美智库分析在台海冲突中使用协同作战飞机的优势

渊亭聊武器 2024-07-20 05:06:08

摘要:美国米切尔研究所认为,美国空军必须做好在数小时内做出反应以应对台海冲突的准备,因为只有空军轰炸机和隐形战斗机才拥有足够的航程、持久性和生存能力来发现和攻击大量两栖潜艇、水面行动大队、机动地对空导弹和解放军的其他突击部队。为了建立空中优势,美国空军应该效仿DARPA“突击破坏者”计划,优先考虑能够扰乱解放军的不对称能力,而不是试图超越对方。就空中优势而言,这些不对称能力包括第五代和第六代战斗机,并辅以一系列无人驾驶的协同作战飞机。在《美智库推演美军在台海冲突中使用协同作战飞机》一文中,已对米切尔研究所相关兵棋推演做了详细阐述,本文将继续介绍在台海冲突中使用协同作战飞机的优势。

关键词:破坏性空战,协同作战飞机,兵棋推演,台海冲突

协同作战飞机可弥补空中优势部队能力和数量上的缺陷

米切尔研究所(Mitchell Institute)的兵棋推演说明了美国空军如何利用中低成本的协同作战飞机(CCA)来扰乱对手的反介入和区域拒止(A2/AD)行动,并使载人飞机和无人飞机在减少损耗的情况下执行远距离对空作战任务。能够依靠分散的小型跑道起飞或无需借助跑道起飞的协同作战飞机可帮助美国空军在遭受攻击的情况维持飞机的出动架次率,并降低飞机在地面上被破坏的风险。对于机型较小的协同作战飞机而言,利用活动式坡道或弹射器进行发射并通过降落伞和气囊进行回收是可行的,对不追求100%回收率的情形也是合适的。另外,小型飞机也可设计成能利用便携式阻拦装置进行短距起降,从而不依赖易被对手定位和打击的长跑道。此外,由于无人协同作战飞机可能不需要像载人飞机那样频繁飞行,因此可以像其他预先部署的军械一样,将其预先部署到太平洋第一岛链沿线的前线地点。以这种方式在前线部署协同作战飞机可以帮助本方空军维持最初的战斗势头,以挫败对手的行动,并减少对可能遭受攻击的远程供应链的依赖。

1.协同作战飞机可提升美国空军向远距离“大规模”投射空中优势力量的能力

在过去的三十年里,美国空军的空中优势能力与规模不断削弱,而与此同时,中国却在实现部队现代化和扩充方面进行了稳步投资。这导致美国空军现存的F-22和F-15C战斗机无法在与中国的冲突中产生足够的战斗力。解放军飞机能够从更接近于战场的基地起飞作战,往返于基地和战区之间的飞行时间更短,且具备其他本土作战优势,这些都提高了其飞机的出动架次率。鉴于这些差异,在台海战场,中国空军的兵力如今已能“在数量上压制”美国,且美国无法在短期内通过加快推进下一代空中优势战斗机项目(NGAD)来打破这种不利的局面。

兵棋推演表明,还有另外一种选择,即快速部署协同作战飞机并制定作战概念,以解放军难以应对的非对称作战方式利用协同作战飞机。例如,可消耗或可回收的协同作战飞机可提升美国空军在战争初期破坏和削弱对手最致命防空系统的能力。参加兵棋推演的美国空军和国防专家提出了利用协同作战飞机同时攻击解放军无法快速替换的舰载和机载防御系统的作战概念。兵棋推演小组还将协同作战飞机用作空中屏障,以刺激和吸引对手的空对空和地对空导弹,为后续部队的大规模集中打击扫除障碍。由协同作战飞机构筑的空中屏障还可以提高载人飞机完成任务并返回基地休整以进行下一次出动的成功率。以这些方式大规模使用协同作战飞机有助于将对抗“数量优势”的重担转移到解放军身上。

