沈臻懿

一提起航空母艦，映入人們眼簾的往往是其海上巨無霸的形象。作為現(xiàn)代海上作戰(zhàn)體積最大的移動堡壘，航空母艦不僅是一個國家大國地位的象征，更擁有極為強(qiáng)大的戰(zhàn)斗力，是一國海上軍事威懾的重要戰(zhàn)略力量。美國是當(dāng)前擁有航空母艦數(shù)量最多的國家。載有大量戰(zhàn)機(jī)的核動力航空母艦，無疑是美國強(qiáng)大軍事實力的招牌。在各國的武器庫中，還找不出一款比航空母艦戰(zhàn)斗群更具有驚人戰(zhàn)力的進(jìn)攻性武器。航空母艦?zāi)軌蛟谶h(yuǎn)離路基支援的戰(zhàn)場條件下，馳騁于占地球表面積70.8%的海洋之中，并可在數(shù)個月的時間內(nèi)對特定目標(biāo)展開持續(xù)攻擊。戰(zhàn)力如此卓越的航空母艦戰(zhàn)斗群顯然早已成為美國各戰(zhàn)區(qū)指揮官的“寵兒”。這也導(dǎo)致美國航空母艦在海外的戰(zhàn)備值班周期不斷延長。除了航空母艦戰(zhàn)斗群的攻擊實力外，航空母艦上所配備的各類高科技武器與裝備，也是支撐其得以馳騁深藍(lán)的重要利器。

從“尼米茲級”到“福特級”

美國當(dāng)?shù)貢r間2017年4月9日，全球第一艘“福特級”航空母艦福特號進(jìn)行了海上測試。當(dāng)天，“福特號”航空母艦被拖船從位于弗吉尼亞州的紐波特紐斯造船廠內(nèi)拖出進(jìn)行出海測試。作為“福特級”的首艦，“福特號”航空母艦的設(shè)計、施工和制造前后耗時十余年，總造價高達(dá)130億美元?！案Ｌ靥枴焙娇漳概炘媱澯?015年正式在美國海軍服役。不過，核反應(yīng)推、發(fā)電機(jī)等部件的故障問題，導(dǎo)致“福特號”的出海測試時間一拖再拖。美國海軍稱，“福特號”航空母艦在出海測試期間，將進(jìn)行飛行甲板測試驗證等事項。待“福特號”航空母艦正式服役后，美國的核動力航空母艦將擁有11艘。作為新一代的航空母艦，美軍計劃最遲于2058年建造十艘同級航空母艦，以取代當(dāng)前承擔(dān)主力任務(wù)的“尼米茲級”航空母艦。

在“福特級”正式服役前，“尼米茲級”航空母艦?zāi)耸敲绹＼姮F(xiàn)役的主力航空母艦，且在數(shù)十年間中均為美軍乃至全球范圍內(nèi)最大的軍艦?！澳崦灼澕墶焙娇漳概炇着灐澳崦灼澨枴弊?975年正式服役后，美先后共建造了10艘同型航空母艦?！澳崦灼澕墶焙娇漳概灳捎煤藙恿ν七M(jìn)，屬于大甲板彈射型航空母艦。其設(shè)計長度為330米，寬度為40米，吃水11米，滿載排水量在10萬噸左右，可以搭載一支約70架戰(zhàn)機(jī)的艦載機(jī)聯(lián)隊。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)以及性質(zhì)的不同，航空母艦上搭載的作戰(zhàn)飛機(jī)類型也有所區(qū)別，通常包括了戰(zhàn)斗機(jī)、預(yù)警機(jī)、固定翼反潛機(jī)以及電子戰(zhàn)飛機(jī)等。每艘“尼米茲級”航空母艦都裝載有四臺蒸汽彈射器、四條攔阻索以及四座升降機(jī)，平均每20秒鐘時間即可彈射出一架艦載作戰(zhàn)飛機(jī)。

