巨大進步還是失敗之作:美國海軍“傑拉德•福特”號航母的電磁彈射器

巨大進步還是失敗之作:美國海軍“傑拉德•福特”號航母的電磁彈射器

在“福特”號之前,美國海軍航空母艦一直使用的是蒸汽彈射器。這種傳統彈射器以核反應堆主鍋爐產生的蒸汽為動力源,平均每分鐘產生1838.7千克(4050磅)的高壓蒸汽,通過管道把蒸汽壓力從鍋爐房傳輸到艦艏的彈射器位置,蒸汽壓力再把滑塊推到航母甲板彈射軌道的初始位置,保持蓄勢待發的狀態。準備彈射艦載機時,先要將艦載機起落架置於彈射滑塊(也譯為“彈射梭”)前,航母艦員打開蒸汽閥門,釋放積蓄的蒸汽壓力,推動彈射滑塊在瞬間產生巨大推力,帶動艦載機沿著彈射軌道快速滑行,達到足以讓艦載機升空的速度,完成彈射起飛。

半個多世紀以來,蒸汽彈射器經過多次升級換代,已經發展為一種非常成熟的航母關鍵性支撐設備,能夠為美國海軍航空兵提供良好的艦上彈射起飛服務。正因如此,美軍現役航母均有4套蒸汽彈射器,每套彈射器都可以獨立運行。當一套蒸汽彈射器失靈後,機組人員可以及時進行維修,不會影響相鄰的彈射器的彈射操作。當然,蒸汽彈射器的不足也歷來為人詬病,它需要較多的操作人員和密集的維護週期。

巨大進步還是失敗之作:美國海軍“傑拉德•福特”號航母的電磁彈射器

“福特”號的新型“數字化”彈射器,其理論設計“看上去很美”。這種採用電力驅動的EMALS電磁彈射器,號稱比蒸汽彈射器重量更輕、質量更可靠、運行成本更低,通過儲存大量電力,在3秒鐘內釋放120兆焦的能量,以強大電磁力驅動彈射滑塊產生強大推力,推動戰機在航母甲板上彈射起飛。無論是小型無人機還是重型有人駕駛戰機,都可以在電磁彈射器上彈射起飛。按照美國海軍先前的觀點,電磁彈射器的操作人員遠遠少於傳統的蒸汽彈射器,維護起來也更加便捷。

新型電磁彈射器的研發製造,與新航母的設計建造同步啟動。這種從研發、製造、安裝、維護一條龍式的捆綁訂單,對軍火商而言,簡直是最大的利好福音。2004年4月2日,位於聖地亞哥的通用原子公司贏得了“福特”號航母電磁彈射器系統的研發合同,報價1.45億美元。而為新航母建造、安裝4條電磁彈射器的費用,還要單獨另算。2017年1月,美國海軍與通用原子公司簽署合同,為第三艘“福特”級航母製造安裝電磁彈射器,標價5.32億美元。由此推斷,“福特”號航母的相關費用不會低於這一數字。

不幸的是,新型電磁彈射器是一項很不成熟的技術。在數以億計的巨大投入之後,通用原子公司無法兌現最初的技術承諾。電磁彈射器全系統測試中,先後發現了一系列嚴重問題。首先,美國海軍嚴重低估了電磁彈射器系統運行所需的工作量和人員操作數量,不得不重新設計一些戰位,以容納更多的操作人員,不需要多人操作的設計已經被啪啪打臉。其次,新型電磁彈射器的彈射推力號稱數字化可控,實際運行中不能做到精確控制。測試表明,過大的推力連F/A-18這樣的美國海軍主力戰機都承受不住,這可能會影響艦載機的使用壽命。再次,可靠性未能達標,迄今為止,新型電磁彈射系統每400次彈射就要失敗一次,這個看似合理的故障記錄,遠遠高於合同規範中要求的1/4166的故障率。

新型電磁彈射器更致命的缺陷是,無法像傳統蒸汽彈射器那樣分別維修。“福特”號有4套電磁彈射器,即使1套發生故障,理論上不影響其他3套的運行。但現實操作中,美國海軍發現,由於通用原子公司沒有為4套彈射器設計建造獨立電源,4套彈射器的電流驅動系統無法像傳統蒸汽管道那樣隔離運行。一旦1套電磁彈射器發生故障,其電磁能量將積聚到其他3套彈射器,所有彈射器仍將共用一個電源,根本做不到只讓1套彈射器獨立維修、其他3套繼續彈射。出故障的電磁彈射器必須等到所有彈射飛行任務完成後,把所有彈射器全部斷電後才能進行維修。這意味著從技術上講,電磁彈射器的戰場緊急維修將是一項不可能完成的任務。當多套彈射器發生故障後,彈射飛行任務將不得不全部停止,這意味著“福特”號在關鍵時刻連1架飛機都彈射不了。而按照美國海軍的要求,任何重大沖突爆發時,美軍航母至少要保證4天的高強度戰鬥飛行時間。對照這一作戰標準,美國艦艇測試評估監督辦公室指出,“福特”號以無故障狀態完成4天的高強度彈射飛行任務的可能性,目前僅有可憐的7%。

巨大進步還是失敗之作:美國海軍“傑拉德•福特”號航母的電磁彈射器

五角大樓的成本評估和項目評估辦公室公佈的最近數據顯示,美國海軍在新型電磁彈射器的研發投入已經高達9.589億美元,遠遠超過了1.45億的原始競標價格,而要糾正目前的技術缺陷,可能需要更多的資金。這一切的一切,或許要追溯到通用原子公司的競標資質,他們只有核聚變電磁反應技術,以前從來沒有建造航母彈射器的經驗。新型電磁彈射器的預算超支,連特朗普總統都驚動了,他在接受《時代週刊》採訪時表示,已經要求美國海軍在“福特”號航母上放棄“數字化”電磁彈射器,重啟已服役幾十年的成熟蒸汽彈射器。毫無疑問,總統先生批評電磁彈射器的缺陷是對的,但完全放棄新型彈射器、另起爐灶的決定,從技術和成本上來講完全不可取。首先,海軍計劃將“福特”號航母建造成一艘電驅動艦船,其核反應堆根本沒有設計安裝蒸汽動力系統,艦上也沒有安裝蒸汽管道,在重新設計安裝相關係統之前,恢復蒸汽彈射器是根本不可能的。其次,重建4條蒸汽彈射器還得重建航母甲板支撐結構,不僅需要驚人的成本,還可能要再拖延2到3年以上的工期,這是美國五角大樓和海軍都不能承受的。總之,新型電磁彈射器這個大坑,美國海軍“含著眼淚也要跳下去”。


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