讓電磁炮有電可用

青鸞

電磁炮上艦，帶來了對艦船供電能力的巨大需求。同時，激光武器、雷達、光電、指揮控制、通信等系統(tǒng)的耗電量也越來越大。未來的海軍水面戰(zhàn)斗艦艇必須采用艦船綜合電力推進系統(tǒng)，才能保證高能武器和艦船上其它用電設(shè)備的正常運作。

綜合電推的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的艦船電力系統(tǒng)中，動力電站和電力電站是分開的。它們分別為艦船的推進分系統(tǒng)和用電設(shè)備供電。采用這種設(shè)計，在某些工作情況下會出現(xiàn)能源分配差別較大的現(xiàn)象。當(dāng)艦船在低速狀態(tài)下航行時，動力電站低負荷運轉(zhuǎn)；但此時用電設(shè)備還是需要大功率運作，電力電站要工作在大負荷之下。同時，由于電力電站往往較小，在高能武器工作時，可能會影響其它設(shè)備的運轉(zhuǎn)。這時艦船綜合電力推進系統(tǒng)的運用就能夠化解這些情況中的負面作用。

艦船綜合電力推進系統(tǒng)就是將所有發(fā)電機合并成一個總電站，將電力輸送至配電系統(tǒng)，再用一張電網(wǎng)將配電系統(tǒng)和各用電設(shè)備聯(lián)系起來，組成供電系統(tǒng)。為了實現(xiàn)不同工作情況下電力的合理分配，還需將電站、配電系統(tǒng)及各用電設(shè)備分別與智能化模塊用信號電纜相連。

如果將艦船綜合電力推進系統(tǒng)看作是人體的話，那電站和配電系統(tǒng)就是心臟，其中電站由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電；電網(wǎng)是血管，將電力輸送至各個用電設(shè)備；用電設(shè)備是四肢，包括推進系統(tǒng)、日常用電設(shè)備、探測儀器、通訊導(dǎo)航儀器、以及高能武器；智能化模塊是大腦，它能接收并處理全艦電力系統(tǒng)發(fā)出的信號，并向配電系統(tǒng)發(fā)出指令合理布置電力分配；信號電纜是神經(jīng)，負責(zé)信號和指令的傳輸。

如果艦船綜合電力推進系統(tǒng)可以成功投入，將使艦船電站的工況更加理想。通過智能化模塊的控制，適應(yīng)不同航速、用電設(shè)備開關(guān)的要求，電站內(nèi)特定的部分發(fā)電機開啟，并運轉(zhuǎn)在效率最高的工況下，如此在燃料不變的情況下艦船的航程大大增加。同時由于采用智能化信號傳輸，系統(tǒng)的響應(yīng)速度高。電磁炮發(fā)射時功率達到20～30兆瓦，如果沒有良好的控制模塊，對于艦上電網(wǎng)來說會是一個巨大的沖擊。如果能夠快速完成電力調(diào)配、確保電磁炮的發(fā)射，就能抓住寶貴的戰(zhàn)機。

綜合電力推進系統(tǒng)還可以提高艦船生存能力，傳統(tǒng)艦船如果某一臺發(fā)電機出現(xiàn)故障，供電就要大受影響。但在綜合電力系統(tǒng)中，一般情況下隨時有其他發(fā)電機來填補這一空缺，至少能在一定時間內(nèi)使整艦供電保持平穩(wěn)，繼續(xù)作戰(zhàn)。另外，綜合電力推進系統(tǒng)可以支撐更多電氣設(shè)備的使用，取代以往的機械設(shè)備，占用艦船的空間和發(fā)出的噪聲都大大降低，不但能在有限的噸位下部署更多的武器，也能降低本艦的噪聲信號，改善艦員的工作環(huán)境。

國外綜合電力推進系統(tǒng)的發(fā)展

歐美國家對于艦船綜合電力推進系統(tǒng)的研究早在上世紀后半葉就開始了。當(dāng)時第二次工業(yè)革命已經(jīng)完成，第三次工業(yè)革命正在蓬勃進行。依托這兩場革命在電氣和信息控制技術(shù)方面所取得的成就，綜合電力推進系統(tǒng)的概念也在探索中不斷地成型。

