戰斗機超視距空戰敏捷性分析

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(甘肅省酒泉市十四支局, 甘肅 酒泉 735018)

0 引 言

在雙方“纏斗式”的近距格斗空戰中，常用戰斗機在地球空間物理域的機動性和敏捷性衡量其空戰能力。對于地球空間物理域的非接觸超視距空戰，一般用“四先”[1](先敵發現、攻擊、脫離和摧毀)衡量戰機空戰能力。為此，新一代戰機均發展隱身、超音速巡航、超機動、高級信息優勢和中遠距多目標攻擊等優異性能，以具備在復雜環境中奪取空戰信息優勢、實現先發制人的能力。以F-22為代表的五代機技術，標志著信息化空戰時代的來臨，信息機動性將成為戰斗力的關鍵，電磁信息機動對抗能力和空戰敏捷性對于奪取超視距空戰優勢、實現“四先”至關重要。本文研究了F-22戰斗機與F/A-18、EA-18G的超視距空戰場景，分析了戰機超視距空戰敏捷性和電磁信息機動對抗過程，探討了空戰敏捷性、電磁信息機動性與空戰優勢的關系。

1 戰斗機超視距空戰敏捷性的含義

博伊德將空戰機動制勝原則總結為“觀察、判斷、決策和行動”的OODA(observe, orient, decide, act)環，指出空戰中飛行員需要獲取戰場態勢信息，根據所掌握的知識及態勢信息做出判斷和評估，并選擇行動方案，然后迅速采取攻防行動，比對手更快地完成OODA環，也就是說瞬變能力更強的飛行員往往能克敵制勝。同時博伊德也指出，飛行員首先發現對手比機動性更為重要。近距空戰的戰斗機敏捷性，主要強調戰機在地球空間物理域快速而精確改變飛機姿態和飛行軌跡的能力。人們把為達到預期的機動性所需時間和過程長短的能力，統稱為敏捷性，即狀態變化和時間兩方面的基本屬性。由于時間是戰斗機飛行員空戰表現的關鍵性因素，也是飛行員的主要決策依據和爭取目標,所以，美國敏捷性委員會把時間作為敏捷性的主要評定尺度[1]。

超視距空戰是雙方依托各自作戰體系，采用單機或編隊協同方式在地球空間物理域進行的中遠距非接觸空戰。空戰貫穿于地球空間物理域、電磁網絡空間信息域和人腦思維空間認知域的三重戰斗空間，是三重戰斗空間的交融、互動、對抗和博弈。物理域的非接觸空戰實質是以電磁頻譜為介質的信息域和認知域接觸戰，是一種基于頻譜的高性能電磁信息機動對抗和空戰博弈。博伊德強調，OODA環不僅僅是空戰或戰斗機轉向速度的理論，其中的每一步都依賴于信息的搜集、處理和傳輸，能否比對手更快、更好地搜集、處理和應用信息，并抑制對手的信息能力，直接關系到空戰能否率先完成OODA環和具有先發制人的優勢。

因此，在高度依賴信息域機動權的超視距空戰中，只有通過信息機動作戰，獲得不對稱信息和決策優勢，才能比對手更快地完成空戰OODA環，實現“四先”。可見，超視距空戰的本質是基于頻譜的信息域、認知域和物理域三重戰斗空間的機動對抗和博弈。

本文涉及的戰斗機超視距空戰敏捷性，是指戰斗機在超視距空戰三重戰斗空間中，按規定的精度和質量正確完成空戰OODA環的快速性、響應性和敏捷程度，包括信息域電磁對抗敏捷性、認知域決策敏捷性和物理域行動敏捷性。信息域電磁信息對抗敏捷性是指戰機在空戰信息域電磁信息機動攻防對抗的快速性、響應性和敏捷程度，包括電磁防護和攻擊敏捷性。認知域決策敏捷性是指空戰OODA環中，從目標探測/識別到定下攻擊/規避決策的快速性和敏捷程度。物理域行動敏捷性是指空戰OODA環中，從定下攻擊/規避決策到飛機機動占位、瞄準、發射導彈攔截目標的機動能力和快捷程度。

2 空戰電磁信息對抗OODA環分析

圖1為戰機a與戰機b在某一時空間超視距空戰場景的時序關系，空戰戰術流程可劃分為：目標探測/識別、截獲跟蹤、威脅判斷與目標/火力分配、瞄準攻擊、導彈中制導、導彈末制導諸環節。以進入超視距空戰的時刻為基準，設空戰流程各環節對應的時間為Δtai、Δtbj(i，j=1, 2, …, 6)。可將戰機從發現敵機到完成攻擊的這一戰術流程視為空戰OODA環，包括觀察(探測/識別、截獲跟蹤)、判斷(態勢分析及威脅判斷)、決策(目標/火力分配)、行動(瞄準攻擊和導彈攔截)。它貫穿于空戰信息域、認知域和物理域三重戰斗空間，是雙方在三重戰斗空間的對抗博弈，是雙方空戰OODA環速度、精度和運行質量的對抗。電磁信息機動對抗與攻防作戰是主導和關鍵，它貫穿于整個空戰OODA環從探測到攔截目標的各個環節，目的是爭奪空戰制電磁信息權。

