海王之爭|未來的海洋屬於誰?起底中國航母萬億產業鏈|撲克財經

文 | 馬也

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海王之爭|未來的海洋屬於誰?起底中國航母萬億產業鏈|撲克財經

航空母艦,一個令每一箇中國軍迷魂牽夢縈的名詞語。

面對這個名詞,是每一個關心這個國家的人繞不開的選項。它賦予了我們這個在近代史上遭受過無數苦難的民族太多的感情色彩,有希望,有遺憾,有歡喜,也有屈辱。從開國的先賢在天安門城樓上宣佈這個國家站起來到現在,雖然我們擁有了一支從未在陸地上被擊敗過的陸軍,但是,一支強大的海軍,是數十年來無數中國軍工人的痛。

1996年臺海危機的時候,為了干涉我國武力完成統一,美國直接派出了獨立號和尼米茲號航母進入臺灣海峽,從萬里之外的波斯灣奔赴過來的“獨立號”,更是充滿了挑釁的意味。是的,在當時的情況下,有間諜案等各種因素,但是兩支航母艦隊無疑是一個重要的軍事考量因素。

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自1949年來,我們從來沒有再讓任何一個外國侵略者踏上過我們的土地,但面對著廣闊的海洋,當時的我們還沒有足夠實力去維護我們應該有的利益。這個世界的利益爭執,爭到最後,本質上都必須靠強大的武力作為後盾。當時的屈辱,直接導致了1996年之後中國軍工行業和整個軍隊的改革。

以航空母艦為核心的大洋艦隊和高性能的戰鬥機,成為了此後數十年的軍工發展重心。

航母和現代戰機這兩個領域,每一個都可以拿出來單獨成為工業領域的王冠。它們包含了對材料學、工藝學、設計學、動力學、流體力學等一大批先進學科和工業部門的極端高標準的要求。在這個世界上能獨立建造航母的國家,目前一隻手都可以數得過來。

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只有偉大的國家,能建造它

以中國的第一艘航母遼寧艦為例,遼寧艦的前身,是前蘇聯庫茲涅佐夫級的第二艘。

1993年,俄總理切爾諾梅爾金、海軍總司令格羅莫夫在時任烏克蘭總篺理庫奇馬的陪同下來到黑海造船廠,探討把“瓦良格”號建造完畢並移交給俄海軍的可能性。

烏克蘭要求俄方支付全部造價,可是俄方認為只需支付當初蘇聯政府未付的30%貨款,雙方鬧得不可開交。

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目睹這一切的黑海造船廠廠長馬卡羅夫有失禮貌地插話說:“‘瓦良格’號不可能完工了!”大家問道:“為了讓航母完工,工廠需要什麼?”

馬卡羅夫回答道:“為了建成它,我需要蘇聯,蘇聯計劃經濟委員會,國防工業委員會,委員會下屬的9個部委,600個相關專業,8000個配套企業......總之,建造它,需要一個強大的國家。而這個偉大的國家已經不復存在了。”

2000年6月14日,香港創律公司僱傭的荷蘭拖船將已拆卸一空的“瓦良格”號拖往遙遠的東方。身患重病的馬卡羅夫坐在距船廠15公里外的別墅邊,遙望“瓦良格”號,淚流滿面。兩年後,馬卡羅夫在鬱郁中走向生命終點。

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是的,蘇聯已經不在了,如果說這個世界上還有有哪個足以稱之為“偉大”的國家有能力實現這艘航母未完成的使命,那就是當時在萬里之外的東方了。

在“瓦良格”號歷經千辛,輾轉萬里的十二年後,2012年9月23日,它終於以“遼寧號”的名字重生並在大連舉行交船儀式,當天16點40分,艦橋桅杆升起五星紅旗,艦首升起八一軍旗,艦尾升起海軍旗,17點20分,交船儀式完成。9月25日,中國第一艘航空母艦“遼寧艦”由中國船舶重工集團公司在大連造船廠正式交付海軍。

此時離中國的“航母之父”劉華清上將逝世,已經過去了一週年。

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《現代艦船》特別為他製作了《劉華清與中國航母的發展之路》專題,其中就引用了劉華清的一句話:“如果中國沒有航空母艦,我死不瞑目;中國海軍必須建造航母。”

