航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)重點(diǎn)威脅方向預(yù)警機(jī)陣位規(guī)劃*

趙 卿 馮亞軍 尹康銀 賈立剛 簡久生

（1.空軍預(yù)警學(xué)院 武漢 430019）（2.95668部隊(duì) 昆明 650200）

1 引言

航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)是航母編隊(duì)的重要作戰(zhàn)樣式之一［1］。航母編隊(duì)易被偵察發(fā)現(xiàn)，容易遭受來自空中的攻擊。提高航母編隊(duì)的對空防御能力，是指揮員在籌劃海上聯(lián)合作戰(zhàn)中應(yīng)當(dāng)首先考慮的問題［2］。預(yù)警機(jī)按照圓形航線部署雖然能夠?yàn)楹侥柑峁┤轿坏念A(yù)警情報(bào)保障，但是在實(shí)際作戰(zhàn)過程中，若敵機(jī)起飛平臺距離我航母編隊(duì)較遠(yuǎn)，敵方戰(zhàn)斗機(jī)受載油量的限制，在沒有加油機(jī)中途加油的情況下無法繞至航母后方實(shí)施攻擊，敵機(jī)只能選擇從正面或者側(cè)翼發(fā)動攻擊襲擊。因此，在敵方主要威脅方向合理規(guī)劃部署預(yù)警機(jī)即能確保敵機(jī)及時(shí)被搜索發(fā)現(xiàn)，又能最大程度減少預(yù)警機(jī)資源的浪費(fèi)。

2 航母編隊(duì)防空區(qū)域劃分

航母編隊(duì)在防空作戰(zhàn)中，主要由艦載機(jī)和護(hù)衛(wèi)艦艇構(gòu)成大縱深、多層次、立體多維的環(huán)形防空作戰(zhàn)區(qū)域［3］。防空區(qū)域以航母為圓心，分為預(yù)警區(qū)和作戰(zhàn)區(qū)［4］。

預(yù)警區(qū)由外到內(nèi)分別是預(yù)警征候與警報(bào)區(qū)、探測與跟蹤區(qū)。預(yù)警征候與警報(bào)區(qū)距離航母500 海里～800 海里，情報(bào)獲取主要依靠上級和友鄰的通報(bào)。探測與跟蹤區(qū)距離航母300海里～500海里，主要依靠艦載對空警戒雷達(dá)和預(yù)警機(jī)共同擔(dān)負(fù)對空預(yù)警監(jiān)視任務(wù)。

作戰(zhàn)區(qū)分為外層防御區(qū)、目標(biāo)識別區(qū)和內(nèi)層防御區(qū)三個區(qū)域。外層防御區(qū)距離航母200 海里～300 海里，主要由艦載機(jī)在預(yù)警機(jī)的引導(dǎo)下對來襲敵空中目標(biāo)進(jìn)行攔截。目標(biāo)識別區(qū)也稱為交叉區(qū)，距離航母150海里～200海里，目標(biāo)識別區(qū)主要用于對敵我目標(biāo)進(jìn)行識別，防止艦空導(dǎo)彈誤擊。內(nèi)層防御區(qū)距離航母150 海里以內(nèi)，主要由護(hù)衛(wèi)艦艇發(fā)射艦空導(dǎo)彈對突破外層防御區(qū)的目標(biāo)進(jìn)行攔截。作戰(zhàn)區(qū)三種區(qū)域范圍的具體劃分還要根據(jù)戰(zhàn)斗規(guī)模的大小、航母面臨的威脅大小和航母編隊(duì)的兵力數(shù)量等因素來確定［5］。預(yù)警機(jī)通常和殲擊機(jī)一起部署在目標(biāo)識別區(qū)之外［6］（如圖1所示）。

