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第三節 坦克裝甲車輛的C4I系統

戰斗管理系統(BMS)可通過車內終端瞬時把握敵我方的情況。現代坦克正在實現計算機化并引入C4I功能。這使得坦克不僅具備了精確迅速的火控功能,而且還可依靠衛星通信和全球衛星定位系統,獲得友軍部隊的情況及敵人信息。美國M1A2坦克采用了戰斗管理系統,法國、日本等國家坦克都采用了C4I系統。

一、坦克戰中的通信與指控系統

1.坦克實現計算機化和增強通信能力的必要性

坦克等各種裝甲戰斗車輛采用的電子設備稱之為“車輛電子設備”,其核心功能是傳感器能力、計算機化及通信能力。具備這些功能的優勢有以下幾點。

首先,提升“射擊能力”是最為普遍的課題。即使發現敵人,如果不能實施火炮的正確射擊,戰果的取得就根本不可能。其涉及的問題不外乎有兩個:一是發現敵人的能力,二是能夠確保發現敵人后實現精確射擊的參數計算能力。前者得依靠傳感器,要求能夠不受晝夜、天氣影響發現目標。具體實例有,將紅外線傳感器的方式由主動式發展為被動式。后者的實例是測距,其方式已由基線長度型光學測距儀發展為激光測距儀。

即使依靠上述手段取得了目標瞄準所需要的數據,瞄準也未必能夠順利完成。坦克炮彈并不是直線飛行的,所受的影響因素很多,諸如橫風、炮管彎曲度、裝藥溫度等,尤其是行進間射擊時,還受到車姿變化、搖擺等影響。要綜合各項關聯數據來計算火炮的射擊角度,就需要彈道計算機,這種彈道計算機的引入就成了裝甲戰斗車輛信息化的開始。

以上探討的屬于坦克單獨遂行戰斗任務時的情況,但事實上坦克必須進行聯合行動。這就要求指揮員在把握敵我態勢的同時,要對所轄的坦克下達適當的指令。這時,即使坦克具有優良的性能,假如指揮員和部下不能進行溝通,戰果的取得就會成為一句空話。

最初,指揮員是用手或者手中的方向標下達指令的,坐在指揮坦克上的車長在完成操作的同時要向駕駛員和炮長下達指令。這種方法不僅有誤操作的可能性,而且一旦視界受限,就會難以傳達指揮員的指令。當然,車長暴露在車外也存在很大風險。早在第二次世界大戰期間,德國陸軍就向坦克配備了電臺及無線電手,從而使實施集團交戰的環境得到改善。

某種程度上說,就是依靠“傳感器能力的提升”、“采用彈道計算機來提高射擊能力”和“采用電臺來確保通信手段”三大途徑,坦克才發展到了第二代和第三代。當然,盡管其它領域也有改進,但是基本方法沒有變化。

通常坦克是不應單獨作戰的,現在的戰斗更是諸兵種聯合作戰。這就要求不僅要與步兵、炮兵和工程兵等兵種進行聯合,而且要與上級司令部建立良好的溝通渠道。不僅是自上而下的下達指令,還需要報告敵我雙方的情況,必須是雙向的交換。只有如此高效的反復進行,才能順利地進行作戰。

比如在請求炮兵給予火力支援時,就需要在發現敵人時立即提供正確的坐標,并請求迅速予以打擊。如果動作稍緩,敵人就可能轉移到其他地域;另一方面,如果情報傳遞遲緩,我方部隊就可能進入炮兵部隊的目標地域,有造成誤傷的危險。在請求航空部隊給予支援時也要考慮這種情況。

2.坦克的C4I功能與戰斗管理系統

陸戰中的C4I系統更需要高水平覆蓋。如果進入到戰區的所有部隊不能共享信息,真正的信息優越性就不能顯示出來。就是說,不僅僅是在戰術層面,在戰區或者戰略層面,支持指揮控制的功能也很有必要。能夠在廣范圍指揮控制戰斗的系統稱之為戰斗管理系統。

