从蒸汽到电磁:弹射哪能一蹴而就

  近日,有媒体报道称,最快于今年底下水的002型航母将配置4部蒸汽弹射器,而非美国“福特”号航母上采用的电磁弹射器。就此,美国有军事专家评论说,002型航母还没下水就已经落后了。

  那么,蒸汽弹射器与电磁弹射器究竟有多大差别?我国航母为何不采用电磁弹射技术?

  蒸汽弹射劣势明显

  美国军事专家指出,002型航母预计将使用4部蒸汽弹射器,这是其落后的关键性因素,因为相比电磁弹射器,蒸汽弹射器的劣势相当明显。对此,海军军事专家李杰表示,对一艘航母而言,舰载机弹射器的选择至关重要。当今9个拥有航母的国家中,有6个使用滑跃起飞技术,其余3个(美国、法国和巴西)则采用蒸汽弹射器。美国即将服役的“福特”号航母将装备电磁弹射器。

  蒸汽弹射技术的劣势主要表现在三个方面:一是蒸汽弹射器体积大、重量重、效率低、对舰上辅助系统要求高,运行和维护费用相对较高。而相比之下,电磁弹射器的构成组件就很少,体积只有425立方米,重225吨,尚不及蒸汽弹射器的一半。此外,蒸汽弹射器的机械磨损很严重,尤其是金属密封条,舰载机每弹射一次都会与之摩擦一次,更换量非常大。统计数字显示,运转蒸汽弹射器的费用占整个航母全部设备维护费用的80%,差不多需要500人来保证蒸汽弹射器的运行和维护。蒸汽弹射器弹射舰载机还需要消耗大量的淡水。以美国尼米兹级航母为例,每弹射一架舰载机,就需要消耗一吨淡水。

  二是蒸汽弹射器输出功率远不及电磁弹射器,这不利于舰载机在较短距离内快速弹射起飞,从而大幅减少了日出动率。理论与实践都表明:现役美国尼米兹级航母的蒸汽弹射器效率只有5%左右,如果采用电磁弹射器,则可将输出功率提高到60%。蒸汽弹射系统在使用前预热需十几个小时甚至24小时,电磁弹射系统从关闭时的冷铁状态到发射准备状态只需15分钟。

  三是蒸汽弹射器只能弹射一定重量的舰载机,一些舰载无人机就无法弹射。而电磁弹射器的能量输出调节范围远大于蒸汽弹射器,弹射过程不仅加速均匀且力量可控,弹射几十公斤重的舰载无人机也不在话下。此外,电磁弹射器的推力启动段没有蒸汽弹射那种突发爆炸性的冲击,这不仅大大延长了飞机和部件的结构寿命,而且降低了对飞行员身体承受能力的要求。

  技术虽老,但可靠实用

  电磁弹射器虽然优点很多,但其决策与研制过程远比蒸汽弹射器要复杂和漫长得多。蒸汽弹射器从研发到大量使用,只花了10年时间,而电磁弹射器则用了30多年。

  蒸汽弹射器的问世缘于二战末期喷气式飞机的出现。鉴于高能弹射的急迫需要,美、英等国决定着手开发一项新的弹射技术。短短几个月的时间,英国便完成了从提出方案到制造出演示装置的整个过程;随后,英国海军又展开了初步试验。1952年,英国海军开始在“英仙座”号航母上对蒸汽弹射器试验取得成功,很快开始装备部队。1954年6月1日,美国在“汉考克”号航母上对蒸汽弹射器装备完成弹射操作。从此,航母装备蒸汽弹射器日渐普遍,整个过程只花了10年时间。

  而电磁弹射器的研究则始于1982年,直到即将服役的美国福特号才装备上电磁弹射器。过去30多年来,电磁弹射器研发计划问题不断,试验频出故障,造成计划延迟,费用超标。2010年1月12日,在美国新泽西州赫斯特湖航空工程站进行的电磁弹射试验中,弹射器拖梭反向移动,猛烈撞击在甲板张紧器上,造成系统硬件损伤。该故障对于直线电机电枢和甲板张紧器造成的损伤是不可修复的。这一事故使计划整整拖后了两个月。美国个别议员甚至担心,电磁弹射技术的风险超过了它的优势。

  李杰说,蒸汽弹射器已使用了半个多世纪,其高可靠性早已得到有关专家的认可和飞行实践的验证。时至今日,在近千万次的舰载机弹射起飞中,尚没有一架因装置本身故障而出事故。而电磁弹射器还未经过实践检验,一时半会儿还很难断言它是否安全可靠。我国002型航母采用蒸汽弹射器,正是出于这方面的考虑。

  电磁弹射器装备航母尚需时日

  此前,有媒体报道称,我国自主研发了电磁弹射器,目前已经开始蒸汽弹射器和电磁弹射器的对比测试,无论是弹射强度还是弹射次数,电磁弹射器都已经得到验证,接下来要解决的就是电磁弹射器的可靠性问题。中国工程院院士、动力与电气工程专家马伟明指出:“中国电磁弹射技术上航母完全没有问题,这项技术甚至领先于美国。”

  对此,李杰指出,电磁弹射器从技术成熟到达到工程化和实用化程度,并最终装备到航母上,形成一定的战斗力都需要大量的时间,绝非一蹴而就。

  首先,如果装备电磁弹射器,可能需要对航母的甲板、控制系统、甲板下方等部位进行重新设计。从美国“福特”号航母经验来看,除了安装电磁弹射系统外,还包括升级的核动力装置,更大的甲板、更先进的拦阻索技术、双波段雷达、更多的舰载机等,不仅旧的装置技术有革命性改进,还有新的技术装备需要上舰,对电磁弹射系统的各种设备的体积、重量提出了新要求。而各种设备的体积、重量均处于未定型状态。其他部位设备设计改变与否,也将影响冲击到弹射系统的设计制作,影响到整个舰体的布局。

  此外,电磁弹射器用电量惊人,对常规动力航母是个巨大的挑战。李杰指出,电磁弹射器弹射舰载机时,必须依靠强迫储能装置。该装置的最大不足是电能不像蒸汽可以大容量储存。作为电磁弹射器关键部件的强迫储能装置,在舰载机起飞时需对其加速做功。每台强迫储能装置算上损失,充电功率约为4兆瓦;如果4部电磁弹射装置同时充电,则充电总功率可达16兆瓦。如果再加上电磁轨道炮、激光武器和升降机等其他设施的用电量,航母总功率必须达到60兆瓦以上,方能满足要求,如果不是采用核动力装置,仅电磁弹射器充电都会影响其他系统的用电。

  此外,如何屏蔽电磁辐射,减少对人体伤害和电磁干扰问题、快速散热以减少弹射间隔提高弹射效果等问题,都是航母装备电磁弹射器亟待解决的问题。