俄羅斯黑海艦隊防空能力模擬分析評估
2022.05.20
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壹、新聞重點
俄羅斯黑海艦隊旗艦「莫斯科號」（Moskva）據報於2022年4月13日，在敖德薩（Odessa）附近外海遭到烏克蘭以2枚陸基「海王星」（R360 Neptune）反艦飛彈擊中。俄國海軍試圖將莫斯科號拖回港口搶俢的航程中，最終因戰損過於嚴重而沉沒。由於莫斯科號排水量達13,000噸以上，此次的莫斯科號沉沒事件，如果被烏克蘭反艦飛彈擊中屬實，則是第二次世界大戰後被擊沉的最大型軍艦。[1]本文透過量化公式估算莫斯科號的防空能力，並進一步以電腦兵棋軟體《指揮: 現代作戰》（Command: Modern Operations，以下簡稱CMO）設計簡單的場景，模擬測試莫斯科號的飽和接戰能力。
從模擬分析的結果來看，僅發射2枚次音速巡戈飛彈便得以突穿莫斯科號的三層防空系統並將其擊沉，這樣的戰果可說相當驚人。本文認為，最可能的解釋係當下出於某些因素導致莫斯科號的防空系統沒有或無法正常進行接戰。倘若俄軍未能解決這些問題，烏克蘭方面亦持續獲得陸基反艦飛彈能量的升級，現存的黑海艦隊不僅難以發揮較為積極的作戰效果，其後續存活能力亦堪慮。[2]
貳、安全意涵
一、莫斯科號防空能力的帳面數據與實際戰力有巨大落差
(一) 理論上，莫斯科號至少能反制24枚左右的飛彈飽和攻擊
對於艦船（單艘）防空能力的量化模擬分析，可以從「防空飛彈命中率」、「射控系統接戰能量」與「防空飛彈系統最大攔截次數」與幾個要素去估算，可表為如下公式:
N防空飽和接戰=P防空飛彈×Tr目標數×I次數
其中，P防空飛彈 係指艦船防空系統進行接戰後，「單發」防空飛彈命中來襲反艦飛彈之機率。由於防空飛彈攔截成功率的實際數據取得不易，一般在分析上，單發攔截率多採60%至75%左右不等計算。
Tr目標數指的是艦船防空系統的「照明雷達」（Tracking and illumination radar）一次能鎖定追蹤的來襲飛彈數量。即使某艘艦船所搭載的防空飛彈數量多達200枚，不代表該艦船的防空系統能一次處理200枚的敵反艦飛彈。除了受限於防空飛彈的發射裝置，如垂直發射系統的發射單元數量，有效防空決定因素是照明雷達一次能鎖定並接戰的敵反艦飛彈最大數量（max target illumination）。
I次數 代表艦船防空雷達發現來襲反艦飛彈後，防空飛彈能夠進行攔截（Interception）的次數。主要先透過「防空雷達最大目標偵獲距離」除以「敵反艦飛彈速度」得出來襲飛彈擊中前，艦船防空系統所剩餘的反應時間。再除以防空雷達掃描補捉目標所需時間，以及防空飛彈的發射間隔時間，最後可得出在剩餘的反應時間內，艦船的防空系統有幾次反擊的機會。其中，「防空雷達最大目標偵獲距離」受限於地球曲率的影響，必須納入艦船防空雷達高度與來襲敵飛彈高度來計算，公式如下:
莫斯科號的Voskhod MR-800防空雷達離海平面高度約35公尺，海王星反艦飛彈以離海平面僅10公尺的高度掠海來襲。依上述公式計算，莫斯科號的防空雷達的最大目標偵獲距離約為32.5公里，當海王星飛彈以0.8馬赫的速度飛行，莫斯科號只剩約119秒的反應時間。而MR-800雷達的掃描間隔約5秒1圈，須掃3次共15秒的時間才能定位來襲目標。[3]而莫斯科號防空的第一道防線係由8座8聯裝的S-300F Fort中、遠程飛彈所組成，其B-204型垂發裝置的發射間隔約3秒。由於S-300F的最大射程約92.6公里（50浬），當MR-800防空雷達於32.5公里處發現海王星飛彈時，理論上S-300F可立即接戰，故莫斯科號的中、遠程防空系統有119秒的反應時間，以及5次以上的攔截機會。而S-300F的Volna 3R41火控雷達能夠同時接戰6個空中目標，若單發攔截命中率以70%計，則S-300F至少可成功反制飽和攻擊來襲飛彈的數量約為5×6×0.7=21枚。