可以說，“尼米茲級”航空母艦戰(zhàn)斗群能夠控制的海域面積大、攻擊性能強(qiáng)，是當(dāng)前世界范圍內(nèi)作戰(zhàn)能力最為頂尖的海上機(jī)動作戰(zhàn)編隊。不過，航空母艦戰(zhàn)斗群并非僅僅只有一艘航空母艦所組成。航空母艦自身除配備少量用于自衛(wèi)的武器外，其主要的武器裝備即為所搭載的各類艦載作戰(zhàn)飛機(jī)。這些作為重要武器裝備的作戰(zhàn)飛機(jī)可以對敵方的艦船、潛艇、飛機(jī)以及陸地目標(biāo)等進(jìn)行攻擊，直接將敵方消滅于航空母艦數(shù)千米以外的區(qū)域，并對海上艦隊進(jìn)行保衛(wèi)。除航空母艦所搭載的戰(zhàn)機(jī)外，以其為核心的戰(zhàn)斗群通常會由巡洋艦、驅(qū)逐艦、潛艇和補(bǔ)給艦等混編而成。

盡管“尼米茲級”仍是現(xiàn)役航空母艦中無人能匹敵的佼佼者，但其設(shè)計與制造畢竟發(fā)端于20世紀(jì)60年代，艦上的各項技術(shù)已顯得較為老舊。譬如，“尼米茲級”所使用的彈射系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等基本均采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，不僅極為復(fù)雜可靠性較低，且需要大量人員進(jìn)行操作和維護(hù)。在此背景下，新一代“福特級”航空母艦應(yīng)運(yùn)而生。

“福特級”航空母艦的新技術(shù)

“福特級”航空母艦從外表來看，與“尼米茲級”航空母艦并沒有較大的差異，兩者在飛行甲板上也極為接近。從數(shù)據(jù)上而言，“福特級”首艦“福特號”航空母艦長度為330米，寬度為41米，設(shè)計的滿載排水量為10萬噸，這些數(shù)據(jù)與“尼米茲級”亦相差無幾?！案Ｌ丶墶痹趪嵨缓统叽绲确矫孑^之“尼米茲級”并未有多少提升，但在艦船的電力容量、艦載機(jī)的數(shù)量、艦船故障率等諸多關(guān)鍵性指標(biāo)上，“福特級”航空母艦與“尼米茲級”相比有了質(zhì)的飛躍。譬如，“福特級”航空母艦搭載的艦載機(jī)聯(lián)隊數(shù)量可達(dá)到75架，大大提升了作戰(zhàn)飛機(jī)的出動率。通過采用全新的電磁彈射系統(tǒng)、電磁阻攔系統(tǒng)等所使用的各類前沿技術(shù)，“福特級”航空母艦真正成為了一艘適應(yīng)未來戰(zhàn)爭環(huán)境下作戰(zhàn)的超級航空母艦。

電磁彈射技術(shù)的應(yīng)用

航空母艦誕生之初，艦載機(jī)均是依靠自身發(fā)動機(jī)帶動螺旋槳產(chǎn)生拉力，進(jìn)而使轟炸機(jī)或戰(zhàn)斗機(jī)從航空母艦飛行甲板上起飛。彼時，這種起飛方式對于以輕金屬和木質(zhì)為主的螺旋槳飛機(jī)而言并非難事。不過，隨著噴氣式飛機(jī)的普及，其在短短一百多米的航空母艦甲板上的起飛，需要借助于外界的推力幫助，這也使得彈射系統(tǒng)隨之產(chǎn)生。

“尼米茲級”核動力航空母艦所使用的是蒸汽彈射系統(tǒng)。其由核動力裝置生成的熱能來產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)而推動艦載機(jī)非短距離起飛。蒸汽彈射裝置從結(jié)構(gòu)而言較為復(fù)雜，包括了蒸汽系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、起飛系統(tǒng)、歸位系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。

艦載飛機(jī)在從航空母艦甲板上起飛前，需要由位持器鋼圈把尾部扣在一處堅固點(diǎn)上。當(dāng)蒸汽彈射系統(tǒng)運(yùn)作時，蒸汽由航空母艦上的鍋爐輸出，經(jīng)增壓后輸入彈射裝置唯一露在飛行甲板之上的滑梭中。被位持器扣住的飛機(jī)在起飛時需要開足馬力，當(dāng)蒸汽彈射系統(tǒng)一啟動，飛機(jī)引擎的動力加之蒸汽的壓力，令鋼圈斷開，飛機(jī)立即向前沖去，在短短數(shù)十米的距離內(nèi)即可將時速提升至250公里每小時。當(dāng)艦載機(jī)被彈射起飛并脫離滑梭后，滑梭回到原位，并繼續(xù)推動下一架艦載機(jī)起飛。

