美軍海上防空作戰發展_風聞

體系工程 今天

海上防空是指海上作戰中艦船的對空防禦任務,是保衞海上艦艇（編隊）免受各種空中目標 (反艦導彈 、有人 /無人飛機等 )打擊的作戰行動 ,是遂行海上作戰任務的重要組成部分。海上艦船面臨的最大威脅主要來自於空中，因為空中威脅具有速度快、體積小、相對價值低。自從導彈飽和攻擊的作戰概念和飛行速度更快的戰術彈道導彈出現後，海上防空的難度成指數倍增加，迫使美軍海上防空的作戰概念發生了根本性的改變。

防空作戰出現

早期的飛機技術非常原始，性能很有限。然而當第一次世界大戰在歐洲爆發時，這些粗糙的飛機很快證明了它們的作戰價值。武裝飛機開始嘗試對地面作戰，地面部隊將大炮和機關槍安裝在臨時搭建的高角度支架上，開始了最初的防空作戰。早期的英國和法國空軍向前進中的敵人後方的目標投擲小型炸彈。德國建造了高空飛行的硬式飛艇，派往英國上空執行作戰任務。1917年之後，德國用多引擎雙翼轟炸機的攻擊取代了飛艇，儘管那時的空襲效果很差，但卻帶來了真實的防空需求。從1917年底起，英國設立了倫敦防空區(LADA),成為世界上第一個綜合防空系統。

倫敦防空區（LADA）應用的的技術很初級，但作戰概念相當複雜。首先是對德國無線電通訊的攔截，提供及時的空襲警報。然後是地面觀察，通常由警察負責，通過視覺和聽覺線索來確定敵機來襲的方位，並通過電話將觀察結果通報到最近的25個地方標圖中心。地方標圖中心對情報進行評估，將其轉換為座標點，然後傳送給倫敦的主防空中心。倫敦防空部門部署了200多架戰鬥機和250門大炮來應對來自空中的威脅。儘管有很大的侷限性，但倫敦防空區（LADA）確實為保衞倫敦做出了重大貢獻。

早期海上防空

第一次世界大戰中的飛機在海上作戰中的作用十分有限，主要用於偵察。1920年之後，美國進行的一系列武器試驗表明炸彈完全可以擊沉軍艦；即便如此，一戰到二戰之間的這段時間裏，各國陸軍和海軍獲得的研發經費大多投入到了航空裝備（飛機）的研發上了，而在防空概念和技術領域的投入極少。美海軍曾經開展了幾個艦隊防空項目的研究，但進展十分緩慢，原因之一就是資金缺乏，但更重要的原因是對於來自空中的威脅認識嚴重不足。1933年至1938年的五年間，轟炸機的航程、有效載荷和速度增加了一倍多。來自空中的威脅突然變大。

雷達的出現是防空作戰的一次重大技術突破。二戰中，英國組建了世界上最早的防空雷達網，在抗擊德國大規模空襲中發揮重要作用。即便如此，英國海軍在雷達上的研發步伐要慢於空軍。二戰初期英國皇家海軍在德國和意大利空軍的攻擊中遭受嚴重損失，曾經不可一世的英國海軍面臨了嚴重的空中威脅。1940年初，英國海軍開始嘗試使用雷達為飛機導向。到1941年中期，英國海軍學校專門為戰爭培養出了一批飛機引導軍官（FDO）；同時艦上的雷達標圖專業也同步發展，嘗試為艦上的防空火炮提供目標指示。

二戰期間，英美海軍在防空裝備方面已經擁有現代化的流線型艦載戰鬥機，和由複雜模擬計算機控制的五英寸速射防空炮，該系統配有光學瞄準鏡和測距儀。海軍已經擁有了對空搜索雷達。專門用於防空艦炮的火控雷達開始投產，能夠為5英寸口徑的炮火提供精確的距離數據和相對正確的仰角和方位角數據。HF和VHF頻段的語音無線電設備被廣泛安裝在飛機和船舶上。但是，相對來説，這時的防空作戰的裝備和技術還是比較初級的，防空效能並不高。