隨著我國第一艘真正從第一塊鋼板就開始自行建造的001A航母在大連造船廠正在完成下水前最後的工序,我們終於可以在不遠的將來告慰劉華清上將了。

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航母之路,一條停不下的征途

航空母艦,它不同於任何其它一艘海軍的作戰艦艇。

它代表的的是一個國家的毅力、雄心和壯志。

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從我國開始切割第一塊鋼板開始,就意味著我們已經正式向全世界宣告,我們要重新回到這個世界的中心,我們會重新拿回屬於我們的榮光和輝煌。

因為每一艘航母背後,是數百個產業,數千個相關企業,數萬個周邊配套設施,數十萬的技能工人隊伍。一旦中途中斷,想再重建這樣一個龐大的工業體系和人員隊伍,幾乎是一件不可能的事。這也意味著要維持這數百個產業,數千個相關企業,數萬數十萬的技術人員,從第一條航母下水開始,就註定要不斷建造更多。

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而隨著航母母艦數量從一艘到兩艘,到三艘,到四艘,到五艘,六艘……中國海軍的實力,必定從今天的中國沿岸,到臺灣海峽,到第一島鏈,到第二島鏈,到印度洋,到波斯灣……早晚有一天,我們會在佛羅里達外海,去向全世界宣告屬於我們的航行自由。

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按照目前可以知道的中國航母規劃,今年上半年下水的001A號,將是沿襲蘇聯庫茲涅佐夫級的中型航母;而002和003號,將是排水量達到8.5萬噸,類似美國“小鷹”級的大型航母;003號之後,會是對標美國尼米茲和福特級,排水量達到10萬噸以上的超級航母。

參考美國的航母建造和使用,我們可以從中一窺中國航母的未來。

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一艘航母全壽命內各項費用包括建造費、中期改裝費、直接與間接使用維護費、退役處置費等多個部分。而航母周邊,包括了一系列的護衛艦艇和艦載戰鬥機、直升機。

據英國《簡氏防務週刊》推算,一艘美國“尼米茲”級核動力航母的建造費用約為50億美元,算上配屬艦艇、艦載機及日常開支、訓練、消耗等費用,從服役到退役,一艘核動力航母總成本約330億美元。按航母服役30年計,年均維護市場規模達9.3億美元;按服役50年計,年均維護市場規模達5.6個億。

由於核動力航母比蒸汽常規動力航母噸位更大、且需要更專門的供應基地與供應商,因此在各項花費基數上要高於常規動力。剛剛下水的美國“福特”號航母單造價就比“尼米茲”級高出3倍(約120億美元)其最終的全壽命週期費用預計將超過2500億美元。

航母建造費:

指一艘航空母艦投入生產建造開始,一直到入列服役為止的全部費用,航母建造涉及鋼板、材料、切割焊接、舾裝與系統等自制件加工和安裝、動力裝置、電力電氣裝置、武器系統安裝、油漆、線纜鋪設等極其繁雜的環節,耗資可達百億甚至千億級。美國CVN78福特級航母建造耗資相當於一座城市建造費用。

中期改裝費:

航母建成後一般擁有50年左右的漫長服役期,期間都要進行一定程度上的中期現代化大修,包括常規動力航母的艦體、動力裝置檢修、系統改進和現代化改裝,以及核動力航母核反應芯更換等。參照美國常規動力航母(肯尼迪級)中期現代化改裝費約佔全壽命費用的5%,核動力航母(尼米茲級)約佔11%。

美國航母50年全壽命期費用比較(單位:億美元)

直接與間接使用:一艘航母編制人員多達千人,運營期間將支付大量的人員工資、礦物燃料消耗與基地維護等使用費用。歷史數據表明,蒸汽動力航母每年可消耗50萬桶燃料,即全壽命內2500萬桶;

核動力航母消耗核燃料堆芯,用盡報廢,因此費用計入建造成本中,直接使用費佔比減少。間接費用一般包括人員福利、獎金等。參照美國兩種動力裝置航母,常規級直接使用費約佔總壽命費用的75%,間接費佔5%;核動力級直接使用費約佔總壽命費用的53%,間接費佔14%。

全壽命內航母直接和間接使用和保障費(單位:億美元)