從數(shù)量上來說，“福特級”航空母艦與“尼米茲級”航空母艦一樣，都裝載有四部彈射器。但兩者在設(shè)計理念和技術(shù)層面上有著顯著的區(qū)別。由于艦載機(jī)在“尼米茲級” 航空母艦第四號彈射器時，其機(jī)翼已接近甲板邊緣，這也導(dǎo)致該級航空母艦的四號彈射器無法彈射滿載起飛的作戰(zhàn)飛機(jī)。為了提升艦載作戰(zhàn)飛機(jī)的出動能力，“福特級”航空母艦對飛行甲板的構(gòu)造進(jìn)行了改進(jìn)，從而令其第四號彈射器能夠彈射滿載起飛的作戰(zhàn)飛機(jī)。

“尼米茲級”航空母艦上所用的蒸汽彈射系統(tǒng)，其體積和重量均較大，不僅需要消耗大量的海水，還需要大量的人力和資金進(jìn)行維護(hù)和更換，這顯然不利于長時間的海上持續(xù)作戰(zhàn)。此外，由于在彈射過程中需要消耗大量的蒸汽，“尼米茲級”航空母艦在連續(xù)彈射出幾架滿載起飛的作戰(zhàn)及飛機(jī)后，其航速就會受到較大的影響，從而限制了下一個攻擊波中能夠出動的戰(zhàn)機(jī)的數(shù)量。蒸汽彈射系統(tǒng)的最大局限性，還在于其輸出功率有限。“尼米茲級”航空母艦采用的蒸汽彈射方式，決定其只能彈射載重30噸以下的艦載飛機(jī)，難以滿足艦載機(jī)未來發(fā)展的方向。加之蒸汽彈射系統(tǒng)存在功率無法調(diào)節(jié)的限制，只能有效彈射重量較輕的無人機(jī)。若要進(jìn)行強(qiáng)行彈射，很可能會造成飛機(jī)受力過大，從而影響其服役時限。

在此情形下，美軍在其最新型的“福特級”航空母艦采用了前沿的電磁彈射技術(shù)，以規(guī)避和完善當(dāng)前“尼米茲級” 航空母艦蒸汽彈射系統(tǒng)所存在的實際問題。所謂電磁彈射技術(shù)，即是采用電磁的能量來推動被彈射的物體向外進(jìn)行運(yùn)動。電磁彈射技術(shù)的主要應(yīng)用是大載荷物體的短程加速，其起步與發(fā)展相對較晚，目前在航空母艦的艦載飛機(jī)起飛彈射上已得到高度重視和應(yīng)用。相較于蒸汽彈射系統(tǒng)，電磁彈射系統(tǒng)不需要使用蒸汽來驅(qū)動活塞，而是使用電來驅(qū)動。同時，電磁彈射技術(shù)的容積小、效率高、質(zhì)量輕，對航空母艦上的輔助系統(tǒng)相對要求較低，且運(yùn)行和維護(hù)的費(fèi)用較為低廉。在功率損耗方面，電磁彈射系統(tǒng)要遠(yuǎn)小于蒸汽彈射系統(tǒng)。其可控性能也優(yōu)于蒸汽彈射系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽彈射系統(tǒng)的蒸汽閥門打開后，飛機(jī)起飛的彈射過程中基本無法控制。但電磁彈射的全過程均可以有效掌握，并可根據(jù)不同機(jī)型、飛機(jī)速度與負(fù)載變化等進(jìn)行調(diào)整。這也使得電磁彈射技術(shù)成為了未來航空母艦發(fā)展的核心技術(shù)之一。

電磁阻攔技術(shù)的應(yīng)用

除了將重型飛機(jī)送上天空外，如何能夠令艦載機(jī)順利降落在航空母艦甲板上也是一項困難重重的任務(wù)。艦載飛機(jī)在運(yùn)動的航空母艦上降落，其風(fēng)險之大、難度之高，被全世界公認(rèn)為“刀尖上的跳舞”！通常情況下，陸地機(jī)場的跑道會長達(dá)數(shù)千米，而航空母艦上的甲板長度不會大于300米，可供利用的降落距離僅有100米。然而，艦載機(jī)降落的速度卻高達(dá)300公里每小時。在如此高的速度、如此短的距離，再加之隨時處于顛簸中的航空母艦，如果沒有航空母艦阻攔系統(tǒng)，現(xiàn)代噴氣式飛機(jī)在航空母艦上的安全著落顯然是一項難以實現(xiàn)的“天方夜譚”。航空母艦上安裝的阻攔系統(tǒng)，能夠有效幫助艦載機(jī)在極短的距離內(nèi)強(qiáng)制制動。

