超视距空战对抗下的杀伤链构建研究
源自：空天防御
作者：侯凯宇, 赵钱, 钟永建, 等.
摘要
随着网络化、智能化等技术的加速发展，体系化作战也在加速演进，传统杀伤链逐步由固定向动态、单一向多源、预设向自主转变，链路闭合方式更为灵活，实战性、鲁棒性增强，可以更好地应对未来的复杂对抗环境，有效扩大杀伤范围，提高作战效能。本文从杀伤链理论出发，通过对美军杀伤链相关技术发展进行分析，结合对抗需求，提出超视距空战对抗下的杀伤链设想，分析主要技术特征，从“观察、定位、决策、行动”（OODA）的角度梳理杀伤链构 建所需关键技术，以期对未来体系条件下的超视距空战运用提供参考。
关键词
超视距空战；杀伤链；网络化；空战管理
引 言
杀伤链是对战场上部队攻击目标全过程的描述，集合了“观察、定位、决策、行动、”（Observation，Orientation，Decision，Action，OODA）全部要素[1]。长期以来，美军的作战优势均依赖于其杀伤链优势。自20世纪90年代起，美空军采用“发现—定位—跟踪—决策—交战—评估”来描述杀伤链的各环节以及这些环节与传感器、平台或其他能力之间的联系[2]。
随着机载探测装备作用距离与机载武器射程的不断增大，超视距空战已成为空战主要方式。超视距空战以探测、打击为主，其特点是发现即打击，先敌发现和攻击的一方将占据绝对空战优势。因此，超视距空战对杀伤链提出了更高的要求[3]。
本文从杀伤链概念出发，分析美军杀伤链发展现状及在研情况，提出对空杀伤链的构建设想，探讨对空杀伤链的主要特征及关键技术。
1 杀伤链概念
杀伤链理论将战场毁伤目标的过程分为若干阶段，在此基础上设计军事力量以及制订和评估作战计划。该理论将复杂的战场杀伤过程分解为多个简单环节，并在每个环节集中资源，以提高杀伤链闭合效率和准确性，从而提高战争获胜概率。
杀伤链理论包括发现、定位、跟踪、决策、交战和评估6个环节。其中，发现环节是发现目标的过程，可依托雷达、卫星等设施执行；定位环节是利用GPS等技术确定目标的具体位置；跟踪环节是持续追踪目标、掌握其动态变化规律；决策环节是确定目标威胁，合理配置战场资源，生成并优选打击方案；交战环节是利用导弹、激光等手段摧毁或消灭目标；评估环节是对作战效果进行评估[4]。
2 国外研究现状
针对超视距空战对抗下的对空杀伤链构建问题，国外大力发展网络化制导技术，利用数据链联通，将武器系统各个节点纳入网络，以提高复杂战场环境下导弹的作战能力。
2.1 传统铁三角杀伤链
美军在1947—1991年研制了E-3A、E-8C和RC-135这3种指挥控制、情报侦察监视飞机，与Link-16数据链、网络中心协作瞄准系统一起组成铁三角协作体系。
美军传统空战杀伤链的核心网络为Link-16，核心节点是铁三角协作体系。由E-3预警机、E-8C战场联合监视飞机和EC-130E战场指挥控制飞机等组成的机载作战管理系统和空中作战中心共同执行战区空中作战指挥任务，并组织侦察机、战斗机、轰炸机等平台装备执行空战任务[5]。联合空战指挥结构如图1所示。
图1 联合空战指挥结构
铁三角协作体系各装备在杀伤链中的作用及信息传递关系如图2所示。
图2 铁三角协作体系各装备在杀伤链六大环节中的作用及信息传递关系
2.2 美海军远距杀伤链
