中國海軍一關鍵技術領先美國一代，055型大驅何時用上激光炮

昨天我們談到電磁彈射器的技術基礎是艦船綜合電力系統。早在2010年的一篇題為《艦船電氣化與信息化複合發展之思考》的論文中，馬偉明院士認為，艦船綜合電力系統是高能武器（激光炮、電磁炮）和高能裝置（電磁彈射器等）上艦的必由之路，是艦船信息化的基礎和保障，並透露中國在技術層面上講，與美、英、法等發達國家海軍基本保持同步，在集成化發電領域還處於國際領先地位，這些都為綜合電力系統整體集成技術的發展奠定了良好基礎。

那麼，中國的艦船綜合電力系統，到底是在國際上出於什麼水平呢？通過各方面資料來看，可以判斷是在技術上領先美國一代，在工程實踐上領先半代。

根據各組成分系統的標誌性技術，艦船綜合電力系統可劃分為第一、二代（見上表）。目前,美國海軍 DDG1000、英國45型驅逐艦採用的均屬於一代中壓交流技術,適用於6000噸以上艦船。而與之相對應的，是第二代的中壓直流技術。美國在2007年提出「中壓工頻交流—中壓中頻交流—中壓直流」的技術路線，而第二年英國則年提出「中壓工頻交流—中壓直流」的技術路線，目標定位於1000噸以上全系列艦艇。

而中國的馬偉明院士，在突破集成化發電系統的基礎上，在2003年就提出了「中壓直流」的技術路線，比英美領先了4-5年，打破跟蹤模仿的裝備發展模式，為趕超美歐強國海軍裝備贏得了寶貴時間。

由上面的表格可以看出，第二代艦船綜合電力系統包括以下關鍵技術：分發電系統採用高速集成中壓整流發電；輸電分系統採用中壓直流輸電；變配電分系統採用直流區域變配電裝置；推進分系統採用高度集成組件或 SiC 的推進變頻器以及永磁或高溫超導電機；儲能分系統採用超級電容、集成式慣性儲能或複合儲能；能量管理分系統採用智能型能量管理系統。

中國研製的兆瓦級高溫超導電機

和美軍DDG-1000驅逐艦相比，中國的優勢是在中壓直流的技術路線上全面領先。在馬偉明院士團隊的帶領下，中國已經研發出了第二代艦船綜合電力系統的多項重要直流輸電技術，例如研發出了高功率密度燃氣輪機發電模塊和柴油機發電模塊，攻克了幾百千瓦至數十兆瓦級整流發電機的集成優化設計、高效冷卻、輸出電壓精確控制、關鍵加工工藝固化等關鍵技術，研發出了中壓直流輸電模塊和直流區域配電模塊。

在第二代艦船綜合電力系統的高溫超導電機上，中國和美國都沒有實際的成品，雙方都處於第一代的水平。美國試圖在DDG-1000上使用高溫超導電機，但以失敗而告終。在工程實踐上，美國要領先中國，已經在DDG-1000上使用了ALSTOM 公司新型串接感應電動機，輸出功率高達20兆瓦，轉矩密度為100。而中國公開的高速感應電機為3兆瓦，但在試驗室中，中方已經研發出峰值20兆瓦級別的感應電動機。馬偉明院士團隊在論文中透露，已經研製成功成功大容量新型感應推進電動機及其配套的變頻調速裝置，實現了我國艦用電力推進系統的高功率等級、高功率密度和高效率，滿足了大型艦船模塊化應用的需求。從這一點來判斷，中國在推進系統上技術與美國保持同步，在工程實踐要落後，但不排除在055等的更先進水面艦艇應用的可能。

此外，在高溫超導電機上，美國已經研製出世界首台36.5MW高溫超導船用推進電機，但技術不成熟，無法應用於DDG-1000驅逐艦。而2012年中國船舶重工集團公司第712研究所研製的國內首台10MW高溫超導電機，功率為美國的三分之一。

055型驅逐艦想像圖

因此，未來中國055型大型驅逐艦等採用艦船綜合電力系統的新型艦艇，與美國的DDG-1000型驅逐艦相比，可能是一種領先「半代」的1.5代艦船綜合電力系統，其特點是採用大量中壓直流的二代技術，但是在推進系統上，還是相同的第一代大功率感應電機。和美國DDG-1000驅逐艦相比，中國的中壓直流艦船綜合電力系統不但能量密度更大，而且還更能適應我軍艦艇燃氣輪機性能的現狀。

從長遠看，中美競爭的目標還在艦載的儲能裝置和智能型能量管理系統上。美國海軍的DDG-1000驅逐艦造研製過程中，就在媒體上炒作要安裝電磁炮，但實際仍然使用傳統火炮，而且還陷入了有炮無彈的尷尬境地。這所以造成這種現象，就是因為DDG-1000驅逐艦仍然使用第一代中壓交流綜合電力技術，而且沒有大容量的儲能裝置，因此無法使用電磁炮等先進武器。

目前美國的福特級航母上，應用有大容量的儲能裝置，但這是為電磁彈射器而使用的，和二代綜合電力系統中儲能裝置並不是一回事，而且美軍福特級嚴格意義上說並沒有應用綜合電力系統的技術。而馬偉明教授的團隊，在儲能模塊的研製上突破了高能量密度、長脈寬和長壽命的慣性儲能技術，創造性地提出了將拖動機、勵磁機、旋轉整流器及主發電機共軸集成，並將飛輪與轉子合二為一的儲能電機方案，提高了裝置的功率密度和能量密度。這種儲能模塊技術是和第二代艦船綜合電力系統緊密融合的。

除了儲能裝置，還有智能型能量管理技術。其技術關鍵是能夠自動生成多時間尺度、多目標優化控制策略，既能實現能源的高效利用，也能適應艦船不同的任務需求，在使用電磁炮、激光炮等高能武器時實現能量的自動優化。

現有的美國DDG-1000以及中國055型驅逐艦隻有應用了第二代艦船綜合電力系統，才有可能應用新一代的高能武器。也就是說，中國和美國誰在艦載的儲能裝置和智能型能量管理系統率先取得突破，誰就能率先將電磁炮、激光炮等新型武器搬上艦艇，佔據優勢地位。