数字孪生驱动的战场复杂电磁环境建模与仿真
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

1.3.4 作战试验

随着信息技术与信息化武器装备的迅速发展和投入使用,未来战争的胜负不再取决于单一武器性能的好坏,而是取决于作战体系对抗能力的优劣。实践表明,在作战中真正体现武器装备价值的不是武器装备的性能指标,而是武器装备的作战效能和作战适用性。武器装备的体系对抗能力和战场环境适应程度只能通过作战试验,在具有对抗条件的战场环境下成系统、成体系进行检验。武器装备作战试验还处于探索研究阶段,没有成熟的理论和方法,就如何开展武器装备作战试验众说纷纭。

1.基本内涵

1)多种理解的介绍

作战试验在不同国家有不同的叫法,如美国和日本称为作战试验鉴定,俄罗斯称为部队使用试验,英国称为军种试验,德国称为部队试验和后勤试验,法国称为作战使用性能考核,等等。美军的作战试验是为了确定在作战行动中装备及其系统在部队使用时的作战效能及适用性,而在贴近真实作战环境下针对装备及其系统进行的试验。作战试验重点关注任务的完成情况,而非满足技术规范和需求的效能指标及性能指标。

虽然装备作战试验在美军的装备全生命周期中得到了广泛的应用,但美军和我军的装备采办进程不同,这导致美军的装备作战试验的内涵与我军的装备作战试验的内涵拥有较大差异。美军的作战试验强调在贴近实战的对抗和威胁环境下,使用典型装备、编配、人员和作战流程,试验考核装备的作战效能、适用性、易损性或生存等任务能力。

最近几年,我国也出现了一些对作战试验理论的相关研究。我国的武器装备作战试验是着眼于我军装备采办周期的实际情况提出的,从功能和地位上来看,与美军的初始作战试验鉴定大体一致。国内对武器装备作战试验的研究成果很少,公开发表的武器装备作战试验的内涵描述如下。

洛刚研究员认为,装备作战试验是由国家认可或指定的试验机构,按照规范的试验流程,依托专业检测器材,为保证战术背景尽可能贴近实战,需要构建接近真实的作战环境,保证各个作战要素的完备性,验证和考核武器装备的作战适用性、装备作战效能和装备对联合作战贡献率的一种试验类型;武小悦教授等认为,武器装备作战试验是为考核装备在作战部队使用时的效能和适用性,而在逼真的作战试验环境下开展的真实物理试验;杨榜林教授等认为,武器装备作战试验是为评估武器装备的作战效能和适用性而由独立试验鉴定单位在贴近真实作战环境下开展的试验活动;杨英科教授等认为,武器装备作战试验是指作战部队依据指定的战术安排在近似实战环境下来使用被试装备,主要考核装备的战术效果和作战效能,由使用装备的相关部队单位执行的试验;曹裕华教授等认为,武器装备作战试验是指在武器装备从设计到定型的各个阶段,为评估该装备的作战效能和作战使用价值,在近似于实战的、逼真的试验环境下,运用多种试验方法和手段,在野外试验场对武器装备进行试验的综合过程。

综合以上对武器装备作战试验的定义,可以找出它们的一些相同点:一是作战试验鉴定机构应该是独立的机构,操作被试装备的人员应该是具有代表性的作战部队;二是应该在贴近真实的作战环境中开展试验,包括自然环境、对抗环境、作战对象等;三是主要考核装备的作战性能和作战适用性;四是装备作战试验活动应该保持其独立性,在必要的时候可以与研制试验等其他类型的试验同时进行。

本书中,武器装备作战试验是指在武器装备全生命周期中,为确定武器装备作战效能、作战适用性及装备体系适用性,由试验单位依据成系统、成体系的武器装备遂行某次战斗任务行动过程中,按照被试武器装备的训练与作战任务剖面要求,构建近似实战、各作战要素齐全的试验环境,将武器装备按作战要求置于试验环境中,并运用仿真试验、实物试验等多种试验方法和手段,对武器装备进行综合试验与评估的过程。

作战试验关注的重点是在给定的技术性能条件下,在近似真实的作战环境中,武器装备的使用效能和适用性。例如,通过作战试验,确定战斗机是否具有空中优势、完成作战使命的概率、在一定范围内捕获目标的能力等。武器装备作战试验的试验目的不仅仅是发现被试装备存在的技术问题,还要发现其在作战行动中存在的潜在风险,检验被试装备是否满足实战要求。

