飛彈海戰的基本模型

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acetw  於 2002/08/21 00:24
飛彈海戰的基本模型

###飛彈海戰的基本模型###

前言:這篇文章是小弟一年前寫的,沒有在這裡貼過。文章的資
料來源是Wayne Hughes著Fleet Tactics and Coastal Combat。
三年前在”設計”台灣未來的corvette時,曾經思考很長很長的
一段時間(差不多半年,當休閒活動),後來設計出來了才發現
這本書,也因而做了一些修正。那是一本很棒的書,要思考未來
戰爭趨勢都可以翻翻它做參考(作者花了很大的篇幅在討論趨勢
問題)。另外,之前和flak兄的戰車和艦隊防禦的討論也可以看
這本書(不然只看這篇也可以^^)

##前言##

這篇文章主要是要推導現代海戰的一個基本的數量化模型(其實
也就只有加減乘除而已…),由此再分析一下趨勢和台海情勢,
順便推銷一下小弟的acetws FSG(又來了…)

##飛彈海戰的事實##

曾經有學者研究自1967年至1992年,222枚反艦飛彈的攻擊,其
結果大致如下:
*對抗無防衛的船隻(大部分是商船),63枚飛彈中有57.5枚命中
,命中率是0.913
*對抗有防衛,但是來不及開動任何軟硬殺措施的船(如史塔克、
雪菲爾),38枚中有26枚命中,命中率是0.684
*對抗有防衛的船,防衛措施也及時運作的船,121枚飛彈中只有
32枚命中,命中率是0.264

這個結果告訴我們什麼呢?

一,同樣沒有採取防衛,軍艦比一般船隻的被命中率要低上兩成
,這裡可以有兩種解釋:軍艦多半較小、較快,而反艦飛彈其實
沒有一般想像中那麼好用,miss的機率不小,也難怪魚叉飛彈後
期型要發展超過兩百公里的射程和重複攻擊的能力;另一個理由
是攻擊者在攻擊軍艦時多半較為保守,使得飛彈的有效度下降。

二,如果考慮到對抗已採取防衛措施的船,有些飛彈事實上是根
本找不到目標而不是被防衛系統擊敗,我們可以求得實際上飛彈
穿過防衛系統的機率大約是每三枚就有一枚(當然,基本上這個
結果還得進一步分析,因為這結果對於巡防艦以下的軍艦可能比
較適用,我們稍後會再做分析。)

三,在這份研究中並沒有發現主動點防衛系統為任何一次成功
攔截的主要因素,因為在每一次成功攔截中電戰系統都已啟動,
這暗示了電戰系統是比較重要的近迫防衛措施。

##基本模型##

首先,我們假定交戰的兩方分別是A和B,艦隊均為均勻組成,雙
方分別由以下的參數來規範:

*抗擊力(Staying Power,SP)─指的是承受敵人火力而導至退
出戰鬥(Out Of Action,OOA)的火力量,一般多半以飛魚飛
彈作當量,因為有大量統計資料。值得注意的是,船艦的抗擊
力和噸位的三次根號成正比,也就是說一般而言一艘8000噸船
的SP是1000噸船的兩倍
*齊射規模(Salvo Size,SZ)─指的是一次可發射的飛彈量,如
成功級上有八枚雄二,SZ=8
*防禦力(Defensive Power,DP)─指的是同一時間藉軟硬殺手
段阻止飛彈命中的能力,如能同時應付三枚反艦飛彈,DP=3

由以上三項所構成的齊射方程式為:

△B=(SZa*A-DPb*B) / SPb
△A=(SZb*B-DPa*A) / SPa

以上兩式的意思是說”造成最可能敵方OOA的數量,在火力均勻分
佈的情況下,等於己方攻擊火力減掉敵方防禦火力之差,除以敵
方單艦之抗擊力”。

【EXAMPLE 1】
A=4
SZ=4,DP=2,SP=2
B=8
SZ=2,DP=1,SP=1

由齊射方程式可得
△B =(SZa*A-DPb*B) / SPb =(4*4-1*8)/1 =8 OOA
△A =(SZb*B-DPa*A) / SPa =(2*8-2*4)/2 =4 OOA