作戰情報中心（CIC）

作戰情報中心（CIC）是美國海軍在二戰期間的一個重大創新，原因在於雷達的應用使得越來越多的信息需要集中處理、分析和評估，然後傳遞給指揮官。CIC的核心部件是一塊標圖板，整合了雷達和其他數據，通過人工作業進行更新。具體的操作過程是：雷達操作員觀察雷達屏幕，判斷屏幕上出現的哪些“亮點”為真實目標。雷達操作員報出“亮點”的位置，標圖員將雷達數據標註在顯示板上，經過軍官的評估和過濾的航跡為引導飛機攔截提供了依據，併為防空火炮提供目標指示，雷達標圖部門後來被命名為作戰情報中心（CIC）。

早期的CIC防空能力十分有限。主要原因在於人工環節從雷達讀取到目標標圖這兩頭都可能發生錯誤，而隨着目標越來越近，雷達數據更新率也越高，標圖錯誤率直線上升。其他的問題還有：標圖團隊使用標記不一致；不能分辨敵我；軍官沒有標準指令等；面對多目標時人手不足。當時的CIC只能在本艦捕獲目標的前提下為截擊機提供引導，一旦目標丟失，則飛機攔截失敗。戰爭中很多來襲敵機根本沒有被雷達發現，美軍艦就已經被敵機擊傷或擊沉了。此外，艦隊的防空火炮的笨拙和射擊精度太差也是防空效能低的原因之一。

二戰後期的美國海軍艦隊防空已經引入了網絡中心戰的思想。任務部隊的編隊和配置都要經過計算，儘量使其防空和打擊能力最大化。1942年11月，太平洋艦隊司令要求在所有水面艦船上都設置CIC，初步實現了艦隊的互聯互通。CIC控制艦上的所有雷達，任何艦艇一旦發現敵情便立即播報，放棄了戰爭初期的雷達靜默戰術。但由於技術的限制，CIC與其他艦船的語音通道最多有4個，其他艦船的雷達航跡更新最快也要1分鐘1次。當一艘軍艦獲得其他艦船CIC報告的目標信息時，目標已經至少移動了4英里了。

CIC功能圖

CIC本艦內部信息流程

CIC本艦外部信息流程

海軍戰術數據系統（NTDS）

美海軍的海上防空技術的大發展始於二戰以後。為了對抗日益增長的空中威脅，美國海軍決定開發一種新型防空系統——海軍戰術數據系統（NTDS），這是一種半自動化的CIC（作戰情報中心）。美海軍經過長達5年的努力，NTDS取得了巨大的成功，並於60年代初期開始裝備艦艇。NTDS系統使海軍艦隊處理大量快速移動航跡的能力顯著提高，並很快在越南戰爭中證明了其價值。越戰期間，在北部灣和北越上空存在大量盟國(或中立國)航跡需要處理，NTDS系統做到了準確和及時地識別出敵我目標。這時NTDS系統進入到成熟階段，從半自動升級到自動化的探測和跟蹤階段。

開發NTDS系統的最初目的有兩個：一是提高艦艇內部數據傳送能力，二是實現計算機輔助標圖。到60年代中期，數字電路的出現，系統增加了威脅分析和分配功能；加上傳送精度和速度的提高，初步實現了導彈防空。簡單説，就是數字化的雷達信息通過數據鏈與艦隊中的其他艦艇、飛機分享，極大提高了截獲空中目標的能力。80年代初期，美海軍80艘艦艇裝備了NTDS，其中包括11艘航母、28艘巡洋艦；40艘驅逐艦和2艘護衞艦。

NTDS系統的另外一個創新是數據鏈，稱為Link A（TADIL A)或北約Link 11，通過數據鏈艦隊中所有艦船可以直接訪問艦隊的目標航跡數據庫。裝備NTDS的幾艘船跟蹤同一目標時，系統只顯示最高質量的航跡。加裝NTDS的E-2預警機提供輔助早期預警和攻擊識別。NTDS、新型艦載雷達、E-2預警機、F-4戰鬥機加上防空導彈構成了美海軍60、70年代最先進的海上防空體系，這時的美海軍航母戰鬥羣能夠獲取大於100英里範圍的海上制空權，並可以實施更加有效的作戰行動。

