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摘要：
以美軍航母戰斗大隊標準編成為例，簡要分析了美軍航母戰斗群的空襲火力構成。進而分別建立了機載普通對地攻擊彈藥和巡航導彈、空地導彈對地面目標的毀傷能力的模型。然后以此為基礎，從空襲兵器的突防概率、對目標的發現概率、對各類目標的毀傷概率和空襲某一目標所需的兵力4個方面，對航母戰斗群空襲火力體系的對地攻擊效能進行了深入研究，并建立相應的數學模型。最后根據在歷次戰爭中得到的經驗數據，對美軍航母戰斗群空襲火力對地攻擊效能進行了計算，并分析了計算結果，為科學判斷敵情提供了依據。
關鍵詞：美軍航母戰斗群；空襲火力；作戰效能
1引言
航母戰斗群是美軍空襲作戰的重要力量，準確判斷美軍航母戰斗群空襲火力對地攻擊效能是爭取防空作戰主動的前提和基礎。本文根據美軍航母戰斗群空襲火力的構成以及在近幾場局部戰爭中的作戰使用，采用數理分析的方法對其對地攻擊效能進行研究。
2美軍航母戰斗群的空襲火力構成［1］
航母戰斗群的空襲火力由艦載攻擊/戰斗機和對地巡航導彈構成。艦載機主要是F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰斗攻擊機，A-6E“入侵者”攻擊機主要擔負空中支援任務。F/A-18E/F的機載武器為：11個掛點，可帶8 058 kg美國海軍所有的進攻與防御機載武器，通常為5枚“小牛”空地導彈或者激光制導炸彈、6枚AIM-120先進中距空空導彈。全編隊可攜帶“戰斧”巡航導彈120~170枚（其中部分是對艦導彈）。
3航母戰斗群空襲火力效能評估的指標體系3.1航母戰斗群空襲彈藥對地毀傷能力
3.1.1普通機載炸彈對地面目標的毀傷能力
以機載對炸彈爆炸時在目標形成的彈坑面積大小來作為衡量彈藥對目標毀傷作用的效果指標。炸彈在介質中爆炸時，炸點附近的介質會被粉碎并向外排擠，在炸點中心產生一個空洞，這就是炸彈的壓縮區，壓縮區以外的一層介質結構將受到破壞，產生變形和裂縫，這個范圍稱為破壞區。對破壞目標來說，壓縮區和破壞區的大小具有實用意義［2］。S＝πr2＝π［R2破－（H穿入－z）2］，（1）式中：S為彈坑的面積，m2；r為彈坑的半徑,m；R破為彈藥爆炸所形成的破壞區的半徑,m；H穿入為炸彈穿入介質的深度，m；z為炸彈的裝藥中心距炸彈前端的距離。R破＝m1K破3〖〗ω，（2）式中：m1為彈藥在某一深度爆炸與其完全填充時的爆炸之破壞半徑的比值；K破為介質的破壞系數（可從表2中查得）；ω為航彈的裝藥量，應以TNT為標準，其他彈藥要換算成TNT。
3.1.2巡航導彈、空地導彈對地面目標的毀傷能力
巡航導彈對地面目標毀傷能力指導彈戰斗部或子彈頭對目標的終點效應，以子彈的威力半徑來表示。在導彈射擊效能評估中，子彈威力半徑是一個非常重要的參數。一般情況下，對于毀傷（殺傷）概率達95%以上的毀傷半徑，被稱作子彈的威力半徑R［2］。
現代防御技術·空天防御體系與武器王劍飛，武文軍，李紅星，等：美軍航母戰斗群空襲火力對地攻擊效能分析現代防御技術2006年第34卷第1期（1） 按沖量毀傷機制估算的子彈爆轟毀傷半徑適用于小量常規裝藥的爆轟，即子母彈的爆轟效應：Rz＝KWTNT，（3）式中：K為彈藥威力系數，其值隨目標種類的不同而變化。如表1所示。
表1彈藥威力系數K值表［2］
Table 1Ammunition power coefficient K
目標〖〗損壞程度〖〗K/（m·kg-1/2）飛機〖〗結構完全破壞〖〗1機車〖〗破壞〖〗1~6艦艇〖〗甲板建筑破壞〖〗0.44非裝甲船舶〖〗結構破壞〖〗0.375裝配的玻璃〖〗破碎〖〗7~9木板墻〖〗破壞〖〗0.7磚墻〖〗破壞〖〗0.4磚墻〖〗裂縫〖〗0.6木石建筑物〖〗破壞〖〗2.0混凝土墻板〖〗嚴重破壞〖〗0.25
