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从E-8C替换项目取消事件,看美空军C4ISR装备的未来发展

E-8C联合星替换项目曾是美空军4个最高优先级的采办项目之一。该项目于2014年启动,旨在用更先进的商用飞机平台搭载新型雷达和作战管理系统,打造集机载地面侦察监视、战斗管理、指挥控制功能于一身的空中堡垒,以维持美空军在C4ISR的优势地位。随后几年内,E-8C替换项目稳步开展,以波音、洛马和诺格为首的3个竞标团队获得了前期合同,美空军还提出采购17架新型飞机替换E-8C。 2018年5月,美空军在发布的《空军2019财年预算》中取消了E-8C替换项目,标志着历时近5年的E-8C替换计划被终止。E-8C替换项目从高调启动、稳步推进到戛然终止,其命数反应了美空军对C4ISR装备的建设思路已发生重大变化。

E-8C替换项目的立项与取消

E-8C联合星全称为联合监视目标攻击雷达系统(JSTARS),它以机腹的AN/APY-7 雷达为主要传感器(如图1所示),以地面军事设施和作战部队为目标,跟踪识别地面装甲车辆和部分飞机,为美空军和美陆军提供战术图像等情报,并引导空中或地面火力进行打击。E-8C曾在两次海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争和近期打击伊斯兰国家的军事行动中发挥了重要作用,承担了大量的作战支援任务。因此,E-8C 在美空军装备库中占据着和E-3望楼预警机同等重要的地位。

E-8C及其机腹的AN/APY-7雷达

2010年以后,E-8C的机龄高、作战效能低和运维成本大等问题开始逐步显现。如图1所示,E-8C选用老式波音707-300为机体,以4台 TF33 102C涡扇发动机为动力装置,存在油耗大、动力不足和保养困难等问题,在飞行速度、飞行高度和爬升率等指标上远不及目前的先机商用飞机。《美国空军》杂志指出,将目前的E-8C 机队维持到 2045年的费用将达到387亿美元,而如果采购新的飞机平台和机载设备,同期的运维成本将降低到276亿美元。 2014年,E-8C替换项目正式启动,美国国会建议用更小、更高效的商用飞机平台,搭配具备地 面动目标指示(GMTI)/合成孔径成像(SAR)功能的新型雷达与新型作战管理系统,取代现役的AN/APY-7雷达,以提高作战能力,并降低全寿命周期成本。2015年,以波音、洛马和诺格为首的3个竞标团队正式成立,波音公司选择波音737-700型公务机为平台,洛马公司、雷锡恩公司和庞巴迪公司以环球-6000公务机为平台;诺格公司和湾流航宇公司采用湾流G550商务机平台如图2所示, 并各自获得一份前期研究合同。2017年,美空军提出采购 17 架新型飞机,并按照1:1的比例替换E-8C,使得整个项目的研制和采购成本高达69亿美元。


环球-6000公务机和湾流G550商务机

2018年,E-8C替换项目急转直下,遭到了美空军上下的一致反对,原因在于美空军高层和美国国会成员认为这种大型单一任务平台在未来的高对抗环境下难以生存。现任美空军部长威尔逊表示:“中俄地空导弹的射程和威力已超出想象,如发生冲突,联合星甚至可能在开战的第一天被击落”。 在美国国会和美国防部的反复审议下,E-8C替换项目最终被取消,节省的资金将用于加速构建生存 能力更高、作战弹性更大先进战场管理系统(ABMS)。

E-8C替换项目的后继方案

ABMS是E-8C的后继项目,它基于系统簇的开放式架构,将无人机、预警机、F-35等ISR/指控/打击平台连接成簇,利用多平台形成的“面”侦察指挥网络替代E-8C的“点”侦察指挥系统,并将各传感器节点信息绘制成统一的战场图景。在高对抗环境中,即使部分节点遭到破坏,也不会对整个系统簇形成致命损伤,从而提升体系的安全性和弹性。 ABMS 项目分为三个阶段。第一阶段,采购6架MQ-9无人机用于ABMS系统的早期开发,研制可由MQ-9无人机挂载,并具备 GMTI/SAR能力的轻型雷达,研发开放式任务系统软件和敏捷通信技术;第二阶段,将新型传感器和开放任务软件集成到陆基、空基的作战管理与指挥控制(BMC2)平台上,与之互联的传感器还包括预警机、无人机、五代机和卫星传感器,从而提供在对抗环境下的目标感知能力;第三阶段,完善ABMS的组成和功能,实现完全作战能力。

罗宾斯空军基地的作战管理中心

ABMS计划在2035年实现初始作战能力,罗宾斯空军基地将成为 ABMS系统的首个应用基地, 如图3所示。在此之前,美空军一方面计划在2019年后陆续退役3架成为“机库皇后”的E-8C,其零部件用于维持现有的机队,另一方面抽出专门预算对计算机、雷达、指控和通信系统进行升级,以维持现役E-8C的作战能力和机队规模,使得E-8C 站好最后一轮岗。