宙斯盾系統AGEIS

從60年代開始，美海軍開始尋找更先進的技術用於提升海上防空能力，原因在於美海軍擁有了F-14戰鬥機和E-2C預警機這兩個更加先進的飛機平台，由此催生出了宙斯盾（Aegis）系統。宙斯盾系統於1969年開始研製，1973年完成樣機，1981年正式裝艦服役，1983年具備作戰能力。宙斯盾系統將SPY-1相控陣雷達、SPY-49平面掃描雷達、電子戰傳感器、反潛傳感器等集成在一起，通過Link 11（後來的Link 16）與其他艦船共享信息。宙斯盾系統的出現給美軍單艦的防空能力帶來了一次革命性的提升。“宙斯盾”作戰系統，是美國歷史上非常成功的海軍武器系統計劃之一。

“宙斯盾”作戰系統設計之初美國海軍就提出：研製新系統的關鍵是要設計一部核心雷達，能以足夠的精度搜索、探測和跟蹤空中多個目標，並可在嚴重干擾條件下正常工作。經過近7年研製，終於製造出了世界海軍雷達史上第一部四面陣艦載相控陣雷達—AN/SPY-1，它是宙斯盾系統的心臟，可同時自動探測和跟蹤100個以上的目標。MK-1指揮決策系統可同時接收各種傳感器發送來的目標信息和其他有關信息，並將這些信息分類、識別並進行威脅判斷，再根據單艦或協同作戰艦艇、飛機的情況，向武器控制系統傳遞指令信息，也可以根據指揮決策程序自動傳遞指令信息。

“宙斯盾”作戰系統是一個以防空為主的全艦武器作戰系統，該系統具有以下特點：可組成遠、中、近相互銜接的防禦圈，以不同射程的武器有效攔截飛機和反艦導彈；系統反應時間短，主雷達從搜索方式轉為跟蹤方式僅需50微秒；能同時有效地自動或半自動定位、識別、跟蹤和攔截從不同方向和高度來襲的空中、水面和水下的密集目標，具有抗飽和攻擊能力；系統有較強的適應能力，在氣象雜波、海浪雜波以及電子干擾環境下，能可靠地工作；使用多種電子戰手段，能在嚴重的電子干擾、海面鏡像雜波和惡劣環境下正常工作；設有專門檢測和監視系統，以提高可靠性和可維護性，在無後勤保障情況下在40～60天的海上使用期間，系統性能可靠；設有數據鏈，使系統擴大信息來源，併為所在的編隊提供信息。

宙斯盾作戰系統的組成

協同交戰能力CEC

CEC（協同交戰能力）系統的出現是美海軍防空能力的再一次升級，即提升了整個編隊的協同防空作戰能力。CEC於1987年開始立項，1996年形成初始能力。CEC的原理是編隊內的艦艇和飛機共享傳感器數據，整個作戰編隊看到一個統一的空中圖像。簡單説，就是某個作戰平台（如預警機）探測到了目標，編隊內安裝了CEC的所有平台就都看到了目標信息。CEC是一種革命性的高速、高頻寬數據傳輸網絡，彙集艦隊中多艘艦艇與預警機的雷達並一同運算處理形成高品質的單一戰場態勢圖像，實現了跨平台、超視距的交戰能力。 

CEC的核心是協同交戰傳輸處理組(Cooperative Engagement Transmission Processing Set，CETPS)，這是安裝於武器平台的終端設備。CETPS負責接收與處理來自於CEC網路內各不同作戰單位（含空中、水面、陸地等）傳輸的數據，透過實時（Real Time）的情報分享與處理，使CEC網絡內的各成員協調出一個共同的戰術情報和火控態勢圖；此外，CEPTS還負責協同交戰決策與交戰執行，CEC網絡內各節點內所有的防空探測和武器系統就像一個平台上的分散式系統。除了對各個CEC網絡內部的情報分享與協調之外，CETPS還可在不同CEC網絡之間分享與協調戰術態勢圖以及其他戰術情報，協調多個CEC戰鬥羣進行網絡中心作戰。

