在今年的全國兩會上,馬偉明院士接受媒體採訪,表示:中國的電磁彈射技術已經領先美國,全電推進技術至少領先美國15年
這兩句話立即引爆了國內媒體的熱情:「領先美國整整15年啊!」這是多麼揚眉吐氣的話,我們建國初期有個口號是「超英趕美」,最高目標不過是「追趕美國」,在當時的世人看來,這已經是近乎「吹牛」了。
改開後,全體國人凡事都要不自覺的對比:若美國遇到某種情況,會如何如何?軍隊更一向以美軍作為模仿和追趕的對象,「當代共軍才是最大的美粉」這個無須遮遮掩掩,因為強軍的三步走目標,最後一步就是:到二十一世紀中葉,我軍綜合作戰能力看齊美軍的水平。
說來說去都是「力爭幾十年後看齊美軍和美國」,而馬院士兩句:電磁彈射領先美國,全電推進領先美國15年,真的有點「幸福來得太突然」!
馬院士的話可不是隨便說說,其實這兩句話說的是兩項先進技術:
全電推進技術領先美國15年,是指船舶全電綜合管理和推進技術。馬院士帶領的團隊在2000年左右就已經突破了中壓直流船舶大功率推進技術。目前已經有非常成熟的產品問世,而且即將運用到國產新型全電護衛艦上。
馬院士帶頭研發的全電推進,上來就是直流電。直流電有個最突出的優點,就是不會對外有電磁輻射,既有利於電磁隱身,也有利於全艦的電磁兼容。
而美國人的全電技術一直是交流電,交流電無可避免的要有電磁輻射外洩。美國人在2016年左右才剛剛開始攻關中壓直流全電技術,突破還不知道猴年馬月。因此馬院士說在這方面領先美國15年,還是謙虛了,應該再加上「至少」兩個字。
第一、中國電磁彈射器的陸地完全實驗設施的彈射能力超過了美國。美國人雖然在福特號上比中國更早的開始實際安裝電磁彈射器,但是問題一直不斷,最大彈射能力只有35噸,屬於勉強可用的狀態。
而遼寧興城的中國陸地電磁彈射設施,最大彈射能力可以高達45噸到48噸,遙遙領先,可以滿足未來50年內任何型號艦載機的彈射。
福特號
第二、中國的電磁彈射器已經實際彈射了重型殲15艦載機的彈射型,並且又成功彈射了大型無人機。彈射殲15是全世界第一次用電磁彈射器實際彈射起飛重量超過30噸的重型艦載機。而電磁彈射大型無人機,其實技術更牛叉,這個後面再具體講。
美國人至今沒有用電磁彈射器實際彈射重型艦載機,不論是陸地設施還是福特號的艦上電磁彈射器,福特號上至今仍然在彈射滑車做模擬實驗。而用電磁彈射器彈射大展弦比大型無人機,美國人更沒有做過,這才是逆天的技術。
第三、美國人電磁彈射的研發到目前仍然技術BUG成堆,造成福特號下水幾年了,至今遲遲不能服役。而美國人與電磁彈射同時配套研發的「先進電磁攔阻技術」,進度更慘,直接掉進了技術泥潭不能自拔,面臨徹底下馬的風險。福特號被迫回頭再用尼米茲級的油缸攔阻老設備臨時頂替。
而馬院士研發的電磁攔阻技術早就和電磁彈射技術一樣完全成功,而且研發所用時間只有電磁彈射的一半,用馬院士的原話:電磁攔阻只是把電磁彈射反過來就是了,有什麼難的?估計研發電磁攔阻的美國人看到這句話,想死的心都有了吧!
尼米茲級
以上可見,有馬偉明這個「電磁天才」的橫空出世,中國電磁技術的突破無疑是相當驚人的。那麼,問題就來了,傳聞已久的002型航母到底用什麼彈射方式呢?
