大陸002型航艦將配置4部蒸汽彈射器 軍事專家解析

圖為網友繪製的國產航艦想像圖。

電磁彈射雖有諸多優勢,但蒸汽彈射技術相對成熟,可靠性更高,從蒸汽彈射過渡到電磁彈射需要一個過程。

根據新華網報導稱,最快於今年年底下水的002型航艦將配置4部蒸汽彈射器,而非美國「福特」號航艦上採用的電磁彈射器。就此,美國有軍事專家評論說,002型航艦還沒下水就已經落後了。

那麼,蒸汽彈射器與電磁彈射器究竟有多大差別?中國大陸航艦為何不採用電磁彈射技術?海軍軍事專家李杰18日接受科技日報記者專訪時說:『電磁彈射雖有諸多優勢,但蒸汽彈射技術相對成熟,可靠性更高,從蒸汽彈射過渡到電磁彈射需要一個過程,不可能一蹴而就。』

蒸汽彈射劣勢明顯

美國軍事專家指出,002型航艦預計將使用4部蒸汽彈射器,這是其落後的關鍵性因素。因為相比電磁彈射器,蒸汽彈射器的劣勢相當明顯。

對此,李杰表示,對一艘航艦而言,艦載機彈射器的選擇至關重要。當今9個擁有航艦的國家中,有6個使用滑躍起飛技術,其餘3個(美國、法國和巴西)則採用蒸汽彈射器。美國即將服役的『福特』號航艦將裝備電磁彈射器。

蒸汽彈射技術的劣勢主要表現在三個方面:一是蒸汽彈射器體積大、重量重、效率低、對艦上輔助系統要求高,運行和維護費用相對較高。而相比之下,電磁彈射器的構成元件就很少,體積只有425立方公尺,重225噸,尚不及蒸汽彈射器的一半。此外,蒸汽彈射器的機械磨損很嚴重,尤其是金屬密封條,艦載機每彈射一次都會與之摩擦一次,更換量非常大。統計數字顯示,運轉蒸汽彈射器的費用占整個航艦全部設備維護費用的80%,差不多需要500人來保證蒸汽彈射器的運行和維護。蒸汽彈射器彈射艦載機還需要消耗大量的淡水。以美國尼米茲級航艦為例,每彈射一架艦載機,就需要消耗一噸淡水。

二是蒸汽彈射器輸出功率遠不及電磁彈射器,這不利於艦載機在較短距離內快速彈射起飛,從而大幅減少了日出動率。理論與實踐都表明:現役美國尼米茲級航艦的蒸汽彈射器效率只有5%左右,如果採用電磁彈射器,則可將輸出功率提高到60%。蒸汽彈射系統在使用前預熱需十幾個小時甚至24小時,電磁彈射系統從關閉時的冷鐵狀態到發射準備狀態只需15分鐘。

三是蒸汽彈射器只能彈射一定重量的艦載機,一些艦載無人機就無法彈射。而電磁彈射器的能量輸出調節範圍遠大於蒸汽彈射器,彈射過程不僅加速均勻且力量可控,彈射幾十公斤重的艦載無人機也不在話下。此外,電磁彈射器的推力啟動段沒有蒸汽彈射那種突發爆炸性的衝擊,這不僅大大延長了飛機和部件的結構壽命,而且降低了對飛行員身體承受能力的要求。

技術雖老,但可靠實用

電磁彈射器雖然優點很多,但其決策與研製過程遠比蒸汽彈射器要複雜和漫長得多。蒸汽彈射器從研發到大量使用,只花了10年時間,而電磁彈射器則用了30多年。

蒸汽彈射器的問世緣於二戰末期噴氣式飛機的出現。鑒於高能彈射的急迫需要,美、英等國決定著手開發一項新的彈射技術。短短幾個月的時間,英國便完成了從提出方案到製造出演示裝置的整個過程;隨後,英國海軍又展開了初步試驗。1952年,英國海軍開始在『英仙座』號航艦上對蒸汽彈射器試驗取得成功,很快開始裝備部隊。1954年6月1日,美國在『漢考克』號航艦上對蒸汽彈射器裝備完成彈射操作。從此,航艦裝備蒸汽彈射器日漸普遍,整個過程只花了10年時間。

而電磁彈射器的研究則始於1982年,直到即將服役的美國福特號才裝備上電磁彈射器。過去30多年來,電磁彈射器研發計劃問題不斷,試驗頻出故障,造成計劃延遲,費用超標。2010年1月12日,在美國新澤西州赫斯特湖航空工程站進行的電磁彈射試驗中,彈射器拖梭反向移動,猛烈撞擊在甲板張緊器上,造成系統硬體損傷。該故障對於直線電機電樞和甲板張緊器造成的損傷是不可修復的。這一事故使計劃整整拖後了兩個月。美國個別議員甚至擔心,電磁彈射技術的風險超過了它的優勢。

李杰說,蒸汽彈射器已使用了半個多世紀,其高可靠性早已得到有關專家的認可和飛行實踐的驗證。時至今日,在近千萬次的艦載機彈射起飛中,尚沒有一架因裝置本身故障而出事故。而電磁彈射器還未經過實踐檢驗,一時半會兒還很難斷言它是否安全可靠。中國大陸002型航艦採用蒸汽彈射器,正是出於這方面的考慮。

電磁彈射器裝備航母尚需時日

此前,有媒體報導稱,中國大陸自主研發了電磁彈射器,目前已經開始了蒸汽彈射器和電磁彈射器的對比測試,無論是彈射強度還是彈射次數,電磁彈射器都已經得到驗證,接下來要解決的就是電磁彈射器的可靠性問題。中國工程院院士、動力與電氣工程專家馬偉明指出:『中國電磁彈射技術上航艦完全沒有問題,這項技術甚至領先於美國。』

對此,李杰指出,電磁彈射器從技術成熟,到達到工程化和實用化程度,並最終裝備到航艦上,並形成一定的戰鬥力都需要大量的時間,絕非一蹴而就。

首先,如果裝備電磁彈射器,可能需要對航艦的甲板、控制系統、甲板下方等部位進行重新設計。從美國『福特』號航艦經驗來看,除了安裝電磁彈射系統外,還包括升級的核動力裝置,更大的甲板、更先進的攔阻索技術、雙波段雷達、更多的艦載機等,不僅舊的裝置技術有革命性改進,還有新的技術裝備需要上艦,對電磁彈射系統的各種設備的體積、重量提出了新要求。而各種設備的體積、重量均處於未定型狀態。其他部位設備設計改變與否,也將影響衝擊到彈射系統的設計制作,影響到整個艦體的布局。

此外,電磁彈射器用電量驚人,對常規動力航艦是個巨大的挑戰。李杰指出,電磁彈射器彈射艦載機時,必須依靠強迫儲能裝置。該裝置的最大不足是電能不像蒸汽可以大容量儲存。作為電磁彈射器關鍵部件的強迫儲能裝置,在艦載機起飛時需對其加速做功。每台強迫儲能裝置算上損失,充電功率約為4兆瓦;如果4部電磁彈射裝置同時充電,則充電總功率可達16兆瓦。如果再加上電磁軌道炮、鐳射武器和升降機等其他設施的用電量,航艦總功率必須達到60兆瓦以上,方能滿足要求,如果不是採用核動力裝置,僅電磁彈射器充電都會影響其他系統的用電。

此外,如何遮罩電磁輻射減少對人體傷害和電磁干擾問題、快速散熱以減少彈射間隔提高彈射效果等問題,都是航艦裝備電磁彈射器亟待解決的問題。