莫斯科號防空的第二道防線則是由2座雙聯座9K33_Osa近程飛彈所組成，其雙臀旋轉發射架的發射間隔亦約3秒。由於9K33_Osa的最大射程約14.8公里（8浬），面對突破第一道防線的海王星飛彈，該系統總共只有約55秒的反應時間。扣除MR-800防空雷達每次定位目標的15秒時間，以及3秒發射間隔，9K33_Osa飛彈僅有約3次的攔截機會。2座MPZ-301型火控雷達總共可同時接戰2個空中目標。若單發攔截命中率以70%計，則9K33_Osa飛彈可成功反制飽和攻擊來襲飛彈的數量約為3×2×0.7=4.2枚。
突破防空飛彈攔截的海王星飛彈，將面臨由6座AK-630M近迫武器系統（close-in weapons systems，CIWS）所組成的最後一道防線。由於最大射程約1.85公里，此時的AK-630M僅有約6.8秒的反應時間，只能作到1次的攔截。6座AK-630M分別由 3部MR-123 Vympel 火控雷達指揮，故最大可同時攻擊目標數為3個。若攔截命中率以80%計，則AK-630M可成功反制飽和攻擊來襲飛彈的數量約為1×3×0.8=2.4枚。
經初步的綜合估算，莫斯科號三道防線理論上可以反制的飽和攻擊量約為21+4.2+2.4=27.6枚反艦飛彈，多於目前烏克蘭實際上所能齊射的海王星反艦飛彈數目（24枚）。[4]
本文透過CMO電腦兵棋軟體進行模擬，作戰想定為莫斯科號在敖德薩外海120公里處巡航，烏克蘭方面則擁有6輛飛彈發射車對莫斯科號從不同方向進行24枚齊射打擊，搭配一架在黑海上空偵搜並充當誘餌的TB2無人機，並有一架美軍P-8海上巡邏機協助增加目獲能力。[5]經過30次的模擬測試，僅4次出現反艦飛彈突穿防線命中莫斯科號的現象，且每次只命中一枚（見附圖1）。[6]不論是初步理論估算的27.6枚，亦或模擬軟體驗證烏軍飛彈部隊實際最大齊射能量的24枚，都遠超過日前所傳聞烏軍發射的2至4枚數量。部份分析從事後的衛星圖照推斷，莫斯科號的9K33_Osa近程飛彈處於未進行接戰的狀態，認為這是造成莫斯科號被海王星飛彈命中的原因之一。本文此處設計第二個想定場景，將 9K33_Osa飛彈與AK-630M近迫系統及其所搭配的火控雷達移除，模擬莫斯科號僅以S-300F防空飛彈反制4枚從兩個方位來襲的海王星飛彈。經過30次的模擬測試，莫斯科號仍可完全壓制敵目標，4枚海王星飛彈甚至沒有機會進入開啟主動尋標器的最後距離（約7.4公里），就全數被擊落。
(二) 防空系統未能正常接戰或是莫斯科號被擊沉的主因
簡言之，即使甫成軍不久的烏克蘭反艦飛彈部隊已經有能力對莫斯科號進行飽和攻擊，從前述的理論估算與模擬測試分析結果來看，如果防空系統正常運作，莫斯科號巡洋艦至少有能力應對24枚左右飛彈的齊射攻擊。也因此，此次烏克蘭以2至4枚反艦飛彈便擊沉莫斯科號的成果是非常驚人，更說明了莫斯科號防空系統的帳面諸元數據與實際表現出來的戰力有巨大的落差。部份分析將焦點放在俄軍損管能力低下，導致僅命中2枚飛彈便足以造成萬噸級的莫斯科號沉沒。然而，如果莫斯科號的防空系統能正常運作，擊落來襲的反艦飛彈，便不會有後續損管的需求。因此，問題的癥結點恐在於，莫斯科號的三層防空系統是否有進入正常接戰程序。
美軍提供莫斯科號所在位置的情資，是讓烏軍飛彈部隊有確切目標可以進行打擊，與莫斯科號的防空系統是否運作沒有直接關聯，除非有更進一步的消息證明美軍對莫斯科號進行電戰干擾，致使艦船防空系統癱瘓。至於海象不佳所產生的海浪回波，導致莫斯科號的雷達無法偵獲來襲的飛彈的論點，則是忽略了一個事實，海王星這類巡弋飛彈通常以10公尺甚至更低的高度掠海飛行，海象對於來襲飛彈的打擊效力同樣會產生影響。因此，莫斯科號的防空系統無法入正常接戰程序，恐怕與俄軍自身的問題關係更大。或許莫斯科號因為預算問題，導致艦上的武器系統妥善率偏低，作戰時難以正常發揮。