網上流傳多年,被「軍事專家多次證實」,而且至今還在屢屢被「炒冷飯」的說法是:
雖然馬院士的電磁彈射和攔阻技術都已經成功了,但是「技術太新」,而且「已經趕不上」002航母的進度,因此002航母會用「更成熟」的蒸汽彈射器。002型航母想像圖
中國的航母建造計劃,就是大家都聽說過的「048工程」。目前已經服役的001遼寧艦,甚至即將下水的001A航母都不在048工程的範圍內,001和001A都是計劃外應急的產物。
其實就是2004年8月份,當時的軍W正式批准了海軍遞交的航母發展計劃書,同意研製「美式」彈射型航母,先研發兩艘5到6萬噸的中型彈射型航母,再研發兩艘8萬噸以上的核動力彈射型航母。
未來中國航母群
但是,048工程批准立項後,世界航母技術的發展很快,尤其是馬偉明院士在電磁彈射領域「出人意料」的突破,完全讓此後的海軍陷入了「挑花眼的迷茫狀態」:首批平板彈射航母,到底是繼續用蒸汽彈射還是電磁彈射?主要問題就卡在這裡了。
048工程從2004年立項至今,已經整整過去了13年。按常理說,這麼長的時間,首批蒸汽彈射航母也應該下水了。但至今連影子也沒有看到。而只看到遼寧艦的高仿版(001A航母)即將下水,這本身就是海軍對彈射航母技術選型遲遲下不了決心的反應,而臨時加塞了一條滑躍型來應急。
海軍先是「挑花眼」,然後又陷入了對新技術的「眩暈期」。筆者認為,這個過程,至少有10年的時間,也就是說:直到2014年或2015年左右,海軍和更高層才真正下定決心到底是用電磁彈射還是蒸汽彈射。
建造中的001A航母
無論蒸汽彈射還是電磁彈射,對中國海軍都是新興技術,只有對美國海軍來說,蒸汽彈射才是所謂的「成熟」技術。
第一、蒸汽彈射,其實就是一門蒸汽大炮,彈射管本身就和炮管類似,而且是兩個管子並聯。高壓蒸汽通過電磁閥,由蒸汽包瞬間釋放到彈射管,高壓蒸汽推動活塞前進,同時帶動彈射梭,拉動艦載機起飛。
蒸汽彈射的做功主要集中在彈射開始的瞬間,而隨著活塞的向前運動,高壓蒸汽的擴散空間越來越大,壓力越來越小,溫度越來越低,因此當活塞運動到彈射管盡頭的時候,彈射動力已經成強弩之末,對艦載機已經沒有多大幫助了。
美國的飛行員對蒸汽彈射的感覺是:彈射開始瞬間拉力極大,而當彈射器接近末端時,飛機自身發動機的推力,已經遠遠超過彈射器的拉動!
由此可見,蒸汽彈射就像大炮發射炮彈一樣,剛開始的瞬間拉力和加速度很大,但越往後動力越小,幾乎就僅僅靠慣性,對飛機起飛的幫助很小。
彈射開始時,瞬間拉力和加速度都太大,往往超過4個G,高達4.5到5個G,這對機體壽命和飛行員的健康都是不利的。而蒸汽彈射器運動到末端,又幾乎是「有氣無力」的狀態,不再對起飛有多大幫助。
瞬間爆發的方式也限制了蒸汽彈射器的最大彈射能力。目前基本不超過32噸,若再想提高,只能讓蒸汽彈射器開始的爆發力更大,這是飛機和飛行員所不能承受的,因此蒸汽彈射器已經到了潛力挖掘的極限。
彈射初期高達4個G以上的加速度,更是大展弦比大型無人機無法承受的:所謂大展弦比就是翅膀很寬很薄,而且基本和機身成垂直狀態安裝,無明顯後掠角度的飛行器。這種飛行器,往往無法承受超過2個G以上的瞬間加速度。一旦超過這個值,彈射的瞬間可能就把翅膀拉掉或者機體拉斷了,因此想彈射大型無人機,最好是用電磁彈射。
艦載機蒸汽彈射瞬間
而電磁彈射的優點相比蒸汽彈射是非常明顯的:電磁彈射是電動系統逐步做功的過程,不是蒸汽彈射那種「瞬間一錘子買賣」。電磁彈射是逐步加速加力,越到彈射的末端,彈射器發力越大,速度越快。