退役處置費:包括核動力航母的核廢料貯存,以及常規動力航母從退役後的後備役艦隊拆解出售等系列費用。參照美國常規動力航母退役處置費約佔全壽命費用的0.4%,核動力航母約佔4%。

美國小鷹級常規動力航母全壽命期內各項費用佔比預測

美國尼米茲級核動力航母全壽命期內各項費用佔比預測

即使按照保守的估計,未來10年只建造3艘航母,那麼對於每艘航母來說,單是一艘就會拉動規模近千億元的建造市場,全壽命市場規模很可能突破5000億元。

配套水面艦艇和艦載機

2013年11月遼寧號開赴南海訓練時首次展出航母編隊包括:航空母艦1艘、驅逐艦3艘(052C型1艘、051B型2艘);護衛艦3艘(054A型)各型艦艇共7艘。後又配置綜合補給船和核潛艇配置各2艘,搭載艦載機24架。

將來的中國航母編隊中少不了055型艦做主力

參照美國一個航母戰鬥群的通常配置:1艘航母、1艘導彈巡洋艦、2艘導彈驅逐艦、1艘攻擊核潛艇、1艘戰略支援艦,搭載若干艦載機(40-百架不等,通常70-80架),如果“001”到“003”號航母戰艦及艦載機配置規模可達到美國小鷹級乃至尼米茲級水平,會意味著我國現有的雷達監測系統、電力推進系統、電磁彈射、艦體機體材料等多種配套裝置都會被全線升級。同時無人潛航器,無人水面艇等水面水下新產品有望迎來千億市場大藍海。

水面艦艇

水面艦艇種類繁多,配置航母戰鬥群的可能組合不一,且各類型艦艇生命週期、維修升級頻率也不相同,業內尚未有相關市場規模統計。根據中為諮詢網調查,從投資規模來看,美國一艘大型核動力航空母艦艦載機、護衛艦艇等其它配套裝備的合計造價大約是航母本身的3~5倍左右。

為航母承擔起大範圍區域防空任務的,將是今年下水,排水量達到1.3萬噸的055級驅逐艦和排水量達到7000噸的052D型驅逐艦。

為了平衡美國和日本的新一代驅逐艦,現在的052D型是不夠的,必然意味著我們以後的驅逐艦,會往055型那種更大噸位的方向發展。

新的055型驅逐艦可同時搭載112-128枚各種類型的垂直髮射導彈,包括遠程反艦導彈、近程和中遠程防空導彈、反潛導彈和對陸攻擊的遠程巡航導彈。據悉,在火力密度上,055艦將成為未來中國航母編隊的主要防空支撐,其功能類似美國航母編隊中的“提康德羅加”級巡洋艦的作用,同時其火力通道遠大於052D,三艘055的防空能力大約相當於10艘052D型導彈驅逐艦,所以其航母“帶刀侍衛長”的名聲是不虛的。

除了大型的驅逐艦,一個完整的航母編隊,需要數量更多的中型護衛艦承擔繁重的日常護航任務。這主要依賴於我國現有的有“新青年”之稱的054A型護衛艦。

艦載機

參照美國一般核航母實際費用,以“布什”號為例,航母建造費用62億美元,而航母艦載機價格達到68億美元。艦載機採購費與航母造價基本相當。按照艦載機15年平均壽命算,一艘服役50年航母至少更換3批飛機,根據海軍裝備部及相關部隊預測,全壽命期內艦載機相關費用約為航母的1.2—1.8倍。

目前在新型的殲20和殲31沒有發展成艦載機的計劃下,我國的主力艦載機是由烏克蘭引進的一架蘇-33艦載機的原型機改進而成的殲15戰鬥機。

遼寧號為代表的蘇式航母因為作戰思路的不同,並不是美國海軍那種需要全球制霸的海洋戰略,導致天生就不需要美國海軍的那種多批次高密度的“全甲板進攻”,繼承自蘇俄航母的中國第一代航母,儘管修改了不少局部設計,但是還是未能擺脫蘇俄航母的缺陷。

以遼寧號為例,在最近的出海演練中,也只攜帶了24架殲15看。但是如果往後中國航母走的是美國航母的道路,那樣對艦載作戰飛機的數量需求,必定比現在,要高出數個數量級。