美國陸軍正在建設全軍規模的“陸戰網”,該網運用了具有信息共享、指揮控制和后勤保障等功能的各種系統。在陸戰網的下層,正在結合旅、團和營的組織階層,建立支援指揮控制的結構。位于末端的就是具有C4I功能的各型車輛。

對戰斗管理系統和C4I的功能要求因情況和角度而有所不同。如果在最前線的排-營層面,就需要把握單車甚至單兵的位置。美軍為了避免近戰航空支援中對地面部隊的誤射、誤炸,正在裝備能夠向飛機傳送有關敵我位置信息的態勢感知數據鏈(SADL),這種裝置也需要對各車、或者個人及以小部隊為單位把握位置,否則的話,就不會取得良好的效果。

相比之下,在旅、師和軍等上級層面,卻不必要求把握如此具體的信息。有關屬下部隊的位置和敵情,有必要迅速獲得最新的情報信息,但是,如果提供的信息過細,接受信息的數量就會達到極限。關鍵是要為司令部提供滿足開展這些工作所需的必要信息。

坦克要達到精確作戰的水平,就需要能夠與像美國陸軍的陸戰網,法國陸軍的FELIN單兵作戰系統等這樣的信息系統連接,實現相互交換信息。例如,在城市地域的反叛亂戰中,坦克發揮裝有高性能傳感器的移動式火力點的作用,在與下車步兵進行協同作戰時,上述功能的作用是非常突出的。

在下車步兵的層面上,現在已經出現了利用將便攜式終端設備與無線通信網組合起來、迅速獲取最新信息的方式。特別在最近,此領域令人關注的是靈巧電話的應用,研制廠家也提出了具體的方案,如雷西昂公司的無線電天線跟蹤系統(RATS)。

各種分散的系統不應獨立存在,而是要將其融合于同一網絡之下。即敵我的位置、其他的敵情、地勢、指揮控制、補給情況以及無人機傳來的圖像等信息,都需要在同一網絡上實現共享。在提供信息方面,需要具有融合多種信息的功能。

3.C4I功能的倒置引入方法

基于以上情況,將引入C4I功能的一般流程與方法作如下歸納。

倒置式做法是最為基本的做法,最初是先從小規模部隊開始,然后逐階段擴大規模,同時向上級展開。實際上,即使想建立大規模、多功能的系統,因為存在計算機、通信裝置的能力、軟件開發以及運用經驗積累等種種問題,通常情況下也是難以順利實現的。因此,現實的做法就是邊發現問題邊改進,循序漸進地擴大規模和利用對象。

對此應該加以注意的是通信能力的界限。要交換數據,就必須具有通信功能,應該引起注意的是能夠實現通信的距離、范圍和傳輸能力。與因特網的連接線有關、要想通過增大功能來實現大量數據的交換,最關鍵的就是解決通信的容量問題。

特別是衛星通信,其優點十分突出,能夠遠距離通信,但是相反,確保線路卻非常困難。衛星通信的功能是通過起中繼作用的脈沖轉換器來實現的。通信的數量取決于脈沖轉換器的數量,因而脈沖轉換器的不足就可能出現通信不暢的問題。

衛星通信因為電子束很細,地面與衛星的天線必須相互正確瞄定方向。行駛中通信(COTM)的問題就更加突出。在行駛中完成衛星通信的技術要求較高,必須在把握時刻變化的衛星與車輛的位置關系的同時,還要不間斷地將天線對準衛星的方向。

二、現代裝甲車輛的計算機化與C4I能力

1.日本坦克的計算機化與C4I能力

日本陸上自衛隊的坦克也實現了計算機化并擁有了C4I功能。日本74式坦克采用了激光測距儀及模擬式火控計算機。可以通過激光測距儀來獲取精確的距離,然后再將數據輸入計算機進行處理,為炮長實現精確射擊創造條件。