武器装备作战试验的被试装备既可以是单套武器装备单元或系统,也可以是基本作战单元的武器装备体系,还可以是一定规模的作战编成的武器装备体系。作战试验的对象一般按照作战编成构成“目标探测—指挥控制—火力打击—综合防护—维修保障”一体化的武器装备系统进行试验;作战试验在评估装备作战效能、生存性时可能也要涉及全装备产品和保障配套设施设备,既关注体系层次,更关注单个武器系统层次的作战效能、适用性与生存性问题。

为更好地理解上述概念的内涵和作战试验的本质,需着重从以下几方面进行把握。

(1)武器装备作战试验贯穿于装备论证、方案设计、样机研制、设计定型、生产定型和使用保障的全生命周期过程,每一阶段都应开展作战试验。

(2)武器装备作战试验应着眼实战要求,在试验环境构建、试验数据获取和试验结果评估等方面要遵循系统化、综合化的原则,实现武器装备多层次和多维度的试验评估。

(3)武器装备作战试验的目的是检验新型武器装备的作战效能、作战适用性及体系适用性。

(4)武器装备作战试验研究范式是建立在因果关联基础上的,作战试验本质上就是通过因果关系采集信息和系统地排列顺序,而这种因果关联体现了作战试验基本研究范式的内在属性。

(5)武器装备作战试验是一个综合试验与评估过程,是仿真试验、实物试验等多种试验方法和手段的综合。

作战试验体现了武器装备研制的根本目的,揭示并回归了武器装备的本质属性,同时对战争准备、作战需求、项目管理等,都会产生强有力的牵引、促进作用,有利于促进作战、训练、装备诸多领域的有机融合,是一项战略性的举措,绝非局限于一般意义上的武器装备试验鉴定本身。

作战试验主要考核的是针对该装备的作战使命和任务及其在装备体系中的地位和作用。试验鉴定工作主要依据试验单位拟制的作战鉴定试验想定,构建近似真实的战场环境和对抗环境,研究确定作战试验鉴定具体内容,逐项分解或整合作战试验项目(必要时需开展一定程度的数值仿真试验)并付诸实施,获得装备的作战效能和作战适用性相关试验鉴定数据(包括定量数据和定性数据),利用科学的数据融合处理方法,得出装备作战效能和作战适用性结论及修改完善建议,并对试验中的问题和建议进行归零处理。对于一些难以归零的问题和建议应分类进行分析,如存在确实影响装备体系能力建设需求的问题时,将终止该装备的研制程序,否则完成该装备定型,并适时开始批量生产列装部队。

2)作战试验

作战试验作为一种特殊背景下的试验,类似而又区别于科学试验。作战试验是为了检验某些作战或条件变化所产生的效果。具体地说,就是通过分析研讨,确定影响作战效果的因素条件,然后人为改变这些条件进行试验,以检验对作战效果影响的变化。

有书认为:作战试验是指根据试验目的,有计划地改变作战试验中的军事力量、战法、作战环境等条件,考察各种条件下的作战进程和结局,从而深入认识战争规律的研究活动。作战试验的定义很多,其共性在于通过改变作战条件变量来研究作战成果,实质在于寻找和确定因果关系。试验试图通过回答“如果这么做了,将会发生什么?”的假设命题,解释原因和结果之间的关系,从而帮助我们发现新知识,认识新事物。

作战试验的主要任务是积极推动我国武装力量进入未来的创新过程,其根本目的在于保护和扩大我军当前的优势,并防止潜在对手通过技术领先而使我军在未来面临战略性的突然威胁。通过作战试验,可以汇集、创立和探索新的作战概念,从而对那些有助于改进作战原则、编制、训练、装备、指挥和人员的各种组合方案进行优选,以增强未来联合作战能力。

3)作战评估

传统意义的“作战评估”并不是面向装备试验领域的,它指的是指挥机构在作战过程中,持续监测战场环境,评估部队完成任务的进度及任务完成后产生的效果,包括实现预期的目的和预定目标等,进而揭示作战态势的发展趋势。

面向装备作战试验的作战评估是作战试验鉴定部门组织的,持续对装备的作战问题进行的分析评估工作,即在装备试验鉴定过程中,为确定在真实作战条件下装备的作战效能、作战适用性、体系适用性及在役适用性而进行的一系列持续的评估活动。两种“作战评估”的目的是有着本质区别的,一个是衡量作战行动是否朝着完成任务、创造行动所需条件或实现作战目标发展,另一个则是评估装备本身在作战背景下发挥的作战能力或完成任务的能力。前者更关注作战任务的完成情况和作战效果,后者则重点关注装备本身在作战中发挥的作用。

