讓“福特”號航母改成“蒸汽彈射器”？
【每點新防務（948期）·11月20日】：這幾天大家在看到我國首艘國產航母奔赴三亞的消息時，肯定激動異常吧！畢竟期盼了多年的海軍“雙航母”遠望即將達成，再加上正在加班加點趕工的003，看來我國的航母這幾年也將迎來“下餃子”高峰！但反觀太平洋對岸的美國，最新一代號稱“藍星第一”的福特級航母首艦“福特”號，自從2年多前服役後，直到現在還在港口“趴窩”，渾身毛病難以正常服役。
其中尤數“黑科技”滿滿的“電磁彈射系統”問題最大，但在反覆修了這兩年後依舊沒有痊癒，甚至連總統都威脅著要美國海軍換回“蒸汽彈射器”。難道“蒸汽彈射器”果真比“電磁彈射器”要好嗎？我們今天就來詳細盤點一下二戰後航母主要使用的三種艦載機放飛方式，來仔細對比一下美國總統這個決定是不是在“鬧著玩”！
蒸汽彈射器
二戰後，蒸汽彈射器成為了世界主要航母所採用的的一種艦載機放飛方式。而之所以採用這種放飛系統，就在於二戰後噴氣戰鬥機發展迅速，戰鬥力驚人。所以以美英為首的國家在建造航母時，紛紛配置了大量噴氣式艦載機，但是這種艦載機的重量遠比二戰時期的艦載機重，已經無法使用自身動力和老式彈射器放飛了。
於是在1951年英國的柯林‧米切爾中校提出將航母蒸汽輪機的蒸汽連動到彈射器上，進而發明了可供航母彈射放飛艦載機使用的蒸汽彈射器。蒸汽彈射器從牽引艦載機放飛的形式上可分成兩種：“拖索式”和“前輪牽引式”。前者是以鋼索將艦載機掛載於滑塊上，再以其快速向前移動，將飛機沿著甲板上的軌道拖曳加速，進而起飛；後者則是將飛機前輪上的彈射杆掛載於甲板上彈射器的滑塊中，經由彈射的拖曳達到加速之效。後者比前者省下大量的人力，彈射時間也更短，但艦載機需要經過專門設計，目前這種彈射法為主流。
美國海軍現役的“尼米茲”級航母，全部10艘採用的都是這種“前輪牽引式”的蒸汽彈射器，即C-13型蒸汽彈射器。雖然蒸汽彈射器具有技術成熟度高的優點，可是蒸汽彈射器造價昂貴，在設計、製造和安裝上均十分複雜，平時維護保養也非常費工夫，還有佔用航母空間過大和過重(以尼米茲級來說，4部蒸汽彈射器重量就有2280噸，體積則有2265立方米)。
一般大型航母上都有2部以上的蒸汽彈射器，可以在2秒內將飛機自0加速到每小時185公里，大約每60秒即可讓一架飛機升空。目前世界上只有美國的C-13型蒸汽彈射器準備在航母上使用，甚至連法國海軍的“戴高樂”核動力航母也是向美國購買的此型號。
滑躍甲板
這種航母艦載機放飛方式，依舊是由英國的道格拉斯‧泰勒所發明，並最早於1970年代應用在英國建造的3艘無敵級航母上。滑躍甲板的工作原理為：艦載機沿著甲板進行滑行加速時，經由向上抬升約4至15度的飛行甲板獲得正軌跡角、俯仰角速度和一定的初始高度。
滑跳起飛和彈射起飛相比較的優勢是成本低、技術簡單和甲板人力少；缺點是艦載機的載重比彈射放飛的艦載機要輕(載重中包括油料，影響其航程)，也會降低飛機離艦速度、增加起飛所需跑道距離、起飛時需額外加速，使得飛機要耗更多油，導致飛機作戰時間較短、起飛效率也比彈射起飛低。
這種起飛方式往往很難讓艦載機滿載起飛，限制了載油量和航程。在艦載機駛入滑躍甲板時，前起落架也會受到此處上翹甲板較大的反向力，對前起落架的要求較高。此外這種放飛方式使得在前甲板2個105米短起飛點的艦載機，無法掛載更多的彈藥與內油，作戰性能和距離會受到較大影響。