90式坦克的電子設備有了進一步發展,增加了射擊性能計算所使用的數據。具體是,除了激光測距儀以外,還增加了火炮耳軸傾斜儀、裝藥溫度計和橫風傳感器等。其紅外夜視儀由主動式發展為被動式。這些裝置通過與數字火控計算機的連接,創造了更加優良的射擊環境:“一旦瞄準鏡瞄準目標,就可立即自動調動火炮指向目標,此時只需操作按鈕就能命中目標。”

火控裝置雖然有了很大進步,但是輸入依然通過人工操作。具體來說,在把握本車位置、掌握敵情、車際間信息共享以及與上級司令部和其他兵種的協同方面,仍然靠電臺交換信息。

在此方面有很大改善的是10式坦克(圖1-5),謀求了與基干團指揮系統的連接。因此,在基干團層面,坦克的指控和車際間的信息共享成為了可能。

圖1-5 日本10式坦克的戰斗管理系統和顯示器

將來還會要求實現與上級司令部及與其他兵種的連接。能夠“對付游擊作戰”的要求則會更高。在裝備90式坦克的部隊中還有一個例外,那就是第2師團的90式坦克,正在裝備坦克部隊用的基干團指控系統(T-ReCS)終端機,日本基干團指控系統的運用如圖1-6所示。

圖1-6 日本基干團指控系統的運用概念圖

2.美軍坦克的C4I能力

(1)車際信息系統 美陸軍主力裝備是M1坦克,從C4I功能的角度來說,發生大變化的是采用了車際信息系統(IVIS)的M1A2坦克。安裝了該系統的M1A2坦克樣車于1992年進行公開展示,實戰配備從1996年的第1騎兵師開始。IVIS基本定位在營以及營以下的分隊使用。

M1A2坦克采用了一種新設備,使用全球定位系統進行本車位置的確定與導航,對由此獲得的位置信息經由“辛嘎斯”電臺傳輸并顯示在車長顯示器(CID)上的就是IVIS。能夠處理的信息有22種,除了各車輛的位置以外,還包括地形和路線,甚至還能夠顯示敵情。并且具備了報告每輛坦克的燃料和彈藥狀況的功能。為了獲取炮兵部隊的支援,還采用了戰術火力指揮系統(TACFIRE),使用該系統,可以傳送敵人的坐標,獲取接受火力支援的方法。不過,要實現這種功能,就需要裝備M109A6“俠士”自行榴彈炮。

由于采用了這種IVIS,原來由電臺完成的位置報告、接敵報告等能夠自動進行,同時在營裝備的坦克之間實現了信息共享。

(2)FBCB2系統 如上所述,這種IVIS只能在坦克營以下的層面使用,也只能在有限的范圍內實現信息共享。要供上級司令部用作把握更廣范圍的情報,顯然容量不足。這是由這種IVIS本身的能力所決定的。在信息交換時應用了“辛嘎斯”電臺,IVIS只能用于視距內的通信。如果受到地形的影響,在山地和高海拔地區,IVIS就無法支持。

因此,在IVIS的基礎上發展了B2C2及其后來的21世紀旅及旅以下部隊作戰指揮系統(FBCB2)。FBCB2的覆蓋范圍比IVIS寬。從2003年12月被派往伊拉克的美國陸軍第2步兵師第3旅的報告來看,該旅負責的區域為37816km2。對此,僅僅依靠瞄準線通信是難以覆蓋的,因而必須采用衛星通信。在該系統中,能夠搜集、共享友軍信息的系統是藍軍跟蹤系統(BFT)。因此,有時也一起表示為FBCB2/BFT。FBCB2在2002財年進入大規模生產,采購數量為59522套,單價是27000美元。