（2） 按超壓機制估算的子彈威力半徑適用于核和大集團常規裝藥的爆轟：Rz＝K13〖〗WTNT，（4）式中：毀傷系數K1之值見表2。
表2毀傷系數K1值表［2］
Table 2Damage coefficient K1
目標〖〗破壞程度〖〗K1/（m·kg-1/3）建筑物〖〗部分破壞〖〗15~10大型建筑物〖〗顯著破壞〖〗9~7鋼架建筑物〖〗破壞〖〗4.5~4除防震外其他建筑物〖〗破壞〖〗3.5防震建筑物〖〗嚴重破壞〖〗2.8~2.5鋼架橋〖〗位移〖〗2.5~2.0人員〖〗喪失作戰能力〖〗2.7
（3） 直接命中土木工事或鋼筋混凝土工事及建筑物的威力估算仍可用上式計算，K1值見表3。
（4） 對于人員的致死半徑。對于人員等有生目
表3彈藥毀傷系數K1值表（直接命中時）［2］
Table 3Ammunition damage coefficient K1（direct hit）
介質〖〗K1/（m·kg-1/3）〖〗介質〖〗K1/（m·kg-1/3）松軟土地〖〗1.40〖〗磚砌墻〖〗0.97荒地〖〗1.07〖〗混凝土〖〗0.71~0.85砂石地〖〗1.00~1.04〖〗石建筑物〖〗0.84砂巖、石灰巖〖〗0.90~0.92〖〗鋼筋混凝土〖〗0.42~0.51含沙泥土〖〗0.92
標，由于目標情況和毀傷機制復雜，個體差異較大，故給出的公式也較復雜。通常有：子母彈〖〗Rz＝273〖〗WTNT，
普通彈〖〗Rz＝0113〖〗W2TNT（5）3.2航母戰斗群空襲火力對地攻擊能力
3.2.1巡航導彈、空地導彈對地攻擊能力
3.2.1.1突防概率
突防概率PTP是指導彈從發射開始，到成功飛臨到目標上空的能力。它數值上與導彈的可用度PAA，可信度PAD及我方導彈與高炮的抗擊率PKJ有關。即PTP＝PAAPAD（1－PKJ），（6）式中：PKJ＝PrdPtrPGKPDK，其中Prd為警戒雷達探測對目標的發現概率，Prd＝1－exp－K″〖〗2R2R2m－R2〖〗R2m＋
1〖〗RarctanR2m－R2〖〗R2，（7）式中：Rm為雷達的最大探測距離；R為雷達的實際探測距離；K″為常級系數，取決于雷達特征的因子，可通過實驗或理論分析取得，單位為m3。
Ptr為雷達跟蹤目標的概率，Ptr＝1－（xTP）M/M！〖〗∑M〖〗m＝1（xTP）m/m！，（8）式中：M為雷達可同時跟蹤的目標數；TP為預報目標軌跡所需時間；x為目標出現強度，即單位時間內出現于雷達掃描區內的目標數；PGK，PDK分別是高炮與地空導彈對巡航導彈的抗擊率，其數值與高炮和防空、防彈部隊的部署、數量、射擊次數等有關，具體可根據實驗仿真結果得出。
3.2.1.2發現概率
導彈末制導對目標的發現概率［3］公式為Pd（t）＝1－exp（－ηt），t≥0，（9）式中：t為導彈對目標的搜索時間，通常是指導彈采用末制導的時間；η為對目標的發現率。
對目標的發現率：若搜索區內的目標數為NT，于Δt時間內發現目標數為ΔnT，則在時間t發現目標的概率為ΔnT/NT，則η＝1〖〗NTlimΔt→0ΔnT〖〗Δt＝1〖〗NTdnT〖〗dt（10）3.2.1.3導彈威力圓對目標的毀傷概率
美航母戰斗群裝備的巡航導彈和空地導彈的戰斗部主要有2種，即裝常規高能炸藥的高爆戰斗部（核戰斗部也可參照此來計算）和子母彈戰斗部。無論是高爆戰斗部還是子母彈戰斗部其在爆炸時都會產生一個威力圓，以它來作為彈藥對目標毀傷作用場。按照覆蓋即毀傷的原則［4］，其對目標的毀傷概率Ph，等于其威力圓覆蓋面積占目標總面積的百分比，它是導彈威力圓對目標的覆蓋概率Pf、導彈威力圓半徑Rs及目標半徑RT的函數。即Ph＝PfR2s/R2T，（11）式中：常規彈或子母彈威力圓對點目標的覆蓋概率Pf為常規彈〖〗Pf＝1－exp－R2S〖〗1433CEP2，
