電磁彈射是硬道理

朱國(guó)順

6月17日11時(shí)許，中國(guó)第一艘彈射型航母福建號(hào)，萬(wàn)眾矚目中在上海下水。它采用平直通長(zhǎng)飛行甲板，配置了電磁彈射裝置。

電磁彈射是硬道理。它代表著當(dāng)今最先進(jìn)的航母技術(shù)，有沒(méi)有電磁彈射，是現(xiàn)代航母是否先進(jìn)的重要標(biāo)志。

百來(lái)年前航母剛剛誕生時(shí)，還處于慢速輕型螺旋槳飛機(jī)時(shí)代，艦載機(jī)只需要在航母上滑行幾十米就能自主起飛離艦。極端情況下，比如珍珠港事件后美國(guó)為了報(bào)復(fù)日本，派杜立特的B-25重型轟炸機(jī)搭載航母去轟炸東京，就只能把飛機(jī)上的槍炮等拆除減輕重量，并且飛行燃料只夠有去無(wú)回的一次性單程飛行。

二戰(zhàn)后隨著噴氣機(jī)時(shí)代的到來(lái)，飛機(jī)性能得到巨大提升，重量和起飛速度隨之大幅度增加，必須借助外力來(lái)幫助從航母上起飛。這種外力分簡(jiǎn)易和全能兩種方式。簡(jiǎn)易版的是滑躍起飛，在航母前部設(shè)置12至14度上翹角的滑躍甲板，幫助飛機(jī)產(chǎn)生上仰力，起飛重量一般不超過(guò)25噸;全能版的就是彈射起飛，飛機(jī)重量可比滑躍起飛增加10噸左右。別小看這幾噸分量，戰(zhàn)斗機(jī)因此可以滿(mǎn)載燃料和彈藥起飛，直接提升作戰(zhàn)能力，還可起飛固定翼預(yù)警機(jī)等特種飛機(jī)，航母能形成配套齊全的完整作戰(zhàn)能力。

彈射器作用巨大，但制造極為復(fù)雜，戰(zhàn)后70多年間只有美國(guó)一家造出了實(shí)用的蒸汽彈射器，也讓它憑此擁有唯一的全功能航母艦隊(duì)。進(jìn)入新世紀(jì)后電磁彈射時(shí)代的到來(lái)，給航母發(fā)展帶來(lái)了深遠(yuǎn)影響。電磁彈射原理簡(jiǎn)單，運(yùn)用電磁作用產(chǎn)生電磁推力使物體加速。難點(diǎn)在于，它需要瞬間產(chǎn)生極高的電磁推力，并且需要短時(shí)間內(nèi)反復(fù)產(chǎn)生這樣的推力，這就給工程制造帶來(lái)了極大困難。

電磁推進(jìn)設(shè)想提出在19世紀(jì)初期，直到1978年，才有人在5米長(zhǎng)的導(dǎo)軌炮上，把一顆3克重的塑料彈丸，加速到每秒5.9公里的速度。這顆微不足道的小彈丸，揭開(kāi)了電磁推進(jìn)大帷幕。1988年美國(guó)有人提出，要在世紀(jì)之交通過(guò)電磁推進(jìn)在3秒內(nèi)把30多噸的飛機(jī)加速到150節(jié)。這個(gè)目標(biāo)，實(shí)際上就是要實(shí)現(xiàn)航母電磁彈射。

電磁彈射極高的瞬時(shí)能量、反復(fù)不斷的重復(fù)能量，需要設(shè)置強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置用于儲(chǔ)備電能以備發(fā)射使用，制造和實(shí)現(xiàn)夠“勁”的儲(chǔ)能裝置，就成了解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

以航母實(shí)際運(yùn)行需求來(lái)看，電磁彈射系統(tǒng)的強(qiáng)迫儲(chǔ)能系統(tǒng)，要求在45秒內(nèi)充滿(mǎn)所需要的能量。國(guó)際上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，目前最大艦載機(jī)起飛需要電能約120兆焦，每個(gè)強(qiáng)迫儲(chǔ)能系統(tǒng)最大儲(chǔ)能要達(dá)到140兆焦，充電功率需要4000千瓦。如果是數(shù)個(gè)彈射器，就需要相應(yīng)倍數(shù)的功率，加上其它用電需求，對(duì)艦上電能總功率要求很高。強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置是電磁彈射器關(guān)鍵瓶頸，也一直是各國(guó)最高機(jī)密，再多介紹航母電磁彈射的文章，講到這一部分，都漸漸王顧左右而語(yǔ)焉不詳了。當(dāng)然，任何國(guó)家如果突破這一瓶頸實(shí)現(xiàn)電磁彈射，就是超級(jí)科技成就了。

當(dāng)今世界上研制成功電磁彈射器的，只有中美兩國(guó)。技術(shù)路徑可分為中壓交流和中壓直流兩種方式，中壓交流容易“夠力”但不夠穩(wěn)定，中壓直流“夠力”難度高但更加穩(wěn)定。世界首款電彈航母福特號(hào)采用中壓交流，2013年11月下水后至今故障不斷，設(shè)定的故障周期為4000次彈射出現(xiàn)一次重大故障，實(shí)際才100多次就發(fā)生故障，以至于特朗普多次揚(yáng)言要拆掉電磁彈射重新裝回蒸汽彈射器，把美國(guó)軍方嚇得不輕。

電磁彈射難度很大，但相對(duì)于蒸汽彈射，它的技術(shù)優(yōu)越性也很大。首先是電磁彈射系統(tǒng)簡(jiǎn)潔合理。目前世界唯一的C13系列蒸汽彈射器，每次彈射需要大約614kg蒸汽，系統(tǒng)復(fù)雜龐大，電磁彈射系統(tǒng)至少可以節(jié)省一半重量和空間。第二，電磁彈射器彈射效率高。蒸汽彈射單日最大架次不到200架，電磁彈射單日可達(dá)270架次，同樣航母一個(gè)頂一個(gè)半。第三，電磁彈射作用力平穩(wěn)，對(duì)艦載機(jī)和飛行員很有利。蒸汽彈射在行程初期作用力達(dá)4到6G，飛行員很難受，但行程末端已無(wú)力無(wú)效，全程平均作用力只有2G，電磁彈射作用力始終保持在3G，加速均衡穩(wěn)定。第四，電磁彈射器可以精確調(diào)節(jié)彈射功率，適合大中小型各類(lèi)飛機(jī)，特別是輕型無(wú)人機(jī)的使用。

對(duì)于現(xiàn)代航母來(lái)說(shuō)，電磁彈射是硬道理。