圖1 航母編隊(duì)防空區(qū)域劃分示意圖

3 預(yù)警機(jī)陣位方向的確定

假設(shè)在作戰(zhàn)過程中，指揮員判定敵機(jī)群來襲的范圍，是以航母為圓心的扇形，該扇形的圓心角稱為威脅扇面角，用α表示，扇形的角平分線稱作威脅軸（如圖2 所示）。預(yù)警機(jī)部署陣位的確定，大致要考慮三個因素：前出位置、前出距離，以及飛行高度。對單架預(yù)警機(jī)來說，通常將其部署在敵人最可能來襲的方向上，即將預(yù)警機(jī)部署在威脅扇面的中心軸上，其飛行航線應(yīng)采用雙平行線航線，航線垂直于威脅軸，且被威脅軸平分［7］。

圖2 航母編隊(duì)中的預(yù)警機(jī)陣位示意圖

4 敵方戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)攻路線分析

敵機(jī)發(fā)起進(jìn)攻時(shí)，敵機(jī)可從敵岸上的機(jī)場或是海上的敵航空母艦上起飛，可以采取直線方式向我飛行并實(shí)施進(jìn)攻，也可取曲線繞過航空母艦從我側(cè)翼發(fā)起攻擊，在這種情況下，敵機(jī)能夠從不同的方向上對我方單位造成全方位的威脅。

假設(shè)E1表示我方航母的位置，E2表示敵方陸上機(jī)場或者航母的位置。假設(shè)S1表示敵機(jī)的戰(zhàn)術(shù)航程，敵機(jī)空艦導(dǎo)彈的射程為S2，則敵機(jī)的戰(zhàn)術(shù)航程和空艦導(dǎo)彈的射程之和為一定值，假設(shè)該定值用2a來表示［8］，即

由于敵機(jī)的進(jìn)攻路徑，是由敵機(jī)飛行的路徑S1和空艦導(dǎo)彈飛行的路徑S2的總和，且為定值2a，這與橢圓的性質(zhì)相一致。那么敵機(jī)的任何可能的進(jìn)攻路線，其范圍都不會超出橢圓的邊界［9］。如圖3所示，橢圓的兩個焦點(diǎn)分別為E1和E2，該橢圓的長軸為2a，并以兩焦點(diǎn)所連接的直線為X軸（威脅軸），以線段E1E2的中點(diǎn)O為原點(diǎn)，以過原點(diǎn)且垂直于X軸的直線為Y軸，建立直角坐標(biāo)系。點(diǎn)M、M'、N、N'分別為橢圓相交于X軸和Y軸的4個頂點(diǎn)。線段E1E2為圓心距，表示敵戰(zhàn)機(jī)起飛平臺到我航母的直線距離，假設(shè)用2a表示。線段NN'為短軸，假設(shè)用2b表示。由橢圓的性質(zhì)可知：

圖3 航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)敵機(jī)進(jìn)攻路線示意圖

因?yàn)閍和c為已知，所以b的值可由式（2）求出，整個橢圓的形狀可以確定。在直角坐標(biāo)系里，各點(diǎn)的坐標(biāo)為E1(-c，0) 、E2(c，0) 、M(-a，0) 、M'(a，0) 、N(0，b)、N'(0，-b)。

5 預(yù)警機(jī)配置陣位分析

由于敵機(jī)的進(jìn)攻路線不會超過橢圓的邊界，配置預(yù)警機(jī)時(shí)應(yīng)盡量確保預(yù)警機(jī)的探測強(qiáng)效區(qū)覆蓋敵方來襲的所有可能區(qū)域［10］。

設(shè)預(yù)警機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑為r，預(yù)警機(jī)探測距離為R，直線航線的長度為L，則預(yù)警機(jī)強(qiáng)效區(qū)是由雙平行線航線的兩個轉(zhuǎn)彎圓心為圓心，半徑為R-r為半徑的兩個圓的相交部分組成［11］。令預(yù)警機(jī)巡邏空域距離航母的距離為d，預(yù)警機(jī)強(qiáng)效區(qū)寬度為D，通過計(jì)算可以得到：

