下一步,電磁彈射?

未來國產航母跨越蒸汽彈射直接採用電磁彈射的可能性很大。

001A型航母採用了艦艏上翹12度的設計,儘管比「遼寧」號的14度小了2度,但無疑,從艦艏上翹的設計,即能一目了然地看出——除非有特別令人意想不到的設計和技術預留,否則001A仍是一艘滑躍起飛的航母。

比之美軍尼米茲級航母甚至之前的小鷹級所採用的彈射起飛,滑躍起飛顯得檔次不那麼高、水平不那麼強、戰力不那麼猛。確實,以排水量與「遼寧」號更為接近的小鷹級航母來看,儘管其採用常規動力,但仍能夠在此動力下進行機械彈射起飛。從1961年服役,到2009年退役,在「小鷹」號的一生中,共進行了407507次艦載機阻攔作業,進行了448235次彈射作業。

按照軍事專家尹卓的說法,航母彈射起飛和滑越起飛的作戰能力之比,美國評估是6:1、法國評估4.5:1、中國的評估是4:1,換言之,一艘採用滑躍起飛設計的航母,在其整個服役期間,是無法完成40餘萬次艦載機起飛的,甚至無法完成此一數字的一半。

總之,採用彈射起飛的航母戰力更強,更何況在同樣噸位下,採用彈射起飛的航母能裝載更多戰機,譬如小鷹級能承載80架左右艦載機,而比之小不了多少的「遼寧」號,卻只能承載30架左右固定翼飛機。

為此,儘管目前001A型航母仍採取滑躍起飛,但中國正在加緊研製自己的彈射起飛系統。2012年,在「遼寧」號入役之時,中國海軍軍事學術研究所的曹衛東研究員就曾表示:「應著眼未來、著眼於一個作戰能力更強的方式。彈射器的使用是未來航母的發展方向,如果我國的工業水平和資金、技術能力足夠,下一步國產航母就可以採用彈射器。」

早在2011年,中國工程院院士、海軍工程大學教授、船舶動力與電氣領域著名專家馬偉明少將在獲得2010年度國家科技進步一等獎時,在他的獲獎感言中透露中國電磁彈射技術研究已獲成功。2015年全國兩會期間,馬偉明少將又曾表示,中國航母艦載機彈射起飛技術完全沒有問題,甚至不輸美國。那麼,中國的彈射起飛裝置究竟如何,未來何時可以採用在國產航母上呢?

不亞於兩彈一星的成就

從2015年算起,兩年過去了,今年1月25日,在中央電視台CCTV10頻道播出的「2016年度科技盛典」節目中傳出消息,馬偉明獲評為2016年度最具影響力的十大「科技創新人物」。馬偉明團隊「承包」了中國海軍艦艇電力系統技術,使中國在軍事科技領域躋身世界一流水平,被譽為世界電氣領域的「中國驕傲」。

央視是這樣要介紹馬偉明院士及其團隊的創新事跡:馬偉明領銜的海軍工程大學電力集成創新團隊,以捨我其誰的歷史擔當,用中國軍人敢於衝破一切阻力勇往直前的血性銳氣,加速推進了我軍武器裝備電氣化的革命,實現了在高科技武器裝備領域從追趕著向領跑者的飛躍。

在節目中,馬偉明院士透露了我國電磁彈射技術的最新研究進展情況。他表示,電磁發射技術,將在10年左右取代傳統的化學能技術。馬偉明介紹,這是由電磁能發射的原理和特點決定的,更快更強更遠更高(效率)以及更加安全。

如果馬偉明的預測屬實,那麼,美軍現役10艘尼米茲級航母所採用的蒸汽彈射器,也將到了淘汰的時候。事實上,美軍最新研製的「福特」號航母,正是其第一艘採用電磁彈射器的航母。

儘管我國在蒸汽彈射方面也做了相當多的科研,但未來國產航母跨越蒸汽彈射直接採用電磁彈射的可能性很大。

微信公眾號「兵工科技」對此刊文稱,馬偉明所公布的消息表明,正在研製設計中的國產003型航母採用電磁彈射已成定局,而國產電磁能武器也有望在10年內成為中國火炮技術的「新主力」。

馬偉明院士主持研發了三代集成化程度不斷提高的艦船發供電系統,全面裝備了我國現役和在造的新型艦船,解決了我國艦船「心臟病」難題,使我軍艦艇擁有了具有完全自主智慧財產權的「中國心」,牢牢確立了我國在艦船發供電系統領域國際領先的地位。

回顧馬偉明團隊的電磁彈射科研歷程——

2003年組建艦船綜合電力技術國防科技重點實驗室,此際,就開始摒棄跟蹤模仿的發展方式,在國際上率先提出並研製成功中壓直流綜合電力系統,技術水平反超領先國外10年左右。該路線也成為美英強國下一代綜合電力技術發展的選擇方向。一步實現了我國艦船動力從落後到引領的跨越。央視援引馬偉明所說稱:「外國人做到的,我們必須做得更優。外國人做不到的,我們也能做到。」

敢於與最強對手比拼,馬偉明團隊用10餘年時間,在電磁發射這一顛覆性技術領域取得集群式突破,不僅實現了與世界最強國家在該領域的同步發展,而且多項技術屬國際首創。他們正推動著我國傳統武器裝備由化學能發射向電磁能發射的革命。為此,有評論認為,其在電磁彈射器方案獲得的突破,作為科技成就來說,意義不亞於兩彈一星。

