噸位、彈射？錯！中美航母最核心差距在全自動著艦！

GIF動圖：航母系統具備這種降落能力時，才有資格談全天候高強度作戰

一：自動著艦系統是全天候高強度作戰能力的基礎保障

美國的大型核動力航母能夠搭載更多的飛機，並以很高的速度連續進行大波次的起飛，這確實是無可置疑的作戰能力優勢。但我國航母和美國航母的最大核心差距並不在此。

美國航母這些優勢全部都建立在強悍的飛機回收能力上，如果不能保證大批飛機能夠以同樣的高效率順利的完成降落回收；起飛的飛機越多，起飛的間隔越短；到武器打光、燃油燒完必須返航時，出起降落失敗的著艦事故來死得也就越慘。根據美軍慘痛的實際經歷，在運氣差的時候，降落的戰鬥機直接沖入甲板上的機群、引發燃油火災、甚至是引爆武器彈藥，足以癱瘓掉整艘航母。

圖：菲涅耳助降系統，各國常規起降航母的基礎降落系統。它向降落的艦載機投射出由數種顏色組成的可見光通道；不同的區域由不同的顏色組成，以利於飛行員識別。飛行員可以根據看到的顏色來判斷自己是否被允許降落，以及自身的高低、左右偏離程度。

事實上艦載機起飛一直在越來越容易，在噴氣式戰鬥機的發展歷程中，更高的動力性能、更強的升力表現、更短的起飛距離一直是設計師們的重要追求目標。在發展到通過邊條、鴨翼廣泛應用渦流升力的第三代戰鬥機以後，哪怕只是應用簡單的斜板滑躍起飛技術，艦載機也能獲得很好的起飛能力。

但降落就沒有那麼簡單了，事實上它才是制約航母運作的最大核心難點。一個航母作戰群，能否在能見度極低的夜間、以及既能見度極低又帶有劇烈氣流干擾和航母顛簸起伏干擾的惡劣天氣環境下完成艦載機的準確降落著艦，對於戰鬥力高低區分是一個無法彌補的、本質性的鴻溝差別。

一天中有一半是夜暗環境，一年中海上至少一半時候天氣很糟糕。沒有這種能力，意味著它會將在大多數時候都會失去絕大部分戰鬥力，甚至連最基本的行動能力都沒有，從而丟掉戰場主動權。而提供這種能力的，是以全自動著艦功能為核心的自動引導著艦系統。

目前世界上僅有美國、法國的航母擁有這種能力。我國的航母群在未來幾十年內，和美國的核心差距不在於航母的噸位、動力、搭載的飛機數量，甚至都還不在於飛機型號是三代機殲15還是四代機殲20艦載型，而在於我國何時能夠完成自動著艦系統的研製和裝備。

圖：航母是一個始終處在運動過程中的平台，這與陸基機場完全不同

二：自動著艦系統的技術原理

航母是一個活動性的平台，在進行艦載機起降作業時，動力充沛的核動力航母往往會以30節（55.6公里/小時）甚至33節（61.1公里/小時）的高速航行、尤其是儘可能逆風高速航行；這樣可以減少艦載機起飛、降落所需要的速度，獲得更高的最大起飛重量、更好的降落成功率。即使是瓦良格等動力較弱的航母，速度也會達到26~28（48.1~51.8公里/小時）節。

對於艦載機來說，航母的運動特性帶來了兩個大麻煩。首先航母航行時，會在俯仰、側向等多個方向上都不斷的搖晃起伏，姿態始終處於動態變化中。比如航母在縱向上的搖擺和沉浮，會使攔阻索所在的著艦區域甲板高度不斷變化；當甲板高度過低時，艦載機會錯過攔阻索，只能拉起複飛；而甲板高度過高，艦載機甚至會直接撞毀在揚起的艦尾上。