装备作战评估并非试验鉴定的独立阶段,它与装备论证、研制、试验等活动相互交织在一起,并与全生命周期的关键决策直接相关。根据现行的试验模式,装备作战评估工作贯穿于装备全生命周期,从装备立项论证开始到列装定型结束的全过程划分为初期作战评估、中期作战评估和综合作战评估。前两种类型是指向“未来”的评估,后一种是指向“结论”的鉴定。初期作战评估,开始于装备研制立项综合论证阶段,持续到装备工程研制阶段前;中期作战评估,开始于装备工程研制阶段,持续到性能试验阶段结束;综合作战评估,在完成所有作战试验任务后进行。除了评估的介入时机,它们的区别还在于评估方法、评估准确性、评估装备的技术状态和评估数据类型,但这三种类型的作战评估的关注重点始终是在给定的技术性能条件下,在接近真实的使用或作战环境(面对敌方威胁,对抗)中,武器装备的作战效能和适用性。

作战评估属于作战试验范畴,是试验鉴定工作的重要一环,开始于装备论证阶段,贯穿于工程研制和性能试验阶段,持续到作战试验阶段。装备作战评估是为了确定装备最佳方案设计,考察装备有关作战方面的问题,以支持装备样机研制、状态鉴定及列装定型等决策。

2.主要内容

作战试验评估是为了对武器装备的作战效能和作战适用性进行考核,从而确定武器装备的作战性能,更好地发挥武器装备的作战威力。美军将试验鉴定分为研制试验和作战试验,而我军将其分为性能试验、作战试验和在役考核。可以看出无论是我军还是美军,作战试验都是试验鉴定领域的重点研究方向,并且贯穿于武器装备的整个生命周期。

从全生命周期层面考虑,作战试验应贯穿于武器装备全生命周期的各个阶段,最终才能达到作战试验目的。武器装备全生命周期作战试验按阶段依序为论证阶段作战试验、方案设计阶段作战试验、工程研制阶段作战试验、设计定型阶段作战试验、生产定型阶段作战试验和使用保障阶段作战试验。各阶段作战试验环环相扣,前一阶段作战试验是开展后续阶段作战试验的基础。每一阶段除完成该阶段特定作战试验任务外,还需要进行相关仿真模型构建、模型数据采集及模型的验证,这样就从顶层设计的角度为构建全生命周期作战试验体系及其配套的建模与仿真体系提供了保证。

1)作战效能

(1)复杂环境下的单武器装备作战能力。主要指装备在模拟实际的作战环境下,战术技术性能达到的实际能力,如雷达的警戒探测能力、信息传输能力、电子侦察能力,指挥控制系统的信息处理、指挥决策和武器控制能力,武器系统的发射能力及命中能力、毁伤能力等。复杂环境主要包括电磁环境、气象水文环境、敌方对抗环境等。

(2)武器系统的对抗能力。通过构建典型对抗态势,按作战流程,基于作战平台实施攻防作战任务,主要检验作战指挥装备操作快速反应武器时的对抗性能及使用的正确性,检验装备的攻防作战效果。

(3)完成作战任务能力。在给定作战想定和任务目标的情况下,在作战准备、编队集结、展开作战、实施作战效果评估等作战环节上,检验武器装备的任务执行能力和作战效果,重点检验装备在作战体系中的贡献度。

2)作战使用性能

(1)装备操作试验围绕武器装备作战使命任务和作战使用要求,试验其各单体和分系统在战场环境下的单项作战使用性能,主要包括单项性能基本操作试验和分系统基本操作试验。

(2)分系统和系统间的协同试验分平台级和体系级两个层次,其中,平台级主要是作战系统中各个分系统之间的协调配合,体系级主要是平台间相关装备之间的协同互操作。

(3)战术运用试验主要检验武器装备在典型战场环境下、在典型战术战法下发挥的作战能力,同时提出对当前战术规则的改进建议。

3)作战适用性

(1)装备的可靠性试验。装备可靠性试验是一个长期积累数据和分阶段评价的过程,在装备性能试验结束后可靠性评价的基础上,重点考核装备在执行任务过程中的状态保持能力,其关键是收集典型使用环境下的可靠性数据。