美空军C4ISR装备的发展思路

美空军取消E-8C替换计划转而寻求系统簇架构,表明了美军以平台为中心的C4ISR系统正逐步朝着跨域、分布式、协同的发展大势转变。后者具备更强的弹性和生存性,并能大幅提高美军的C4ISR和作战指挥效能。

顺应国际安全形势,从应对局部战争、反恐战争向应对大国对抗转变

2018年1月,美国防部发布的《国家安全战略报告》明确表示了大国竞争已成美国国家安全的首要关切,中俄成为影响美国安全和繁荣的重要威胁。尽管曾取得辉煌战果,但E-8C主要参与的是 局部战争和反恐战争,对抗双方实力悬殊,E-8C可在防区外轻易完成侦察监视任务。现如今,俄罗斯的S-400防空导弹系统等先进装备已列装部队,像E-8C这样的大型高价值目标,自身缺乏有效的防御措施,是隐身战机和防空导弹的重点猎杀对象。因此,美军对经典装备“化整为零”,将多作战要素分散到多个平台上,可以在强对抗环境下有效降低己方资产被发现和摧毁的概率,增强生存能力, 并提高了侦察和突袭的隐蔽性。

改变体系架构,从大平台集成的强耦合形态向着分布式动态互联的弱耦合形态转变

纵观美空军近期的财年预算,以大型平台为载具的多功能系统项目已然寥寥,而多节点的网络化通信和指控技术研究呈井喷之势。具备分布式、动态互联的系统簇架构理念已经渗透到美空军的ISR、指控、杀伤等各个领域。 在作战概念上,美空军空战司令部霍斯蒂奇将军于 2013年提出“战斗云”概念,旨在整合陆、 海、空、天、电、网络空间六维作战力量,将地理分散的作战平台、传感器、武器系统、各类数据等战场资源相互连接,在体系层面实现战场资源的高效管控及海量信息的分布式处理与共享。在体系作战上, DARPA 的体系集成技术与试验(SoSITE)项目以现有航空系统的能力为基础,将飞机、武 器、传感器和任务系统纳入其中,并把各种空战能力分布于大量可互相操作的有人和无人平台上;在动态组网上,满足任务最优化的动态适应网络(DyNAMO)项目通过发展网络动态适应技术,使美空军各独立设计的空基网络在面临主动干扰时,仍可降级进行及时、高速通信;在高速通信上,100Gb/s射频高速链路项目将研制100Gb/s速率的机载通信数据链,空对空传输距离长达200km,为分 布协同的作战单元提供了强力纽带。

重视无人系统应用,从有人系统为主、无人系统为辅向着有人-无人平分秋色的方向发展

美空军使用无人系统的传统由来已久,MQ-9等无人机更是广泛用于中东战场上,执行了大量的地面侦察和火力打击任务。尽管如此,这些无人机往往是在敌方地面防空武器被己方有人战机摧毁的前提下开展行动,其侦察效率、打击火力、敏捷性等方面都逊于有人机。虽然无人系统有着载重比大、成本低和损失可承受等优势,在自主技术的推动下,无人系统有望从配角晋升为和有人系统平分秋色的主角。

美空军在无人系统的发展规划、软件开发和平台研制上可谓全面开花。在发展规划上,美空军研究实验室(AFRL)的《无人系统发展路线图》给出了取代有人平台、有人-无人编队作战以及无人编 队协同的3条发展路径,预示着无人系统将在5年、10年和25年间分别实现协同ISR、协同打击和对敌防空火力压制的能力。

在软件开发上,多样化机载侦察编队(HART)项目将开发有人/无人侦察机的一体化战术规划和传感器管理系统,为复杂地形环境中的单兵作战提供连续、实时的三维 ISR 支持;拒止环境下协同作战(CODE)项目将探索分布式作战无人机的自主和协同技术,使无人机群可以在一名操作人员的管理下完成发现、跟踪、识别和打击任务。

在平台研制上,低成本可消耗无人机技术(LCAAT)研制可在拒止环境下遂行战场监视、通信 干扰和武器投掷等任务的可弃型无人机,多架 LCAAT 无人机可由单个五代机进行指挥控制,实现战力倍增;小精灵项目开发可由运输机发射和回收的可重复使用无人机,该无人机将携带模块化侦察或电子战载荷,进入敌方防区内部遂行战场ISR和电子干扰任务。

几点认识

E-8C替换项目取消事件反映了美空军对未来战争形态的判断已发生重大变化。在未来战争中, 作战双方的比拼重点将不再是单个高精尖装备的较量,而是分布式、智能化协同体系之间的较量。以信息为中心、体系为支撑、智能为关键,实现感知、决策、管理等资源的协同化应用才是发展的重点。

