“提康德羅加”巡洋艦“標準-2”艦空導彈反導作戰能力分析

劉 峰，金 釗

（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

0 引言

“提康德羅加”級巡洋艦是美國海軍現役的唯一一級巡洋艦，該型艦是世界上第一型宙斯盾（AEGIS）作戰艦艇。據公開資料顯示，“提康德羅加”巡洋艦的宙斯盾系統可以監視400批目標并跟蹤其中的200批，其“標準-2”艦空導彈可以同時攔截12個～16個來襲目標。但關于其防空作戰能力的分析論述大都止步于此，缺乏具有作戰背景的定量分析，這也是本文試圖解決的問題。

本文的研究思路是：依據“提康德羅加”裝備的“標準-2”艦空導彈系統技戰術性能和作戰流程，提出和設定可能出現的作戰背景，并就裝備的具體運用進行建模和定量計算，進而得出某種作戰背景下作戰能力的定量描述。

1 裝備及作戰流程分析

“提康德羅加”級巡洋艦在使用“標準-2”艦空導彈防空作戰中，主要裝備為AN/SPS-49遠程對空警戒雷達、AN/SPY-1系列相控陣雷達、SPG-62火控雷達和 MK-41垂直發射系統等。其中：1）AN/SPS-49遠程對空警戒雷達主要實施對遠程目標的早期預警，對空搜索最大作用距離達到450 km；2）AN/SPY-1系列相控陣雷達，宙斯盾系統的核心裝備，主要負責對目標實施跟蹤，對“標準-2”實施中段的指令指導，能夠監視400批目標并跟蹤其中的200批，最大作用距離達到370 km；3）“標準-2”艦空導彈，是美國海軍現役的主要防空導彈，采用“慣導+指令+半主動雷達”制導，有多達兩類10種型號（中程型 I、II、III、IIIA、IIIB 和增程型 I、II、III、IV、IVA），最大射程 185 km［1］；4）SPG-62 火控雷達，是“標準-2”艦空導彈的照射雷達，是對空攔截作戰的核心裝備，直接決定了攔截目標的數量，理論上可以在120°扇面內對4個來襲目標實施分時照射［2］，最大照射距離達到 150 km；5）MK-41 垂直發射系統共16組8聯裝，前后甲板各8組，備彈122枚（戰斧/阿斯洛克/標準-2），可以以1枚/s的間隔發射“標準-2”艦空導彈對來襲目標實施攔截。

從裝備技戰術性能的數據上看，“提康德羅加”級巡洋艦的防空作戰能力非常強大，但仍然存在著一些制約因素：首先，AN/SPS-49和AN/SPY-1雷達在探測過程中受到地球曲率的影響，對于低空目標的探測仍在視距左右，在沒有預警機保障的情況下，對于反艦導彈等掠海來襲目標的反應時間較短，同樣SPG-62火控雷達同樣受到地球曲率的影響，也就是說，“標準-2”只能從來襲目標進入視距后開始實施抗擊；第2，真正決定“提康德羅加”多目標抗擊能力的是SPG-62火控雷達和MK-41垂直發射系統，SPG-62火控雷達為采用機械掃描體制的卡塞格倫天線，需要機械轉動天線實施分時照射，限制了其抗擊防御反艦導彈飽和攻擊的能力，同時MK-41垂直發射系統雖然可以達到1枚/s的發射速率，但在抗擊同時到達的多枚反艦導彈時，仍會受到多種因素的影響。

在防空作戰的組織流程上，如果沒有預警機提供預警情報保障，“提康德羅加”級通常首先使用AN/SPS-49遠程對空警戒雷達對來襲空中目標的早期預警，發現目標后由AN/SPY-1系列相控陣雷達對目標實施跟蹤，判斷威脅程度和等級，在條件允許時發射“標準-2”艦空導彈對目標實施攔截?！皹藴?2”攔截過程的中段主要依靠自身的慣導和AN/SPY-1系列相控陣雷達為其提供制導指令飛向目標，在接近目標后，由AN/SPG-62火控雷達實施末段照射，“標準-2”導彈接收目標反射的雷達信號，對目標實施追蹤直至摧毀目標。

2 作戰背景分析

在一般的戰術行動中，無論是攻擊還是防御，水面艦艇的作戰模式主要是在能夠獲得友鄰（水面、空中）充分信息保障的情況下，運用自身的火力實施作戰。美國海軍實施多年的“協同作戰能力（CEC）”以及最新提出的“海軍綜合防空火控系統”（NIFC-CA），本質上就是使水面艦艇具備了能夠在自身不發現目標的情況下，仍然可以對目標實施打擊或者抗擊的能力。

對于“提康德羅加”級使用“標準-2”艦空導彈作戰，E-2C預警機和其他艦艇可為其提供早期的目標信息，但是由于“標準-2”采用半主動雷達制導，在末段的命中過程還需要艦載的SPG-62雷達實施照射，雖然存在著A艦發射B艦照射的情況，但本質上還是單艦艇完成防空作戰流程。根據來襲目標性質的不同，艦艇對空防御可以分為對飛機的防御和對反艦導彈的防御，但考慮到現代條件下一般海戰的方式都是飛機等平臺在防區外實施導彈攻擊，因此，本文設定的作戰背景是：“提康德羅加”級僅依靠自身的裝備發現和抗擊來襲的反艦導彈，并運用“標準-2”導彈實施抗擊。