FBCB2/BFT系統從通信技術的角度來看,大的變化有兩點。其一是衛星通信的采用,將覆蓋范圍拓寬到瞄準線以外。另一個變化是通信格式的變化,能夠在與因特網相同的TCP/IP作為基礎的戰術互聯網(TI)上傳輸信息,美軍FBCB2低級戰術互聯網如圖1-7所示。

圖1-7 美軍FBCB2低級戰術互聯網

最初采用FBCB2的是在2003年伊拉克戰爭時被稱為“數字化師”的第4機械化步兵師。另外,還有能快速部署并形成戰斗力的“斯特賴克”旅戰斗隊也配備了該系統。該旅戰斗隊已經經歷了伊拉克戰爭的實戰,正在依據戰場教訓進行改進。

更具戰場網絡功能的是網絡一體化套件(NIK),該系統除了FBCB2以外,還包括提供戰斗指揮功能的戰斗管理系統及其計算機、實現通信功能的軟件電臺和聯合戰術無線電系統陸用移動式電臺(JTRSGMR)。該電臺的傳輸能力是“辛嘎斯”電臺的120倍。

NIK是為未來戰斗系統開發的,但是伴隨著未來戰斗系統計劃的終止,該套件與其他幾種裝備一起被用于了旅戰斗隊現代化計劃(BCTM),在2011年年初已經完成了向10個旅的配備,而且向另一個旅的配備也被確定下來。原來的基本構想是將網絡一體化套件安裝到各種車輛上,用作網絡中心戰的基本設備,但是,現在看來前途并不那么光明,因為存在著研制遲延、成本提高、可靠性不足和啟動時間長等不利因素。

(3)BFT的問題及BFT2和聯合能力釋放(JCR)

與通過無線電匯集信息并將其繪制在地圖上相比,盡管速度提高了,但是,BFT在更新信息時仍然是以分為時間單位。其主要原因有兩個。

第一是傳送能力的問題。BFT采用了半雙工通信,即和電臺一樣,發信和收信是交替進行的。與發信和收信同時完成的全雙工通信相比,如果按照處理雙方向的數據來計算就需要2倍的時間。

另一個是數據流程的問題。BFT的過程是:各種裝備安裝的增強型定位報告系統(EPLRS)等發報機發出的位置信息,一旦被美國本土的計算機匯總,還要將其傳送回前線。因此,處理和通信所需時間長,衛星通信所承受的負擔重。

能夠解決此問題的是新研發的BFT2。首先是傳輸能力的增強,由半雙工通信改變為全雙工通信。尤其是不需要一個個地向本土傳送數據,并且能夠直接下載,與BFT相比,可以迅速地獲取位置信息。另外,還增強了由一線部隊實施多媒體戰術地面報告(TIGR)和地區、結構、能力、組織、民族、事件(ASCOPE)報告的功能。

BFT及BFT2用于把握友軍的位置信息,但是,就處于其上一級位置的FBCB2來說,正在推進引進JCR的計劃,配合新型程序2軟件的引進而開始裝備的計劃于2011年2月已決定下來。JCR與BFT2型的組合,可使以分為時間單位接收最新位置信息的功能改善到以秒為單位接收。其他改進之處是,提高了更精確共享信息的能力,強化了態勢認知功能。

FBCB2在最初投入實戰使用時,也發現了與其他系統相互運用方面的問題,所以謀劃了這方面的改進。即使是單方面優良的系統,僅用此系統也未必能夠發揮良好的作用,如果不能與不同系統組合起來圓滿地傳輸信息,就無法體現出真正的價值。為了良好地開展聯合作戰,美國已經決定采用美國陸軍和海軍陸戰隊共用的FBCB2和聯合作戰指揮-平臺(JBC-P)系統。

3.其他國家坦克的C4I功能

(1)“挑戰者”2坦克的情況

“挑戰者”2主戰坦克采用了由加拿大計算機設計公司生產的最新一代數字計算機,它是美國M1A1坦克的計算機的改進型。美軍在引進這種計算機時,同時引進了MIL-STD-1553B數據總線,并按照適應采用全球定位導航系統和英國數字化戰場信息管理系統(BICS)的要求作了改進。確實,C4I功能要實現與其他功能的聯合,就必須采用數據總線。