當然亦可能與非硬體數據的「軟因素」，例如士氣、部隊訓練度、指管體系流程、戰場指揮官的領導統御與決策素質等有關。特別是從戰爭爆發開始，烏軍便數次試圖將俄軍艦船引誘至近海位置進行打擊，3月24日在亞速海的別爾江斯克港附近擊沉了一艘登陸艦，並造成連帶兩艘海軍艦艇受損。莫斯科號被攻擊的前一天，俄軍的「埃森上將號」護衛艦才在克里米亞外海擊落一架進行偵察任務的烏軍TB2無人機。[7]然而，這些「警訊」似乎並未影響黑海艦隊司令部對莫斯科號的航線與任務進行調整。莫斯克號仍然定期往返克島與敖德薩附近海域，進行威懾與區域防空的任務。[8]如此輕忽的態度代表俄軍指揮官並不認為烏軍有能力對莫斯科號進行打擊，亦可合理懷疑莫斯科號在當下處於經常性巡弋狀態，而非備戰狀態，對飛彈來襲措手不及。
二、再強大的單一武器載台也抵不過體系作戰的打擊
由於烏克蘭方面自行鑿沉作為旗艦的「風暴海燕級」巡防艦 (The Krivak class )，以防為俄軍所獲，配備有16枚P-500玄武岩反艦飛彈的莫斯科號巡洋艦在黑海基本上沒有水面作戰的對手。自新一波俄烏戰爭爆發以下來，莫斯科號便利用其100枚以上防空飛彈的酬載能量，定期往返於敖德薩附近海域和克里米亞母港，執行對烏克蘭南部海域封鎖任務，並為該地區其他俄軍提供防空掩護。
然而，即便缺乏可用的水面船艦，烏克蘭的機動反艦飛彈部隊，透過無人機與友盟偵察機的協助，仍然可以極小的代價，對俄國黑海艦隊造成沉重的打擊。這說明了再強大的作戰載台，也無法應對體系協同作戰的打擊。
因此，倘若俄軍有其它部隊與莫斯科號進行密切的相互支援，應不至於落到被2枚次音速飛彈擊沉的命運。筆者透過CMO電腦兵棋軟體測試莫斯科號在友軍的協助下進行防空反制的效果。此處場景設計同樣將莫斯科號9K33_Osa飛彈與AK-630M近迫系統移除，模擬莫斯科號必須分散防空能量以應對TB2無人機的效果。但俄軍分別獲得1艘「格里戈洛維奇海軍上將級」(The Admiral Grigorovich class)巡防艦以及1艘「風暴海燕級」巡防艦，與莫斯科號組成區域防空，並搭配一架從克里米亞半島起飛巡航的A-50空中預警機提供遠程目獲能力。由於A-50的雷達對地搜索距離約462公里（250浬）、對空搜索距離約647公里（350浬），烏軍的海王星飛彈一發射，便為A-50偵獲（附圖2）。相較於缺乏空中預警，莫斯科號只能在約32公里處偵獲反艦飛彈來襲的訊號（見附圖3、4），透過A-50的協助，以莫斯科號為首的艦隊至少多了3倍的反應時間，得以提前進行高速轉向脫離，並開啟電戰干擾。30次的模擬結果顯示，即使防空能量被削弱，在空中預警與其它船艦聯合防空之下，莫斯科號仍可反制24枚飽和攻擊，僅出現1次突穿命中的事件（附圖5）。
參、趨勢研判
一、獲得反艦飛彈外援的烏克蘭有重創整個黑海艦隊的能力
莫斯科號被擊沉後，目前黑海艦隊的主力為滿載5400噸級的「格里戈洛維奇海軍上將級」巡防艦，其防空主要為24枚射程約30公里的9K37 「山毛櫸」（Buk）中程防空飛彈，遠遠比不上搭載100枚以上防空飛彈，包括射程達90公里的S-300F遠程飛彈的莫斯科號。目前俄海軍尚存兩艘「基洛夫級」核動力飛彈巡洋艦與兩艘「光榮級」巡洋艦，惟從其它艦隊調派至黑海艦隊的可能性不高。目前看來最有可能作為黑海艦隊旗艦的替代選項，唯有正在建造的「戈爾什科夫海軍元帥級」巡防艦（The Admiral Gorshkov class frigate）。然而，在新巡防艦部署至黑海艦隊之前，俄羅斯黑海艦隊所剩艦船上的飛彈垂直發射系統能量，只剩128個發射單元。[9]美軍一艘提康德羅加級巡洋艦所擁有的垂發數量就能抵得上一整個黑海艦隊的垂直發射單元。
以黑海艦隊所剩的飛彈發射能量來看，倘若烏克蘭獲得魚叉飛彈等陸基反艦飛彈的援助，以及來自美國與北約的目獲情資分享，烏克蘭方面有機會創下在沒有主要水面作戰艦船的條件下，重創甚至全殲黑海艦隊主力水面船艦。
二、黑海艦隊被迫「海軍要塞化」
黑海艦隊在俄羅斯海軍四大艦隊中的實力並非最強，相較於北方艦隊與太平洋艦隊等，在獲得資源的優先性順位較後段。因此，在作為門面的旗艦「莫斯科號」被擊沉後，黑海艦隊無可避免將採取類似「要塞艦隊」（fortress fleet）的守勢作為。也就是雖然還可以對黑海水域產生一定的控制力，但本身實力不足於進行遠洋作戰，僅能在陸基要塞的火力覆蓋範圍下，例如岸防炮或「棱堡岸基反艦系統」（K-300P），在近海範圍作戰。這可從莫斯科號被擊沉後，俄黑海艦隊剩餘水面艦盡可能遠離敖德薩附近海域，並由潛艦發射3M-54「口徑」（Kalibr）巡弋飛彈打擊烏軍地面目標的作戰調整看出端倪。