3 模型建立及分析

3.1 對目標的發現

根據前文所述，即便是AN/SPY-1相控陣雷達，其對掠海目標的發現距離也為視距，可由式（1）計算得出：

其中，D為雷達對目標的發現距離，單位為km。H為艦載雷達的天線高度，單位為m。h為反艦導彈的飛行高度，單位為m。

警戒雷達發現目標后，需要經過數次掃描以便對目標進行確認，掃描的次數取決于海上目標數量、雜波干擾程度以及操作手的熟練程度等因素。目標確認后，即可發送至由SPY-1相控陣雷達實施跟蹤并引導“標準-2”導彈發射，當來襲導彈接近至“標準-2”導彈的近界后，導彈便不能射擊，轉由“海麻雀”、電子對抗系統以及小口徑艦炮等實施抗擊。對目標發現的態勢如下頁圖1所示。

進一步分析對目標的攔截時，需要對作戰中的一些參數進行假設，并根據假設得出結論。

假設警戒雷達的安裝高度H警戒=20 m，相控陣的安裝高度H相控=16 m，由于照射器的安裝高度高于相控陣雷達，可以認為只要相控陣雷達對來襲導彈實現跟蹤，照射器即可以對目標實施照射。

圖1 目標攔截態勢圖

根據式（1）可以計算得出警戒雷達發現來襲導彈的最遠距離，以及相控陣雷達能夠跟蹤目標的最遠距離，如表1所示。

表1 警戒雷達及相控陣雷達對導彈的作用距離

假設警戒雷達首次發現目標后需要4個周期（T）對目標進行確認，并向宙斯盾系統發出目標指示，來襲反艦導彈飛行速度V反艦，“標準-2”導彈飛行時在反艦導彈航路上的速度投影V標準，則“標準-2”導彈開始抗擊時的目標距離：

3.2 “標準-2”的發射

在AN/SPY-1相控陣雷達跟蹤后，經過目標識別和威脅判斷后，即可由MK-41系統發射“標準-2”艦空導彈，這一過程可實現無人干預，反應時間很短。在不考慮火控系統解算時間的情況下，MK-41系統可以實現1枚/s的發射速率。

“標準-2”采用的是垂直發射方式和高拋彈道，即導彈從發射筒中垂直射出，達到一定高度后作類似拋物線的彈道自上而下向目標飛向目標，在這一過程中，主要依靠AN/SPY-1相控陣雷達對其實施指令導引。由于“標準-2”彈道較為復雜，因而本文不對其彈道進行仿真，只取其速度在海平面的投影作為計算依據。

通過式（3）的多次迭代計算，可以得出從第1枚“標準-2”發射的時刻起，直至反艦導彈進入射擊近界，“標準-2”可以實施攔截的次數、每次攔截時所需時間以及每次攔截時距離艦艇的距離。

其中，i為攔截的次數，d為“標準-2”發射時反艦導彈與艦艇的距離，單位為m；Vb為“標準-2”艦空導彈速度在海平面的投影，單位為m/s；Vf為反艦導彈的速度，單位為m/s；t為“標準-2”艦空導彈與反艦導彈相遇時間，單位為s。

根據式（2）可以得出以下結果和結論：

圖2 標準-2導彈與目標相遇時間

圖3 標準-2導彈攔截目標時與艦艇的距離

從圖2中可以看出，如果按照MK-41的最大發射率（1枚/s），當上一枚艦空導彈攔截成功后，下一枚將在0.8 s后與目標相遇，即如果僅依靠一個照射器實施照射，必須在0.77 s內完成轉移目標并且實施照射，這就依賴于照射器的轉火速度，如果照射器的轉火速度大于0.77 s，那么MK-41系統就不能按照其最大發射率（1枚/s）的速度發射導彈。

從圖3中可以看出，第1枚“標準-2”的攔截點在距離艦艇18.1 km處（不考慮彈道變化對速度的影響），如果第1枚攔截失敗，則反艦導彈繼續飛行約0.23 km，第2枚攔截點在距離艦艇17.8 km處。即如果2枚“標準-2”能夠成功攔截1枚反艦導彈，當多枚反艦導彈同時攻擊時，每枚反艦導彈在被攔截之前可比上一枚向目標多接近約0.46 km。

3.3 “宙斯盾”的中段導引

“標準-2”發射后，AN/SPY-1系列相控陣雷達為其提供中段導引。通常是AN/SPY-1同時跟蹤來襲反艦導彈和“標準-2”，通過計算并采用指令的方式引導“標準-2”飛向目標。這里存在一個目標容量的問題，是雷達能夠跟蹤的目標數和制導的導彈數［3］。關于宙斯盾系統的目標容量（即在中段能夠導引多少枚“標準-2”飛向目標）并無相關明確數據，這里根據公開的最大攔截目標數進行假設：能夠對32枚導彈進行中段引導，攻擊16個目標。