1986年，美國海軍提出“海上革命”計劃，旨在讓電力全面取代機械作為推動艦船前進的傳動方式。僅僅兩年之后，綜合電力推動項目（以下簡稱IED）就宣告啟動。這個項目就是艦船綜合電力推進系統(tǒng)的雛形，但在當(dāng)時人們對它究竟會向何方發(fā)展還不得而知。

時間進入90年代，美國海軍又將艦船內(nèi)的其他用電設(shè)備納入到這個電力系統(tǒng)中，在IED項目的基礎(chǔ)上又提出了綜合電力系統(tǒng)的概念，最終這一概念也最終在朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦上得到體現(xiàn)。

2007年，美國海軍預(yù)見到未來大功率的高能武器可能將被部署到艦船上，又提出了新一代綜合電力系統(tǒng)（簡稱NGIPS）發(fā)展計劃。NGIPS為美國海軍的綜合電力系統(tǒng)的發(fā)展描繪了一幅非常宏偉的藍圖，主要分為三大階段：

第一階段。頻率為60赫茲、電壓在4～13.8千伏的中壓交流電力系統(tǒng)，它與目前朱姆沃爾特級所采用的技術(shù)在本質(zhì)上區(qū)別不大，主要的改進都集中在技術(shù)穩(wěn)定性和降低開發(fā)成本上。

第二階段。同樣是電壓4～13.8千伏的交流電力系統(tǒng)，但頻率驟增至 200～400赫茲，因此名為高頻交流電力系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以盡可能地提高自身相關(guān)發(fā)電設(shè)備的功率密度（功率/質(zhì)量），有效提高了全艦的供電量。當(dāng)然，能量的提高也意味著它變得難以被控制，這一階段也對電力控制技術(shù)提出了更高的要求。

第三階段。此時電力在產(chǎn)生過程中的潛力已經(jīng)被充分挖掘，想要進一步地提高全艦的電力供應(yīng)，就要在電力的傳輸上做出改進。在交流電力系統(tǒng)中，推進系統(tǒng)和其他用電系統(tǒng)都需要用交流/直流（AC/DC）電能變換模塊將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

為了適應(yīng)未來艦載高能武器功率越來越大的發(fā)展趨勢，需要為整個綜合電力系統(tǒng)各模塊進一步地優(yōu)化設(shè)計，于是中壓直流系統(tǒng)（簡稱MVDC）應(yīng)運而生。MVDC實際上就是在電站后使用一個AC/DC大功率模塊將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，流入電網(wǎng)，省去了原先大量分布在電網(wǎng)中的變壓器及AC/DC電能變化模塊。

相較于美國，英國的起步較晚，后者于1994年與法國共同提出綜合全電力推進系統(tǒng)項目。它強調(diào)推進系統(tǒng)和其他用電設(shè)備由同一發(fā)電系統(tǒng)供電。在1996年成立的電船計劃管理局的協(xié)調(diào)下，英國海軍在該項目的研發(fā)和應(yīng)用中創(chuàng)造了多個世界第一：第一個在護衛(wèi)艦、軍輔船、試驗船、現(xiàn)代驅(qū)逐艦和常規(guī)動力航母上采用綜合電力系統(tǒng)。之所以能創(chuàng)造如此多的第一，還是因為英國艦船本身以及艦載武器、設(shè)備的體量沒有美國那么大，因此研發(fā)時需要考慮的因素沒有那么多。

在艦船綜合電力推進系統(tǒng)出現(xiàn)伊始，一切還是歐美的天下，但最近幾年一匹黑馬橫空出世——那就是中國?；A(chǔ)工業(yè)和相關(guān)行業(yè)在電源技術(shù)上的進步，與船舶綜合電力推進系統(tǒng)的開發(fā)相輔相成。根據(jù)公開報道，在2013年，中船重工武漢712研究所在船舶綜合電力推進系統(tǒng)的自主創(chuàng)新中取得了重大進展，實現(xiàn)了單軸推進功率20兆瓦以下船舶電力推進系統(tǒng)的全部國產(chǎn)化。而近期電磁炮的出世，也意味著中國能用于更大功率艦船的綜合電力系統(tǒng)正在加速研發(fā)。