美国海军大力发展远距协同作战能力，利用网络化技术，将武器系统的各个节点纳入网络，对各类武器装备均进行一定程度的网络化改造，以适应复杂战场环境，实现超视距攻击。除引进舰载型AIM-120系列空空导弹以外，其舰载“标准-6”远距防空导弹武器系统依托协同作战能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）系统，整合了宙斯盾系统、空基预警信息系统，通过引入其他平台信息实现远距目标交战能力。美国雷锡恩公司研制的“标准-6”导弹（增程主动导弹）是一款能够应对不断发展的空中威胁的新一代标准导弹，具有防御巡航导弹、飞机以及有限弹道导弹等空中目标的能力。其通过载机的预警雷达实现对低空目标的探测、跟踪，并通过CEC系统将数据实时传递给海面上的宙斯盾军舰，在舰载雷达无法探测到低空目标的情况下，扩大了舰载防空导弹的作战区域，提高了其作战效能。2013年底，“标准-6”导弹具备了初始作战能力。2014年6月，美国海军利用E-2D预警机的目标信息，成功验证了“标准-6”导弹在外部信息制导下的超视距作战。2015年6月，美国海军陆上模拟舰发射了1枚“标准-6”导弹对中程超音速目标进行了拦截，在超视距测试场景下，发射舰船利用外部传感器（其他舰船或空基传感器）提供的信息发射导弹并引导其摧毁目标，测试了海军一体化火控防空（Naval Integrated Fire Control-Counter Air，NIFC-CA）项目（目标是将美国海军舰船和空基传感器集成到一个网络）的可行性。
2.3 美军在研杀伤链情况
为解决传统杀伤链关键节点抗毁伤能力不足、节点数量无法满足对等冲突需求等问题，美军积极引入“星链”卫星、快速发展协同作战飞机（Collaborative Combat Aircraft，CCA）作为杀伤链功能节点，由此可增加节点数量，使杀伤链核心节点分散化，大幅提高杀伤链的生存能力，有效应对未来对等冲突中的各种威胁。
（1） 美军积极引入“星链”作为杀伤链节点，大幅提升战场互联通信能力。美军把“星链”卫星视作布局空天战场的关键支撑，将其渗透到观察、判断等作战环节，未来将颠覆现有作战模式，形成新的非对称优势。“星链”卫星一方面可作为通信枢纽，实现全球战场高速互联，提升作战资源响应速度和利用率；另一方面还能作为态势感知、计算、存储的分布式节点，快速融合处理原始多源探测信息，使分散的作战单元聚能增效[6]。“星链”大幅扩展了战场通信范围，还具备载荷升级潜力，集成新型载荷后能在发现、定位、跟踪、评估等作战环节发挥重要作用。通过对卫星资源的统筹调度，美军将形成全域态势共享、多军种联合作战的杀伤链快速闭环能力[7]。
（2） 美军快速发展CCA作为杀伤链功能节点，有效扩大杀伤链的范围和规模。为研发、采购高度自主的“忠诚僚机”式先进无人机，美空军启动了CCA计划。这些无人机可执行情报侦察监视、防空压制等任务，或作为飞行武器库，将与F-35、“下一代空中优势”战斗机等有人机协同作战。未来，CCA还可能与非隐身战斗机及B-21隐身轰炸机等飞机协同作战[8]。在与有人机协同作战时，CCA能发挥在情报侦察、通信、电子战等方面的优势，在发现、定位、交战、评估等环节中作为功能节点，扩大有人机的作战范围，提高空中作战效能[9]。此外，CCA还具有显著的成本优势，能以比有人机更低的成本快速扩大战机编队规模，提升战斗力[8]。
3 对空杀伤链的构建设想
为提升远海远域作战能力，针对远海远域对空拦截作战中杀伤链弹性差、关键节点脆弱等问题，本文基于当前天基预警探测系统、无人平台、先进通信网络、人工智能等技术和能力支撑，借鉴美军杀伤链的研究经验，提出超视距空战对抗下规模大、范围广、速度快、弹性强的对空杀伤链。
3.1 对空杀伤链设想
为应对对手破坏杀伤链关键节点、网络的策略，需研究如何在全部威胁环境下构建广域高速、大容量、网络化的杀伤链。为此，应发展超视距空战对抗下的对空杀伤链。
对空杀伤链由侦察预警系统、作战飞机平台和空战武器系统构成。三大系统协同工作，遂行对空攻防作战任务。侦察预警系统是由天基和空基侦察预警探测系统组成，地/海面其他传感器信息可接入的多源综合信息系统，通过有效融合各种传感器获取的战场情报信息实时精确地生成战场态势图，实现作战信息的畅通与无缝隙链接，是整个对空杀伤链信息获取与传输的中枢。作战飞机平台主要由隐身、非隐身战斗机、轰炸机组成，无人机等平台可根据需要加入作战编队，形成不同搭配方式，满足多样化作战任务需求。空战武器系统是杀伤链中的打击与拦截系统，负责执行作战命令，对目标实施火力打击，完成杀伤链的闭合。