(2)法國“勒克萊爾”坦克

法國陸軍的“勒克萊爾”坦克采用了法國地面武器工業集團研制的“快速信息導航決策和報告系統”(FINDERS),出口阿拉伯聯合酋長國的車輛采用了它的改進型LBMS戰場管理系統。后者除了位置信息、戰術信息以外,還可以提供相關后勤信息。采用了通過與DigBus數據總線相連接的甚高頻PR4G電臺,實現了與其他車輛的通信。作為本車的定位系統,采用了慣性導航裝置。

由薩吉姆公司為主的合同公司為法國陸軍研制了新的戰場管理系統,即分隊級戰斗管理系統(SITEL)及其終端信息系統(SIT)。SIT不僅被“勒克萊爾”坦克采用,還配備在AMX-10、VBCI、VBL和VBL2等裝甲車輛上。“勒克萊爾”坦克采用的是SITicone,下車步兵采用的是SITCOMDE。毫無疑問,即將問世的EBRC和VBMR等新型車輛都會采用這種終端。SIT的主體是借助Windows操作的微型計算機。另外,韓國K2坦克也具備了C4I功能。

三、C4I系統領域所面臨的問題

1.硬件問題

如上所述,各國都在積極強化坦克的C4I功能。但是,這絕不是像單純地增加必要的設備那樣簡單。

(1)設置空間的問題 即使不增加C4I功能,坦克車內的空間已經不富裕,況且還有原來的彈道計算機、夜視儀等裝置。要引入C4I功能,就必須增加計算機、顯示器及其控制設備。空間的相互侵占確實不難想象,因為顯示器和控制裝置都必須安裝到易看到、易操作的地方。

(2)車內通風問題 車內設備增多了,溫度升高,造成冷卻困難。問題雖然不會像以前那樣嚴重,但是,現在計算機設備的增多所造成的溫度升高確實不容忽視,特別是在高溫地區使用的坦克,由于電子設備的增加,的確需要增強空調能力。車內的溫度過高,主要就是電子設備過多造成的。

(3)供電能力的問題 此問題同樣存在于飛機和艦艇上,如果電子設備增多了,耗電量就會增大。如果電力需求超過發電機的能力,設備的正常運轉就難以保證。

(4)人-機-環設計問題 這個問題必須通過不斷地實踐來解決。就是不斷地總結使用經驗,不斷地加以改進。

(5)坦克乘員的教育和訓練問題 士兵的素養及對計算機的熟練程度非常重要。雖然要受國情、年齡和經驗的影響,但是部隊的士兵不會操作C4I系統的可能性都是存在的。

2.軟件問題

要想通過C4I功能來有利地開展戰斗,就必須具有高的依存于C4I功能的意識,就是說,一旦失去了C4I功能,就可能出現喪失戰斗力的危險。例如,如果全球衛星定位系統受到干擾,或者測位精度下降了,那么,依據地圖的導航就會出問題。另外,其他不良情況也可能隨之發生,如:通信電路容量不足或者通信受干擾,信息就會中斷;計算機就會在交戰中出現故障或者被損壞;啟動計算機的軟件也會失靈。實際上,上述的網絡一體化套件在出現故障時進行重新啟動就非常需要時間。

鑒于這種情況,可以認為完全依賴于最新的C4I功能未必就是上策,傳統的戰術訓練仍然很關鍵。這雖然會給部隊的士兵帶來雙重的負擔,但的確沒有其他好方法。

C4I功能雖然具有不可否認的優越性,但也存在不足。因此,今后非常有必要通過不斷地試驗,不斷地發現問題,不斷地引進新的技術以逐漸改進完善。

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