圖1 超視距空戰場景的時序關系Fig.1 Time sequence of BVR air combat scenario

為了分析電磁信息機動對抗能力對空戰OODA環的影響，將電磁信息機動對抗作為條件引入空戰OODA環。圖2為戰斗機空戰電磁信息對抗OODA環示意圖，其中，Δtfi為電磁防護OODA環各環節的對應時間(i=1, 2, 3, 4)，Δtgi為戰機電磁攻擊OODA行動環各環節的對應時間。在空戰復雜電磁環境中，雙方戰機利用信息感知、攻防設備，對戰場敵我友電磁態勢和信息特征進行感知、定位和決策，并采取針對性的電磁攻擊或防護措施實施信息攻防行動，以爭奪制信息權。空戰中，只有電磁信息機動攻防兩端均比敵方更敏捷的一方，才能保證己方空戰OODA環各環節中電磁頻譜的使用和控制，同時抑制和破壞敵方空戰各環節中電磁頻譜的使用和控制，自始至終主宰電磁信息域，為己方空戰OODA環比敵方更快、更精確、更敏捷運轉奠定基礎[2]。

圖2 空戰電磁信息對抗OODA環Fig.2 OODA loop of electromagnetic information counter

空戰OODA環及電磁信息對抗OODA環的分析包括：①選擇空戰OODA環運行周期和速度作為戰斗機空戰敏捷性評估指標，體現戰機在超視距空戰中，相對于對手在信息域、認知域和物理域的機動性和敏捷性；②選擇空戰電磁信息對抗OODA環周期、速度作為戰機電磁信息對抗敏捷性評估指標，體現戰機在空戰信息域電磁機動攻防對抗的快速性、響應性和敏捷程度；③選擇戰機空戰OODA環決策周期、速度作為決策敏捷性評估指標，體現戰機在電磁信息域的機動能力和認知域決策敏捷能力；④選擇戰機完成占位、瞄準、發射導彈及攔截目標的時間、速度作為行動敏捷性評估指標，體現戰機按照決策實施攻防行動的機動能力和敏捷程度。

由圖1可得超視距空戰中戰斗機a空戰OODA環運行周期Ta和運行速度Fa分別為

(1)

空戰決策周期ΔTaJc、和速度ΔFaJc為

(2)

空戰中實施行動的時間ΔTaXd和速度ΔFaXd為

(3)

則有

(4)

式(4)說明 ：實施行動所耗費的時間與信息感知、處理、分析和決策所需時間以及OODA環的速度有關。可見，戰機超視距空戰敏捷性主要由決策和行動敏捷性決定，而貫穿信息域和認知域的電磁信息對抗敏捷性、決策敏捷性起關鍵作用，它直接決定了戰機在復雜電磁環境中掌控頻譜、主宰信息優勢和實施“四先”的程度。

3 用敏捷性評估超視距空戰優勢

3.1 F-22與F/A-18超視距空戰分析

3.1.1 F-22與F/A-18超視距空戰條件

圖3為假想的F-22隱身戰斗機與F/A-18戰斗機超視距空戰示意圖。設F-22飛行高度Ha為10 km、超音速巡航速度Va為1.6Ma，雷達截獲距離R0，首次發射距離R1，發射的AIM-120D空空導彈平均速度Vm為3.5Ma，導引頭截獲距離dm約25 km，導彈導引頭截獲目標后，載機的制導時間tc約5 s[3]。F/A-18高度Ht為10 km、速度Vt為0.8Ma，雷達對F-22探測距離Rt。假設F-22的前向RCS約為0.01 m2， F/A-18前向RCS為5 m2。根據文獻[4]，F-22雷達AN/APG-77約2 000個T/R單元，對雷達散射截面積(RCS)為1 m2的目標探測距離200 km。由此可估算得雷達對F/A-18的探測距離約299 km，射頻隱身的“寂靜攻擊”距離約210 km(假設F/A-18的機載雷達預警系統(RWR)靈敏度為-65 dBmW)，可使用AIM-120D空空導彈在200 km距離對目標進行首次攻擊。F/A-18雷達AN/APG-79約1 368個T/R單元，則對照F-22雷達，可估算得F/A-18雷達對F-22探測距離約47 km。