在判断与决策方面，对空杀伤链可快速完成判断、决策环节。杀伤链利用人工智能技术，可提高战场适应能力，缩短己方决策时间。还可通过快速对己方分散部队进行重新组合，使战场态势变复杂，从而增加对手决策时间，取得决策优势。
在行动方面，对空杀伤链可实现精准毁伤目标。杀伤链可根据战场环境、目标特性等要素自主制订打击方案，实现对目标的精准毁伤[10]。
3.2 对空杀伤链主要特征
3.2.1 规模大：增加关键节点数量，提高跨杀伤链的互操作性
为确保在强对抗环境中将对空杀伤链规模扩展到所需水平，对空杀伤链应增加平台、传感器等关键节点的数量和互操作性。为此，需积极发展低轨星座，大幅提高杀伤链的可扩展性。同时，应将单一军种的杀伤链系统与其他军种的杀伤链节点连接起来，进一步增加潜在节点数量。此外，为连接杀伤链中的相应节点，需建立机间数据链，扩大杀伤链的规模。
3.2.2 范围广：扩展天基传感器及网络，大量部署远程武器，增加杀伤链平台数量，扩大作用范围
为保证杀伤链在要求的时间、任务区域内有效，对空杀伤链应广泛扩展天基传感器和网络。卫星可为空战人员提供不受平台航程和运行时间限制的战场信息，将杀伤链的发现、定位和跟踪功能扩展到指定区域，还可提供杀伤链中各节点的信息交互功能，从而能大幅扩展杀伤链的空间、时间范围。同时，应通过大量部署远程武器，扩展其运载平台的覆盖范围，增加杀伤链的可覆盖区域。此外，即使单个平台能够支持多个杀伤链，平台数量不足也会限制杀伤链的有效范围。为此，对空杀伤链应大幅增加平台的数量和作用范围。
3.2.3 速度快：提高物理节点和网络速度，杀伤链构建、闭合速度快
为使杀伤链能在被对手干扰、破坏之前完成构建和闭合，对空杀伤链应提高物理节点、网络以及从“发现”目标到“评估”打击效果整个流程的速度。在提高物理节点速度方面，隐身突防战斗机可在更靠近目标威胁的区域作战，与从防区外非隐身的地基或空基发射平台投射远程武器相比能更快构建和闭合杀伤链，应加大应用力度。在提高信息速度方面，对空数据链应提高计算机处理数据的速度以及数据链向相应节点发送信息的速度。此外，激光通信和低轨卫星可为杀伤链的运行提供较高的瞬时带宽，需大力推广应用。
杀伤链的构建与闭合速度还取决于技术工具和人为因素。为此，对空杀伤链应开发辅助决策手段和自动化工具，提升目标与武器的匹配效率，并通过协调组织成员关系，制定相应的条令和政策，改善影响杀伤链速度的人为因素。
3.2.4 弹性强：增加节点数量和网络耗损容限，发展韧性通信，提高生存能力
为确保杀伤链在受到对手攻击后仍可正常运行，对空杀伤链应增加节点数量，构建为保证杀伤链节点接收到所需数据而能在备用网络上跳转数据的“自愈”网络，提高冗余度，即使一部分节点或网络失效或降级，也能保证杀伤链正常运转。同时，对空杀伤链还需通过降低传感器、平台和武器的可探测性，以及利用速度、机动性和电子攻击避免被发现，提高杀伤链节点和网络的生存能力。此外，分散部署的杀伤链对数据链有很强的依赖性。为此，对空杀伤链还应发展适应对抗环境的韧性通信，以降低对数据链的依赖。
4 对空杀伤链关键技术
4.1 体系支撑技术
4.1.2 基于强化学习的集群博弈对抗技术
在战场信息不完备、装备参数未知等复杂环境下，可应用基于贝叶斯理论的制胜要素综合优化、强化学习博弈对抗训练等方法，研究智能集群协同作战体系，通过智能体分布组网对抗、自博弈仿真训练等手段，提升智能体集群动态博弈能力。同时，可通过增强作战单元与环境的交互，持续优化作战方案，缩短杀伤链闭合时间，提高作战效能[13]。
4.1.3 基于人机共生的智能敏捷决策技术