航母產業鏈子系統

除了為航母護航的水面艦隊和艦載航空兵之外,一個完整的航母產業,還包括了以下重要的子系統:

動力系統:艦載機發動機、艦艇燃氣輪機

電子系統:C4ISR(指揮、控制、通信、計算機、情報及監視與偵察)

高端材料:合金鋼、鈦、鈦合金、高溫合金等複合材料

動力系統

動力系統包括艦載機發動機、艦艇燃氣輪機等。

目前一系列國產艦載機發動機進入小批量生產試配新機階段。由於中國航空工業基礎薄弱,飛機發動機一直是最致命的痛點,尤其對於航母艦載飛機具有特殊的起降方式與工作環境,在推力、海上抗腐蝕性等多方面要求更高。

隨著中航工業“太行”發動機耗時18年半仿半研逐步批量列裝部隊,殲15S雙座艦載機已全配太行發動機,殲-15主力戰鬥機在13年底搭載遼寧艦時有兩架裝配推力更大的國產WS-10H(WS-10A的升級型號)發動機,其在可靠性與壽命上都會改進不少。同樣配備改型發動機的海航殲擊機就曾在驅離美軍偵察機的行動中表現出了出色的動力。

發動機尖端技術有現代工業王冠之稱,核心資產注入上市公司可能性較低,但研究院與企業產學研合作趨勢正逐步打開。目前主要艦載發動機太行發動機、岷山加力發動機等由瀋陽黎明公司、貴州航空發動機研究所等研製,可關注後續產學研結合的上市公司動向,特別是發動機葉片、渦輪風扇方面的高溫合金應用。

國產太行發動機

艦載機動力裝置的特殊要求

船舶動力裝置

目前我國大型水面艦艇的主要動力,仍然來自引進前蘇聯技術的國產化改進。如作為052D型驅逐艦動力的烏克蘭的DA-80燃氣輪機。

但從長遠來看,綜合電力推進技術是全面解決艦船動力平臺問題的最佳途徑,全球電力推進船舶數量呈現指數級增長。相比機械使推進系統(燃氣輪機),電力推進系統可有效提升船舶的機動性和舒適性,以適合裝備高能武器,同時降低噪聲振動,降低碳排放。

歐美國家一直處於領先地位,而中國在長期“小步快跑”策略下,得益於馬偉明博士的努力。已在燃氣輪機核和電力推進方面逐步自主掌握核心技術,成為首個實現中壓直流綜合電力系統的國家,相比英美(英國伊麗莎白號為代表)的中壓交流綜合電力系統更加先進,結構更簡潔,動力轉換率更高。

世界領先的船舶經紀公司和研究機構Clarkson公司表示,2004-2014十年間,安裝電力推進系統的船舶數量以每年12%的速度增長,這一數字比全球船隊數量的增長速度快3倍。

按照上述海軍裝備每年955億元規模(軍費30%,其中1/3用於裝備採購)預計,根據歷年海軍裝備投資佔比與全電系統佔造船總價比重,預計2016年軍用船艦動力推進系統的市場規模達40億元。假設軍費保持7.5%低增速,未來10年全電系統軍用市場規模400億元。民用市場將超千億。

全球全電推進船舶數量增長的五大驅動因素

全球電力推進船交付數量(艘)

國內全電推進系統核心技術由中船重工712研究所壟斷但已有民營公司涉入研製。未來10年內首先應用到新型戰艦,充分受益高性能大型水面戰艦建造高峰。

全電推進系統需要先期投入上億成本,對於企業要求較高,目前市場化程度並不高,有巨大開發潛力。當下主要分兩個階段:

階段1:集團科研院所掌握核心技術,集團資產證券化期望較強,進度加快;

中船重工集團七一二所已首次成功完成10MW等級大功率船用電力推進系統及關鍵設備的研製,將我國自主研發的船用電力推進系統最大功率提升一倍,以滿足更大型航母戰艦要求。(我國唯一從事艦船電力推進系統研製和艦船化學電源研製的專業研究所)。

中船重工712所船舶綜合電力推進裝置

階段2:民參軍公司切入研製。

湘電股份最新公告以12.35元的價格定增25億元,其中19.5億元擬用於艦船綜合電力系統系列化研究及產業化項目。公司與海軍工程大學共建合作平臺,將軍工產品作為主攻方向,聚焦綜合電力系統的研製開發,確立了新的業績增長點。