(2)装备的维修性试验。在装备性能试验的基础上,结合将来在役考核的试验策划,在已有的维修策略、方法、程序、维修环境及维修手段下,重点检验战场上使武器装备恢复作战能力的水平。

(3)装备的保障性试验。装备的保障能力包括平时战备和战时使用能力,保障性试验重点检验武器装备在不同作战环境中的适应性。

(4)兼容性试验。主要评估装备在作战体系、作战环境中的兼容性,以及跨平台武器系统之间的相互影响等。

3.作战试验仿真

1)基本内涵

武器装备作战试验与评估领域内的仿真(以下简称“作战试验仿真”),是以作战活动为对象,使用仿真模型进行试验,对武器装备、作战环境和作战过程进行仿真,其本质是系统仿真在军事领域的应用。

美军指出,作战试验仿真是“在实际的或假想的环境下,按照设计的规则、数据和过程行动的两支或多支部队进行对抗的仿真”。其广泛应用于作战理论研究、作战方案分析与评估、战术战法研究与评估、部队作战能力评估、武器装备指标论证、武器装备发展论证及作战训练等领域。

区别于战役级的战争模拟/推演,作战试验仿真研究的重点是武器装备系统/平台仿真和作战过程仿真,前者是对单件武器装备平台或多件武器装备构成的武器系统进行仿真,主要用于评估单件或多件武器组合时的性能及进行武器操作人员的训练;后者是在一定战术行动背景下,利用计算机构造的战场环境进行作战过程的模拟,主要用于评估武器装备的作战效能,评估作战方案的合理性和有效性,进行战斗员的武器装备操作训练。因此,作战试验仿真对武器装备建模的粒度要求更细,对作战过程的模拟要求更精确逼真,对仿真系统自身的实时性、交互性要求更高。

2)任务分析

作战试验仿真工作,需根据作战使用研究、试验任务及战术训练等“战试训”任务进行分析。

在支撑作战试验与评估方面,一是作战/试验方案的推演与效果评估,通过仿真系统推演作战方案,以准确把握敌我双方C4ISR系统的薄弱环节与要害,优化完善作战/试验方案设计,为作战提供准确的行动指南;二是边界条件仿真及威胁对手模拟,通过逼真模拟敌方典型目标、战场环境和武器装备部署,开展武器装备及其体系环境下的作战仿真,进行边界条件仿真丰富实装试验样本,分析影响作战能力的关键因素,为作战试验与评估提供重要参考。

在作战使用研究方面,一是利用仿真技术构建逼真的战场环境和作战要素,对作战单元编配原则、出动时机和方式等进行研究和验证;二是通过实装试验与大样本仿真试验分析相结合,充分暴露武器装备设计缺陷,并据此提出武器装备战术战法或作战使用建议。

在战斗员训练方面,可通过训练模拟器或人在回路仿真系统熟悉作战试验科目,加深战斗员对科目和装备的理解,最大限度地降低战斗员操作水平对作战试验结果的影响。

3)定位

综合考虑作战规模及仿真任务,武器装备作战试验与评估领域的建模与仿真的重点是完成实战化、体系背景条件下的任务级和交战级仿真,以及部分传感器、电子对抗、武器攻击等专项试验中的工程级仿真。仿真形式主要涉及全数字、硬件在回路(半实物)、人在回路及实装在线等。

根据目前武器装备设计定型试验中仿真功能的发挥,同时参考美空军作战试验与评估中仿真的主要作用及形式,现阶段作战试验与评估可以实行“实装试验+人在回路仿真实验”的总体思路,通过“仿真—实装试验—仿真”的途径对每个作战试验科目开展验证和评估。其中,第一阶段的仿真,主要目的是对实装试验方案进行预演,优化完善实装试验方案。第二阶段的实装试验,是在真实环境下开展实兵实装对抗,通过评估装备的出动、机动、战术协同和武器攻击等方面内容,考察武器装备完成作战任务的能力,同时采集武器装备单项性能数据,进一步校核仿真系统模型。第三阶段的仿真,在调校仿真数据模型后开展,主要目的一是增大试验评估样本量;二是模拟先进对手,构建较为真实的作战目标,丰富完善作战试验科目;三是开展实装试验难以设置的边界条件、危险环境、高风险对抗科目试验,如实弹攻击后的评估等。