决策优势是空中作战重要的制胜机理。空战管理系统采用动态智能化决策建模、全方位作战效能评估、基于人机融合的指挥控制等方法，将先进作战理念与人工智能相结合，对空战体系内广域分布、海量协同的侦察、探测、指挥、火力等要素进行解耦管理，通过对战场态势的实时认知计算、智能控制、资源分配，构建最优分布式协同杀伤链，并根据战场环境及任务变化动态调整决策内容，实现分布式空战单元智能跨域协同及精细化敏捷指挥控制，形成全方位指挥控制优势[14]。一方面，利用机器智能的处理能力辅助空战人员做出最优决策，提升决策的精度和速度；另一方面，利用人工智能的自主性，使指挥官能同时控制多个跨域、分散部署的节点，动态适应瞬息万变的战场环境，减小决策压力，提升空战能力[15]。在此基础上，通过自我迭代博弈，实现人工智能与机器智能的深度融合，提升对空战体系强非线性和高动态性的适应能力，形成空战决策优势，为空战取胜创造条件[16-19]。
4.2 导弹支撑技术
4.2.1 对空中动目标的被动高精度定位技术
被动雷达传感器具有作用距离远、隐蔽性强等特点，可以有效探测辐射源目标，但对于空中动目标，单站被动定位误差大，无法获取精确位置信息，将大幅压缩导弹射程。因此，可采用机弹双被动定位的形式，利用机弹数据链交互探测信息，快速双站被动定位，实现对辐射源目标的精确打击。
但是，被动探测所获取的目标信息不完整，同时，目标距离、速度等信息均通过估计所得，信息精度不高。此外，受目标雷达工作频率、载机/弹姿态等因素的影响，被动探测获取的目标信息起伏较大。被动算法的精度受双站与目标的相互位置关系、测角精度等因素影响，因此，在设计被动定位算法时，需要考虑多因素影响并进行滤波，得到目标精确的位置信息，在弹道设置上，在保障导弹射程的前提下，尽可能对目标形成三角态势，增大测角基线；在测角误差上，采用弹上惯测信息，消除导弹姿态对测角误差的影响；在滤波算法上，尝试多种滤波算法提升导弹双站定位精度。
4.2.2 适应异构平台接力制导律设计技术
在载机、预警机等制导平台受到安全威胁，或者由于受到干扰导致目标丢时，需要将制导权移交到作战体系中的其他探测节点，并建立新探测制导平台与导弹的通信链路。
在制导权移交的过程中，导弹需适应不同探测平台的系统误差和目标信息量差异；导弹需要根据不同探测平台的信息对中制导导引律进行适应性的匹配；为避免制导权直接移交带来的导弹过载指令突变，需要对中制导导引律进行弹性设计。
4.2.3 弹道智能在线重构技术
弹道在线重构技术是指在干扰条件下，导弹预置的攻击目标制导信息丢失，导弹通过接收体系中其他探测平台对其他目标的探测信息，结合自身能力评估结果，基于智能算法形成决策准则和飞行策略，对弹道进行在线规划，从而实现导弹攻击目标的重置。弹道智能在线重构技术可大幅提升导弹在高动态、强对抗等作战态势下的单弹及多弹作战使用灵活性、战场生存能力及综合作战效能。需在多源信息融合的基础上，开展目标威胁等级评估模型、目标分配算法及导弹“剩余能力”自评估模型研究；同时基于自身能力和目标威胁，引入人工智能技术开展弹道在线规划策略、导引算法及决策算法研究。
5 结束语
为能在未来高强度对等冲突中赢得胜利，美军杀伤链致力于在范围、规模、速度、生存力等方面保持优势。杀伤链的范围、规模、速度对部队在有限时间、广域战场上打击大量目标至关重要。同时，杀伤链还必须能抵抗对手攻击，在资源耗损、网络降级等恶劣情况下也能完成闭合。未来美军将形成由先进作战管理系统、分散的兵力系统联网组成的分布式杀伤链。
通过对美空战杀伤链的研究可见，空战杀伤链的本质是构建空中作战体系，核心要求是缩短杀伤链闭合时间、提升杀伤效果[20]。为此，应结合装备及作战指挥体制实际发展水平，开展空战杀伤链理念、组成、流程等方面的创新研究，并针对未来对空作战中亟须解决的问题发展满足实战需求的对空杀伤链，突破对空杀伤链关键技术，提升空战能力。
