霸權的“鐵爪”

柳正龍

美國擁有世界上最強大的航母艦隊，在當前世界上不到20艘的航母中，美國擁有10艘，均為尼米茲級航母，是排水量達10萬噸的巨無霸，并且正在發(fā)展的新一代福特級航母，性能將進一步提升。

在航母技術方面，美國自二戰(zhàn)以后就執(zhí)航母技術發(fā)展之牛耳，在航母彈射與回收、進近著艦等方面均擁有世界最先進的技術。

彈射技術

蒸汽彈射器 蒸汽彈射器由英國在20世紀50年代發(fā)明，后由美國引進并不斷改進，當前的應用對象包括美國尼米茲級航母、法國的戴高樂號航母、巴西的圣保羅號航母，共12艘。

美國海軍目前應用的最先進蒸汽彈射器是C-13-2型（低壓蒸汽彈射器）。C-13-1型比C-13-0型增加了汽缸長度，C-13-2型比C-13-1型增大了汽缸內徑。C-13-1型可將約27噸的艦載我機加速至175千米/小時，C-13-2型可將約27噸的艦載機加速至254千米/小時。

電磁彈射器 蒸汽彈射器的裝艦時間長，技術發(fā)展成熟，對航母的發(fā)展和能力提高作出了巨大的貢獻，但是，蒸汽彈射器自身也存在許多不可克服的缺點：一是蒸汽彈射器維護困難，蒸汽彈射器的結構非常復雜，而且多由不規(guī)則構件組成，特別是蒸汽和水壓設備，其維護工作歷來都被認為是“惡夢”;二是蒸汽彈射系統(tǒng)需要大量的維護人員并且勞動強度很大，運行起來費用高昂;三是蒸汽彈射器能夠彈射的飛機類型有限，雖然蒸汽彈射器最大彈射能力足夠當前飛機使用，但它在低能范圍內受到極大的限制，很難彈射較輕的無人機;四是蒸汽彈射器用高壓推動飛機起飛，會對飛機產生不必要的應力，使飛機的結構受到破壞，影響飛機的使用壽命。

由于蒸汽彈射器存在以上缺陷，美國海軍開始研發(fā)電磁彈射器，安裝于新一代福特級航母上。電磁彈射器是利用直線電機產生的電磁力，帶動飛機加速到起飛速度的裝置。

美國在20世紀40年代曾探索電磁彈射器技術，如威斯汀豪斯公司研發(fā)了“電力彈射裝置”樣機，但由于當時技術不成熟且成本過高而無法工程化。20世紀80年代，美國重新開始研制電磁彈射器。

電磁彈射器項目組于2012年前共進行了129次飛機彈射試驗（包括F/A-18E超級大黃蜂戰(zhàn)斗機、T-45C蒼鷹艦載機、C-2A灰狗運輸機和E-2D先進鷹眼預警機），完成了第1階段艦機適配性試驗。2013年美海軍開始第2階段的飛機彈射試驗，該階段試驗模擬不同航母工況，包括偏心彈射和設定系統(tǒng)故障彈射，從而驗證飛機能否達到起飛末速度，驗證臨界彈射可靠性。6月25日，成功彈射EA-18G咆哮者電子戰(zhàn)機。2013年電磁彈射器技術成熟度達到6級，在完成艦載機適配性和環(huán)境試驗后，2014財年計劃達到7級。

美國電磁彈射器的最大能力約為122兆焦，比C-13-2型蒸汽彈射器的101.69兆焦大20%，峰-均推力比可控制在1.05以內，并能夠通過調節(jié)電流，對彈射力進行大幅度調節(jié)，滿足彈射重型艦載機和輕質艦載機的需要。但美國電磁彈射器體積已達1061.4立方米，重量達630噸，未能達到美國海軍體積不超過425立方米，重量不超過225噸的要求。

阻攔技術

液壓阻攔裝置 艦載機阻攔裝置經歷了重力型、彈簧型和液壓型的發(fā)展，直到今天的美國Mk7型阻攔裝置，Mk7型阻攔裝置包括正常使用的阻攔索和應急的攔機網，其功用是吸收和耗散著艦飛機的動能。

液壓阻攔裝置工作時，著艦艦載機通過阻攔索把柱塞推入阻攔機的液壓缸，迫使液壓缸中的流體通過定長沖跑控制閥流入蓄液缸，直至艦載機完成平穩(wěn)及可控的著艦回收。

美國航母采用的是Mk7型阻攔裝置，其航母上配備的型號有Mk7 Mod2型、Mk7 Mod3型、Mk7 Mod4型以及“先進回收控制”系統(tǒng)。Mk7 Mod3型、Mk7 Mod4型阻攔能力較強，擁有64.4兆焦的吸能能力。Mk7 Mod2設計可阻攔重22噸、接合速度為120節(jié)的飛機，阻攔距離約94.49米。Mk7 Mod3（Mod4）設計可阻攔22噸重，接合速度為130節(jié)的飛機，阻攔距離為約103.62米。