圖3 F-22隱身戰斗機與F/A-18超視距空戰示意圖Fig.3 BVR air combat between F-22 and F/A-18

在空戰中，F-22第n次射擊距離Rn與完成攻擊的距離Rn+1(Rg≤Rn+1

(5)

由式(5)可估算出F-22的各次射擊距離R1,R2,…,Rn。

3.1.2 空戰敏捷性分析

根據假設條件初步估算，F-22從210 km截獲跟蹤，在200 km開始首次攻擊，則從210 km至54 km脫離這一距離范圍內(空戰時間約3.61 min)，處于超音速巡航狀態的F-22使用AIM-120D空空導彈，可對跨音速狀態的F/A-18實施至少兩次防區外迎頭超視距寂靜攻擊并安全脫離。發射距離分別為R1=200 km，R2=98.7 km，脫離距離約54 km左右。而F/A-18雷達探測距離約47 km，無法對F-22構成攻擊威脅，而且面對F-22的“寂靜攻擊”，其自衛電子戰系統難以感知F-22雷達信號，無法采取電子戰或規避措施，這也是F-22參加的多次軍演中，對F/A-18等常規戰機取得壓倒性優勢的原因。因此，F-22明顯具有的空戰敏捷性和“先視、先攻、先離和先毀”的“四先”優勢。另外，如果F-22采用超音速發射或脫離、跨音速制導的機動模式，還可進一步增加射擊次數。

3.1.3 電磁信息對抗分析

從電磁信息攻擊視角，F/A-18無法感知F-22雷達的跟蹤和攻擊，因而信息攻擊OODA環路中斷，無法對敵雷達實施偵察、干擾。而F-22雷達跟蹤和攻擊不受影響，電磁信息防護OODA環路正常運轉，可在210 km至54 km距離范圍內，在信息域按射頻隱身規律實施電磁信息機動和寂靜攻擊。

從電磁信息防護視角，面對F-22隱身帶來的電磁信息攻擊措施，在210 km至54 km范圍內，F/A-18雷達無法檢測目標信號，機載RWR亦無法截獲F-22雷達信號，導致F/A-18有源和無源偵察感知電磁信息防護OODA環路中斷，無法在電磁信息域進行感知與機動。而F -22隱身電磁信息攻擊OODA環路正常運轉，可持續中斷F/A-18偵察感知信息防護OODA環路。

總之，F-22面對F/A-18時，電磁信息攻防機動均優于對手，在電磁信息域攻防兩端均能不受影響地實施機動對抗。這相當于戰機a空戰OODA環運行速度快于戰機b空戰OODA環運行速度，即Fa>Fb時，F-22在空戰信息域攻防兼備，電磁信息攻擊和防護敏捷性均優于F/A-18[2]。

3.2 F-22與EA-18G超視距空戰分析

3.2.1 雙方均勢階段

圖4為F-22與EA-18G超視距空戰示意圖(假設前向RCS及空戰飛行條件同3.1.1)。從F-22隱身電磁信息攻擊和EA-18G電磁信息防護視角看，在210 km至47 km距離范圍內，F-22隱身電磁信息攻擊OODA環路可正常運轉，能持續中斷EA-18G有源感知信息防護OODA環路正常工作，EA-18G雷達在電磁信息域無法檢測目標信號，喪失信息感知能力。

反之，從F-22電磁信息防護和EA-18G電磁信息攻擊視角看，EA-18G可采用AN/ALQ-218(V)2電子偵察裝備和AN/ALQ-99大功率干擾吊艙，在210 km至數公里距離范圍內[5]，對F-22雷達實施有效偵察、干擾和壓制，使其完全喪失信息感知能力，無法在電磁頻譜信息域進行有源感知與機動，從而破壞了F-22隱身帶來的不對稱信息優勢和先發優勢，在電磁信息域失去機動對抗能力。

圖4 F-22隱身戰斗機與EA-18G超視距空戰示意圖Fig.4 BVR air combat between F-22 and EA-18G

由上述分析可見，在210 km至47 km距離范圍內，屬于空戰雙方頻譜/信息拒止條件下的空戰均勢。在這個范圍內，F-22空戰電磁信息攻擊敏捷性優于EA-18G信息防護敏捷性，而電磁防護敏捷性劣于EA-18G信息攻擊敏捷性，即雙方均不能有效對抗對方的電磁信息攻擊，無法有效保護己方電磁信息域，但可有效抑制和破壞對方電磁頻譜的使用和控制[2]。因此，雙方可能進入近距空戰。