分布式协同能力已经成为美军所有军种发展建设的考量重点

目前,分布式网络化协同理念已经深入到包括美空军在内的所有军种,成为美军装备建设和概念研究的重要参考。

美国导弹防御局(MDA)是美军分布式协同的先行者,该局自2004年开始将指挥、控制、作战管理与通信系统(C2BMC)装备到美军导弹防御单元中,将分散全球的反导传感器、拦截系统和通 信单元整合,统筹作战规划和拦截方案,实现反导效能的最大化。目前,MDA已经在全球部署了33个C2BMC站点、超过70个C2BMC工作台和近千套设备,初步实现了导弹防御的全球化、一体化和高效化。

美海军于2015年和2017年分别提出了分布式杀伤和分布式舰队的概念,要求所有战斗和非战斗 水面舰船都装备攻击性武器,在广阔海域以分散的编队部署,生成分布式火力,利用作战信息网协同 作战。在装备建设上,美海军的一体化火控-防空系统(NIFC-CA)已成功将E-2D、F-35B和联合对陆攻击巡航导弹防御网络传感器系统(JLENS)集成在内,并于 2020 年前集成 F-35C、F/A-18E/F 和 EA-18G。跨域海上监视与瞄准(CDMaST)项目已经进入到第二阶段,该项目将结合新型通信、作 战管理、有人/无人系统等技术,全面提升舰队对空中、海面和水下目标的探测、跟踪和打击等能力。

美陆军于2016年提出了多域战的概念,并在2018年12月发布了《多域作战2028》报告,对多域战的中心思想、主要原则和战略目标进行了详细阐述。该概念旨在拓展美陆军的作战空间,全面联合美军各军兵种,实现全作战空间域内火力和机动能力的同步协调与联动。多域战的本质是深层次 的军种联合,如海军任务可以有其它军种的参与、防空能力可能来自海军潜艇、地面陆军部队可发以 射反舰导弹对敌舰进行打击等。

智能技术在分布式作战中发挥重要作用

目前,人工智能技术、大数据技术和物联网技术正火热发展,无人机正逐步改变战场的物质基础和力量构成,忠诚僚机和集群作战正逐步从概念变为现实。可以看出,智能技术将在未来分布式作战 中发挥重要作用。

1)在组织管理层面,智能处理技术和通信技术可以大幅提高数据筛选和优化速度,缩短观察-判 断-决策-行动(OODA)周期,大量战场决策可由智能机器自动完成,降低了作战指挥、情报分析和 后勤保障难度。

2)在装备层面,在智能算法的支持下,机器将“听得懂、看得清、辨得真”,传感器将具备更精细的目标识别和更稳健的抗干扰能力,电子战系统将具备自适应对抗时敏目标、未知目标和认知型目标的能力,导弹将具备低GPS导航依赖、实时自主路径规划和复杂环境目标识别等能力。

3) 在协同层面上,人机混合智能将促使忠诚僚机战法和集群战法的诞生,前者是指无人僚机在有人长机的干预前发出搜索、定位和跟踪目标,并发射武器摧毁目标或为有人机吸引敌方火力,实现无人僚机在辅助下的编队作战;后者是指多个小型无人机自主组成的战斗集群,利用整体弹性凝聚、 动态自主组合、集群协同突防等优势,在少量人工介入下开展协同ISR、协同打击和对敌防空火力压制任务。

分布式作战形态的实现并非一蹴而就

与所有新兴作战概念一样,分布式作战的支撑技术还未成熟,其概念研究也处于初级阶段,多个小平台的协同作战能力与大型综合作战平台之间仍有很大的距离。

以E-8C为例,该机的AN/APY-7侧视相控阵雷达长达7.3m,具备广域监视、固定目标指示、动目标指示和目标分类4种模式,其探测方位角120°,覆盖范围达50000km²,能够在200km外同时跟踪600个目标,远超美军当下的所有战斗机载和无人机载雷达。限于现有技术,雷达组网在 雷达相参处理、可靠通信、数据融合和识别处理等方面的问题,组网雷达的性能和可靠性也难以比肩 E-8C。同时,在指挥控制方面,E-8C拥有18个工作台位和多种先进电子信息系统,将战斗管理、侦 察监视、通信等功能集成在一起,能够为美空军空袭部队、美海军部队和美陆军野战炮兵部队提供实时详细的数据和情报,而现有技术难以保证分散的空中平台实现及时可靠的互联互通和快速高效的作战管理。

对此,美军保守估计 ABMS 项目至2040年才能完全实现作战能力,并在技术开发上赋予了更大的自由度和时间线,通过螺旋式开发、渐进式研制、多功能集成,稳步推进分布式协同作战的能力建设。

结束语

E-8C替换项目的落幕反应出美军对国际形势、战场形态和装备建设看法的转变。未来,美军的主要竞争对手将从中东国家转变为亚太大国,对抗形式将从低强度的局部战争或反恐行动转变为大国遏制或大国对抗。为此,美军以分布式网络化协同能力为建设重点,将 ISR、指挥控制等多功能集成的综合装备打散为分布式系统,在智能技术和无人系统的支持下,生成高生存能力和灵活作战优势的作战力量。