2.协同作战飞机可作为战力倍增器

协同作战飞机可作为第五代和第六代战斗机的战力倍增器。协同作战飞机可以使F-35、F-22和下一代空中优势战斗机在战场上的作战效用和成本效益大增。从杀伤力的角度来看,在空对空作战及压制和摧毁敌方防空系统(SEAD/DEAD)的行动中,将数架携带武器的协同作战飞机与战斗机进行组队,可极大增强其联合击杀对手目标的潜力。将协同作战飞机作为传感器和武器发射器使用,还可以减少载人战斗机启用雷达、打开武器舱门或执行会暂时中止其隐身状态的任务的需要——这将有助于降低载人飞机在战场上的损耗率。

协同作战飞机的另一个战力倍增效应是让第四代战斗机重回空中优势的争夺中。参加米切尔研究所2023年兵棋推演的美国空军和国防专家提出了使用协同作战飞机的创新方法,以帮助空军人员利用非隐形战斗机执行对空作战任务——这将产生巨大的战力倍增效应,因为非隐形战斗机和轰炸机仍是美国空军战斗力的主要来源。

如今,美国空军的非隐形战斗机可能不得不在美国现有对空作战武器的有效射程之外的距离(可能为800海里或更远)与中国的防空系统对峙。防区外轰炸机和战斗机如具备发射配备空对空导弹及其他对空作战任务系统的远程协同作战飞机的能力,便可直接为争夺空中优势做贡献。在兵棋推演中,参与者使用B-52轰炸机和F-15EX战斗机发射的协同作战飞机来刺激解放军的防空系统做出反应,迫使其暴露自身位置,从而为美军瞄准创造机会。作为这一“引蛇出洞”行动的补充,参与者将空射型武装协同作战飞机作为远程弹药使用,在E-7A预警机、F-22和F-35战斗机,甚至其他协同作战飞机的指引下进行空对空交战。空射型协同作战飞机还具有扩大其有效射程的优势,因为它们无需依靠自身燃料起飞、爬升到指定作战高度或长途飞行至交战区。

3.协同作战飞机可扩充美国空军的对空作战概念

米切尔研究所兵棋推演得出的另一个启示是,协同作战飞机可扩大空军作战人员针对对空作战任务创建多样化“载人与无人飞机”组合的选择范围。同质化程度较低的飞机组合将使对手更加难以了解其所面临的威胁,并限制其迅速确定最佳应对措施的能力。根据作战优先事项的不同,兵棋推演的参与者要么部署成群的协同作战飞机作为主力进攻部队,由载人飞机提供支援;要么将协同作战飞机作为电子干扰机、诱饵机、传感器和武器发射器投入战场,为载人飞机提供支援。值得注意的是,作为主力部队的协同作战飞机可能需要比充当载人战斗机“忠实僚机”的协同作战飞机更强大、更昂贵的自主技术和任务系统。空军人员在制定协同作战飞机需求及其作战概念时,应慎重考量能力与成本间的权衡。

兵棋推演各小组还以各种有助于提高飞机在第一岛链沿线出动架次率的方式使用协同作战飞机。所有蓝方(本方)推演小组都考虑了如何在缺乏战斗机需要的跑道和其他设施的前线作战地点预先部署协同作战飞机这一问题,然后通过空运或陆运对协同作战飞机进行分散和维持。一个蓝方推演小组使用C-130运输机将协同作战飞机-5分散部署至琉球群岛和菲律宾的偏远作战地点。该小组的作战概念是,利用C-130运输机部署的特种作战部队(SOF)来发射这些协同作战飞机,以对解放军的防空系统造成持续的压力,并迫使其在一轮又一轮的攻击波中消耗资源。各兵棋推演小组一致认为,如果可行,利用活动式地面坡道发射一些协同作战飞机,并利用降落伞或气囊系统进行回收,可以扩大协同作战飞机的使用范围并减少空军对跑道的依赖。各小组还探讨了效仿瑞典空军从分散公路基地发射协同作战飞机的可能性。在整个兵棋推演过程中,保卫这些预先部署的协同作战飞机及其分散部署地都是蓝方推演小组始终关注的问题,与受到攻击时维持飞机出动架次率及战时将被大量使用的空运资产相关的挑战也同样备受瞩目。这些问题需要进一步分析,才能确定协同作战飞机的后勤保障和人员配备需求。

