基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗設計*

李 靖

(中國飛行試驗研究院,西安 710089)

0 引言

大量的資料表明,某些發達國家,已經掌握了成熟的武器裝備作戰試驗技術體系。例如,美國海軍、陸軍、空軍以及海軍陸戰隊在內的各軍種均發布了使用試驗與鑒定程序/手冊等文件用于指導新機作戰試驗的開展,至今,已有F-22和F-35等多個型號完成了作戰試驗評估工作,極大促進了其武器裝備的發展速度,提高了其航電武器系統的作戰效能,基于作戰的試驗技術優越性得到充分體現。

根據美軍相關試驗鑒定體系文件,美軍提出全壽命周期試驗概念,并專門對作戰使用試驗的類型、概念、職責、報告進行了規范。美國空軍試驗與鑒定的試驗基本可分為兩大類:研制試驗與作戰試驗,根據不同階段及需求,美軍將作戰試驗與鑒定(OT&E)分為初始作戰試驗與鑒定(IOT&E)、合格性確認作戰試驗與鑒定(QOT&E)、后續作戰試驗與鑒定(FOT&E)、兵種研制鑒定(FDE)、多軍種作戰試驗與鑒定(MOT&E)等不同類型,其中,初始作戰試驗與鑒定主要用于“確定系統是否已經滿足作戰需求和關鍵作戰能力(COI),以及評估系統對和平時期和戰時使用的影響。且試驗應該在作戰條件下進行,包括盡可能真實的作戰任務環境”;合格性確認作戰試驗與鑒定是一種剪裁的初始作戰試驗與鑒定,用于評估作戰使用環境中用于軍事用途的貨架產品、非研制產品以及有政府提供的設備的軍用效能和實用性;后續作戰試驗與鑒定是繼初始作戰實驗與鑒定或多軍種作戰試驗與鑒定之后的作戰試驗與鑒定,主要用于回答有關未解決的關鍵作戰能力問題,檢驗已經確定的、對任務執行能力有實質性或嚴重影響的缺陷或不足的解決情況,或者是完成作戰試驗與鑒定中尚未完成試驗項的需求。

對比西方發達國家成熟的航空武器裝備作戰試驗技術體系,國內在飛行試驗技術方面還存在一定差距。首先,在裝備性能檢驗階段,技術人員往往更關注“技術指標符合性驗證”, 缺乏對試驗對象的作戰需求、作戰環境、作戰對象、作戰戰法的深入研究,設計的試驗約束條件往往與真實作戰條件存在差距,獲取的試驗結果偏于理想條件,在實際訓練中,可能出現由于被試裝備工作環境惡化,導致性能下降的情況,不利于部隊訓練過程中盡快形成戰斗力;另外,如果試驗約束條件設計過于理想,將會導致被試裝備的一些設計缺陷,特別是與作戰環境關聯密切的設計缺陷難以被發現,例如:復雜電磁環境適應性、惡劣天氣環境適應性等相關能力,而這些問題在部隊使用中暴露后,其更改的成本及風險也將更高。

1 基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗設計思路

借鑒美軍全壽命周期試驗概念以及作戰實驗概念,為了在研制早期能夠充分暴露裝備設計缺陷或問題,提高裝備作戰能力,降低裝備研制風險,應在裝備的性能檢驗階段,以裝備的作戰需求為牽引,研究裝備典型作戰任務,分析典型作戰任務可能面臨的典型環境。同時基于裝備的工作原理,研究環境與裝備性能之間的關聯關系,識別出對裝備性能關聯密切的環境特征,并通過各類資源的合理配置,構建貼近作戰使用的試驗約束條件,從而能夠在更為科學的試驗約束條件下對裝備完成有效裝備,提高軍機武器裝備性能飛行試驗技術水平,滿足空軍作戰需求。

2 基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗設計方法

開展基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗,要求以“作戰任務為牽引”進行試驗設計,通過不斷將任務進行分解,一方面識別任務的作戰環境特征,以便在試驗環境設計時能考慮相關的環境特征,從而使得試驗環境能夠盡量逼近“真實的作戰環境”;另一方面識別執行任務所需要的關鍵能力(或關鍵指標),將各類關鍵能力以可量化或可評估的測試參數進行表征,實現基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗。

2.1 “樹狀”試驗結構總體設計

旨在通過以裝備的典型應用任務為牽引,通過自頂向下分解,識別關鍵能力,從而形成清晰的“樹狀”試驗結構。具體步驟如下:

