某型地空導彈武器系統攔截非典型目標運用規則

魏 偉，邢 芳，陳選社，郭 強

(1.炮兵防空兵學院，河南 鄭州 450000； 2.陸軍軍醫大學醫務士官學校，河北 石家莊 050000)

2018年4月，在美英法聯軍對敘利亞的空襲行動中，從各種平臺上共發射了105枚巡航導彈，包括66枚BGM-109、19枚AGM-158 JASSM、8枚Storm-Shadow和12枚SCALP[1]。除了較老的BGM-109“戰斧”外，AGM-158 JASSM和Storm-Shadow/SCALP-EG都采用了雷達隱形設計。這是“JASSM聯合防區外巡航導彈”自2009年服役以來，首次在實戰中得到應用。

敘利亞憑借改進的S-125、S-200、S-75、“鎧甲S1”和“山毛櫸M2” 擊落了部分“戰斧式”巡航導彈。但從被摧毀的敘利亞科研中心廢墟中，找到了AGM-158 JASSM的殘骸，證實敘利亞現有防空武器攔截隱形巡航導彈的能力是有限的[2]。

某型地空導彈武器系統在研制開發時，參照的典型目標是BGM-109“戰斧”式巡航導彈[3]，相對于“戰斧式”巡航導彈，AGM-158 JASSM的目標特性發生了變化，用攔截“戰斧”式巡航導彈的方法將不再適用于攔截JASSM等非典型目標。為此，本文將從目標特性變化對某型地空導彈攔截能力的影響因素入手，定量地得出某型地空導彈攔截非典型目標的運用規則。

1 非典型目標的目標特性及其對某型地空導彈攔截能力的影響因素

1.1 非典型目標的特性

非典型目標，是指同類目標中，在外形尺寸、飛行高度、最大速度、機動能力、輻射或反輻射特性和抗干擾能力等目標特性中，某一或多個方面有別于典型目標的目標。某型地空導彈可以攔截的目標包括：固定翼飛機、旋轉翼飛機、空地導彈和巡航導彈，本文將以巡航導彈中的非典型目標為主要研究對象。

下面以美軍最新投入實戰的AGM-158 JASSM作為非典型目標的代表，對比其與典型目標的目標特性差別，如表1所示。

表1 目標特性對比

1.2 目標特性對某型地空導彈攔截能力的影響因素

某型地空導彈攔截能力體現在導彈單發殺傷概率、目標通過殺傷區時的可射擊次數、可抗擊的空襲密度以及對保衛目標的掩護角和攔截正面寬度等[4]。目標特性變化對導彈攔截能力的影響因素具體體現如下：

1)目標的雷達發射截面積(RCS)和飛行速度是影響武器系統攔截能力的主要因素。RCS越小，雷達越難發現并穩定地跟蹤目標，雷達半主動尋的導彈引戰配合效率越低，殺傷區的縱深將會受到壓縮，某型地空導彈對目標的可射擊時間和次數將減少；目標飛行速度越快，通過殺傷區所需的時間越短，可射擊次數將減少。被壓縮的殺傷區縱深將使一個火力單元的掩護面積、掩護角和掩護正面寬度減小。

2)目標的外形尺寸(長度、直徑和翼展)、飛行高度和制導方式是影響導彈單發殺傷概率的主要因素。導彈單發殺傷概率除目標特性外，還需結合武器系統制導精度、導彈戰斗部威力和武器系統戰斗可靠性等因素，在此不予研究。

2 殺傷區縱深計算

殺傷區縱深的大小決定了某型地空導彈的可射擊次數和配置間隔，研究殺傷區縱深受目標特性的影響是得出攔截非典型目標運用規則的基礎。

2.1 條件假定

為使問題嚴謹并約束在研究范圍內，需作出如下假定：

1)某型地空導彈飛行彈道與機動性能、導彈戰斗裝置的性能和射擊條件恒定，不會因為目標特性的變化，而對殺傷區產生影響。

2)所研究的非典型目標為低空、超低空，且雷達反射截面積小于典型目標的隱身巡航導彈，對于高速隱身的空地導彈由于攻擊樣式不同于巡航導彈，殺傷區形狀區別較大，不在本文研究范疇。