3.2.2 EA-18G優勢階段

由于F-22隱身電磁信息攻擊OODA環路僅能壓制EA-18G雷達至47 km距離，而EA-18G電磁信息攻擊OODA環路能壓制F-22雷達至數公里距離內，因此，在47 km至數公里距離范圍內，EA-18G可獲得先發制人優勢，并能利用其機載雷達實施迎頭超視距攻擊。即:EA-18G電磁信息攻擊OODA環路可壓制F-22有源感知信息防護OODA環路正常工作,而F-22隱身電磁信息攻擊OODA環路則無法中斷EA-18G有源感知信息防護OODA環路。EA-18G在抑制和破壞F-22電磁信息域的優勢后，可在47 km范圍內，使用雷達和AIM-120空空導彈，對超音速巡航狀態的F-22實施攻擊。

可見，在47 km至數公里距離范圍內，相當于Fa

在2009年軍演發生的EA-18G“擊落”F-22事件中，F-22沒有對“攻擊”做出反應，尤其是其號稱截獲距離達460 km的AN/ALR-94ESM沒有對EA-18G雷達信號實施告警，以及采取電子干擾或規避機動措施。美國軍事學者費爾根豪爾給出了一種分析，他認為，攜帶大功率干擾吊艙的EA-18G很可能先期對F-22的電子信號源實施了“絕對壓制”，進而通過自身機載雷達大致確定了對手的方位，然后用“發射后不管”的AIM-120導彈進行攻擊。由于該彈利用自己的主動雷達導引頭尋找和跟蹤目標，而F-22的電子對抗手段主要針對俄制導彈，因此才應對乏術。另外，也有資料報道，AIM-120空空導彈在近距離空戰時(通常指視距10 n mile范圍內)，無需機載雷達鎖定可直接發射，導彈在發射后會立即啟動主動雷達，讓導彈成為真正的“射后不理”，飛行員稱為“Mad Dog”。

3.3 評估結果

通過上述探討和研究，可得到以下結論：

一是在信息化空戰環境中，信息機動性、敏捷性將是戰斗力的關鍵，具備優良的電磁信息機動對抗能力和空戰敏捷性，對于奪取超視距空戰優勢，實現“四先”至關重要。而F-22主要依靠其在電磁信息域的機敏性，能夠更快地搜集、處理、分析和應用信息，通過信息機動，獲得不對稱信息和決策優勢，從而贏得的時間和空間優勢，成為克敵制勝的關鍵。

二是F/A-18等常規四代機可通過信息域機動能力的“提升”，對抗和抵消F-22 等五代機“四先”優勢，包括提升信息感知能力、提高電磁信息感知和防護OODA環路機動對抗能力，破擊五代機的隱身電磁信息攻擊OODA環路，抵消不對稱信息優勢。主要措施包括：裝備大功率有源相控陣雷達以及先進機載無源探測感知裝備(如ESM系統或IRST系統)等，可大幅提高預警及反制距離(如F/A-18的ESM/RWR靈敏度提高10 dB，可使F-22雷達“寂靜攻擊”距離降低約68%)；采用網絡中心戰法，將來自預警機、地面雷達和其它戰機的信息進行融合，抵消五代機的隱身優勢。

三是F/A-18等常規四代機也可通過信息域的電磁“擾亂”措施，對抗和抵消F-22等五代機“四先”優勢。通過電磁信息干擾壓制手段、提高電磁信息攻擊OODA環路機動對抗能力，破擊對手的電磁信息防護OODA環路，大幅壓制其不對稱信息優勢和攻擊距離。主要“擾亂”措施包括裝備先進的電子戰系統，如高靈敏度的ESM/RWR和具備相參干擾能力的DRFM干擾機，提高對F-22等五代機雷達的偵察干擾和壓制能力，從而抵消F-22的先發制人優勢，取得均勢對抗機會，或可逆轉為先發制人。

四是常規四代機還可通過裝備具有反隱身能力的遠程空空導彈提高攻擊階段信息域和物理域的敏捷性，對抗和抵消F-22等五代機“四先”優勢。

4 結束語

本文借鑒戰斗機近距空戰的敏捷性概念，運用空戰OODA環原理，探討了戰斗機超視距空戰敏捷性，以及電磁信息機動對抗等概念。通過F-22與F/A-18及EA-18G超視距空戰對抗場景，分析了戰斗機超視距空戰電磁信息機動的對抗過程，研究了戰機電磁信息機動性、空戰敏捷性與空戰優勢的關系。研究結果表明，在信息化空戰環境中，戰斗機電磁信息機動性、敏捷性是獲取超視距空戰優勢的關鍵。最后，本文提出了戰斗機提升信息域電磁信息機動性、敏捷性和超視距空戰敏捷性的措施。