基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验设计*

李 靖

(中国飞行试验研究院,西安 710089)

0 引言

大量的资料表明,某些发达国家,已经掌握了成熟的武器装备作战试验技术体系。例如,美国海军、陆军、空军以及海军陆战队在内的各军种均发布了使用试验与鉴定程序/手册等文件用于指导新机作战试验的开展,至今,已有F-22和F-35等多个型号完成了作战试验评估工作,极大促进了其武器装备的发展速度,提高了其航电武器系统的作战效能,基于作战的试验技术优越性得到充分体现。

根据美军相关试验鉴定体系文件,美军提出全寿命周期试验概念,并专门对作战使用试验的类型、概念、职责、报告进行了规范。美国空军试验与鉴定的试验基本可分为两大类:研制试验与作战试验,根据不同阶段及需求,美军将作战试验与鉴定(OT&E)分为初始作战试验与鉴定(IOT&E)、合格性确认作战试验与鉴定(QOT&E)、后续作战试验与鉴定(FOT&E)、兵种研制鉴定(FDE)、多军种作战试验与鉴定(MOT&E)等不同类型,其中,初始作战试验与鉴定主要用于“确定系统是否已经满足作战需求和关键作战能力(COI),以及评估系统对和平时期和战时使用的影响。且试验应该在作战条件下进行,包括尽可能真实的作战任务环境”;合格性确认作战试验与鉴定是一种剪裁的初始作战试验与鉴定,用于评估作战使用环境中用于军事用途的货架产品、非研制产品以及有政府提供的设备的军用效能和实用性;后续作战试验与鉴定是继初始作战实验与鉴定或多军种作战试验与鉴定之后的作战试验与鉴定,主要用于回答有关未解决的关键作战能力问题,检验已经确定的、对任务执行能力有实质性或严重影响的缺陷或不足的解决情况,或者是完成作战试验与鉴定中尚未完成试验项的需求。

对比西方发达国家成熟的航空武器装备作战试验技术体系,国内在飞行试验技术方面还存在一定差距。首先,在装备性能检验阶段,技术人员往往更关注“技术指标符合性验证”, 缺乏对试验对象的作战需求、作战环境、作战对象、作战战法的深入研究,设计的试验约束条件往往与真实作战条件存在差距,获取的试验结果偏于理想条件,在实际训练中,可能出现由于被试装备工作环境恶化,导致性能下降的情况,不利于部队训练过程中尽快形成战斗力;另外,如果试验约束条件设计过于理想,将会导致被试装备的一些设计缺陷,特别是与作战环境关联密切的设计缺陷难以被发现,例如:复杂电磁环境适应性、恶劣天气环境适应性等相关能力,而这些问题在部队使用中暴露后,其更改的成本及风险也将更高。

1 基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验设计思路

借鉴美军全寿命周期试验概念以及作战实验概念,为了在研制早期能够充分暴露装备设计缺陷或问题,提高装备作战能力,降低装备研制风险,应在装备的性能检验阶段,以装备的作战需求为牵引,研究装备典型作战任务,分析典型作战任务可能面临的典型环境。同时基于装备的工作原理,研究环境与装备性能之间的关联关系,识别出对装备性能关联密切的环境特征,并通过各类资源的合理配置,构建贴近作战使用的试验约束条件,从而能够在更为科学的试验约束条件下对装备完成有效装备,提高军机武器装备性能飞行试验技术水平,满足空军作战需求。

2 基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验设计方法

开展基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验,要求以“作战任务为牵引”进行试验设计,通过不断将任务进行分解,一方面识别任务的作战环境特征,以便在试验环境设计时能考虑相关的环境特征,从而使得试验环境能够尽量逼近“真实的作战环境”;另一方面识别执行任务所需要的关键能力(或关键指标),将各类关键能力以可量化或可评估的测试参数进行表征,实现基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验。

2.1 “树状”试验结构总体设计

旨在通过以装备的典型应用任务为牵引,通过自顶向下分解,识别关键能力,从而形成清晰的“树状”试验结构。具体步骤如下:

