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理性看待军博航母模型②:勾勒我国航母的技术演进路线

澎湃新闻特约撰稿 包晓

2017-08-10 11:48  来源:澎湃新闻

军博展示弹射航母模型。浩汉防务 图
舰载机选型

在甲板面积狭小的航母上,舰载机群的战斗力受制于诸多因素,最重要的是舰载机的数量。“福特”号搭载大约75架舰载机。按照美国海军的要求,战争首日航母战斗群的出动架次至少要达到140架次/天,到了“福特号”,这一数量被提高到180架次/天。即便是常规动力的英国“伊丽莎白女王”号,在搭载36架F-35B的情况下,也能够实现每日108架次的出动率,接近尼米兹级的水准。
为达到较高的出动率水平,除了增加舰载机的数量,还需要优化舰载机的调度和调配。比如,舰载机在两次出动之间如何进行补给和维护,其作业效率如何提升?甲板上的战斗机如何摆放才能保障以最快的速度连续放飞与着陆?因此,舰载机设计需要兼顾多项约束性指标:尺寸必须适中——保证航母能够携带较多的数量,并具备一定的作战半径;要有合理的气动布局,保证最大起飞重量与空重之间的适当比例,使着舰速度尽可能低。所以,舰载机的设计绝不可能完全像空军主战机型那样突出隐身与大航程,更不是为空军主战飞机安上着陆尾陆勾或强化起落架即可。以“辽宁”号为例,如果搭载20架歼-15,以每架舰载机能够实现2.5次/天出动率计算,也仅能实现50架次/天的出动率,仅相当于美军核动力航母的1/2不到。由此可见,受制于歼-15的尺寸,”辽宁”号携带的舰载机数量严重影响了战斗力的生成。笔者认为,短期内歼-15不会被替代,毕竟弹射型的歼-15也已经在研发,但我国新型舰载机的研发可能也已进行。
所以,要保证舰载机的出动率,就必须通过压缩舰载机的尺寸来增加载机数量,隐身会是下一代舰载机的主要特征,但需要与其他因素妥协,无法像空军的歼-20那样追求全向隐身。笔者认为,歼-20作为空军机型,设计时不会过多计较尺寸。但歼-20要上舰,就需要进行重大修改:包括尺寸压缩,修改气动外形、增大机翼面积以降低进近速度,提高机身结构强度以适应航母起降(这会进而导致机身增重,遇到类似F-35C的问题)。歼-20如果按照舰载机的要求进行大改,最终可能就是一款新的机型,隐身能力也可能被迫修改。我国航母的确需要优秀的舰载机,但是否一定要从歼-20衍生而来,乃至将隐身作为首要的战术指标,都需要军方在使用航母的过程中逐步摸索,围绕战术要求作出决策。
电磁弹射
福特级航母使用了通用原子公司制造的电磁弹射器,阻拦装置也改为电磁控制阻拦索的阻尼。电磁弹射/阻拦的最大优势在于能够精确控制弹射和阻拦的力度,机械装置大幅减少,维护成本远小于传统的蒸汽弹射装置;美军的电磁弹射要求系统在45秒内完成储能,会大大提高舰载机的出动率。但问题是,电磁弹射/阻拦系统海上长期使用的可靠性仍有待检验。美军通常使用两条弹射器进行舰载机起飞作业,如果使用电磁弹射,那么每隔45秒便能弹射一架32吨重的F-35c;如果是轻载的舰载机,则间隔时间更短。按照目前的数据进行测算,福特级放飞舰载机的效率至少比尼米兹级高出25%(尼米兹级蒸汽弹射器的最小弹射间隔为1分钟)。
在拥有巨大优势的同时,电磁弹射的缺点也可能是致命的。除了刚才提到的可靠性问题,电磁弹射对舰艇的供电系统峰值负荷与管理也提出了巨大的挑战。为此,“福特” 号使用两台A1B反应堆,具备200MW的峰值发电能力,比“尼米兹”级高出了50%以上,为电磁弹射提供了保证。
我国在电磁弹射方面的科研进展也很快。据媒体报道,我国已经攻克了电磁弹射的关键技术难关。网络上还有援引中国工程院马伟明院士的话称,决策者在蒸汽弹射和电磁弹射之间需要权衡,甚至推迟了新一艘国产航母开工。这些消息都有待进一步的确认,不过外界对于下一艘国产航母采用电磁弹射的预期非常强烈。
