低成本防空装备及其军民融合发展路径

上世纪90年代以来的历次现代高技术局部战争表明,制空权已经成为决定战争成败的关键性因素,空中力量以其独有的高机动能力、强大火力、“外科手术”式的精确打击能力以及远程打击能力可对战争过程及结果产生关键性的影响,也决定了难以取得空中优势的国家必须把防空作战作为未来作战的重点领域加以研究。而随着美国等西方先进国家空袭装备不断追求低成本以及反恐作战等特殊作战模式下空袭的特点,也决定了防空武器低成本是一个重要的发展趋势。探讨低成本防空这一类型武器装备的发展趋势和特点,分析其必要性、关键性能要求以及在军民融合条件下的发展路径,具有重要意义。

一、防空作战低成本化的需求分析

众所周知,现代战争是后勤的战争、是经济实力的较量。海湾战争中,美军日均消耗就达到了15亿美元左右。后勤不仅体现在装备、给养的运输上,更加体现在装备的购买上。各国军方都希望得到性能更好、价格更低廉的武器装备。

全球范围内,空中力量的发展存在着极大不平衡,美国无论是在空中武器的性能上还是数量上均占有极大优势,其战机、巡航导弹、无人机等都是世界上最先进的;其盟友有足够的经济实力采购美国武器,但鉴于国土面积以及国防策略等原因,空中力量虽然性能先进,但数量有限;苏联在“冷战”时期就与美国采用了不同的发展战略,导致空中力量相对薄弱。苏联解体后,俄罗斯由于经济的原因,更是加大了与美国的差距,近些年随着经济的复苏,情况虽有好转,但和美国相比,无论性能还是数量,都有一定差距。更多的中小国家,由于经济、技术等因素的限制,空中力量的综合水平则仍停留在八、九十年代或更低的水平,即便有较为先进的战机,数量也是相当有限。正是这种不平衡性,加之国土面积、假想敌、地缘政治、国家战略等因素,决定了不同国家对防空武器的需求各异,需要多样化的防空系统,为低成本防空武器的发展提供了合适土壤。

就国际形势来说,虽然世界各地仍有矛盾冲突发生,但是发生大规模战争的可能性不大,更多可能则是小规模的局部战争,譬如海湾战争、伊拉克战争、阿富汗战争、利比亚战争以及正在进行的叙利亚内战便是极好的例证。进一步分析这些战争,可以将它们归为两类,一类是以美国为首的北约参与的战争,近期发生的战争多是如此,另一类则是国内的内战,譬如早期的利比亚内战以及正在进行的叙利亚内战。这两类战争呈现出一个共同点:战争双方实力极不平衡,无论是北约对中小国家,还是政府武装对反政府武装,相差悬殊,尤其是空中力量极为不平衡,一方拥有绝对的制空权,另一方几乎没有防空武器,是典型的不对称战争。这种情况下,既能应对越来越强烈的空中威胁,又具有低成本特性的防空武器势必会受到广泛的欢迎,成为战争中弱势一方打破平衡的利器。

再者,近些年空中力量自身结构也发生了重要变化,除了传统的固定翼飞机、直升机之外,无人机等新型空中武器已逐步登上历史舞台,而且所占比例也越来越大。与传统飞机相比,无人机由于不需要飞行员的支持保障系统,成本上有较大优势,如当前最先进的无人机“全球鹰”的采购成本与濒临退役的F-16战机基本相当,随着无人机技术的不断成熟,使用量的不断增长,其成本还有进一步下降的可能。美国最新一代“战斧”,广泛采用了工业器件,成本降低了约70%,同时,西方广泛装备的制导炸弹类武器,采用传统炸弹改装,成本更低。另一方面,随着防御技术的进步,防空武器所能对付的目标更加多样化,普通火箭弹、炸弹等都已经成为防御对象。2012年底,以色列上空发生的一幕应该会让许多人印象深刻,11月,哈马斯武装发射了400多枚做工粗糙、价值仅几百美元的火箭弹攻击以方,但是以色列凭借新研发的“铁穹”防空系统,拦截了其中的大部分,达到60%以上,除去因计算落点后不能造成损失而自动放弃拦截的之外,有效拦截效率达到90%以上。据悉,每枚“铁穹”防空导弹的价格在6万美元左右,事后人们对以色列这种用几万美元的导弹去攻击几百美元火箭弹的行为也提出了质疑,虽然从生命免于毁伤目标的价值上看并无不妥,但充分反映了人们对防空成本的直观认识,以及对低成本化防空武器的期盼。防空武器所对付目标的低成本化趋势,也要求防空武器具有更低廉的成本,以保证合理的效费比。