1)识别使命

“使命”是建立装备“树状”试验结构的顶层,这是开始进行试验任务分析的起点,例如:某装备的主要作战使命为“近距空中支援”,则该装备应该具备完成该使命任务的基本能力,从使命开始进行作战任务分析,构建试验结构极为重要,这样做的目的是为了强调试验并不是获取一堆没有使用意义的结果数据,而是为了回答装备的能力是否能够真的支持“近距空中支援”任务。

2)识别任务

自顶向下分析的下一步是识别系统在每个使命中期望完成的基本任务,这些任务组成了完成使命必须进行的独立行动。这些任务可以在待评估系统将要从事的能力中提取,或者说这些任务是基于完成使命所需能力的。例如,系统要完成近距空中支援,需要具备起飞、导航、通信、探测、识别、攻击(近距弹、航炮)、指挥引导等能力,对应的子任务集分别为起飞子任务、指挥引导子任务、导航子任务、探测子任务、识别子任务、攻击子任务。对于一些压制防空使命,飞机还需要具备协同作战能力,以保持与其它成员之间的通信、态势共享、目标分配,超视距攻击能力,较好的隐身能力、防御能力(电子对抗、诱饵弹等),以提高飞机的生存性。在该阶段,将建立次级子任务集,或称之为一级子任务,缺乏任意子任务能力,近距空中支援任务将无法得以完成。

3)识别子任务

在该阶段,任务将被进一步细分为下层子任务(二级子任务)。像任务一样,这些支撑子任务组成了为完成任务必须进行的独立行动。某些子任务可能和多个任务相关联,这些子任务共同完成上级子任务。和上级任务一样,二级任务也要对应一个要点以及评估意图。

例如,对于探测子任务而言,其下级子任务可以分解为:雷达探测子任务、红外探测子任务。按照上述思路,某个子任务可能还需要不断向下延伸,直至形成具体典型使用场景下的最小子任务(用例),例如,对于雷达探测子任务,可以继续分解为雷达多目标探测子任务、雷达抗干扰探测子任务等。

4)识别关键指标

将任务分解到不可再分的最小任务,应识别该最小任务的关键能力指标,以及指标的表征参数。在通信子任务中,按照通信“快、准、稳、隐”的原则,关键指标应包含通信时延、通信准确性、通信稳定性,具体指标则可用:传输时延、丢包率、话音通信质量、稳定通信作用距离、抗干扰容限、隐身特性来评估。这些指标中,有些可以通过测试手段进行定量测试,例如丢包率;有些需要通过使用者定性评估,例如话音通信质量;有些可能无法完全通过飞行试验进行评估,而是需要综合考虑设计理念、内场测试、外场试验的结果,例如隐身特性。

“树状”试验结构的分解示意图如图1所示。

图1 “树状”试验结构分解示意图

2.2 基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验环境设计方法

要实现真正的基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验,就应该“能够评估系统在真实作战任务环境下有效完成其预定使命的能力”,也就是说,将预定使命置于尽量真实作战任务环境下执行,是实现作战使用试飞的关键所在。大量资料表明,未来战争越来越强调在信息密集环境下的联合军事作战,意味着空军的作战系统将很少作为完全独立的个体投入战斗。因而,为了创建能够提供有意义结果的试验场景,未来试验环境应在以下方面进行考虑:

1)多机协同密集信息环境考虑

根据近些年发生的局部战争,可以预想,未来战争中,多机种的协同作战必将是战争的主要态势。在协同作战条件下,飞机航电系统将面临海量信息环境,以及密集的电磁环境。而在密集的信息环境下,各个机型协同作战能力,某成员保持与其它成员之间的通信、统一的态势共享能力，海量信息接收/处理/发送能力，信息融合能力，目标分配能力，协同探测能力等可以得到更全面的验证。