4.协同作战飞机可提高载人战斗机在对空作战中的生存性

提高第五代战斗机的杀伤力。在高度对抗性的环境中将隐形飞机用于对空作战并非毫无风险。大多数当代隐形战斗机都采用了前向隐身设计,以躲避遍布于战场的传感器阵列的追踪。在类似于米切尔研究所兵棋推演采用的对等冲突场景中,作战飞机将不得不面对对手密集的监视网络。这种全方位的捕捉将增加隐形飞机被探测到的风险。采用全向隐身设计和其他电磁频谱特征降低技术的下一代空中优势战斗机则可以有效解决这些薄弱环节,但下一代空中优势战斗机要在2030年后才能大量投入使用。在近期和中期,美国空军或将利用协同作战飞机创建网络化杀伤网,将传感、通信和武器节点360°延伸至载人隐形飞机周围(如图1所示)。这将提高飞行员对作战空间的感知能力,并增加本方在对手做出反应前可采取的手段(规避威胁或发动反击)。

图1. 杀伤网示意图。该杀伤网可将对作战空间的态势感知能力和杀伤力延伸至在高度对抗性环境中执行任务的第五代战斗机周围。该杀伤网有助于飞行员发现威胁,并在对手做出反应前采取规避或反击行动。

维持“先射、先毁”(First Shot & First Kill)的优势。在更远的距离上比对手更早发现、追踪和击杀空中目标向来是取得空战胜利的关键。解放军空军的先进战斗机如今已具备发射超远程空对空导弹的能力,其射程超过美国空军的先进中程空对空导弹(AMRAAM)。在靠近中国大陆的战场上,解放军也将在远程机载传感器网络的保护下作战。这些武器,加之传输威胁数据和创建通用作战态势图的通信网络,将为解放军空军造就“先射、先毁”的优势(如图2左图所示)。

然而,协同作战飞机可帮助缩小这一能力差距,并在一定程度上将优势转移到美国空军作战人员身上。如图2右图所示,一组协同作战飞机在载人战斗机前方形成一道武装防护屏障,可探测对手威胁,并利用难以探测到的视距数据链将信息传递给后方战斗机。战斗机随后可进行机动以避开威胁,或在对手战斗机进入其武器射程范围内前命令前方的协同作战飞机发射空对空导弹。协同作战飞机的此类部署概念要求其至少具备足以到达AIM-120D导弹发射点的生存能力,以及充足的数量、功率和冷却能力以携带足够的传感器来支持空对空杀伤链。这是从米切尔研究所兵棋推演中获得的最重要启示之一。

建立更具弹性的前线态势。专家们认为,美国空军必须提高其空中优势兵力在地面和空中的生存能力。在米切尔研究所2023年的兵棋推演中,一个红方推演小组扮演解放军的角色,对美国空军在太平洋的主要空军基地发动了大规模弹道导弹和巡航导弹攻击。由于这些空军基地缺乏足够的防空和导弹防御系统,因此红方推演小组相信,他们的攻击能够给美国空军造成巨大损失,压制其飞机的出动节奏,并摧毁其大量飞机。为应对这种情况,蓝方推演小组选择将协同作战飞机部署在菲律宾、琉球群岛和其他前线地点的分散位置,而不是与载人飞机组成的空中优势兵力部署在一起。这么做的理由是,与将协同作战飞机集中在少数几个空军基地相比,分散部署协同作战飞机更有助于“稀释”对手对本方空军基地的导弹攻击。蓝方推演小组还尽可能将协同作战飞机部署在靠近前线的位置,以减少飞机到达作战区域所需的飞行时间和距离。

