng)調(diào)艦員是決定系統(tǒng)可否起到作用的關(guān)鍵因素之一，故結(jié)合系統(tǒng)配置對(duì)艦員進(jìn)行相關(guān)訓(xùn)練非常重要。

2)1991年，開展了全艦生命力信息綜合管理系統(tǒng)(integrated survivability management system, ISMS)的研究，主要目的是使戰(zhàn)艦具備合理高效的將全艦與生命力相關(guān)的所有信息進(jìn)行綜合處理和傳輸?shù)哪芰ΑSMS的主體部分脫胎于艦上的信息幫助和輔助決策軟件。美國(guó)海軍現(xiàn)役的部分艦艇已經(jīng)裝備了這套系統(tǒng)，通過多年的使用測(cè)試，美軍將有關(guān)軟件的主要經(jīng)驗(yàn)得失總結(jié)如下。

①ISMS系統(tǒng)必須努力實(shí)現(xiàn)將作戰(zhàn)系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)相關(guān)信息進(jìn)行互通的設(shè)計(jì)目標(biāo)；

②應(yīng)盡量采用技術(shù)成熟、實(shí)用性強(qiáng)的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)民轉(zhuǎn)軍的軟件系統(tǒng)構(gòu)架；

③應(yīng)采用通用性好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)；

④ISMS系統(tǒng)應(yīng)該可以與已有的軟件共享數(shù)據(jù)，如破艙進(jìn)水仿真計(jì)算軟件(FCCS)、損管監(jiān)測(cè)評(píng)估軟件(DCAMS)、戰(zhàn)損評(píng)估軟件(BDE)、艦船風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估仿真模型(SVM)；

⑤ISMS系統(tǒng)可以適裝在多種硬件平臺(tái)上；

⑥系統(tǒng)應(yīng)該具備自動(dòng)調(diào)整和重組恢復(fù)關(guān)鍵系統(tǒng)(如電氣、消防)的能力；

⑦系統(tǒng)應(yīng)該具備主動(dòng)戰(zhàn)損控制能力。

當(dāng)然后兩個(gè)能力還沒有在美軍裝艦的ISMS系統(tǒng)上完全實(shí)現(xiàn)。

美國(guó)海軍經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，已經(jīng)在部分現(xiàn)役戰(zhàn)艦上裝備了BDCS，典型界面見圖2。

由于冷戰(zhàn)后美國(guó)海軍戰(zhàn)略調(diào)整、課題研究預(yù)算的消減，同時(shí)因?yàn)锽DCS的部分設(shè)計(jì)理念較超前，因此在研究過程中出現(xiàn)了較多的技術(shù)難題，致使現(xiàn)階段美軍裝艦的BDCS還沒有完全實(shí)現(xiàn)其全部目標(biāo)功能，以美國(guó)海軍為首的西方軍事強(qiáng)國(guó)還會(huì)繼續(xù)努力實(shí)現(xiàn)真正意義上的BDCS。

圖2 美軍裝艦的BDCS典型界面

從20世紀(jì)90年代開始，經(jīng)過近20多年的研究，歐美國(guó)家在BDCS方面取得了一些成果，其中有些成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為成熟的商業(yè)產(chǎn)品，如脫胎于全艦生命力信息綜合管理系統(tǒng)的商業(yè)化BDCS已經(jīng)裝備于多個(gè)國(guó)家海軍的多型艦艇上。我國(guó)設(shè)計(jì)的某出口型護(hù)衛(wèi)艦也裝備了類似系統(tǒng)，當(dāng)然，與美國(guó)海軍提出的BDCS能力相比尚有一定差距。

2 國(guó)外商業(yè)化BDCS

國(guó)外商業(yè)化BDCS是基于綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)(integrated platform management system, IPMS)的一套對(duì)戰(zhàn)時(shí)損害情況進(jìn)行監(jiān)控和記錄的軟件模塊，這套系統(tǒng)可以自動(dòng)或手動(dòng)將戰(zhàn)損情況記錄在損情狀態(tài)軟件上，任何可以進(jìn)入IPMS的艦員都可以實(shí)時(shí)查看戰(zhàn)損情況，艦上其他系統(tǒng)，如作戰(zhàn)系統(tǒng)或艦橋系統(tǒng)與IPMS互通，也可以共享信息。

商業(yè)化BDCS的供應(yīng)商主要集中在歐美國(guó)家，比如,德國(guó)SIMENS SINAY BDCS和MTU Callosum_DC BDCS、加拿大L-3 MAPPS I2BMS BDCS、意大利AVIO MASTER+ BDCS等都能夠提供成熟的產(chǎn)品。L-3 MAPPS公司(也就是原來(lái)的加拿大CAE公司)是這些公司中的佼佼者，裝備其系統(tǒng)的主要軍艦有荷蘭海軍的LC型護(hù)衛(wèi)艦、德國(guó)海軍的F124型護(hù)衛(wèi)艦、英國(guó)海軍的Albion級(jí)船塢登陸艦、K130型輕型護(hù)衛(wèi)艦等。下面主要以L-3 MAPPS公司的商業(yè)化BDCS為例，介紹此套系統(tǒng)的基本功能特點(diǎn)。