因此我們可知,雙方均有能力在不犯錯的情況下,發動第一擊摧毀
對方,傳統用於分析艦隊炮戰的蘭徹斯特平方律不適用齊射模式,
數量小的一方是有可能戰勝的。然而,這個例子也告訴我們一件事
:面對一支數量倍於我方的艦隊,我方船艦的SZ、DP、SP”均”必
須倍於敵方才能抗衡,以將戰鬥可能發生錯誤的影響壓到最小。而
要將SZ、DP、SP全部放大一倍,代價是相當可觀的,比方說SP放大
一倍,船的噸位就會是原來的八倍。因此,數量就是優勢,這句老
話在海軍作戰中仍然成立。

##模型與策略##

艦隊作戰,不論用什麼戰術,不外乎三種方式:

*密集攻擊─全艦隊集中於一地,同時向敵人發動攻擊,這種情況下
艦隊也可享有密集防禦的好處
*疏散攻擊─全艦隊分散於多處,同時向敵人發動攻擊,這種情況下
艦隊的一部固然較易被摧毀,但可避免艦隊一次被摧毀太多數量
*序列攻擊─全艦隊分散於多處,順序向敵人發動攻擊,這種情況下
攻擊和防禦敵人的能力都是最弱的,甚至是偵查能力,然而這麼作
的好處在於,當對方攻擊我方先攻擊的誘餌時,其餘的部隊便可偵
知對方的位置,發動攻擊(WWII時日本人常用後面兩種…)

我們來看以下的例子。

【EXAMPLE 2】
A=4
SZ=8,DP=4,SP=2
B=16
SZ=8,DP=3,SP=2

由齊射方程式可得
△B =(SZa*A-DPb*B) / SPb =(8*4-3*16)/2 =-8 OOA
△A =(SZb*B-DPa*A) / SPa =(8*16-4*4)/2 =51 OOA

因此可知,除非A方的攻擊集中在B的一部,否則產生任何戰果的可能
極小,而B方的火力足以殲滅A十二次以上。在這種情況下,A的最佳
戰術是採取疏散攻擊,並期望B的第一擊或反擊只會攻擊其一部分。
那麼,A的攻擊大概應該如何計劃呢?我們可以代入方程式,令△B=B
,也就是算出應該集中攻擊多少艘B方船艦才會有最大戰果,答案是
6艘。那麼B方應該如何計劃呢?B方的指揮官知道對方可能可以產生
的理論戰果是6艘,於是乎他可以將它的艦隊分成兩群:B1是11艘,
B2是5艘。由於B方的指揮官必須要奪取制海權,因此他必須要冒點險
,僅管B2可能被全殲,但相對的來說,找到A並殲滅的機會也上昇了
,而就算A突襲成功,最可能的最大損失由6降至5,事實上,這算是
一種序列攻擊的戰術。

這裡要說明一件事,那就是這裡列出的數字都只是”最可能”的答
案而已,而不是戰爭預測的結果,A方發射32枚飛彈全殲B方的可能性
也是存在的,只是機率不大罷了

##進階模型##

前面例子的情況都是在完美的情況下來分析,但是現實世界中存在更
多的變數,比方說飛彈打出去基於各種理由會找不到目標,防禦方的
系統會基於各種理由減低或喪失效力,因此我們要定義兩個新的參數:

*標定效能(Targeting Effectiveness,TE)─指的是飛彈射出去後
找得到目標的機率,數值介於零至一,目標在射程外為零,完全看
不到目標也是零,一指的是目標在良好追蹤下,飛彈射得到也看得
到的情況。由前面飛彈海戰的事實可知,歷史上這個數字的平均低
於0.7。
*防禦警戒度(Defender Alertness,DA)─指的是飛彈來襲時的各種
主客觀因素影響防禦效能的程度,數值介於零至一

於是,齊射方程式變成如下:

△B=(TEa*SZa*A-DAb*DPb*B) / SPb
△A=(TEb*SZb*B-DAa*DPa*A) / SPa

於是乎,以下又有得討論了(好像這才應該算主題才對^^)