图2. 与第五代战斗机组队的协同作战飞机能帮助飞行员维持“先射、先毁”的优势

未来协同作战飞机部队设计需考虑的因素

1.了解有助于最大限度发挥协同作战飞机作战潜力的权衡因素

美国空军和美国国防工业界在评估潜在新飞机各个设计属性(如尺寸、航程、有效载荷、任务系统、生存能力、速度和成本)之间的权衡方面经验丰富。为协同作战飞机评估这些权衡因素并了解如何将其与载人飞机最好地配合,对于最大限度发挥其作战潜力至关重要。许多协同作战飞机的设计要求都不同于高性能载人战斗机数十年来的设计要求,例如,后者需要使用8000英尺的跑道,并在30多年的寿命期限内经受数千小时的飞行。相反,协同作战飞机无需乘员座舱、耗油的加力燃烧室以及承受9倍重力的重型机身,因此协同作战飞机的体积较小,且相较于载人飞机更加容易运输、储存和分散部署。正如米切尔研究所兵棋推演所展示的那样,一些协同作战飞机可能仅需携带几件武器或根本不需要携带武器,即可对对手构成威胁。

参与米切尔研究所2022年和2023年兵棋推演的专家讨论了对协同作战飞机的设计要求进行彻底评估的必要性。他们的基本设想是,美国空军应权衡协同作战飞机的尺寸、低可探测性、航程和任务系统等属性,因为所有属性都会影响飞机的单位成本。在这些因素之间做出正确的权衡将挖掘美国空军大量购置不同级别协同作战飞机的潜力。鉴于美国空军的预算限制和其他迫切的部队现代化需求,该考虑因素至关重要。

确定协同作战飞机各属性间“恰当”的平衡在很大程度上取决于它们必须执行的任务以及它们执行任务时所处的环境。例如,与设计用于向目标发射武器,在战斗中存活下来返回基地,经修整后等待下一次出动的协同作战飞机相比,用作可消耗诱饵机或可消耗电子干扰机的协同作战飞机可能无需具备那么强的低可探测性。协同作战飞机的航程还取决于作战因素,如部署地点——是靠近琉球群岛等交战区还是位于远方基地,以及它们是否能够空射等。再比如,为每架协同作战飞机配备全套传感器会增加其成本,但在某些情况下,将这些传感器分别配置在一揽子成本较低的协同作战飞机上也能实现相同的效果,这同样取决于任务需求。

在头两天的空战中,任务需求和风险推动了协同作战飞机的部队组合。参加米切尔研究所2023年兵棋推演的美国空军和国防工业专家倾向于利用成本较低、能力稍弱的可消耗协同作战飞机来破坏解放军的防空系统。值得注意的是,全部三个蓝方推演小组均选择使用可消耗的协同作战飞机-5来对抗解放军效能尚且完备的综合防空系统(IADS)(如图3所示)。协同作战飞机-5与其他可消耗无人系统的组合提高了各小组执行高风险任务时的损失承受能力,以破坏解放军的防空系统,并压制作为解放军杀伤链中关键节点的远程传感器。需要强调的是,这些可消耗的协同作战飞机并不具备与该兵棋推演中其他高端协同作战飞机相同的低可探测性、任务系统等能力,它们也无需具备这些能力,因为推演小组的首要任务是在极具挑战性的环境中尽可能将风险转移到无人系统上。

图3. 柱状图显示了兵棋推演小组为空战头两天任务选择的协同作战飞机的分布情况。如图所示,推演小组倾向于利用可充当诱饵的可消耗协同作战飞机,迫使对手以增加自身受攻击的风险为代价做出反应。X轴上的红色、金色和绿色方框代表各种协同作战飞机大致的交机成本范围。在兵棋推演中,没有小组选择成本最高的协同作战飞机-1和-2,也没有小组选择为精确打击而设计的协同作战飞机-7和-8。

图4. 柱状图显示,在接下来两周的空战中,兵棋推演小组选择了更多能力更强、成本适中的协同作战飞机与F-35、F-22战斗机及其他协同作战飞机配合。

后两周空战的协同作战飞机部队组合。在兵棋推演的第二步中,蓝方推演小组修改了后两周针对解放军的对空作战的部队组合。如图4所示,蓝方推演小组选择了更多能力更强、成本适中的协同作战飞机与F-22和F-35战斗机配合。这些选择在很大程度上是蓝方推演小组希望增加投射到作战区域的武器和传感器密度的结果。蓝方推演小组还希望利用这些中程协同作战飞机形成更加分散的前线态势,以对抗红方推演小组对美国空军基地的导弹攻击。