就产品发展的自然规律来说,任何产品在出现初期由于技术要求高、使用维护复杂、价格高昂等原因,总是只能停留在高端市场,为少数人享用,待各项产品及其相关技术发展成熟后,市场终将细分化,形成高、中、低端各级市场,为各种用户所接受。典型的就是汽车行业,价格从上千万元到2~3万的汽车应有尽有,中低端市场的竞争尤其激烈,各级别之间的价格差异也越来越小,人们对价格也越来越敏感。防空导弹虽然才发展几十年,但已经形成了高、中、低端各个系列,国际上,各类型防空产品层出不穷,尤其在是低端的低空、超低空防空领域,由于这个领域技术相对成熟,产品众多、竞争也非常激烈,有美国的Stinger、“复仇者”、法国的“西北风”、英国的“星光”、瑞典的RBS-70、RBS-90、瑞士的“防空卫士”、德国的“阿特拉斯”,等等。随着科技、社会的发展、市场竞争的加剧,用户对价格的敏感程度会越来越高,对具有更高性价比、能更好满足用户要求的低成本防空产品的需求会越来越强烈。

综上所述,现代战争中,由于经济因素、用户实力、技术成熟度等各方原因,对低成本防空这一类武器的需求会越来越强烈。

二、防空武器费用的构成

在防空武器的研制、生产、服役、退役整个生命周期内,成本主要由四个方面构成:装备费用、作战费用、维护费用以及退役费用。

(一)装备费用

装备费用是防空武器固有的成本,包括武器的研制费用、采购费用以及服役保障费用。研制费用指用户支付给防空武器研制单位用于预研、研制、试验等的费用,采购费用指用户购买武器装备时支付的费用。研制费用是某一型武器的费用,采购费用是单件(套)武器的费用,武器生产量越大,研制费用分摊到每件(套)武器上的就越小,在很多情况下,没有研制费用,而是将其直接分摊到每套的采购费用,典型的情况就是军贸。服役保障费用是指为保障武器装备正常服役所发生的一次性费用,譬如,对S-300等大型武器系统,需要有固定的作战阵地,建设阵地所发生的费用就属于这类。

(二)作战费用

作战费用是指作战时消耗的费用,包括直接费用和辅助费用。直接费用是指直接攻击目标部分所消耗的费用,如导弹的费用、高炮炮弹的费用等;辅助费用是指用于辅助武器攻击目标所发生的一次性费用,譬如便携式防空导弹所用的地面供电供气装置的费用、冷发射导弹弹射器的燃气发生器费用、作战设备、车辆所消耗的燃料等。

(三)维护费用

维保费用是指武器装备日常维护所产生的费用,包括维修保养费用、作战训练费用以及人员费用。维修保养费用是指为维持防空武器正常运作所发生的费用,譬如车辆保养费用、设备日常维护费用等。作战训练费用是指武器装备作战训练时产生的费用。人员费用指武器操作使用人员所发生的费用,包括人员工资、人员培训、日常生活保障费用等,武器装备需要的人员素质越高、人数越多,该项费用就越大。

(四)退役费用

退役费用是指由于装备退役而发生的运输、拆解、特殊部分处理所产生的费用。

图1

三、低成本防空武器技战术要求分析

综合用户特点、成本等因素,低成本防空武器应满足如下技战术要求。

(一)合理的作战效能

低成本防空导弹要在有效杀伤空中目标和降低成本之间进行优化,即实现效费比的合理优化。在传统武器装备研制中,往往更侧重于效能,而忽视成本,但低成本防空武器研制需要扭转这种思维方式,在研制之初就要合理确定成本指标和效能指标。

图2   效费比曲线

(二)机动能力强

现在战争多是运动战,武器、人员需在短时间内完成集结、转移等任务,要求武器装备有很好的机动性;各种精确制导炸弹、反辐射导弹等武器的存在给固定阵地武器带来了极大威胁,防空武器的特点也决定了它们无法使用坚固掩体抵抗攻击的可能,同样要求防空武器有良好的机动性。机动性对末端防空尤其重要,末端防空武器的射程一般比机载空地武器的射程短,理论上能在空中目标进入其杀伤区内之前就被消灭掉,譬如,“复仇者”的射程仅仅5km不到,而直升机载的“海尔法”反坦克导弹射程却能达到8km。对于末端防空来说,其生存能力一方面来自自身的机动性和隐蔽性,另一方面则来自于其它更大型武器的掩护。

机动性增加了武器装备维护费用,但因为没有固定阵地的建造、维护费用,实际上能降低防空武器的成本。

(三)隐蔽性好

隐蔽性是武器装备自我保护、提高战场生存能力的重要手段之一。提高隐蔽性的手段在于四个方面,一是装备小型化或采用分散布置的形式,有效减小武器体积;二是尽量采用红外等被动探测技术;三是增强利用环境进行隐蔽的能力,如增强夜间作战能力等;四是采取伪装网等辅助手段加强隐蔽性。

(四)自主作战能力强

自主作战能力是指防空武器独立作战的能力。对于现在战争中弱势的一方,没有技术及经济能力开发、维护庞大的空情网络,即便有也极易被空中优势方摧毁,这种情况下,自主作战能力显得尤为重要,而且自主作战的单元越小越好,更容易在突然间给敌人致命一击,达到威慑敌方的目的。

