霸權的「鐵爪」——美國航母技術掃描

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，並且正在發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，美國自二戰以後就執航母技術發展之牛耳，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年代發明，後由美國引進並不斷改進，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、巴西的聖保羅號航母，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，技術發展成熟，對航母的發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複雜，而且多由不規則構件組成，特別是蒸汽和水壓設備，其維護工作歷來都被認為是「惡夢」；二是蒸汽彈射系統需要大量的維護人員並且勞動強度很大，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，但它在低能範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。

由於蒸汽彈射器存在以上缺陷，美國海軍開始研發電磁彈射器，安裝於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了「電力彈射裝置」樣機，但由於當時技術不成熟且成本過高而無法工程化。20世紀80年代，美國重新開始研製電磁彈射器。

電磁彈射器項目組於2012年前共進行了129次飛機彈射試驗（包括F/A-18E超級大黃蜂戰鬥機、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境試驗後，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，並能夠通過調節電流，對彈射力進行大幅度調節，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。

菲涅爾透鏡光學助降系統

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及可控的著艦回收。

美國航母採用的是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。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，該系統在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。

先進回收控制系統利用精確的數字控制替代目前維護工作量繁重的系統，具備計算機反饋、增強型圖顯、可編程阻攔剖面和冗餘的電子控制執行機構，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，並改善系統性能，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徵。進入21世紀信息化時代後，新研製航母需要克服機械化時代的缺點，發展具有信息化時代靈活性高、智能化、省人省力、可承受性好、通用性佳等特徵的飛機回收系統。因此，美國海軍研製了自動化、電氣化程度更好的渦輪電力阻攔裝置，並安裝於福特級航母。

渦輪阻攔裝置是一種渦輪電力系統，最重要的構件是阻攔機和軟體控制系統。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；軟體控制系統能夠對阻攔過程實施精確控制，使飛機獲得恆定的受力，並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、安全性更高等優點。

渦輪阻攔裝置發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製取得重大突破，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點：可靠性更高，有助於提高艦載機的安全性；更適合於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，可以更及時、方便地實施維修。

A4W/A1G型壓水堆

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

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，電子助降的作用範圍更遠，光學助降僅在飛行員可視範圍內作用。當艦載機到達兩個系統作用範圍重疊區內後，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　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年代美國研製了菲涅耳透鏡光學助降系統，後者廣泛應用在國外航母上。20世紀90年代末，美國研製了改進型菲涅耳透鏡光學助降系統，用於替代菲涅耳透鏡光學助降系統，並於2001年—2004年安裝到美國海軍各艘航母上。美國還研製了作用距離較遠的激光助降系統，於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的重要補充。

改進型菲涅耳透鏡光學助降系統與菲涅耳透鏡光學助降系統相比，主要優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，並採用光學纖維和印刷電路板實現，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的另外一項改進是提高了系統內部穩定性，用透鏡運動去補償艦的運動，而不需要整個平台運動。

菲涅耳透鏡光學助降系統的作用距離只有約0.75海里（改進型菲涅耳透鏡光學助降系統有效作用距離約為1.25海里），當得到這些系統的指示時，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調整艦載機更顯倉促。

激光助降系統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，有利於飛行員辨認，可以迅速判別艦載機是否偏離航道。

電子助降系統　電子助降系統包括戰術無線電導航系統、進場雷達和進場著艦系統。

美國海軍航母的進場與著艦系統配置為：1部塔康戰術無線電導航系統、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確定著艦優先次序，然後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。

美軍日常維護蒸汽彈射器

美國現有的進場與著艦系統存在以下問題：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，不利於艦載機穩定、精確的著艦；艦載雷達系統體積龐大，不能很好的利用艦上空間，不利於裝載上艦；抗干擾，特別是抗電子戰能力差，在要求無線電靜默狀態下不能工作。因此，美國海軍開始研製新的進場與著艦系統——聯合精確進場與著艦系統。

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

聯合精確進場與著艦系統是一個軍用的、全天候的精確著艦系統，它使用差分GPS為飛機提供全世界範圍內的陸地或者海上降落的能力。聯合精確進場與著艦系統有助於提高美國部隊的聯合作戰能力，使其在不同氣象條件下完成固定基地、戰術、特殊任務和艦載著陸。此外，它還能滿足作戰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展，技術已經比較成熟。目前10艘尼米茲級航母均採用核動力。其中，（CVN68～77）採用A4W/A1G型壓水堆，每艦2堆，4軸，總軸功率280000馬力。

美國福特級航母也採用核動力，但現有A4W/A1G型反應堆難以滿足新的電力需求；另外現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製了新型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餘名削減至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。

版權聲明：本文刊載於《軍事文摘》雜誌2017年第7期，作者：柳正龍。如需轉載請務必註明「轉自《軍事文摘》」。

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