在上述两次行动中,各小组对利用高端协同作战飞机-1和-2的热情不高,尽管它们能以超声速飞行,并像先进战斗机那般持续进行高G机动。超声速飞行通常需要消耗更多燃料,这将降低飞机的航程和任务持久性,而高G机动可能需要更大的机翼和更重的机体。此外,协同作战飞机-1和-2的交机单位成本也接近于一架能力强大的载人战斗机的成本。因此,推演小组认为,面对如此之高的价位,美国空军购买更多F-35A战斗机才是更理想的选择。

2.优化协同作战飞机的武器

所有蓝方推演小组均建议美国空军思考如何通过开发能增加协同作战飞机每架次飞行可打击目标数量的弹药来最大限度地提升武装协同作战飞机的杀伤力。包括先进中程空对空导弹在内的一些现有武器,其外形规格早在20世纪50年代初就已确定,且容纳这些武器需要大型武器舱。一名兵棋推演参与者表示,先进中程空对空导弹是20世纪70年代为搭载在战斗机上而设计的,其外形规格与1954年服役的AIM-7“麻雀”(Sparrow)导弹相匹配。围绕这些传统武器设计协同作战飞机可能会增加协同作战飞机的尺寸、重量和成本。随着美国空军对协同作战飞机设计的不断改进,其应利用新技术(如体积更小、成本更低的导航和制导系统以及寻的器等)来开发小弹头武器,从而增加协同作战飞机每架次飞行可击杀目标的数量。从当前的俄乌冲突来看,使用携带手榴弹大小弹头的小型无人机摧毁大型飞机和装甲车是有可能实现的。

3.平衡协同作战飞机部队中各机型的数量

兵棋推演参与者探讨了为未来部队购置更多型号无人机的潜在利弊。从作战角度来看,能够执行不同任务、采用多种发射和回收方式的协同作战飞机将提升美国空军在印太战区作战的应变能力。从购置计划的角度来看,一支更具多样性的协同作战飞机部队可以吸引更多供应商参与到开发合同的竞争中,创造降低计划成本的激励机制,并提高危机期间增加协同作战飞机产量的可能性。另一方面,如果未来的协同作战飞机部队中包含过多机型,则有可能减少规模经济带来的计划节余,并催生出各种特殊的后勤保障需求,从而增加和平时期以及作战激增期间维持部队所需的时间、精力和资源。

美国空军应采纳能够平衡这些利弊的部队设计。兵棋推演参与者提议,创建通用的设计标准,并开发具有足够模块化性能和任务灵活性的协同作战飞机,将有助于打造一支结构平衡、功能多样且经济上可持续的部队。一旦拥有了充足的模块化和灵活性,协同作战飞机就能在不同任务之间迅速切换角色,既可作为主力部队的一部分,又可充当载人战斗机的僚机,甚至在飞行途中根据任务需要转换为其他角色。同时,无限制地采购不同类型的协同作战飞机将不利于通过规模经济降低成本,并将产生特殊的后勤保障需求。

飞行中的飞机利用安全数据链共享信息的价值,也是灵活、模块化的部队设计应考虑的因素。如果部队设计的目的是将协同作战飞机作为可自动共享信息的无人和载人机群的一部分来运行,那么就没有必要将每架协同作战飞机都设计为可携带雷达、红外搜索与跟踪系统、电磁战系统或超视距(BLOS)通信系统。将一系列协同作战飞机系统设计为相互连接的传感器、干扰器、射击器和通信节点,可减少开发协同作战飞机的时间与成本。此外,短距视距链本身具有抗干扰性,而广泛应用的软件定义无线电技术可创建成本合理、低延迟和低拦截率的自构式网络。