子母彈〖〗Pf＝1－exp－R2B〖〗1433CEP2，（12）式中：RS為常規戰斗部按正超壓峰值ΔP計算的威力圓半徑；RB為子母彈戰斗部按子彈群爆炸形成的ΔP計算的威力圓半徑；CEP為導彈射擊的圓概率偏差。
對于具有一定幅員的等效圓目標射擊時導彈威力圓對目標的覆蓋概率Pf為常規彈〖〗Pf＝1－1〖〗2（RS＋RT）2/CEP2，
子母彈〖〗Pf＝1－1〖〗2（RB＋RT）2/CEP2，（13）式中：RT為目標半徑。
對于線目標、面目標等其他形式的目標也可以將其等效于上述2種形式來計算。
3.2.1.4突擊某一目標所需導彈數量
敵使用巡航導彈或空地導彈，對一個目標的平均發射導彈數為＝ln（1－W-TK）〖〗ln（1－P-K）PTPPd，（14）式中：P-K為1枚導彈對目標的平均毀傷概率；PTP為導彈的突防概率；Pd為導彈對目標的發現概率； W-TK為根據作戰要求，對目標的平均毀傷率，其取值見表4所示。
表4毀傷目標的百分比標準
Table 4Kill probability(%)
射擊任務〖〗妨礙
射擊〖〗壓制射擊臨時〖〗一般〖〗重點〖〗殲滅
射擊毀傷目標（%）〖〗≤10〖〗10~15〖〗20~30〖〗35~45〖〗50~60
3.2.2艦載機對地攻擊能力
3.2.2.1艦載機對地毀傷能力
當艦載機攜帶普通對地炸彈實施空襲作戰時，其對地攻擊能力與飛機的突防概率、發現概率、武器精度、彈藥威力圓對目標的毀傷概率有關，可表示為pfhs＝pftfpffw［1－（1－pzh）n］，（15）式中：pfhs為飛機發射對地面目標的毀傷能力；pftf為飛機突防概率； w為飛機的武器精度系數； pzh為1枚炸彈對目標的毀傷概率，可參照導彈威力圓對目標的毀傷概率公式；n為飛機攜帶該型彈藥的數量。
飛機的突防概率、發現概率與飛行員的技術水平、戰時的狀態、攻擊戰術、武器系統的性能等諸多因素有關，無法確切地進行量化，在此取經驗數據進行計算。
當艦載機攜帶空地導彈實施攻擊時，可按照導彈對地攻擊能力進行分析。
3.2.2.2對j類目標轟炸所需轟炸兵力
U轟炸j需用戰術轟炸兵力計算，計算條件應取符合實際的有利條件，選用的效果指標，對面狀目標一般采用數學期望比較合適，并取兩種毀傷要求，一為“摧毀”，取值平均毀傷65%；一為“壓制”，取值平均毀傷25%。對單個目標，一般可采用毀傷目標概率為0.8進行計算。
則對j類目標轟炸需用的轟炸兵力U轟炸j為
U轟炸j＝αS目標〖〗∑i{Si［1－（1－pizh）ni］}，（16）
式中：i為作戰飛機所裝備的對地攻擊彈藥種類數；α為目標的結構系數，各類目標都有其關鍵部位，α與關鍵部位的分布有關；ni為作戰飛機上所裝載的i型彈藥的數量； Si為一枚i型彈藥對目標的攻擊所形成的彈坑面積； pizh為一枚i型彈對某類目標的毀傷概率，參照公式（11）和（13）［4］。
3.2.2.3突擊某一目標所需兵力
毀傷一個目標不僅需要足夠的轟炸兵力，而且還應考慮到作戰中的突防損失、突擊時未能發現目標、飛行事故等不能完成任務因素，以及擔任保障任務（如干擾、伴動等）的兵力。需用出動兵力（U出動j）就是轟炸兵力修正了上述因素后獲得的。U出動j＝U轟炸j〖〗P發現jQQ事故單＋U保障j〖〗QQ事故單，（17）式中：P發現j為對j類目標的發現概率；U保障j為對j類目標轟炸時，本機種的保障兵力；Q事故單為單架飛機從起飛到目標上空不發生飛行事故概率；U轟炸j為對j類目標轟炸的需用轟炸兵力；Q為起飛到目標上空的突防概率。
4航母戰斗群空襲火力效能評估
4.1基本參數的確定