2)多机协同对抗复杂电磁环境考虑

在多机协同对抗环境下,成员飞机除了要面临密集的信息环境外,还要面临复杂的电磁环境压力。一方面,我机成员之间、成员射频设备之间的电磁频谱资源协调使用将是一个关键点,特别是当敌我双方对抗态势时,我机在使用电磁对抗等技术对敌方实施干扰时,是否会对本机射频设备的某些作战能力(例如通信、雷达探测)带来严重影响,也能得到更深入的验证;另外,在对抗态势下,敌方也必然会使用各类电磁干扰技术、诱饵弹等对我方进行干扰,在敌方的强干扰环境下,我方的设备抗干扰能力、协同作战抗干扰能力等下降程度可以得到深入的验证。获取这些结论,一方面可以支持设计的优化更改;另一方面,可以支持部队作战使用的战术战法开发。

3)战术使用环境考虑

除了上面考虑的要点外,在作战使用试飞环境下,必需考虑战机以及传感器的战术使用符合真实作战使用。具体包括:第一,我机、敌机的必要战术机动条件,例如,在我方对敌机进行雷达跟踪后,敌机发现后势必会进行战术机动进行规避,那么,机动条件下,雷达的跟踪能力以及丢失目标后的再捕获能力可以得到一定验证;另外,实际作战条件下,我机在武器投放过程中可能要进行过载回转、垂直爬升、锯齿滚转等机动,那么,机动动作对武器投放的影响需要进行考虑。第二,我机的传感器边界条件,在实际使用过程中,以雷达为例,在没有精确指挥引导条件下,雷达需要自主完成对敌搜索、跟踪、识别,那么,当敌方目标出现在雷达工作边界时,雷达的工作性能会下降到何种程度?第三,传感器的战术使用,包括传感器开机、静默时机,与其它传感器的配合使用,最为典型的就是雷达、电子战的配合,雷达、指挥引导的配合,当有源传感器为隐身保持静默时,在无源传感器的引导下,能否迅速的锁定目标,锁定目标时间等,均需要作为重点考虑。

2.3 基于作战使用的军机航电/武器系统综合试飞试验设计

开展基于作战使用的军机航电/武器系统试飞,由于任务和环境的复杂性,将会导致试验量激增,为了提高试验效率,同时为了避免由于试验约束条件过于复杂而导致发现的问题难以定位,可以在实施过程中,考虑装备不同时间内呈现的基本特征,张弛有度的按照以下三个阶段进行实施:

在初始阶段,装备技术状态较差,研制问题最多,在该阶段飞行应以最大化暴露装备问题为主要目的,因此实施时,可以最大化的根据试验约束条件可行性将大量试验点(试验的状态点)进行综合,而淡化任务逻辑性。例如,可以要求所有传感器都进行工作,但不一定要求传感器状态按照作战流程设置。这样试验的目的是为了最大化暴露问题。

当装备软件、硬件技术状态相对固化,飞机具备基本作战能力后,这一阶段应以关键能力项目验证为主,试验的主旨是围绕关键能力,考虑关键能力的应用任务环境,在相应的应用任务环境下开展对关键能力的重点验证。例如,当进行通信能力的验证时,重点考虑通信的任务及环境:是否需要机动条件下完成稳定通信,是否需要静寂通信能力,是否需要与其他平台完成C4I通信,是否需要在全民用干扰环境下稳定通信等。机上的其他系统状态是否正常工作则取决于该设备是否可能与通信设备共同工作,试验设置应符合局部任务作战流程。这样试验的目的是为了充分且客观的验证各项关键作战能力。

第三阶段则可在真实背景下开展全作战剖面的作战使用试飞,顶层任务可以是某型机的某项典型作战使命,例如防空压制,试飞需要关注起飞、爬升、巡航、探测、识别、对抗、攻击、返航、着陆等所有阶段的战机任务执行情况,根据作战使命需要,可安排试验机试验期间视情执行超音速飞行、低空突防、大G回转机动飞行,甚至编队协同、空地协同任务,试验目的在于评估装备的初始作战使用能力,同时为飞机装备部队后的试飞、训练提供支撑。

3 结束语

随着航空技术的发展以及国防需求的变化,航空武器装备飞行试验也将面临更高的要求。文中针对军机航电/武器系统的验证要求,围绕作战使用,通过参考国内外技术资料,给出一种基于作战使用的军机航电/武器系统飞行试验设计方法,旨在通过开展面向任务的飞行试验,能够提供更有使用意义的结果数据。