4.“恰到好处”的自主性

协同作战飞机能在多大程度上自主完成任务(包括导航以避开威胁、识别目标、区分敌我部队和中立部队等,最重要的是,在面对干扰和诱骗的情况下仍能令人信服地完成这些任务),将决定它们在战斗中的使用方式。在对手通信干扰手段奏效的环境中,高度自主的协同作战飞机或将成为任务成功的关键。参与兵棋推演的专家将协同作战飞机视为通信、自主性和交战规则的“三位一体”。能与人类控制员持续进行高数据速率视距外通信的协同作战飞机,好比使用专用卫星应答器执行反恐任务的遥控飞机(RPA),可以在几乎没有自主性的情况下遵守复杂的交战规则。然而,协同作战飞机部队的设计者不应假定在很可能受到通信干扰的高度对抗性环境中也能实现同等程度的可靠通信。在这种作战环境中,具有较高自主性的协同作战飞机仍能完成它们的任务,特别是在“协同自主”的情况下——即分布于不同时空的多架协同作战飞机将其各自的传感器信息整合起来,从而形成一个共享的作战空间态势图。

米切尔研究所2022年和2023年的兵棋推演都反映了真实的作战环境,包括电磁频谱。两场兵棋推演的参与者都被告知,要以对手干扰会大大削弱他们在台海战场附近的超视距射频通信能力为前提规划作战行动。作为回应,参与2022年兵棋推演的美国空军及国防工业专家默认他们的概念性协同作战飞机具有最高的自主水平。然而,在2023年的兵棋推演中,类似的专家组提议,大多数协同作战飞机应具备“恰到好处”的自主性来执行任务。这一转变可能反映了作战人员在理解自主性的作用和协同作战飞机的需求方面所取得的进步。

在推演过程中,参与者提及了自主性成本的问题。一些参与者表示,仅拥有“恰到好处的自主性”有助于减少设计和部署协同作战飞机所需的时间和成本。其他参与者则指出,开发自主功能最大的成本项目为验证代码,而不是自主功能发挥作用所依靠的商业衍生硬件。一旦代码开发完成,就可以在协同作战飞机机队中迅速推广,为协同作战飞机执行特定任务选择所需的自主水平。

5.协同作战飞机不仅仅是载人飞机的“副手”

仅仅将协同作战飞机视为适用于辅助载人飞机的有限能力,可能会限制美国空军迭代开发能力更强、适应性更广、样式更多的协同作战飞机组合及其创新使用概念。将新兴技术一开始用于改进现有作战方式的趋势不足为奇。上世纪二三十年代,法国和德国相继开发出了彼时最先进的坦克和装甲车。在1930年欧洲冲突爆发前,法国投入战场的坦克数量与德国大致相同,但在坦克使用方面有着不同于德国的战术理念。法国注重让装甲部队与步兵协同作战,为后者提供机动火炮支援,并保卫为防止德军入侵而修建的马奇诺防线(Maginot Line),而不是集中使用坦克来抗击德军的机械化突击。一位军事史专家称,“德国人意识到了大规模装甲部队在进行快速机动作战方面的潜力,而法国装甲部队则是以零碎的方式投入战斗。”

在兵棋推演中,专家们利用概念性协同作战飞机为载人和无人飞机混合编队提供额外的武器容量,充当第五代战斗机的“武装纠察队”,并与其他协同作战飞机配合攻击解放军的防空系统。这些用例与将协同作战飞机主要用于改善载人飞机效能的狭隘使用方法大相径庭。兵棋推演参与者建议美国空军开发类似的创新概念,以最大限度地利用协同作战飞机在战场上的能力。

兵棋推演中探讨的协同作战飞机的使用案例表明,未来可将协同作战飞机设计为仅需最低程度的人为干预即可运行。这就提出了关于在协同作战飞机运行期间维持“人在回路”的问题,意味着机组人员或远程控制人员必须执行关键行动,如指挥协同作战飞机动用武器抗击威胁。专家建议美国空军和美国国防部(DoD)加快制定政策,以允许协同作战飞机在不需要“人在回路”的情况下对某些适当、经过验证的目标动用武器。以巡航导弹为例——美国国防部已部署了多种型号的巡航导弹,它们可以依靠自动化寻的器定位和识别目标,然后到达指定的瞄准点击杀目标。

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