附圖1、莫斯科號攔擊反艦飛彈飽和攻擊
資料來源：謝沛學截取自電腦模擬畫面。
附圖2、莫斯科號艦隊在A-50協助下提前獲得敵來襲目標訊息
資料來源：謝沛學截取自電腦模擬畫面。
附圖3、缺乏額外目獲支援，嚴重壓縮莫斯科號目獲能力 (俄軍視角)
資料來源：謝沛學截取自電腦模擬畫面。
附圖4、缺乏額外目獲支援，嚴重壓縮莫斯科號目獲能力 (烏軍視角)
資料來源：謝沛學截取自電腦模擬畫面。
附圖5、莫斯科號艦隊進行聯合防空作戰
資料來源：謝沛學截取自電腦模擬畫面。
[1] “Russia Now Says 1 Crew Member Died, 27 Are Missing in the Sinking of Its Warship,” NPR, April 22, 2022, https://www.npr.org/2022/04/15/1093026912/russian-moskva-warship-sunk-ukraine.
[2] CMO的軍用專業版獲得包括美國陸、海、空三軍與陸戰隊、美國海軍研究所、英國皇家空軍、英國皇家國防科學與科技實驗室（Defense Science and Technology Laboratory, DSTL）、德國聯邦國防軍空軍等軍事單位，以及波音、洛克希德馬汀、英國航太等國防產業大廠的青睞，選為軍事訓練與分析的模擬軟體。
[3] 由於俄系電子設備的性能諸元公開情資較難以獲得，本文透過同時期的美系裝備諸元來類推。同樣是1970年代技術的AN/SPS-48 3D Search Radar，其掃描間隔為4秒1圈，定位來襲目標須轉3圈約12秒。而一般公認俄系電子設備水準遠落後於美系設備，故本文設定Voskhod MR-800雷達5秒1圈的間隔，應屬合理。
[4] 從目前的公開情資來判斷，一個海王星飛彈旅有6輛USPU-360發射車，每輛裝備有4個飛彈發射管，倘若烏軍飛彈部隊裝備的妥善率為100%，每波最大的齊射量為24枚。
[5] 由於CMO軟體最新版的資料庫DB3000 v493目前尚未有海王星反艦飛彈，因此本文的模擬測試以海王星飛彈的前身Kh-35 Uran (北約代號: SS-N-25 Switchblade)反艦飛彈替代。
[6] 對於模擬分析結果的平均值，樣本次數越多，結果越精準，故一般的模擬分析多以進行300次蒙地卡羅隨機模擬取得; 惟樣本數達30次，其平均數便會趨近於常態分配，故本文的模擬皆以30次分析為準。
[7] “Russian Frigate Admiral Essen Destroys Ukrainian Bayraktar TB2 UAV,” Naval Recognition. April 12, 2022. https://www.navyrecognition.com/index.php/naval-news/naval-news-archive/2022/april/11611-russian-frigate-admiral-essen-destroys-ukrainian-bayraktar-tb2-uav.html.
[8] H.I. Sutton, “Russia’s Most Powerful Warship In The Black Sea Is Operating In A Pattern,” Naval News, April 07, 2022. https://www.navalnews.com/naval-news/2022/04/russias-most-powerful-warship-in-the-black-sea-is-operating-in-a-pattern/.
[9] 3艘Admiral Grigorovich-class frigate的垂發單元數量為3*（24+8）=96; 4艘「暴徒級小型飛彈艦」（Buyan-class corvette） 的垂發單元數量為4*8=32。