近日一则新闻引起人们的关注:海军工程大学教授、船舶动力与电气领域“国宝级”专家马伟明接受采访时表示,中国在舰艇尖端电磁装备研究方面的实力“肯定超过美国。”这个消息让人振奋。对于军迷朋友来说,第一时间内想到的就是航空母舰与电磁弹射。
海军装备展上的航母电磁弹射器演示模型
航空母舰是中国海军进行战略转型的关键装备
说起航空母舰,人们想起的是美国前总统肯尼迪说过的一句名言:“航空母舰是国际政治的笔尖”。而现任特朗普在福特级航空母舰上曾扬言,航空母舰是美国海外军事力量的源泉。作为人类有史以来最复杂庞大的武器系统,航空母舰发挥着巨大的作用。
按照美国海军的军事学说,在美军的作战体系中,航母打击群几乎提供了执行或保障所有类型海上行动的有效手段,这些行动包括:打击作战、水面作战(SUW)、一体化防空反导(IAMD)、反潜战(ASW)、水雷战(MIW)、两栖作战、海上拦截行动(MIO)、海运保护、侦察以及人道主义救援和救灾(HA/DR)等。正是由于有了以航母为核心的远洋海军,美国才能建立全球海洋霸权——谁掌握了海洋谁就控制了世界财富,谁控制了世界财富谁就控制了世界本身。
中国是航母装备国家中的后来者,但绝不意味着航母对于中国不重要。著名海权思想家杨震在其博士学位论文中对此作了高度概括:航空母舰可以统合中国海军的水面舰艇力量、提高中国海军夺取制海权的能力、为中国海军提供急需的远程防空能力、提高中国海军的信息化水平、提高中国海军的海上远程打击能力、提高中国海基核力量的战场生存能力等等。航空母舰的列装标志着中国海军由近海防御型海军(黄水海军)向远洋海军(蓝水海军)转型的光辉前景。可以说,航空母舰是中国海军进行战略转型的关键装备。
即将下水的首艘国产航母001A型航母
航母舰载机的起飞关键:电磁弹射
航母战斗力强弱的关键要素在于舰载机。如果将航母舰载机送上天是非常重要的。在通常的起飞手段中,弹射由于效率高而一直备受青睐。航母平台和舰载机技术的发展趋势看,弹射起飞还是比滑跃起飞具有更大的发展空间。特别是其对舰载机的自身技术水平和性能要求较低,可以更好地满足多种舰载机上舰使用要求,在舰载机的油(弹)载重能力、出动效率、全天候起飞能力、安全性等方面都要比滑跃起飞具有更大优势。
中国航母电磁弹射试验场
随着技术的进步,弹射器技术水平也在不断提升,可靠性、使用寿命、作战效率都有了大幅提高。弹射按照其原理一般分为蒸汽弹射和电磁弹射。电磁弹射器与蒸汽弹射器相比,具有很多优势。
一是弹射力调节的幅度将更大。蒸汽弹射器的能力已经达到了极限,仅足够当前的固定翼有人舰载机使用。但电磁弹射器弹射力的调节幅度更大,它能够弹射更重的飞机,也能弹射轻质的无人机,可以满足航空母舰搭载多带飞机的要求。
二是弹射力输出更平稳。电磁飞机弹射系统可在几百微秒内不断修正推力偏差,将峰均推力比控制在1.05以内,对舰载机的作用力均衡,可延长舰载机使用寿命。蒸汽弹射器没有闭环控制系统,弹射时对舰载机的推力峰-均比最大可达到2.0,对舰载机机身的作用力极不均衡。
三是效率更高。在能量利用率方面,典型的蒸汽弹射器一次弹射作业一般要消耗614千克蒸汽,每次弹射结束后都有大量蒸汽被排走,带走大量能量,其效率一般在4%~6%之间。电磁飞机弹射系统的效率可达到60%,甚至更高,弹射作业时对能量的需求大为降低。
四是启动速度更快。电磁弹射器利用直线电机进行弹射、制动并使往复车复位,在完全关闭的条件下不到15分钟就能达到待用状态;而蒸汽弹射器需要不断给弹射槽加热,在储汽筒无蒸汽的情况下,达到待用状态需要数小时。
美国新泽西州莱克赫斯特电磁弹射器试验场
据著名军事专家顾伟教授介绍,美国想要力保的新概念航母核心机密应为电磁弹射器(EMALS)。只有它能够让航母有限的甲板在起伏不定的海面上密集释放战机,真正实现舰载航空兵作业“空港化”,提升海基打击力量。而中国方兴未艾的航母事业恰恰在该领域是块短板。
福特号使用EMALS弹射器弹射F-35C战机想象图
发射电机犹如 EMALS的“心脏”。诺·格公司代表坦言,发射电机里面的直线感应电机是“关键中的关键”,其构造堪比工艺品,很难进入工业化批量生产,美军要求上舰的直线感应电机的峰值功率必须在100兆瓦以上,环顾世界,包括世界电器出口大户中国在内,都难以造出这一水平的直线感应电机。
EMALS第二大技术窍门是电力储能系统。尽管“福特”号航母自身的电力主要来自核反应堆,但其电力仍无法提供100兆瓦以上的峰值功率,因此需要电力储能系统将电力储存,经积累后再高密度释放,以达到整个系统正常工作时的需求。至于个中奥妙,诺·格公司代表强调这是军事机密,“无可奉告”。
EMALS要实现电力储存,还需要功率转换系统。该部件必须集成进极小的空间内,“精密度超过芯片加工”,可以说是制造 EMALS的第三大“拦路虎”。至于诺·格公司乃至美国海军严格保密的EMALS另两项机密技术,则是弹射控制系统和能量输送系统,但斯科特认为这些装置只是起到“锦上添花”的作用,如果中国人有把握突破前三项技术垄断,这两项理论上“束缚不了中国人”。
尽管马伟明院士的讲话并未透露更多信息,甚至并未提到电磁弹射器,但是我们有理由相信,奋勇拼搏的中国军工正在该领域努力奋斗。
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本文作者:邰丰顺,著名军事评论员,澎湃防务特约撰稿人,毕业于复旦大学。曾主持过澎湃观棋栏目,并在《军事文摘》、国际在线发表军事评论多篇,受到广泛关注,著有《海战导弹》、《海战双雄——驱逐舰、护卫舰》等军事著作,得到业界高度评价。