根據美軍航母戰斗群的一般情況（如表5所示），將本評估模型的各個參數確定如下［4］：航母戰斗群平均裝備完好率為0.75；F/A-18的武器精度系數為1.0，突防概率為0.700，對目標發現概率為0.85，裝備完好率為0.859（注：各種作戰飛機的突防概率在不同的突防高度、速度，不同的編隊及所受對方殲擊機和地面防空兵器的抗擊情況下各不相同，上面所列數據是在綜合考慮各種因素及其在作戰訓練時所表現的戰技水平而得出的一個基本數值）。
4.2計算結果
4.2.1航母戰斗群空襲火力對地毀傷能力
4.2.1.1艦載飛機對地面目標毀傷能力計算結果
根據美軍現有裝備、美在戰爭時可能使用空地彈藥的基本配置，經過仿真計算，得到艦載飛機對地面目標的毀傷能力，如表6所示。表5美航母戰斗群空襲彈藥性能［5］
Table 5Ammunition performance of U.S.carrier combat group
彈型〖〗彈重m/kg〖〗彈徑d/m〖〗彈長L/m〖〗裝藥W/kgMK83（低阻爆破炸彈）〖〗447〖〗0.356〖〗3.008〖〗Tritonal,202MK84（低阻爆破炸彈）〖〗894〖〗0.460〖〗3.848〖〗Tritonal,429GBU-27（第3代激光制導）〖〗984〖〗0.370〖〗4.24〖〗Tritonal,240GBU-28（第3代激光制導）〖〗2 130〖〗0.370〖〗5.85〖〗Tritonal,306GBU-29（JDAM）〖〗500〖〗0.356〖〗3.008〖〗Tritonal,202GBU-30（JDAM）〖〗1 000〖〗0.460〖〗3.848〖〗Tritonal,429AGM-65E/F/G（“小牛”）〖〗300〖〗0.305〖〗2.50〖〗Tritonal,100AGM-84E（“斯拉姆”）〖〗530〖〗0.343〖〗4.50〖〗H6,90AGM-84H（“斯拉姆”）〖〗727〖〗0.343〖〗4.37〖〗H6,110BGM-109C（BLOCK3）〖〗1 150〖〗0.527〖〗6.24〖〗H6,350CBU-87/B(202BLU-97/B)〖〗1.5〖〗O.064〖〗0.09〖〗Cyclotol,0.287注：Tritonal相當于1.2倍TNT，H6相當于1.1倍TNT, Cyclotol相當于1.2倍TNT。表6艦載飛機對地面目標的毀傷能力
Table 6Damage effectiveness of shipborne aircraft to ground targetm2
機型〖〗目標人員(K破=2.7)〖〗建筑物(K破=9～7)〖〗堅固路面(K=1.07)〖〗機場跑道(K破=0.57)〖〗橋梁(K破=0.48)F/A-18〖〗7 725〖〗67 815〖〗1 208〖〗344〖〗244A-6E〖〗4 946〖〗43 425〖〗772〖〗220〖〗156
4.2.1.2巡航導彈對地面目標毀傷能力計算結果
美軍實施導彈攻擊時，可選擇的彈種主要是“戰斧”式巡航導彈BGM-109A、B、C、D 4種，其中B型為對海型，用以攻擊海上艦船，其余三型為對岸型。A型裝核彈頭；C型裝454 kg常規藥戰斗部；D型是在C型基礎之上更換一個由166枚小型炸彈組成的子母彈頭，具有破片殺傷、穿甲與燃燒功能。對于上述4種導彈，BGM-109A是利用超壓機制按坐標毀傷律毀傷目標的，BGM-109C是采用沖量毀傷機制按命中毀傷律實施破壞的，BGM-109D則是按沖量毀傷機制對目標實施坐標毀傷的。對于不同的介質其毀傷半徑如表7所示。表7巡航導彈對不同介質目標的威力半徑表
Table 7Power radius of cruise missile vs various mediumm
導彈〖〗目標種類建筑物
（木石質）
(顯著破壞)〖〗指揮中心
（混凝土質）
（顯著破壞）〖〗橋梁
（鋼筋混凝土質）