“尼米茲級”航空母艦所使用的是液壓式阻攔系統(tǒng)。其由液壓緩沖系統(tǒng)、制動器具以及冷卻系統(tǒng)共同組成。當(dāng)艦載機(jī)降落時，其機(jī)尾鉤掛上阻攔索后，阻攔索一邊利用滑輪阻尼器來減緩飛機(jī)的速度，另一方面則持續(xù)將動能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣罐，從而令飛機(jī)趨于平穩(wěn)并有效制動。不過，液壓式阻攔系統(tǒng)的阻攔能力較為有效，但缺乏靈活機(jī)動性。面對不同的機(jī)型降落，航空母艦上的海軍航空兵需要依靠人工對配重物進(jìn)行更換，這也直接影響到了艦載機(jī)的出動頻率。如果不對液壓式阻攔系統(tǒng)予以適當(dāng)?shù)呐渲兀谧钄r過程中產(chǎn)生的過大峰值拉力甚至可能造成飛機(jī)損壞。

為此，在全新的“福特級”航空母艦上，設(shè)計者采用了前沿的電磁阻攔技術(shù)。在這一技術(shù)中，阻攔機(jī)和電腦控制系統(tǒng)是最為核心的兩部分。阻攔機(jī)的構(gòu)成較為簡單，包括了水力渦輪、感應(yīng)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸以及機(jī)械制動裝置等，在阻攔系統(tǒng)中起到吸能的作用。電子控制系統(tǒng)則包括了操作人員工作平臺、維護(hù)人員工作平臺以及動態(tài)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以精準(zhǔn)地對飛機(jī)阻攔著艦的即時受力情況進(jìn)行分析和控制，并反饋給電動機(jī)后施予阻攔索合適的拉力，從而令艦載機(jī)在阻攔著艦的過程中能夠獲得更為平穩(wěn)的力，進(jìn)而也可控制艦載機(jī)在飛行甲板上制動的距離。作為電磁阻攔系統(tǒng)中的重要一環(huán)，阻攔索采用了新型輕質(zhì)合成纜索，這不僅可以減少結(jié)構(gòu)載荷，降低系統(tǒng)慣性，并可由此縮小滑輪減震裝置的尺寸。

電磁阻攔技術(shù)的工作方式主要可以分為兩個環(huán)節(jié)。第一個環(huán)節(jié)也就是初始接觸階段時，艦載機(jī)的機(jī)尾鉤一旦與阻攔索相接觸后，其就會牽動阻攔索，進(jìn)而帶動換輪索牽出，并令旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。這一工作的關(guān)鍵，是為了令艦載機(jī)和阻攔索之間得以平穩(wěn)接觸。在實現(xiàn)了第一環(huán)節(jié)的既定目標(biāo)后，第二環(huán)節(jié)則是如何對于艦載機(jī)的動能吸收。艦載機(jī)在降落時，其自身帶有極大的動能。電磁阻攔系統(tǒng)中的水力渦輪、感應(yīng)電機(jī)和摩擦制動器就是為了吸收艦載機(jī)的動能。通常情況下，水力渦輪和感應(yīng)電機(jī)正常工作，即可吸收艦載機(jī)的動能，并實現(xiàn)飛機(jī)的安全著艦?？墒且坏┌l(fā)生水力渦輪或感應(yīng)電機(jī)不能正常工作，阻攔機(jī)的摩擦制動器就作為備用的吸能裝置，以保障電磁阻攔系統(tǒng)的安全、可靠。較之液壓式阻攔系統(tǒng)，電磁阻攔系統(tǒng)更為簡潔、可靠，且無需大量的人力、物力進(jìn)行維護(hù)，令其維護(hù)成本得以大幅度降低。

無論是電磁彈射技術(shù)，還是電磁阻攔技術(shù)，都是用于提升航空母艦戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵技術(shù)和措施。考慮到航空母艦在未來會搭載有各類無人飛機(jī)，前述新技術(shù)的應(yīng)用，也可為未來航空母艦的發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com