這樣的硬件限制，使得航母如果在實戰中需要艦載機執行長時間空中警戒或遠掛載重型彈藥進行對海打擊時，將會受到極大制約！但是這種“先天缺陷”，也是可以通過後天技術手段來彌補的。比如我國的“遼寧號”與剛剛奔赴三亞的首艘國產航母，都在前甲板的2個短起飛點之外，在甲板中部又新增了一個195米的長起飛點。從該點起飛的殲-15艦載機，將可以在15節的甲板風條件下，達到最大33.5噸的起飛重量；而在滑躍甲板放低到12度的國產首艘航母上，殲-15的最大起飛重量還會有所提高！
但不管怎麼說，滑躍甲板這種技術雖然現在還有英國新建的“伊麗莎白女王”級航母再用，可是他們主要的艦載機是F-35B，具備短距起降和垂直起降能力，所以其滑躍甲板的最大用處只不過是放飛需要滿載彈藥的F-35B而已，這也是依靠艦載機擁有靈活起降能力來淡化滑躍甲板的先天劣勢。可是，我國與之相比就不能如此操作了，畢竟我們沒有垂直起降艦載機，並且未來艦載機都在向“一機多能”發展，艦載機的重量只會越來越大，所以對起飛最大重量敏感的滑躍式與蒸汽彈射式都將不是我國的考慮範圍了。我們將會選擇與美國一樣的——電磁彈射器！
電磁彈射器
在美國海軍在2009年開始建造新一代“福特”級航母首艦時，曾經驕傲地向世界宣佈：該級航母將採用世界上首套艦載機電磁彈射系統，將與“先進攔阻系統”一道，將現役“尼米茲”級航母的艦載機出動率峰值120次，大幅提升到每日160次！但在福特號於2017年“被”服役後，其電磁彈射系統與先進攔阻系統就一直狀態不佳，故障率遠超設計值數百倍，根本難以參加實戰，直到現在都在持續改進中，這是美軍又一次替我們“淌了雷區”！
其實電磁彈射器的工作原理並不複雜：電磁彈射器的主要部件是一套直線電動機，利用強大電流通過線圈產生的磁場推動滑塊高速前進。但從世人皆知的理論轉化成可以產生將45噸物體加速到130節高速的電磁彈射器，公開信息還是在2010年底由美國通用原子公司正式測試成功的。但這套系統因為美國海軍為了趕“福特”號的工期，這套史無前例的“黑科技”，竟然在沒有建設陸基全尺寸測試平臺、也沒有進行充分測試的情況下，於2013年5月8日將世界上第一套電磁彈射器安裝到了建造中的福特號核動力航空母艦上。
電磁彈射器有一套獨立的控制系統。利用霍爾效應，檢測系統的運作，精確地控制彈射速度。由於這套系統能讓加速度更穩定，使得彈射系統對航艦甲板造成的損傷也更小，使用的可靠性更高。相較於傳統的彈射器，電磁彈射器的重量更輕，只有20噸左右。而且佔用的空間更小，運作需要的人力也更少，可靠性也更高。
電磁彈射器最大的優點在於其加速度可以精確地控制。針對重型的戰鬥機和小型的無人機，可以調節不同的加速度，以適應其不同的起飛速度要求；另外電磁彈射器的最大彈射功率能夠達到122兆焦耳，而傳統的蒸汽彈射器功率只有95兆焦耳。相較之下，電磁彈射器的功率足足多出了29％。其次，電磁彈射器能量利用率也高出了5％。
而我國在電磁彈射器這種所謂的“黑科技”方面的研究，其實與美國的差距並不明顯，甚至還要超過他們。這在之前央視報道的馬偉明教授的科研成果時曾經說過，而且電磁彈射的控制技術在工業及信息領域有大量的方法可以借鑑，如矢量控制技術、直接轉矩控制技術、工業總線技術及計算機技術等等。所以我國攻克並應用、完善電磁彈射技術根本不存在無法逾越的障礙。並且先前我國軍事專家也透露，幾年前我國陸基電磁彈射器就經過了上千次測試。按照這樣的技術進展，網上流傳我國003就要安裝3-4部電磁彈射器的消息，大體還是可靠地。
閱讀更多 每點新防務 的文章
關鍵字: 航母 彈射 尼米茲級核動力航空母艦