其次，航母本身——尤其是艦島，在高速航行時會因為自身阻擋氣流的作用而在後方形成範圍非常大的紊亂氣流區域，艦載機進入紊流區以後飛行姿態和軌跡會遭受到相當大的干擾。在不經修正的情況下，它足以使戰鬥機的飛行軌跡下沉2米、左右偏移達到39米。實際上對於傳統艦載機來說，克服混亂氣流的不可預知影響，精確控制飛機姿態和軌跡實現著艦的表現，一直是飛行員水平高低的最顯著特徵之一。

美國從上世紀40年代末期就提出了自動化著艦的構思，一直到80年代中期才在F18戰鬥機上實現這一功能的實用化突破（配合後期型第二代AWCLS，著艦精度達到4.33米），並成為無人機自動著艦的技術基礎。這一整套自動著艦系統不僅有著非常高的硬體要求，而且其軟體系統的難度比硬體系統又要遠遠高出。

上世紀40年代末，在雷達技術興起以後，美國提出了全天候助降系統（AWCLS）的概念，它由艦上設施和機上設施兩個部分組成。AWCLS擁有I、IA、II、III4一共四種工作模態，後三種模態實際上都是針對飛行員在光學助降系統下著艦的輔助功能，而模態I（ACLS）則是無需人工干預的全自動著艦。

圖：美國航母AN/SPN-46雷達，用於精密跟蹤測量艦載機降落的姿態軌跡

從實現原理上看，航母的交通管制中心首先會引導艦載機飛到精確跟蹤雷達的截獲窗口，然後雷達會一直跟蹤艦載機，直到著艦前的1.5~1.8秒——此時艦載機進入跟蹤雷達盲區。這個過程中，雷達會不斷測量飛機的位置，並根據航母自身的搖擺起伏情況進行修正，計算出當前時間內，飛機相對於航母的精確空間關係。

隨後計算機會將這一數據與事先儲存好的理想著艦軌跡進行對比，並一方面將差異數據發送給艦載機的平顯儀，提示飛行員；另一方面，這些差異數據會按照導引規律進行計算，隨後按每秒10次的頻率不斷發送給飛機上的AWCLS設備。機載AWCLS設備接受並根據這些引導信息，通過飛行控制系統不斷糾正飛行姿態和軌跡，最終讓飛機按設置的理想著艦軌跡飛行。

在21世紀初，第三代AWCLS開始投入應用。它的一個重要改進是採用差分GPS系統來對艦載機進行空間定位；除了精度可以達到厘米級別以外，還消除了跟蹤雷達定位在著艦軌跡末端時的盲區問題。這一改進不僅使F18系列艦載機的自動著艦精度進一步明顯提高，也是後來X47B無人艦載機實現全自動著艦的關鍵基礎所在。

AWCLS的應用範圍實際上還遠不止是航母作戰體系。1996年美國空海陸三軍聯合研發的「聯合精密進近著陸系統」，就是AWCLS向陸地擴展的結果；它能夠使先進戰鬥機可以快速部署在非常惡劣的天氣和地形條件下的機場，無論是白天還是夜間，都具備非常強的生存能力和良好的人機交互操作能力。即使是在西方民用航空的發展上，AWCLS的技術擴散也已經起到了非常重要的作用。

圖：美軍對AWCLS系統進行升級維護

但至今為止，美國航母上真正能自動著艦的，也僅有F18系列、X47B、F35C等型號。其它型號飛機只能做到半自動引導降落，由AWCLS系統將飛機自動引導到最後一段距離，然後飛行員再根據菲涅耳光學助降系統的指引著艦。

在1984年以後，AWCLS要實現全自動著艦，其引導、控制上的精度瓶頸已經不在設備本身上，而在於艦載機平台本身的性能好壞。不具備飛行/推力綜合化控制功能的型號，在紊亂的艦尾氣流中，不可能實現真正的高精度飛行姿態、軌跡控制。

自動著艦中，發動機推力大小必須非常敏捷、即時的與飛機姿態、軌跡變化協調起來。這種能力不僅取決於戰鬥機的推力儲備高低與發動機的潑辣性好壞，也取決於戰鬥機對發動機的控制能力。F4、F14的例子證明，只是簡單依靠自動油門來簡單的調節發動機的話，其效果完全不足以滿足高精度著艦的要求。