付諸應用尚需時日

2016年,彈射型殲-15艦載機圖片在網絡流傳,預示著國產彈射器和匹配飛機已有很大進展。據說,中國電磁彈射器試驗裝置長度120至150米,有效軌道部分約80米。如果網上消息屬實,如此之大的電磁彈射器,成功進行殲-15彈射,說明中國線性同步電動機、盤式交流發電機和大功率數字循環變頻器等關鍵技術已接近全面實用化。

儘管我國在航母電磁彈射器方面的研究,已經達到世界領先,但從在建的001A型航母採用滑躍起飛來看,電磁彈射並沒有立即付諸應用。

其實,從美軍方面來看,「福特」號海試至今,問題多多,特別是電磁彈射,確實遇到了許多問題。

美國早前在萊克赫斯特海軍航空站建了一條陸上電磁彈射裝置,用F/A-18E/F、F-35C戰鬥機進行了多次陸上彈射試驗,但是實際裝艦之後還是發現有很多問題。根據美國海軍2016年6月的一份報告,「福特」號上的電磁彈射器平均240次彈射就會出現嚴重故障,遠達不到設計要求的4000多次平均無故障間隔;先進的電磁阻攔系統的平均無故障間隔甚至只有20次。這麼低的可靠性顯然是無法勝任作戰任務需求的,由此可見,美國海軍讓「福特」號繼續海試無可厚非。

馬偉明最近亦表示,電磁彈射技術研製成功,並不代表它馬上就能搬上航母應用。從技術上講,電磁彈射技術上航母,要經過幾個過程——第一,全面攻克和掌握電磁彈射關鍵技術,研製縮比尺寸原理樣機;第二,進入工程開發階段,隨後研製全尺寸試驗樣機;第三,建設航母電磁彈射器地面試驗設施,然後使用真正的艦載機進行長時間的地面彈射試驗,逐步地解決各種工程應用中出現的問題,實現電磁彈射器的技術凍結和試驗定型;第四,在新型航母設計中,採用和安裝電磁彈射系統,最終實現「電彈上艦」。

再次回顧「福特」號電磁彈射研製歷史:最早於1992年開始可行性概念研究,1998年研製了首個1:2縮比尺寸原理試驗樣機並進行研製,2003年完成初步研製工作。之後又用了5年時間,完成工程開發,它的電磁彈射器地面試驗設施於2010年成功試驗定型,2013年開始正式安裝在新研製設計的CVN21級航母「福特」號上。

可以看出,美國電磁彈射技術研製總共花了21年時間。而馬偉明團隊的進展似乎比「福特」號來得快——根據公開資料,中國「2008年製成首台原理樣機,隨後製成1:1全尺寸樣機,突破了全部關鍵技術。」將與美國的研製進度差距,縮短到10年以內。而據外媒報導,中國電磁彈射器地面試驗設施在幾年前就已建成,並進行了一系列試驗。馬偉明院士的表態,表明地面試驗已經接近完成,下一步,就等著上艦了。

目前,中國海軍第一艘國產航母001A即將海試。海軍軍事學術研究所研究員李傑撰文指出,「遼寧」號入役,意味著中國海軍不僅擁有世界強國不可或缺的大型戰略武器,更重要的是帶來海戰思維理念的全新升華,海軍作戰樣式的全新變化,海軍建設模式的全新變革。根據世界海軍的發展實踐和各國航母運行的「三三制原則」,中國海軍未來至少必須擁有3艘或以上航母。亦有消息表明,第二艘採用常規動力航母002型航母已經開工,或將於2020年左右建造完成並下水。第三艘國產航母003型,現在恰好處於設計研製階段。微信公號「兵工科技」的文章分析稱,根據美國電磁彈射器研製進度和「福特」號進度之間的匹配關係來推測,由於003型航母將在2025年至2030年之間建造完成並形成戰鬥力,因此該艦或許將採用電磁彈射技術。

根據馬偉明院士透露的研製進度推測,2020年左右首套實用的國產航母電磁彈射器將建造完成,而2024至2025年左右,首艘採用電彈技術的國產航母將下水。屆時,中國將成為第二個獨立研製設計電磁彈射航母的國家,中國海軍的遠洋作戰能力將實現歷史性飛躍。

在前總參上校岳剛看來,儘管中國幾乎是兩條腿走路——在研製蒸汽彈射裝置的勇士,亦在研製電磁彈射裝置,但如果能一步到位安裝電磁彈射裝置,將會發揮航母更大效能。岳剛告訴《新民周刊》記者:「電磁彈射器有許多優點,比如占地面積小,不像蒸汽彈射器那麼容易受損耗。在大洋決戰之際,占地越大越容易被擊中。」除此之外,電磁彈射器彈射後恢復期比蒸汽彈射器短得多,可以立即繼續彈;電磁彈射器對於飛機噸位的調整可以很迅捷,可以在彈射較大噸位的預警機以後,立即彈射較小噸位的殲擊機,甚至更輕捷的無人機。

此外,馬偉明院士所透露的「電磁能技術取代化學能技術」,並不僅僅局限於電磁彈射,目前處於研究前沿,英美俄競相研製的電磁炮,實際上也是電磁能取代化學能的一種新概念武器系統——美國電磁彈射器在研製時,就充分應用和借鑑了上世紀80年代研發電磁線圈炮的相關技術成果。

馬偉明院士的表態,或許表明中國除突破電磁彈射技術外,在高能電磁技術研究領域,已經取得了全面的突破,這一技術成果,未來也能應用於研製電磁炮等國產電磁武器上,屆時,中國的火炮或將由傳統化學能火炮全面進入「電磁炮時代」。

(姜浩峰/文)