1)識別使命

“使命”是建立裝備“樹狀”試驗結構的頂層,這是開始進行試驗任務分析的起點,例如:某裝備的主要作戰使命為“近距空中支援”,則該裝備應該具備完成該使命任務的基本能力,從使命開始進行作戰任務分析,構建試驗結構極為重要,這樣做的目的是為了強調試驗并不是獲取一堆沒有使用意義的結果數據,而是為了回答裝備的能力是否能夠真的支持“近距空中支援”任務。

2)識別任務

自頂向下分析的下一步是識別系統在每個使命中期望完成的基本任務,這些任務組成了完成使命必須進行的獨立行動。這些任務可以在待評估系統將要從事的能力中提取,或者說這些任務是基于完成使命所需能力的。例如,系統要完成近距空中支援,需要具備起飛、導航、通信、探測、識別、攻擊(近距彈、航炮)、指揮引導等能力,對應的子任務集分別為起飛子任務、指揮引導子任務、導航子任務、探測子任務、識別子任務、攻擊子任務。對于一些壓制防空使命,飛機還需要具備協同作戰能力,以保持與其它成員之間的通信、態勢共享、目標分配,超視距攻擊能力,較好的隱身能力、防御能力(電子對抗、誘餌彈等),以提高飛機的生存性。在該階段,將建立次級子任務集,或稱之為一級子任務,缺乏任意子任務能力,近距空中支援任務將無法得以完成。

3)識別子任務

在該階段,任務將被進一步細分為下層子任務(二級子任務)。像任務一樣,這些支撐子任務組成了為完成任務必須進行的獨立行動。某些子任務可能和多個任務相關聯,這些子任務共同完成上級子任務。和上級任務一樣,二級任務也要對應一個要點以及評估意圖。

例如,對于探測子任務而言,其下級子任務可以分解為:雷達探測子任務、紅外探測子任務。按照上述思路,某個子任務可能還需要不斷向下延伸,直至形成具體典型使用場景下的最小子任務(用例),例如,對于雷達探測子任務,可以繼續分解為雷達多目標探測子任務、雷達抗干擾探測子任務等。

4)識別關鍵指標

將任務分解到不可再分的最小任務,應識別該最小任務的關鍵能力指標,以及指標的表征參數。在通信子任務中,按照通信“快、準、穩、隱”的原則,關鍵指標應包含通信時延、通信準確性、通信穩定性,具體指標則可用:傳輸時延、丟包率、話音通信質量、穩定通信作用距離、抗干擾容限、隱身特性來評估。這些指標中,有些可以通過測試手段進行定量測試,例如丟包率;有些需要通過使用者定性評估,例如話音通信質量;有些可能無法完全通過飛行試驗進行評估,而是需要綜合考慮設計理念、內場測試、外場試驗的結果,例如隱身特性。

“樹狀”試驗結構的分解示意圖如圖1所示。

圖1 “樹狀”試驗結構分解示意圖

2.2 基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗環境設計方法

要實現真正的基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗,就應該“能夠評估系統在真實作戰任務環境下有效完成其預定使命的能力”,也就是說,將預定使命置于盡量真實作戰任務環境下執行,是實現作戰使用試飛的關鍵所在。大量資料表明,未來戰爭越來越強調在信息密集環境下的聯合軍事作戰,意味著空軍的作戰系統將很少作為完全獨立的個體投入戰斗。因而,為了創建能夠提供有意義結果的試驗場景,未來試驗環境應在以下方面進行考慮:

1)多機協同密集信息環境考慮

根據近些年發生的局部戰爭,可以預想,未來戰爭中,多機種的協同作戰必將是戰爭的主要態勢。在協同作戰條件下,飛機航電系統將面臨海量信息環境,以及密集的電磁環境。而在密集的信息環境下,各個機型協同作戰能力,某成員保持與其它成員之間的通信、統一的態勢共享能力，海量信息接收/處理/發送能力，信息融合能力，目標分配能力，協同探測能力等可以得到更全面的驗證。