CEC整合了所有平台的探測信息與武器系統的能力，大大地增加了作戰彈性、反應時間、作戰範圍與防禦縱深，執行一些分秒必爭的任務如防禦飽和攻擊、攔截超音速掠海反艦導彈等也更有勝算。許多隻配備中短程防空偵測系統與近距離防空導彈的次要艦艇，原本如果單靠自身裝備進行偵測、威脅分析與射擊解算，整個流程要花費更長的時間，等到實際發射防空導彈交戰時，敵方導彈已經迫近。有了CEC之後，由於可以提前獲得戰場目標態勢，進而預先啓動相關的防空裝備並提前對威脅來源空域進行掃描，大幅加快了防空作戰（包括接觸、追蹤、識別、射控解算與交戰）的流程，並且可以在目標進入防空導彈射程時就發射，真正發揮防空導彈的最大有效射程，儘可能延伸防空距離以及增加多次攔截的可能性。 

CVN69上的CEC顯示

CEC作戰概念

海上一體化防空火控體系NIFC-CA

“海上一體化防空火控體系”（NIFC-CA）是美國海軍在協同交戰能力系統（CEC）、E-2D預警機、“宙斯盾”系統和“標準-6”導彈等現役和在研階段技術與裝備基礎上，發展而來的新型海上編隊防空作戰體系，核心功能是遠程交戰（Eor）和超視距目標指示（OTH targets），進一步提升了美軍海上編隊的防空作戰範圍和能力。概念於1996年提出，2002 年美海軍將其確定為能力建設項目，並開始正式實施。十幾年來，隨着新裝備的服役以及分佈式作戰概念的深入發展，美軍一直持續推進NIFC-CA 能力建設。2015 年4 月，NIFC-CA 系統在羅斯福號航母戰鬥羣中實現了作戰部署，表明其作戰能力的初步形成，同時也使航母戰鬥羣具備了遠程超視距的反導能力，增強了其在反介入/區域拒止環境下的作戰能力。

NIFC-CA目前已實現作戰部署的是海上殺傷鏈，水面艦船與E-2D 之間的連接主要經由協同交戰能力系統（CEC）網絡實現。現階段，一體化火控能力主要用於編隊的遠程防空，但也具有對海面和地面目標如艦艇、車輛、固定設施等實施主動性遠程精確打擊的潛力。美海軍計劃在“標準-6”基礎上，進一步擴充其Block 1A 型的制導系統功能，通過集成GPS 接收裝置賦予GPS 制導功能，增強對海面、陸地目標的打擊能力。此外，憑藉體系的開放性，其他具備強大的信息獲取、網絡傳輸能力的空中平台也可替代E-2D 預警機在一體化防空火控體系中承擔相應功能，進而把該體系的運用範圍擴大至高威脅複雜環境下的目標打擊領域。

NIFC-CA實質是通過對不同載體間的傳感器的整合，來提供一個海軍超視距作戰能力的方案。這個方案本身沒有什麼深奧之處，但通過一個體系框架建設，極大地聚合和增強了美國海軍的低空防空能力，增強了美國海軍對抗反介入/區域拒止的能力。NIFC-CA解決了美國海軍編隊防空的超視距攔截問題，代表了海軍防空反導裝備的發展方向。隨着美國海軍艦艇改裝和造艦計劃的推進，“海上一體化防空火控體系”的裝備規模正在逐步擴大，同時體系自身也在持續改進和升級，能力和功能將得到進一步擴展。

結合現役“宙斯盾”艦現代化計劃，美國海軍將逐步把其中45 艘艦的作戰系統升級至具備NIFC-CA能力的“宙斯盾”基線9.0 版；在新建艦艇中，則包括10 艘改進型“伯克”級Flight 2A 型艦和22 艘“伯克”級Flight 3 型艦，也將具備不同發展階段的海上一體化防空火控能力。這樣，在可預見的未來，美國海軍將有77 艘“宙斯盾”艦具備防空一體化火控能力，再加上計劃採購的75 架E-2D 預警機，美國所有航母打擊羣將獲得超越地平線的編隊遠程防空能力。

克服地球曲率實現打擊

一體化防空火控網絡

NIFC-CA作戰概念

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創新體系工程基礎理論和方法

推動系統工程理論再發展