(五)操作方便

低成本防空武器的用户多是中小国家,其军人素质普遍不高,操作简单的装备更容易为对方所接受。另一方面,操作简单的武器,军人所需的培训更少,也有利于进一步降低防空装备的成本。

(六)维护简单

装备维护对战争的后勤工作是一个巨大考验,为保证装备维护所需要的场地、设备、人员、物质,部队需要付出的也许不仅仅是金钱,对于战争中的弱势一方更是如此。提高装备维护性有两条途径:一是设计时尽量采用不需要维护的产品、简化维护操作以及实现装备的自维护性;二是消除特殊的维护操作,将必须的维护纳入部队统一的维护流程之中。

(七)反应迅速

在没有空情网的支持,或者在运动中作战,要求防空武器具有很高的快速反应能力。快速反应能力对低空超低空防空武器尤为重要,空中目标飞越该类型武器防御范围的时间很短,譬如200m/s的目标通过便携式防空导弹10km防御范围的时间仅50s,若武器装备没有足够快的反应时间,很有可能导致贻误战机。

四、低成本防空装备的军民融合发展路径

军民融合发展已上升为国家战略。低成本防空装备具有的合理的技术指标、高端装备的合理补充、系统化等特点,决定了其可以作为军民融合发展的试点领域,以此为基础,促进军民相关领域资源的融合。

(一)小型化设计

一定程度上的小型化设计能有效减小武器装备的装备成本,而且小型化设备需要的阵地更小,可以减少甚至消除阵地建设费用。小型化设备需要更少的维护、更少的操作人员,可进一步降低维护费用,最后小型化设计有助于武器装备的机动能力和隐蔽性的提高。小型化的技术途径主要在于两方面,一是各附属设备的小型化,二是提高系统的集成化程度。

(二)通用化设计

通用化设计是指设计出的防空武器应具有通用性。通用性表现在以下几个方面:一是平台通用性,指武器装备可安装在不同承载平台上,包括轮式车辆、装甲车辆、舰艇、火车,甚至在紧急情况下也可以由民用车辆携带,通用性设计能覆盖更多的用户需求;二是地域的通用性,指武器装备具有较强的环境适应性,既能适用于干燥的沙漠气候,也能适应潮湿的热带雨林气候;三是零部件的通用性,指武器装备的零部件尽量使用标准件,尤其是车辆底盘等分系统;四是操作使用的通用性,防空装备的作战一般都会经历搜索、跟踪、准备、攻击等过程,操作有一定的共性,通用化的操作能提供装备使用性能;五是军民通用,由于民品的批量巨大,可以在很大程度上降低成本,因此,适当降低对军品级别的要求,可以在可靠性等指标小幅度变化的情况下,大幅度降低成本。通用化产品有助于提高产量,从而降低武器装备的采购成本,且其零部件的通用性有助于提高装备的维护效能,从而降低维护成本。

(三)模块化设计

将产品各组成部分进行合理划分,形成各个既相对独立又互相影响模块,优化各模块的机械及电气接口,实现“积木式”设计、生产,实现模块化设计。模块化设计可以实现产品之间的模块通用,降低武器装备费用;模块化设计的产品在产品维修时,可以直接通过更换模块来实现,具备更好的维护性,有助于降低系统维护成本。

(四)系列化设计

在现有产品的基础上进行系列化改进设计,既有助于武器装备成本的降低,也有益于产品性能和质量的提高。系列化设计是国际军民品设计的一大趋势。系列化发展的产品,设计时能从上一代产品继承更多产品特性,减小设计难度,零部件的批量增加,也能降低成本,生产时,生产线、工装、夹具也可以重用,能进一步降低产品成本。改型设计时,能更注重用户要求,提高产品性能及质量。

(五)定制化设计

定制化是指在产品基本型的基础上,根据需求调整产品的某些配置、参数,形成独一无二、能更好满足用户要求的产品。从国际范围来看,各国军方由于地缘政治、国际关系、经济条件、历史原因的不同,往往采取不同的国防策略,因此对防空武器的需求也各不相同。采用定制化设计理念的产品,能在更大范围内满足用户的需求,增加产品的批量,从而降低产品成本。

结束语

随着各种技术的成熟,防空武器行业面临的竞争势必会越来越激烈,目前已经有中小型民营企业介入末端防空领域。能更好满足用户需求的低成本防空武器具有较好的市场前景,也更加能够适应未来防空作战的需求。军民融合策略也为低成本防空装备发展提供了方向,低成本防空武器在研制时,应严格把握各项关键性能,综合采用小型化、通用化、模块化、系列化、定制化等手段有效降低装备成本。

(作者:刘运峰,上海华融机电设备保障技术研发中心高级工程师;郝莲英,上海航天技术研究院第八设计部高级工程师。)

2020-12-1智邦网

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