（顯著破壞）〖〗路面
（水泥質）
（顯著破壞）〖〗水壩
（1 000 m×30 m×10 m）
（摧毀20%）BGM-109A〖〗5 848〖〗—〖〗2 632〖〗—〖〗—BGM-109C〖〗7.5〖〗6.5〖〗3.9〖〗7.8〖〗22.8BGM-109D〖〗42.6〖〗5.3〖〗—〖〗—〖〗—4.2.1.3計算結果分析
從表6可以看出，F/A-18對地面目標的毀傷能力較大。從表7可以看出，BGM-109A型裝核彈頭，主要用于攻擊大縱深的、高價值的戰略目標，如政治、經濟中心等。另外，表7只是考慮了它的爆轟作用對目標造成的毀傷作用，若考慮其放射性物質對人員及其他有生物造成的傷害，其毀傷作用將更大。C型主要用于攻擊岸上指揮控制系統、機場、碼頭、地空導彈陣地、橋梁、交通樞紐等重要目標。D型主要用于攻擊岸上的面狀目標，如機場停機坪上的飛機、坦克集結地域、炮兵陣地、導彈陣地等。
4.2.2航母戰斗群空襲火力對地攻擊能力
4.2.2.1艦載飛機對地攻擊能力計算結果
經計算，攻擊不同目標時各機種的需用兵力U轟炸/需出動的兵力U出動如表8所示。
表8的各種數據均是指擔任空對地空襲攻擊任務的戰機的數量，而擔任突防掩護和各種保障任務的飛機并不計算在其內，即這里的U出動是考慮作戰中的突防損失、突擊時未能發現目標、飛行事故等不能完成任務因素后出動的空對地攻擊戰機。
4.2.2.2巡航導彈對地攻擊能力計算結果
這里以攻擊不同目標所需發射導彈數量來表示。根據海灣戰爭和科索沃戰爭的統計，可以得到美“戰斧”巡航導彈的發射可靠性Pf＝098，PTP＝094，Pd＝09［6］，則巡航導彈對目標實施發射時所需的導彈數如表9所示。表8各型戰機攻擊不同目標時所需兵力表
Table 8Military strength needed for various battle aircrafts vs various targets架次
機型〖〗目標種類指揮中心
（混凝土質100×100）
（摧毀60%）〖〗防空營陣地
（250×250）
（摧毀60%）〖〗公路（鐵路）大橋
（鋼筋混凝土質、200×50）
（摧毀30%）〖〗機場
（混凝土質、2 600×60）
（癱瘓10%）〖〗大型工廠
（1 000×1 000）
（摧毀60%）F/A-18〖〗17.4/20.5〖〗4.9/5.8〖〗12.3/14.5〖〗45.3/53.3〖〗8.8/10.4A-6E〖〗27.3/32.1〖〗7.6/8.9〖〗19.2/22.6〖〗100/117.6〖〗13.8/16.2
表9BGM-109C巡航導彈對地攻擊能力
Table 9Strike capability to ground of BGM109C cruise missile
目標及毀傷度〖〗建筑物
（50 m×50 m）
（摧毀60%）〖〗指揮中心
（50 m×50 m）
（摧毀30%）〖〗橋梁
（橋寬15 m）
（摧毀10 m×15 m）〖〗水壩
1 000 m×30 m×10 m
（摧毀20%）〖〗路面
（100 m×10 m）
（摧毀100%）所需發射彈數〖〗8.5~10.3〖〗5.7~7.0〖〗4.8~5.9〖〗12~14.5〖〗5.2~6.4
5結束語
航母戰斗群空襲火力涉及到空襲兵器、發射平臺、指揮與控制、目標探測、火控發射、制導跟蹤、信息傳輸、人員能力等多個方面，其復雜程度不言而喻；同時隨著作戰對象、戰爭進程、作戰環境、空襲戰術的不同，空襲火力也都會有較大的變化。要精確評估其效能目前還存在許多困難。本文建立的航母戰斗群空襲火力效能評估體系和方法，具有一定的通用性，為科學判斷敵情提供了一定的依據。
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