如圖4 所示，航母編隊(duì)探測與跟蹤區(qū)的內(nèi)外層分界線與橢圓的邊界分別相交于N1N1’ 點(diǎn)和N2N2’點(diǎn)，令N1N1’ 的直線長度為2b1，N2N2’ 的直線長度為2b2。探測與跟蹤區(qū)外側(cè)邊界距離航母的距離為R1，內(nèi)側(cè)邊界距離航母的距離為R2。預(yù)警機(jī)部署于交叉識別區(qū)外，從預(yù)警機(jī)做與威脅軸垂直的直線，令直線與橢圓的邊界的交點(diǎn)為A和B，AB的長度為2b'，則：

圖4 預(yù)警機(jī)陣位與探測與跟蹤區(qū)的關(guān)系

點(diǎn)N1N1’ 所在的圓形方程為

點(diǎn)N2N2’ 所在的圓形方程為

橢圓的方程為

求解得到，探測與跟蹤區(qū)外側(cè)邊界與橢圓的交點(diǎn)的坐標(biāo)(x1，y1)和(x1，-y1)以及N1N’1 的距離2b1為

同理，探測與跟蹤區(qū)外側(cè)邊界與橢圓的交點(diǎn)的坐標(biāo)(x2，y2)和(x2，-y2)以及N2N’2 的距離2b2為

預(yù)警機(jī)的陣位可以分三種情況計(jì)算：

1）當(dāng)D≥2b時(shí)。此時(shí)預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)能夠覆蓋敵機(jī)所有可能的進(jìn)攻路線，預(yù)警機(jī)部署在威脅軸上任意位置都能對敵機(jī)進(jìn)行無盲區(qū)預(yù)警探測，應(yīng)將預(yù)警機(jī)配置在威脅軸上合適位置，確保預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)覆蓋航母編隊(duì)的探測與跟蹤區(qū)在橢圓內(nèi)部的區(qū)域即可。

如圖5 所示，預(yù)警機(jī)的位置由E1點(diǎn)向E2點(diǎn)移動，直到預(yù)警機(jī)強(qiáng)效區(qū)與橢圓的兩個交點(diǎn)恰好為N2和N’2時(shí)，此時(shí)預(yù)警機(jī)的雷達(dá)探測威力恰好能夠?qū)⑻綔y與跟蹤區(qū)在橢圓內(nèi)部的重疊區(qū)域進(jìn)行無盲區(qū)覆蓋，預(yù)警機(jī)巡邏航線中心點(diǎn)距離航母的距離為預(yù)警機(jī)距離航母的最小距離。

圖5 D ≥2b時(shí)預(yù)警機(jī)陣位示意圖

距離預(yù)警機(jī)任意位置處的強(qiáng)效區(qū)寬度為［12］

其中，Lm=2y2，N2N’2與威脅軸的交點(diǎn)為P，預(yù)警機(jī)航線中心點(diǎn)為O′，預(yù)警機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑為r，可以求得：

由式（10）、（11），可以得到預(yù)警機(jī)距離航母的距離：

同時(shí)預(yù)警機(jī)還要確保航線設(shè)置在航母編隊(duì)的識別與跟蹤區(qū)外，預(yù)警機(jī)與航母的最小距離要大于識別與跟蹤區(qū)的外側(cè)邊界D。即：

2）當(dāng)min{2b1，2b2}＜D＜2b時(shí)。如圖6 所示，此時(shí)預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)不足以完全覆蓋橢圓的短軸，將預(yù)警機(jī)部署在橢圓短軸附近容易發(fā)生漏情，但是預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)寬度D大于2b1和2b2中的較小值，為了給后方航母編隊(duì)和艦載機(jī)留下足夠的反應(yīng)時(shí)間，預(yù)警機(jī)的部署應(yīng)當(dāng)確保預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)對探測與跟蹤區(qū)與橢圓重疊部分的無盲區(qū)覆蓋。