1)與艦上IPMS無(wú)縫集成。基于已有的平臺(tái)管理系統(tǒng)可以有效降低艦員工作負(fù)荷和提高戰(zhàn)時(shí)損管效率。如果全艦平臺(tái)系統(tǒng)的智能化水平得到大幅度提高，則戰(zhàn)時(shí)損害控制的響應(yīng)速度和執(zhí)行任務(wù)的準(zhǔn)確性也會(huì)有效提高。

2)具備戰(zhàn)時(shí)損管輔助決策功能或叫必殺牌功能(killcards)。由于艦上戰(zhàn)損情況錯(cuò)綜復(fù)雜，戰(zhàn)時(shí)損管輔助決策功能可以根據(jù)戰(zhàn)損情況快速給出應(yīng)對(duì)措施，以提高損害控制效率和減少損情擴(kuò)大。戰(zhàn)時(shí)損管輔助功能可以是全自動(dòng)介入損管運(yùn)行，如艦上平臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)化程度很高，則系統(tǒng)可以自動(dòng)決策自動(dòng)運(yùn)行相關(guān)系統(tǒng)控制損情；當(dāng)然此功能也可以半自動(dòng)運(yùn)行，只是給艦上指揮官提供損管決策參考。需要說明的是戰(zhàn)時(shí)損管輔助功能的基本數(shù)據(jù)庫(kù)需要總體設(shè)計(jì)人員提供，當(dāng)然艦員可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)維護(hù)。

3)可通過全景查閱總布置圖得到戰(zhàn)損信息。全艦戰(zhàn)損情況是標(biāo)識(shí)在電子總圖上，艦員可以利用已知的查閱電子圖的功能，如放大/縮小、移動(dòng)、定點(diǎn)等，查看總布置圖，得到相關(guān)信息。當(dāng)然軟件也可以通過智能化技術(shù)幫助艦員快速鎖定戰(zhàn)損信息。這項(xiàng)功能的最佳體現(xiàn)應(yīng)該基于1個(gè)足夠大的顯示屏和引入智能觸摸及手寫輸入技術(shù)。

①具備多圖層信息顯示技術(shù)。由于有些信息需要同時(shí)查看多層甲板，如從下至上的人員逃生通道的查找，就需要多個(gè)圖層顯示在1個(gè)屏幕上，而且需要顯示清晰明了；同時(shí)可以放大或縮小查看相關(guān)細(xì)節(jié)。另外有些信息需要在二維圖層上查看，有些信息只有在軸測(cè)圖層上才清晰，所以電子圖應(yīng)該可以在二維或軸測(cè)視角任意調(diào)整，并允許放大或縮小。

②與全艦視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成。艦上指揮官需要快速確認(rèn)和評(píng)估艦上損管信息。但僅僅依靠艦上的損管傳感器，如煙霧火災(zāi)或液位傳感器等，可能由于傳感器的故障，產(chǎn)生誤報(bào)警。傳統(tǒng)的艦上做法是當(dāng)發(fā)生損管報(bào)警時(shí)，一般會(huì)派艦員到事發(fā)位置去確認(rèn)是否有損情發(fā)生。當(dāng)戰(zhàn)斗損管系統(tǒng)與全艦視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成后，指揮官可以最快通過視頻馬上確定損情的真假。

商業(yè)化BDCS隨著用戶需求的變化和新技術(shù)的引入還在不斷發(fā)展，下一代系統(tǒng)將通過采用智能視頻分析技術(shù)、無(wú)線射頻辨識(shí)技術(shù)、高清屏的引入、人機(jī)交互技術(shù)等新技術(shù)和新設(shè)備來(lái)提高整套系統(tǒng)的智能化和信息化水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

艦艇生命力和作戰(zhàn)能力是艦艇戰(zhàn)斗力的兩個(gè)重要方面：作戰(zhàn)能力是艦艇消滅敵人的進(jìn)攻能力；生命力是保存自己的防御能力。在作戰(zhàn)中，艦艇沒有作戰(zhàn)能力，就談不上生命力；同時(shí)，艦艇沒有生命力也不能發(fā)揮作戰(zhàn)能力。美國(guó)海軍提出的BDCS的設(shè)計(jì)理念就是從實(shí)戰(zhàn)出發(fā)，真正將這兩個(gè)能力合二為一，以保證艦艇在作戰(zhàn)時(shí)能充分發(fā)揮其戰(zhàn)斗力。這對(duì)我海軍艦艇設(shè)計(jì)應(yīng)該有所啟發(fā)。