3)電子干擾對雷達性能的影響，本文不予考慮。

4)制導雷達工作扇區內，地形平坦粗糙且無遮蔽物。

2.2 殺傷區近界

如圖1所示，某型地空導彈射擊平直等速飛行的目標時，導彈與目標遭遇時的交會角ψmt小于一定值(ψmt取值0°至90°)及相對速度vr大于一定值時，引信與戰斗部的配合效率較高。交會角與彈道的彎曲程度有關，彈道越彎曲，交會角越大，相對速度越小。當導彈速度越小時，相對速度也越小。隨著遭遇距離越小，導彈加速飛行的時間越短，遭遇時導彈的速度vm越小，相對速度vr就越小；而且隨著遭遇距離越小，彈道越彎曲，交會角ψmt越大，相對速度vr就越小。當遭遇距離小到一定值時，ψmt大于一定值，vr小于一定值，引信與戰斗部配合效率η就會很低，殺傷概率較低，用下式表征：

(1)

式中，Kj為比例系數，從式(1)中看出，引戰配合效率在近界是遭遇距離(殺傷區近界斜距Dsj)的函數，而Dsj是目標速度vt的函數，當滿足η≥η0(η0為以一定概率殺傷目標的引戰配合效率)時，Dsj有一個最小值。

圖1 導彈相對運動速度及對應姿態

2.3 殺傷區遠界

殺傷區的遠界受制導雷達穩定跟蹤目標能力的影響，根據雷達方程，脈沖雷達在自由空間中的作用距離為[5]

(2)

另外，在防空戰斗中，制導雷達發現目標后，通常需要經過一段射擊準備時間，才能發射導彈。發射后，經過一段時間tz，導彈與目標遭遇。根據彈目交會的空間關系，在目標高度較低，航路捷徑較小的情況下，可以得出如下的關系：

Df≈Dsy+vt(tzy+tzhb)

(3)

式中，Dsy為殺傷區遠界斜距離；tzy為導彈從按下發射按鈕飛到殺傷區遠界的時間；tzhb為從制導雷達發現目標到做好射擊準備的時間。

由式(2)、(3)得出，殺傷區遠界Dsy與目標飛行速度vt和雷達反射截面積σ的近似關系式：

(4)

隨著目標速度的增大和雷達發射面積的減小，殺傷區遠界將按照式(4)的函數關系減小。

2.4 殺傷區縱深(如圖2)

在高度一定的條件下，殺傷區的遠界點與近界點之間的距離，即為殺傷區縱深，用hs表示，即

hs=Ssy-Ssj

(5)

(6)

(7)

式中，Dsy和Dsj分別為目標通過殺傷區的遠界和近界時，某型地空導彈到目標的距離。從式(1)、(4)～(7)，我們得到了殺傷區縱深關于目標雷達反射截面積(RCS)和速度的關系。

圖2 高度為H的殺傷區縱深示意圖

2.5 保證連續發射n發導彈的最大航路捷徑

要保證連續發射的n發導彈都在殺傷區內與目標遭遇，就需要有一定的殺傷區縱深。參看圖2，能夠保證連續發射n發導彈的最大航路捷徑Pnmax。

(8)

式中，qmax為最大航路角，t為射彈間隔時間，當n=1時，即只發射一枚導彈時，航路捷徑P1max=dsysinqmax。

由式(4)和(8)可以得出，保證連續發射n發導彈的最大航路捷徑Pnmax是關于目標雷達發射截面積σ和速度vt的函數。最大航路捷徑的2倍，體現了一套某型地空導彈武器系統能夠攔截正面的寬度。當需對目標實施n次攔截時，多套武器系統的配置間隔就應不大于2倍Pnmax。

3 攔截非典型目標的某型地空導彈運用規則

對典型目標進行攔截時，某型地空導彈配置間隔的主要制約條件是搜索車、制導車、指揮車和發射車的無線通信問題；發射彈數由單枚殺傷概率和效費比決定，通常不超過兩枚；對于發射時機，當目標低空來襲時，通常發現即攔截，盡遠射擊。

而對非典型目標進行攔截時，某型地空導彈配置間隔的主要制約條件將變為保證連續發射n發導彈的最大航路捷徑Pnmax。發射彈數也由于單發殺傷概率的降低而增加，并且由于殺傷區縱深的減小，有可能單層地空導彈無法完成發射n發導彈的任務，就需要根據計算結果進行多層布防。對此提出以下三點運用規則：