【EXAMPLE 3】
T艦隊由四艘CK級組成,CK級的性能諸元如下:
TE=0.75,SZ=8,DP=4,SP=1.5
四艘一同作業時,DA約0.75
CC艦隊由十二艘JWII級所組成,JWII級的性能諸元如下:
TE=0.75,SZ=8,DP=1.3,SP=1
十二艘一同作業時,DA約0.6

則△CC=(0.75*8*4-0.6*1.3*12) / 1 =14.64
△T=(0.75*8*12-0.75*4*4) / 1.3 =46.2

由此可知,就算T艦隊先發動攻擊,也只是剛好把對方全幹掉,如果
還有個什麼損傷的話那就根本不夠了,相反地,CC艦隊可容忍的範圍
大多了,相對地,也就有更大的戰術空間。

那麼,T艦隊可以往那個方向發展來彌補劣勢呢?
比方說可以引進SM2防空飛彈對付對方的直昇機,可將第一擊保留在
己方手上,或至少壓低對方的TE至0.25以下;而資料鏈的引進也可
提昇DA值;當然,最好再加裝TC2防空飛彈,並改良雷達,使DP能提
昇到9以上,如此一來

△T=(0.25*8*12-0.9*7*4) / 1.3 =-0.92

從這個例子我們可以知道,提昇反飛彈能力很重要,具有長程防空
能力也不可或缺,事實上可能還重要得多,當然,如果有長程反幅射
飛彈就更好了。劣勢海軍第一重要的就是壓低對方的攻擊能力。

【EXAMPLE 4】
T艦隊終於採購了新玩具─A-FSG,它基本上是一艘900噸級的匿蹤飛彈
艦,有十六枚TC2飛彈和32枚HF4輕型光纖導引反艦飛彈。它能夠極度接
近CC艦隊而不被發現,使得其TE=1,也就是幾乎不會出現漏失目標的情
況,則△CCmax=(1*32*1-1*2*C) / 2(對HF4的DA=1,DP=2,SP=2),
△CCmax=C,可求得△CCmax=8!

這說明了什麼呢?首先,匿蹤確實是戰力的乘數器!它可以削弱對方
攻擊的威力,也可以增強己方攻擊的威力,更有利於戰術的彈性。一
支由二至三艘A-FSG組成的戰隊足以徹底摧毀CC艦隊,尤其是CC占有
數量優勢,很可能先行派出大量快艇作序列攻擊,A-FSG戰隊可以選
擇打支隊或穿過CC的偵查打本隊。當然,如果網路化的程度夠的話也
可以選擇和大型防空艦合起來作密集防禦。另外,如果A-FSG不配備
HF4而改配備超音速衝壓反艦飛彈呢?當然它會同樣的驚人,△CCmax
同樣可以達到8,然而,它除了可能會有一些HF4沒有的優點外也會有
些缺點,其中一個缺點是,面對CC艦隊可能派出大量快艇打頭陣的戰
術,用衝壓飛彈可能會有火力不足的問題…


NO:756_1
roger011  於 2002/08/21 01:20
Re:飛彈海戰的基本模型

>曾經有學者研究自1967年至1992年,222枚反艦飛彈的攻擊,其
>結果大致如下:
>*對抗無防衛的船隻(大部分是商船),63枚飛彈中有57.5枚命中
>,命中率是0.913
>*對抗有防衛,但是來不及開動任何軟硬殺措施的船(如史塔克、
>雪菲爾),38枚中有26枚命中,命中率是0.684
>*對抗有防衛的船,防衛措施也及時運作的船,121枚飛彈中只有
>32枚命中,命中率是0.264
向您請教一下,不知道這裡的統計是否有將飛彈本身可靠性的問題納入?
就是有沒有把像因本身燃料耗盡,故障,失效,彈頭未爆,操作失當等非防禦方導致的飛彈失效算進去?