2007年，美國在里根號航母上安裝了先進回收控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在Mk7 Mod4型阻攔裝置的基礎上加入了計算機控制，這是美國在航母上配備的第一套數字控制的飛機回收系統(tǒng)。

先進回收控制系統(tǒng)利用精確的數字控制替代目前維護工作量繁重的系統(tǒng)，具備計算機反饋、增強型圖顯、可編程阻攔剖面和冗余的電子控制執(zhí)行機構，可精確控制阻攔過程。該裝置將顯著改進美國海軍艦載機阻攔自動化程度和控制，將使阻攔過程更精確，并改善系統(tǒng)性能，以滿足艦隊未來的需求。

渦輪電力阻攔裝置 Mk7型阻攔機存在機械化時代的笨重、能耗高、可承受性差、需要維護運行人員多等特征。進入21世紀信息化時代后，新研制航母需要克服機械化時代的缺點，發(fā)展具有信息化時代靈活性高、智能化、省人省力、可承受性好、通用性佳等特征的飛機回收系統(tǒng)。因此，美國海軍研制了自動化、電氣化程度更好的渦輪電力阻攔裝置，并安裝于福特級航母。

渦輪阻攔裝置是一種渦輪電力系統(tǒng)，最重要的構件是阻攔機和軟件控制系統(tǒng)。其中阻攔機由水力渦輪、帶一定慣量的錐形鼓輪、機械制動裝置、感應電機和連接以上部件的旋轉軸構成;軟件控制系統(tǒng)能夠對阻攔過程實施精確控制，使飛機獲得恒定的受力，并控制飛機停留在甲板上的位置。先進阻攔裝置能夠回收輕質無人機，運行更可靠。此外，還具備人員需求少、維護工作量少、保障費用低、安全性更高等優(yōu)點。

渦輪阻攔裝置發(fā)由美國通用原子公司領導的團隊進行，2003年，美國海軍正式授予該公司研發(fā)合同。2005年2月，美國海軍授予先進阻攔裝置主承包商合同，預示先進阻攔裝置的研制取得重大突破，有望取代液壓阻攔裝置。美國海軍計劃將這種裝置安裝到福特級和尼米茲級航母上。渦輪電力阻攔裝置可在艦載機以45～87米/秒（162～313千米/小時）的速度著艦時，以12～95兆焦的能量將其減速。

渦輪阻攔裝置擁有如下優(yōu)點：可靠性更高，有助于提高艦載機的安全性;更適合于阻攔更重的艦載機和輕質無人機;降低艦載機阻攔過程中受到的應力波動，延長艦載機壽命;嵌入維修輔助系統(tǒng)，可以更及時、方便地實施維修。

隨著未來航母向電氣化方向發(fā)展，阻攔技術也將逐步擺脫液壓時代的典型特征，向電氣化、自動化方向發(fā)展，渦輪阻攔裝置可能代表著未來的發(fā)展方向。

渦輪阻攔裝置具備阻攔更輕質艦載機的能力，符合未來輕質無人機上艦的需要，滿足未來的作戰(zhàn)需求。

助降技術

著艦引導技術是航母艦載機進場和安全著艦的重要保障，包括光學助降技術和電子助降技術。這兩種技術中，電子助降的作用范圍更遠，光學助降僅在飛行員可視范圍內作用。當艦載機到達兩個系統(tǒng)作用范圍重疊區(qū)內后，電子助降信息和光學助降信息可以為飛機安全著艦提供“雙保險”。

光學助降系統(tǒng) 光學助降技術是航母幫助飛行員準確定位進場和著艦路線，使艦載機安全著艦的目視保障技術。

20世紀60年代美國研制了菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)，后者廣泛應用在國外航母上。20世紀90年代末，美國研制了改進型菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)，用于替代菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)，并于2001年—2004年安裝到美國海軍各艘航母上。美國還研制了作用距離較遠的激光助降系統(tǒng)，于2001年—2003年期間安裝到各艘航母上，成為改進型透鏡光學助降系統(tǒng)的重要補充。

改進型菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)與菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)相比，主要優(yōu)點是使駕駛員在離觸艦點更遠處（白天為1.61千米，夜間通常為1.93～2.41千米）就能收到更準確的下滑坡道信息。這通過將透鏡高度從1.27米增加到1.83米、燈箱由5個增加到12個，并采用光學纖維和印刷電路板實現(xiàn)，使同樣距離內下滑坡道信息更敏感，使駕駛員更精確和更早看到光球的移動，從而能更快地做出修正動作。改進型菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)的另外一項改進是提高了系統(tǒng)內部穩(wěn)定性，用透鏡運動去補償艦的運動，而不需要整個平臺運動。

菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)的作用距離只有約0.75海里（改進型菲涅耳透鏡光學助降系統(tǒng)有效作用距離約為1.25海里），當得到這些系統(tǒng)的指示時，飛行員調整飛機的時間較短，約為18秒左右，尤其在夜晚和能見度差的白天特別容易產生較大的下滑角偏差，僅依靠光學助降系統(tǒng)調整艦載機更顯倉促。

激光助降系統(tǒng)可提供遠程精確目視進場引導，特別是夜間飛行時，可在距離航母10海里處（最遠甚至可達15海里）開始為艦載機飛行員提供光學對中和下滑信息，使飛行員有充足的時間調整艦載機，大幅度提高了著艦安全性和成功率。該系統(tǒng)使用激光作為光源，激光束衍射非常少，形成的進場航路邊緣非常清晰，有利于飛行員辨認，可以迅速判別艦載機是否偏離航道。

電子助降系統(tǒng) 電子助降系統(tǒng)包括戰(zhàn)術無線電導航系統(tǒng)、進場雷達和進場著艦系統(tǒng)。

美國海軍航母的進場與著艦系統(tǒng)配置為：1部塔康戰(zhàn)術無線電導航系統(tǒng)、1部SPN-41進場雷達、2部SPN-43交通管制雷達、1部SPN-44測速雷達、2部SPN-46著艦控制雷達。塔康為飛機提供無線電返航的方位和距離信息;SPN-43C航母進場雷達將歸航的飛機引導到距航母艦尾7～93千米之間的某個集合點處，根據飛機燃油和安全狀態(tài)確定著艦優(yōu)先次序，然后再將其引導至距航母7千米處的著艦雷達（SPN-42或SPN-46雷達）捕獲窗處。

美國現(xiàn)有的進場與著艦系統(tǒng)存在以下問題：精度不夠高，不能很好的解決艦載機與航母飛行甲板精確同步的問題，不利于艦載機穩(wěn)定、精確的著艦;艦載雷達系統(tǒng)體積龐大，不能很好的利用艦上空間，不利于裝載上艦;抗干擾，特別是抗電子戰(zhàn)能力差，在要求無線電靜默狀態(tài)下不能工作。因此，美國海軍開始研制新的進場與著艦系統(tǒng)——聯(lián)合精確進場與著艦系統(tǒng)。

聯(lián)合精確進場與著艦系統(tǒng)于2001年7月利用F/A-18飛機對該系統(tǒng)進行了首次自動著艦試驗。據稱，海軍型聯(lián)合精確進場與著艦系統(tǒng)性能已經趕上或者超過了目前相應的系統(tǒng)。美國將在福特級航母上采用該系統(tǒng)，北約也正在考慮采用聯(lián)合精確進場與著艦系統(tǒng)。

聯(lián)合精確進場與著艦系統(tǒng)是一個軍用的、全天候的精確著艦系統(tǒng)，它使用差分GPS為飛機提供全世界范圍內的陸地或者海上降落的能力。聯(lián)合精確進場與著艦系統(tǒng)有助于提高美國部隊的聯(lián)合作戰(zhàn)能力，使其在不同氣象條件下完成固定基地、戰(zhàn)術、特殊任務和艦載著陸。此外，它還能滿足作戰(zhàn)無人機的著艦引導需求。

動力技術

美國航母核動力裝置經過半個多世紀的發(fā)展，技術已經比較成熟。目前10艘尼米茲級航母均采用核動力。其中，（CVN68～77）采用A4W/A1G型壓水堆，每艦2堆，4軸，總軸功率280000馬力。

美國福特級航母也采用核動力，但現(xiàn)有A4W/A1G型反應堆難以滿足新的電力需求;另外現(xiàn)用反應堆需要維護人員較多，全壽期費用較高。因此，美國為福特級航母研制了新型A1B型反應堆。

A1B型反應堆布置更緊湊，功率比尼米茲級航母反應堆提高25%，整艘航母發(fā)電能力為尼米茲級航母的2.5～3倍，達160兆瓦以上（尼米茲級航母發(fā)電能力為64兆瓦），能提供更充足的電力，滿足電磁彈射器以及未來高能武器上艦的需求。新反應堆簡化了結構，提高了可靠性和自動化程度，可大幅減少維護工作量。該級航母計劃把艦員從尼米茲級的3000余名削減至2500人，主要削減反應堆部門與航空部門，其中反應堆部門人員將削減至尼米茲級航母的一半。

責任編輯：劉靖鑫