3.1 確定攔截策略

攔截策略包括對特定目標的發射彈數和發射種類。目標特性不同，單發導彈的殺傷概率P0是不同的，為了達到一定總攔截概率P，就需要在殺傷區縱深滿足條件的前提下，發射n發導彈。發射種類有單發發射、連續發射和組合式發射三種，依據目標威脅度、殺傷區縱深和彈藥消耗承受能力等因素綜合考慮進行選擇[7]。

我們以單發殺傷概率P0=04，總攔截概率P=08為例，列舉攔截策略、總攔截概率P和期望耗彈量n之間的關系，如表2所示。

表2 攔截策略、總攔截概率和期望耗彈量之間的關系

序號1、3、6和10為單發發射，序號2、4和7為連續發射，序號5、8和9為組合式發射，可見單發發射最節省彈藥，但是觀察射擊效果使射擊間隔t增大。所以攔截策略需在滿足總攔截概率P的發射彈數n的前提下，再選擇節省彈藥的發射種類。

3.2 確定發射時機

對于本文所研究的非典型目標，目標反射信號較弱，穩定跟蹤困難，而且引信啟動區也后移。如果導彈與目標在殺傷區遠界遭遇，引戰配合效率差，殺傷概率低。因此在滿足3.1要求的發射彈數所需時間的前提下，應壓縮發射導彈的距離，盡量將最后一發導彈與目標遭遇位置置于殺傷區近界，以提高每發導彈攔截概率。

3.3 確定火力單元配置間隔

圖3 確保發射n枚彈的配置間隔示意圖

綜上所述，某型地空導彈攔截非典型目標時的運用規則可以概括為：依據殺傷區縱深計算出單層火力單元發射n枚導彈對應的航路捷徑，依據單發殺傷概率確定需要發射彈數，結合彈藥消耗期望值和殺傷區縱深大小再確定發射種類；以殺傷區近界處最后一發導彈與目標遭遇為準，推算發射第一發導彈的發射時機；多種類目標來襲時，確定火力單元最小配置間隔，當單層地空導彈武器系統不能滿足對同一目標發射n發導彈時，還需確定該地空導彈的配置層數。

4 應用舉例

結合美英法聯軍空襲敘利亞使用的巡航導彈，在此列表舉例研究，如表3所示。

表3 巡航導彈基本參數對比[8-9]

備注：1.根據文獻0，RCS取目標迎頭、側向和尾部平均值。

2.此高度為平原飛行高度。

4.1 確定殺傷區縱深

令殺傷區最大航路角qmax=45°，射彈間隔時間t=3 s，射彈準備時間tzhb=10 s，利用表2所給信息，計算殺傷區參數，如表4所示。

表4 殺傷區主要參數對比表

4.2 確定攔截策略

對特定目標的單發殺傷概率如表5所示，為滿足總攔截概率要求，對三種目標攔截需要的發射彈數分別為：3發、4發和2發。再結合表4，確定除JASSM導彈外的其余巡航導彈采用單發發射，以滿足期望耗彈量最小要求，對JASSM導彈采取連續發射。

表5 特定目標發射彈數對比表

4.3 確定發射時機

對于風暴陰影和“戰斧”式巡航導彈，在目標航路上距離近界vt(n-1)(t+T觀)，第一枚導彈與目標遭遇；對于JASSM，由于每層只能發射一枚導彈進行攔截，發射時機確定為導彈與目標在殺傷區近界遭遇。

4.4 確定配置間隔和層數

結合表3、表4和表5，按照式[8]分別計算滿足相應發射彈數的導彈最大航路捷徑Pnmax及導彈配置間隔2Pnmax。通過計算發現，該型地空導彈在射擊JASSM聯合防區外巡航導彈時，殺傷區縱深過小，只能進行一次發射，為滿足總攔截概率要求，需要進行4層配置。具體數據如表6所示。

表6 對特定目標導彈配置對比表

通過上述配置，能夠使得整個防空體系在責任空域內，針對非典型目標能夠達到要求的攔截能力。

5 結束語

使用某型地空導彈攔截非典型目標是未來作戰不可回避的問題，本文從兵力部署和火力使用兩個角度，定量地給出了針對非典型目標的運用規則，即:依據目標特性研究殺傷區縱深，進而逐步確定攔截策略、發射時機、火力單元配置間隔和層數的方法。

該方法不僅可以在作戰實施階段指導指揮員和操作員確定開火時機與發射彈數，也可用于在作戰準備階段輔助指揮員定下戰斗部署、制定射擊預案和估算彈藥需求，又可以作為指揮信息系統編制決策系統程序的指導原則，具有較強的實用價值和現實意義。