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船舶的全電推進系統示意圖

複合材料

“一代材料,一代裝備”,行業成長性極佳。複合材料吻合航母對於耐高溫、抗腐蝕、減重等多方面的高性能要求,可廣泛應用於航母戰鬥群船體、動力設備、管路及附件設施、甲板、電力設備、船艙以及艦艇、戰鬥機等多個領域,國內軍機方面將率先打開應用局面。

航母用複合材料

航母腐蝕環境多樣,防護要求極高且設備眾多,腐敗故障影響大。結合美軍裝備材料發展歷史看,鋼材技術的每次突破都會幫助航母減重並節省大量成本。根據美國海軍數據,美國尼米茲航母開始大量採用HSLA80/100鋼材後,每一磅HSLA80鋼材,僅純製造成本就比HY-80鋼材低40-90%;如果美國海軍將HSLA-80取代全部HY80,每10年可節省2-10億美元。而福特級航母再度採用HSLA-115鋼材取代HSLA-100幫助航母減重400噸,進一步提升機動性和穩定性。

目前世界上能製造航母、潛艇用鋼的只有美國、日本、法國、俄羅斯等少數幾個國家,中國在航母用大單重高強度大寬厚板等核心技術上仍然有巨大的突破空間。

艦載機用複合材料

美國國防部曾經強調,只有複合材料才有足夠的潛力讓戰機獲得20%-25%的性能提升。目前國產軍機已批量使用複合材料,未來隨著殲-15升級以及殲-20、空警500系列批量列裝,國產複合材料採用比例將進一步提升。複合材料應用涉及鴨翼、垂直安定面、水平安定面、升降舵及方向舵等多個構件。以國內戰鬥機用鈦為例,20世紀80年代開始服役的殲八系列鈦用量為2%,兩種新一代戰鬥機的鈦用量分別為4%和15%,更新一代的高性能新型戰鬥機的鈦用量將達到25%~30%。

參照美國目前已將應用由軍機轉向民機,波音系列大型飛機複合材料應用率超過50%,預計未來中國材料技術軍轉民用同樣值得關注。

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波音787客機複合材料應用比例已超50%

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空客A380複合材料應用分佈圖

高溫合金是軍民航空發動機及地面燃氣輪機熱端部件不可替代的關鍵結構材料。高溫合金(Superalloys)是指以鐵、鎳、鈷為基,能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料,具有優異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,較佳的抗疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。在先進航空發動機中,高溫合金用量佔發動機總重量高達60%以上。

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美國曆代戰鬥機複合材料應用(單位:噸/架)

高溫合金

雖然目前我國高溫合金牌號眾多,但與國外頂尖水平仍存在20年以上的差距,制約我國航空發動機及高端燃氣輪機的發展。國內產品成材率水平:(30%vs80%)、高端產能的缺乏、國產化程度低(低於40%)、仿製比例高、材料使用壽命不足(不足1000小時vs上萬小時),加工設備(真空電弧爐、真空感應爐、電渣爐等)和加工工藝也相對落後。

結合軍機、民機、燃氣輪機、汽車渦輪增壓以及核能需求,我們測算未來20年我國高溫合金年均母合金銷售市場規模662億,年均葉片維修市場規模1003億,合計年均1665億人民幣。

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我國葉片維修及高溫合金市場規模

碳纖維

碳纖維能夠耐受高溫而不失強度,對一般的酸、鹼有良好的耐腐蝕作用,代表輕質材料前沿。作為典型的纖維增強複合材料,碳纖維具備較高的比強度和比模量、抗疲勞、耐腐蝕、成型工藝,廣泛應用於導彈發動機殼體、武裝飛機、航母、艙外宇航服、裝甲、大飛機、汽車減重、高速列車、海洋開發、風能發電、光纖增強等各個領域。

目前美歐等發達國家已將碳纖維應用到先進戰鬥機發動機,承擔發動機熱端部件,相比之下國內尚處於材料小批量生產階段,但技術尖端,壁壘極高。根據新材全球網數據,美國已經將碳/碳複合材料應用於F100發動機的加力燃燒室噴嘴,還計劃將其應用於F119發動機的排氣噴管;法國已將其應用於M53發動機加力燃燒室的噴油杆、隔熱屏和調節片。我國在碳纖維、聚酰亞胺、芳綸等多種新材料上仍然處於小批量投產階段,可關注一些掌握稀缺技術公司的後續國防化應用動向。