2)多機協同對抗復雜電磁環境考慮

在多機協同對抗環境下,成員飛機除了要面臨密集的信息環境外,還要面臨復雜的電磁環境壓力。一方面,我機成員之間、成員射頻設備之間的電磁頻譜資源協調使用將是一個關鍵點,特別是當敵我雙方對抗態勢時,我機在使用電磁對抗等技術對敵方實施干擾時,是否會對本機射頻設備的某些作戰能力(例如通信、雷達探測)帶來嚴重影響,也能得到更深入的驗證;另外,在對抗態勢下,敵方也必然會使用各類電磁干擾技術、誘餌彈等對我方進行干擾,在敵方的強干擾環境下,我方的設備抗干擾能力、協同作戰抗干擾能力等下降程度可以得到深入的驗證。獲取這些結論,一方面可以支持設計的優化更改;另一方面,可以支持部隊作戰使用的戰術戰法開發。

3)戰術使用環境考慮

除了上面考慮的要點外,在作戰使用試飛環境下,必需考慮戰機以及傳感器的戰術使用符合真實作戰使用。具體包括:第一,我機、敵機的必要戰術機動條件,例如,在我方對敵機進行雷達跟蹤后,敵機發現后勢必會進行戰術機動進行規避,那么,機動條件下,雷達的跟蹤能力以及丟失目標后的再捕獲能力可以得到一定驗證;另外,實際作戰條件下,我機在武器投放過程中可能要進行過載回轉、垂直爬升、鋸齒滾轉等機動,那么,機動動作對武器投放的影響需要進行考慮。第二,我機的傳感器邊界條件,在實際使用過程中,以雷達為例,在沒有精確指揮引導條件下,雷達需要自主完成對敵搜索、跟蹤、識別,那么,當敵方目標出現在雷達工作邊界時,雷達的工作性能會下降到何種程度?第三,傳感器的戰術使用,包括傳感器開機、靜默時機,與其它傳感器的配合使用,最為典型的就是雷達、電子戰的配合,雷達、指揮引導的配合,當有源傳感器為隱身保持靜默時,在無源傳感器的引導下,能否迅速的鎖定目標,鎖定目標時間等,均需要作為重點考慮。

2.3 基于作戰使用的軍機航電/武器系統綜合試飛試驗設計

開展基于作戰使用的軍機航電/武器系統試飛,由于任務和環境的復雜性,將會導致試驗量激增,為了提高試驗效率,同時為了避免由于試驗約束條件過于復雜而導致發現的問題難以定位,可以在實施過程中,考慮裝備不同時間內呈現的基本特征,張弛有度的按照以下三個階段進行實施:

在初始階段,裝備技術狀態較差,研制問題最多,在該階段飛行應以最大化暴露裝備問題為主要目的,因此實施時,可以最大化的根據試驗約束條件可行性將大量試驗點(試驗的狀態點)進行綜合,而淡化任務邏輯性。例如,可以要求所有傳感器都進行工作,但不一定要求傳感器狀態按照作戰流程設置。這樣試驗的目的是為了最大化暴露問題。

當裝備軟件、硬件技術狀態相對固化,飛機具備基本作戰能力后,這一階段應以關鍵能力項目驗證為主,試驗的主旨是圍繞關鍵能力,考慮關鍵能力的應用任務環境,在相應的應用任務環境下開展對關鍵能力的重點驗證。例如,當進行通信能力的驗證時,重點考慮通信的任務及環境:是否需要機動條件下完成穩定通信,是否需要靜寂通信能力,是否需要與其他平臺完成C4I通信,是否需要在全民用干擾環境下穩定通信等。機上的其他系統狀態是否正常工作則取決于該設備是否可能與通信設備共同工作,試驗設置應符合局部任務作戰流程。這樣試驗的目的是為了充分且客觀的驗證各項關鍵作戰能力。

第三階段則可在真實背景下開展全作戰剖面的作戰使用試飛,頂層任務可以是某型機的某項典型作戰使命,例如防空壓制,試飛需要關注起飛、爬升、巡航、探測、識別、對抗、攻擊、返航、著陸等所有階段的戰機任務執行情況,根據作戰使命需要,可安排試驗機試驗期間視情執行超音速飛行、低空突防、大G回轉機動飛行,甚至編隊協同、空地協同任務,試驗目的在于評估裝備的初始作戰使用能力,同時為飛機裝備部隊后的試飛、訓練提供支撐。

3 結束語

隨著航空技術的發展以及國防需求的變化,航空武器裝備飛行試驗也將面臨更高的要求。文中針對軍機航電/武器系統的驗證要求,圍繞作戰使用,通過參考國內外技術資料,給出一種基于作戰使用的軍機航電/武器系統飛行試驗設計方法,旨在通過開展面向任務的飛行試驗,能夠提供更有使用意義的結果數據。