3.4 “SPG-62”雷達的照射

“標準-2”艦空導彈在接近目標后，末段的半主動雷達導引頭開始工作，此時則需要SPG-62雷達對目標實施照射，“提康德羅加”級巡洋艦上SPG-62的布置如圖4所示。

圖4 SPG-62艦艇布置圖

圖5 SPG-62布置平面示意圖

關于四部SPG-62的照射范圍并沒有相關論述，但從其布設位置可以進行估算，如圖5所示。其中：

1 號的照射范圍為 -70°～ 0°，0°～ +150°（左舷為“-”右舷為“+”，下同）；

2 號的照射范圍為 -150°～ 0°，0°～ +70°；

3 號的照射范圍為 -30°～ -180°，+30°～ +180°；

4 號的照射范圍為 -30°～ -180°，+30°～ +180°。

整理可以大致得出任意導彈來襲方位上可以實施照射的照射器數量：1）艦艇左右舷0°～30°范圍內，兩部座照射器可以照射；2）艦艇左右舷30°～70°范圍內，四部照射器可以照射；3）艦艇左右舷 70°～150°范圍內，三部照射器可以照射；4）艦艇左右舷150°～180°范圍內，兩部照射器可以照射。

每部照射器采用分時照射的方法，雷達的平均旋轉速度為 72°/s，旋轉加速度為 143°/s2，則可以計算得出轉動任意的角度α所對應的時間t旋轉，如圖6所示。

假設由于照射器對來襲目標所需的照射時間沒有相關數據，在此進行假設為t照射分別為0.3 s、0.5 s和0.7 s，并根據假設分別進行計算，則SPG-62轉火所需的時間t轉火可以根據式（3）得出。

圖6 SPG-62雷達的轉動速度計算

圖7 SPG-62雷達的轉火時間計算

通過計算可以得出如圖7所示的結果，可以看出如果當相鄰兩枚反艦導彈角度大于20°時，則轉火時間會超過0.8 s。而根據3.2節的計算，按照MK-41的最大發射率，第1枚導彈攔截成功后，第2枚將在0.8 s后與目標相遇，明顯小于某些態勢下SPG-62對目標轉火所需時間，因此，“標準-2”轉火射擊時，在某些情況下不應按照MK-41的最大發射率作為下一輪抗擊開始的依據，而是以SPG-62雷達的轉火時間作為依據。

當一個照射器工作時，如果按t轉火=1.0 s計算，可以得出每一枚“標準-2”比前一枚落后1 300 m，那么MK-41的發射間隔就應該調整為1.3 s/枚。此時，轉火攔截的反艦導彈比上一枚多接近300 m，仍假設2枚“標準-2”能夠成功攔截1枚反艦導彈，如表2所示。

表2 “標準-2”攔截多目標時反艦導彈飛行距離（一部照射器工作）

4 多目標攔截

根據公開資料給定的數據，設定來襲導彈10枚，間隔 20°均勻分布在一舷 0°～180°范圍內，可以有3個～4個照射器實施照射，此時多個照射器同時工作，照射器在等待下一枚“標準-2”攔截彈抵達目標時，有充足的時間轉向并照射下一個目標，因此，不存在轉火時間的問題。

假設警戒雷達掃描速度為12轉/min，首次發現目標后需要4個周期（T）對目標進行確認，并向宙斯盾系統發出目標指示，來襲反艦導彈飛行速度V反艦，“標準-2”導彈飛行時在反艦導彈航路上的速度投影V標準，則“標準-2”導彈開始抗擊時的目標距離為：

表3 “標準-2”攔截多目標時反艦導彈飛行距離（三部照射器工作）

假設“標準 -2”的攔截近界為 15 km［4-5］，根據表3的結果，從第1次攔截到反艦導彈進入“標準-2”的近界，在有3部照射器同時工作的情況下，可以發射20枚“標準-2”攔截10枚反艦導彈。

假設雙發命中概率0.95，則對空攔截概率可根據式（4）計算得出：

其中，N為來襲導彈數量，n為成功攔截導彈數量。

當N=10時，可以得出結論：“標準-2”能夠全部攔截來襲導彈的概率為0.6，漏過1枚反艦導彈的概率為0.32，漏過2枚反艦導彈的概率為0.07。

5 結論

本文結合“提康德羅加”級巡洋艦“標準-2”及宙斯盾系統的技戰術性能參數，通過定量計算，對“標準-2”攔截來襲反艦導彈的過程進行分析。但由于保密原因，一些具體的技術參數無法獲得，因此，在計算過程中對一些沒有公開的技術參數進行了假設，其結論只能在一定程度上反映出“標準-2”艦空導彈系統的防空反導作戰能力，并且還需要將“海麻雀”、“密集陣”和電子干擾系統統籌考慮才能進一步得出艦艇的綜合防空反導能力，這也是今后重點研究的方向。