圖：F18是第一種數字電傳戰鬥機。它當時採用全許可權數字化電傳的最大目的，就是實現直接升力控制（使飛機可以單獨對飛行軌跡或者姿態進行精確修正，即解耦飛行控制）以及飛行/推進綜合控制功能，以滿足全自動著艦的基本需要。

F18上採用了飛行/推進綜合控制設計，飛機不再是感受到姿態和迎角變化以後，再通過油門調整推力進行彌補修正。而是飛控在驅動襟翼、水平尾翼等氣動面偏轉的同時，就同步深入控制發動機的諸多內部運轉參數（比如低壓轉子轉速、高壓轉子轉速、尾噴管狀態等等），實現即時而精確的推力控制效果。

從我國的現狀來說，殲15由於飛行控制系統基於蘇33而無法實現這兩個功能（實際上國內整個仿蘇27系列型號都不行）。有上艦潛力（殲10改艦載型代價太大，類似F16）、而且電傳飛控系統擁有解耦飛行能力，並能夠與全許可權數字發動機控制系統進行綜合化的型號，僅有殲20與L15。

三：我國還沒有正式開始對AWCLS系統進行研製

目前世界上僅有美國、法國的航母系統能夠實現全自動著艦功能。蘇聯在解體前開發了「電阻器」系統，功能和原理類似於AWCLS；但研製中途即遭遇蘇聯解體，隨後停滯不前。「電阻器」的實際水平很低，不僅是各分系統、設備、部件的性能較差，更重要是在數據積累、引導、控制規律的演算法設計和軟體編寫上極不成熟。其整體性能勉強相當於美國上世紀70年代的第二代早期型AWCLS系統（早期二代AWCLS著艦精度縱向略高於15米，橫向略高於4.5米），在實際使用中只能勉強做到半自動引導。

圖：瓦良格號舊況，所有重要設備均被拆除

我國在引進瓦良格號航母時，並未獲得「電阻器」系統；瓦良格號航母還在烏克蘭時，所有重要設備就已經被悉數拆除。而根據海軍裝備部的公開論文《自動著艦系統的需求分析》，我國自動著艦系統目前僅處於理論研究階段。

和美國、法國相比，我國的航母體系目前剛剛建立起最基礎的框架；除了艦載機自身，自動著艦系統在航母、乃至航母以外方面的欠缺要更多。這其中有有些是來自於已有系統、設備的性能局限，比如北斗衛星導航系統、艦載和機載慣性導航設備的精度尚有欠缺；但最大的差距來自於研究積累的薄弱。

圖：降落事故無法避免，對事故的分析和總結也是AWCLS研製基礎中不可缺少的部分

AWCLS系統最大的難度恰恰就在於軟體上，它需要極其紮實的航母運作經驗和理論研究水平。航母在各種條件下（海況、噸位等等）的運動特性、各種條件（氣候、重量、甚至是故障等等）下各類艦載機的降落特性、歷年以來的事故分析，這些都是不可或缺的基礎資料。而如何從中提煉出最有效率的導引、控制規律則比資料積累更難，美國從40年代末開始足足努力了30多年，才使全自動著艦達到實用化水平。

比如艦尾氣流這個關鍵因素，國外已經累積了數十年的觀測數據和研究分析，在航母設計中主動優化艦尾流場也獲得了很多經驗。而我國修復瓦良格航母不過幾年時間，以最大速度航行的總計時間都不是太多；僅僅是要獲得這一型航母在各種海況、氣候、編隊組成下的艦尾流場數據，就起碼需要好幾年的時間。

結語：

無論如何，我國作為後發者的巨大優勢總是存在的——我們不需走太多的彎路，可以直接沿著最有效率的正確方向高速追趕。就如同在殲10項目上，我們花了20年時間完成了對國外先進水平從望塵莫及到能夠同台競技；又在殲20項目花了10年時間，完成了躋身於世界頂尖行列的壯舉。千里之行，始於足下，只要我們奮起努力，將研究工作扎紮實實的做到實處，全自動著艦系統的實用化對於我國並不遙遠。