圖6 min｛2b1，2b2｝＜D＜2b時(shí)時(shí)預(yù)警機(jī)陣位示意圖

此時(shí)預(yù)警機(jī)距離航母的距離分為兩種情況：

（1）當(dāng)2b1＜2b2時(shí)。探測與跟蹤區(qū)與橢圓的交點(diǎn)全部在橢圓中軸線的左側(cè)，將預(yù)警機(jī)的位置由E1點(diǎn)向E2點(diǎn)移動，預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)與橢圓的兩個交點(diǎn)恰好為N2和N’2時(shí)，此時(shí)預(yù)警機(jī)巡邏航線中心點(diǎn)距離航母的距離為預(yù)警機(jī)距離航母的最小距離。此時(shí)令預(yù)警機(jī)航線中心點(diǎn)為O1′，預(yù)警機(jī)距離航母的距離E1O1′的計(jì)算同式（12）（如圖7所示）。

圖7 預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)第一次與N2 和N2’ 相交

圖8 預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)第二次與N2 和N2’ 相交

如圖7 所示，將預(yù)警機(jī)的位置繼續(xù)點(diǎn)向E2點(diǎn)移動，當(dāng)預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)與橢圓的兩個交點(diǎn)第二次與點(diǎn)N2和N’2重合時(shí)，得到預(yù)警機(jī)距離航母的最大距離，若繼續(xù)將預(yù)警機(jī)向前方部署，則會出現(xiàn)探測盲區(qū)。此時(shí)，令預(yù)警機(jī)航線中心點(diǎn)為O2′，預(yù)警機(jī)距離航母的距離E1O2′為

同時(shí)，預(yù)警機(jī)與航母的最小距離要大于識別與跟蹤區(qū)的外側(cè)邊界Ds。預(yù)警機(jī)與航母的距離d要滿足下列關(guān)系式：

（2）當(dāng)2b1＞2b2時(shí)。如圖9 所示，探測與跟蹤區(qū)與橢圓的交點(diǎn)全部在橢圓中軸線的右側(cè)，預(yù)警機(jī)只需要部署在使得點(diǎn)A和B之間的長度2b'等于強(qiáng)效區(qū)寬度D的位置的右側(cè)，即能確保預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)能夠覆蓋敵機(jī)所有可能的進(jìn)攻路線，由此計(jì)算預(yù)警機(jī)距離航母的距離d如下為

圖9 2b1＞2b2時(shí)預(yù)警機(jī)陣位示意圖

由式（3）可得預(yù)警機(jī)強(qiáng)效區(qū)與橢圓交點(diǎn)A的縱坐標(biāo)yA=D/2，通過橢圓方程，可以求得點(diǎn)A 的橫坐標(biāo)xA。

預(yù)警機(jī)距離航母的最小距離d為

所以，預(yù)警機(jī)距離航母距離的取值范圍為

3）當(dāng)D＜min{2b1，2b2}時(shí)。此時(shí)無論單架預(yù)警機(jī)如何部署，預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)只能部分覆蓋敵機(jī)的所有可能進(jìn)攻路線，需要上級至少增派1 架預(yù)警機(jī)，多架預(yù)警機(jī)以并聯(lián)航線的形式部署在目標(biāo)識別區(qū)外，航線方向垂直于威脅軸方向，確保各預(yù)警機(jī)的強(qiáng)效區(qū)相互之間要有部分重合，且能確保探測與跟蹤區(qū)無進(jìn)攻盲區(qū)即可（如圖10所示）。

圖10 D＜min｛2b1，2b2｝時(shí)預(yù)警機(jī)陣位示意圖

通過對預(yù)警機(jī)強(qiáng)效區(qū)寬度和點(diǎn)A和B之間的距離2b'進(jìn)行對比，可以確定預(yù)警機(jī)的最少出動數(shù)量n和預(yù)警機(jī)的巡邏空域距離航母的距離。

6 結(jié)語

本文研究了航母編隊(duì)針對重點(diǎn)威脅方向預(yù)警機(jī)的陣位設(shè)置問題，按照預(yù)警機(jī)探測強(qiáng)效區(qū)的大小與敵機(jī)進(jìn)攻路線的關(guān)系，分不同情況進(jìn)行了討論。但是對于多預(yù)警機(jī)協(xié)同配合條下陣位設(shè)置研究還不夠深入，這將在后續(xù)研究中予以側(cè)重。