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國內先進樹脂基複合材料在不同飛機的應用

電子系統

2016年5月中央軍委頒發的《軍隊建設發展十三五規劃綱要》中提出未來五年國防信息化中軍事通信、電子對抗、指揮控制、安全加密、導航定位等成為重點建設領域。十三五期間,為了平衡裝備先進性和經濟性,未來軍費將主要投向通信產業鏈頂端的系統集成環節,而將配件生產、子系統更多分配給民營企業,並推行競爭性採購,推廣公開招標,提高武器裝備的經濟性。同時鼓勵民營企業攜技術進軍軍品市場,引入軍工企業還沒有研製的新興?黑科技?。

預計未來5年指揮專網C4ISR升級、艦載和機載軍用雷達、量子通信加密、水下防禦作戰系統成為通信行業民參軍增長最快的細分市場,我們預計產業鏈相關民參軍上市公司將充分受益。

相較而言,航母電子系統配置較為成熟,未來新型水面戰艦、艦載機的新一代電子信息化配置將繼續增強。特別是艦載相控陣雷達,通過採用相位控制的方法實現波束掃描,從根本上改進雷達的性能以適應未來海上信息戰惡劣的電磁環境。目前雷達在探測距離、覆蓋面、探測精度、可靠性與自適應能力、同時捕獲目標數量等各項性能正持續優化。

2015年環球網報道中國殲-10B、殲-20戰鬥機升級了有源相控陣雷達,未來殲-11A戰鬥機群也將升級有源相控陣雷達的升級,中國在實現高端戰績有源相控陣雷達的技術突破後進軍國際市場,近年獲得海外相控雷達訂單。預計到2019年,全球軍事雷達市場規模將達到84.4億美元,而相控雷達佔比將超過63%。受益於相控雷達市場迅猛增長,民參軍領域內,提供微波電路及其相關組件的企業業績將快速增長。艦載導彈等武器方面也帶動軍企與軍工集團合作開啟新盈利點。

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美國航母的主要電子戰系統

根據《艦船電子對抗》(2015-1)刊文,通信系統是航母戰鬥群的指揮控制紐帶,主要包括航母艦載機鏈路、航母水面艦艇鏈路、航母潛艇鏈路、航母岸基指揮所鏈路,承擔對岸、對海、對空、對潛以及航母戰鬥群內部的指揮、協同通信和戰術數據傳輸任務。雖然航母戰鬥群通信系統具有頻帶寬、範圍廣、容量大、手段靈活、鏈路多等特點,但在以下四方面還存在侷限:

(1)信息傳遞與系統交換終端兼容性差,反對抗能力受到一定限制

(2)現有應用技術相對滯後,通信系統抗干擾能力較弱

(3)通信信息系統某些老舊裝備與新裝備混合使用,導致航母作戰中指揮控制能力下降

(4)航母作戰中對衛星通信依賴性大,通信防護能力受限

未來趨勢是航母電子信息系統一體化。航母戰鬥群承擔防空、反艦、反潛、反導等多項任務,必須將各艦體電子系統充分結合,形成一個全方位、多層次、多頻段和多手段的集情報、監視、偵察、跟蹤、導航、定位、干擾、防衛和進攻於一體的新型電子系統裝備,以滿足現代化戰爭下多兵種協同作戰和體系對抗的要求。

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美國新一代福特級航母,引入電磁彈射器、雙波段雷達等13項技術

按照當年劉華清將軍對人民海軍作了“三步走”的遠景規劃:

21世紀初我們將控制第一島鏈(靠近亞洲大陸沿岸的群島組成,包括臺灣島、琉球群島等);

2020年左右控制第二島鏈(由第一島鏈外擴到太平洋北部群島);

2050年左右中國海軍將能夠“全球行走”。

這在上世紀80年代看來,似乎是個不切實際的狂想,但是現在來看,我們不得不由衷佩服劉華清將軍的遠見。

對於我們這代人來說,在有生之年,我們都會親眼見證一個偉大的國家,重新登上世界的巔峰。

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