笔者认为,电磁弹射从完成陆上原理验证到具备上舰测试之间,还有诸多技术难关需要攻克。首先是电磁弹射装置的陆地验证到上舰之间,还需要经历很多技术难关,研发的过程非常漫长。以美国为例,航母开工之时,其他子系统(例如舰载机系统、动力系统、弹射/阻拦包括是否采用弹射)的设计应当已大体成熟。“福特”号虽是今年服役,但其电磁弹射系统的制造商通用原子是在2004年就拿到了生产样品合同,2009-2011年开始进行海军主要舰载机的试飞测试,而“福特”号首次在舰上用电磁弹射放飞主力舰载机F/A-18E更是在7月28日才完成。单一关键项目的成败会极大地影响航母的整体进度。在我国急需形成航母战斗力的大背景下,究竟是应等待,还是先选择更为成熟的蒸汽弹射器呢?
其次是我国航母的弹射器形式与航母吨位、动力之间的匹配性。有一种说法认为,只有核动力航母才能够安装电磁弹射器,但事实上,核动力与电磁弹射之间并无必然联系,后者取决于电磁弹射器的安装数量与航母的吨位。公开资料显示,2009年英国曾与GA(通用原子公司)签订采购电磁弹射装置的合同,用于弹射F-35C,但2011年因成本原因取消,英国最终选择了F-35B。“伊丽莎白女王”号航母是一艘6万吨级的航母,使用2台燃气轮机和4台柴油机作为主动力,带动4台总输出功率为80MW的发电机。按照原计划,“伊丽莎白女王”号应当安装两条电磁弹射装置。因此从技术上说,对于6万吨级的航母来说,常规动力能够支撑电磁弹射所需要的大功率输出——这为我国的航母设计与建造提供了参照系。不过如果吨位进一步上升,达到10万吨级别,电磁弹射器装置数量提高到4台,那么常规航母的动力输出和续航里程可能会大幅度下降。
笔者认为,选择蒸汽弹射与电磁弹射是两条截然不同的技术演进路线。如果我国下一艘航母就使用弹射器,那么选择可靠性更强、技术风险更小的蒸汽弹射的可能性更大,以保障航母的建造进度;如果下一艘航母继续沿用滑跃起飞,则可以认为我国正在为电磁弹射成功上舰争取时间。
核动力
核动力对大型航母的好处显而易见。我国航母朝更大的吨位发展是必然趋势,核动力也是必经之路。但是,我国仍缺少核动力航母出现之前的过渡船型:大型核动力水面舰艇。
美国和法国开发使用核动力航母的实践证明,为航母研发的核反应堆必须专门研制,且经过验证。今年6月有一则关注度相对较低的消息,即中船集团和中国核工业集团宣布联合研制我国的核动力破冰船。笔者认为,这条消息验证了我国正在逐步弥补这块关键的短板——以破冰船这样的大型平台来验证舰用核反应堆,其目的之一就是为航母最终的核动力装置选型、定型。因此,笔者判断,在我国的核动力破冰船下水之前,我国航母的动力不会贸然转移至核动力,更不可能出现在航母上率先使用核反应堆,让航母当“小白”的情况。
小结:我国航母的技术演进路线
前面提到过,当前困扰我国航母在远洋进行部署的最短板是固定翼预警机。如果从尽快形成航母战斗力的角度出发,国产航母有比较大的概率去遵循从“常规动力+滑跃起飞(001和001A)”至“常规动力+蒸汽弹射(002)”,再到“核动力+电磁弹射”的路线。因此,下一艘002型国产航母很可能在维持6-7万吨排水量的基础上,安装2部蒸汽弹射器;舰载机则继续使用歼-15,同时解决舰载固定翼预警机上舰的问题。
目前看来,我国航母的技术演进路线可以概括为:以稳中求进为原则,通过20-30年的时间,积累起完整的航母制造经验,形成完备的作战体系,从而组建起一支能够有效捍卫主权、在西太平洋地区制衡美国的军事力量。
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责任编辑:杨一帆 澎湃新闻,未经授权不得转载。新闻报料:4009-20-4009
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