NO:756_2
acetw  於 2002/08/21 01:25
Re:飛彈海戰的基本模型

應該是有,它只是統計資料而已。不過嘛…也要說明的是,裡面非常多是伊拉克人的飛魚飛彈的戰績,資料豐富嘛!^^

NO:756_3
roger011  於 2002/08/21 02:30
Re:飛彈海戰的基本模型

>應該是有,它只是統計資料而已。不過嘛…也要說明的是,裡面非常多是伊拉克人的飛魚
>飛彈的戰績,資料豐富嘛!^^
就是84-87年間伊拉克對波斯灣那票倒楣商船取得的戰績?不過小弟一直對以這種在非宣戰狀態下無預警的攻擊第三國無抵抗力商船的這種戰果來評估反艦飛彈能力有多少價值相當懷疑,恐怕不能顯示出反艦飛彈的特性,這對船隻損害評估的分析與對普通高爆炸彈或恐怖份子炸藥造成的傷害間有什麼差別?完全看不出飛彈的獨特賣點嘛!商船又沒有有效的真蒐系統,拿飛機丟其他反艦武器攻擊看來效果也差不多:P

NO:756_4
acetw  於 2002/08/21 08:43
Re:飛彈海戰的基本模型

它不是有分為三類嗎?商船大概都屬於第一類吧!也只有0.913而已,還不到0.92,這才是重點。

NO:756_5
flak  於 2002/08/21 14:30
Re:飛彈海戰的基本模型

防空艦的戰術是比較偏向序列攻擊。因為防空哨戒艦就是先挨揍,再還擊,以爭取主力反擊的時間。就像是這段所講的一樣:
>因此他必須要冒點險,僅管B2可能被全殲,但相對的來說,找到A並殲滅的機會也上昇了
>,而就算A突襲成功,最可能的最大損失由6降至5,事實上,這算是一種序列攻擊的戰術。
為什麼呢?因為航艦戰鬥群中最重要的是航艦,所以不是將損失由六降至五而已,而是保住了一艘航艦。
英阿福島戰役就是很好的例子,雪菲爾號當時與其它兩艦擔任的就是哨戒任務。所以它第一個被犧牲,但航艦卻有足夠的時間採取反應。


NO:756_6
acetw  於 2002/08/21 18:15
Re:飛彈海戰的基本模型

嗯…前陣子有則新聞很好玩,8/1自由時報的,未來十年的軍購項目有一項是”獵戶號電戰機約一百二十五億元”,應該指的是EP-3。當年老美海軍為了對抗老俄的轟炸機,為了怕來不及攔截(預警機的監視範圍不夠大),所以用ES-3以電子監聽來做早期預警。現在同樣的歷史又在台灣上演了…

NO:756_7
九流的ㄚ易  於 2002/08/22 01:55
Re:飛彈海戰的基本模型

當年老美海軍為了對抗老俄的轟炸機,為了怕來不及攔截

台灣海峽才130公里寬
老大你以為是大西洋嗎??


NO:756_8
九流的ㄚ易  於 2002/08/22 02:04
Re:飛彈海戰的基本模型

又 中華人民共和國有什麼機種可以逃過E-2T的鷹眼??

NO:756_9
九流的ㄚ易  於 2002/08/22 02:17
Re:飛彈海戰的基本模型

別誤會 但是我覺得對岸還不到邪惡帝國的水準

NO:756_10
guest  於 2002/08/22 08:44
Re:飛彈海戰的基本模型

>嗯…前陣子有則新聞很好玩,8/1自由時報的,未來十年的軍購項目有一項是”獵戶號電戰機約一百二十五億元”,應該指的是EP-3。當年老美海軍為了對抗老俄的轟炸機,為了怕來不及攔截(預警機的監視範圍不夠大),所以用ES-3以電子監聽來做早期預警。現在同樣的歷史又在台灣上演了…

那只是那個記者搞不清楚啥是電戰機


NO:756_11
acetw  於 2002/08/22 09:22
Re:飛彈海戰的基本模型

>別誤會 但是我覺得對岸還不到邪惡帝國的水準

台灣作戰的地點也不會只在台灣海峽。就算是在台灣也一樣,預警不是萬能的,還是有一堆方法可以突破。


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