這幾乎是「最理想」的彈射,彈射開始的瞬間,加速度幾乎超不過2個G,無論對飛機還是飛行員來說都是非常「舒適」的。然後彈射器加速越來越快,飛機在起飛的一瞬間,彈射功率開到最大,讓飛機獲得「最有力的最後一推」,騰空而起。
這種逐步加速的彈射器特別適合彈射「機體脆弱」的無人機,而無人戰機恰恰是未來空戰的主角,這個蒸汽彈射器辦不到。
電磁彈射器還可以「看機下菜碟」:彈射重量範圍可以從40噸到4噸自由調節,在控制電腦上輸入幾個參數就行了。而蒸汽彈射的調節範圍非常有限,還要人工調節無數的閥門。電磁攔阻和傳統的油缸攔阻也有巨大的技術進步,原理和電磁彈射類似。
由此可見,電磁彈射和攔阻,相比蒸汽彈射的技術進步,幾乎是革命性的。正如電力火車早早的淘汰了蒸汽火車頭,電磁彈射淘汰蒸汽彈射也是技術上的必然。蒸汽彈射是出了名的「難伺候」,美軍航母90%以上的維護工作是對4臺蒸汽彈射器的日常維護,弄得負責這項工作的美國艦員,在頭盔上寫上中文「過勞死」。
據說:中國研製的全尺寸蒸汽彈射器,在陸地試驗中,美國彈射器該有的毛病和難伺候一樣不少。而彈射能力連美國C13-2彈射器性能的80%都達不到,只能勉強彈射不到30噸的艦載機,這本身就達不到起飛重載殲15的要求,至於彈射無人機就更不用想了。
和馬院士取得巨大成功的電磁彈射器和攔阻設備相比,國產蒸汽彈射器性能不給力,技術問題重重,未來升級潛力不大,也彈射不了無人機。若酷友你是中國海軍司令,你會選擇用哪個?
因此筆者研判:048工程之所以長達13年不見動靜,就是海軍高層在「挑花眼和新技術眩暈10年後」,下決心做出了最終選擇---磨刀不誤砍柴工,畢竟航母是關係大國國運,未來要用幾十年的超級工程充分對比才能正確選擇。筆者一直強調:以兔子軍工和軍隊的謹慎個性,大的工程一定要做足論證和地面試驗,才可能真正上艦,我們不是印度阿三。因此彈射和攔阻這些關鍵設備,無論採取哪種技術流派,是一定要在地面做完真實試驗才能在002航母上實際安裝的。
而具備完全真實試驗條件的,只有遼寧某基地,其他的上海、武漢的所謂彈射設施都不能彈射真正的飛機。興城用什麼彈射器,002航母上就用什麼彈射器。
筆者的研判是:遼寧某基地兩條新建彈射器都是電磁彈射的,因為不見蒸汽彈射的鍋爐房,只見電磁彈射的配電間。興城已經成功的彈射了殲15彈射型和大型無人機,都已經被媒體公開證實。
因此筆者最終研判:即將在江南長興總裝的002航母一號艦,會用電磁彈射和電磁攔阻。蒸汽彈射,中國海軍已經放棄!
另一個問題:002航母的噸位?生產數量?和彈射器數量?筆者研判:002航母常規動力,滿排水噸位在7.8萬噸到8.4萬噸之間,生產數量2到4艘,首批應該是兩艘,上海、大連各造一艘,然後看國產航母核動力包的研製進度,若進度快,應該2艘常規彈射就打住,後面直接上馬12萬噸的超級核動力航母。
若核動力實驗進度拖後(實驗品其實就是宣傳多時的漂浮核電站),或者戰備形勢吃緊,那麼002常規彈射型會加造2艘,中國迅速形成擁有6艘航母的局面。002彈射型應該安裝至少3條電磁彈射器,前甲板2條,斜角甲板1條。之所以不完全模仿小鷹級上4條彈射器,是因為斜角甲板兩條,互相干擾,不能同時彈射,還不如直接上一條,更有利於甲板調度和起飛。
小鷹級
最後一個問題:電磁彈射和攔阻一定要核動力航母才能安裝嗎?核動力航母的問題有哪些?電磁彈射和攔阻不一定非要核動力航母才能安裝,常規動力航母完全可以安裝。這個筆者已經解釋過多次了,在此再說明一下:
核動力系統和燃油鍋爐系統都是「燒」出高壓蒸汽來推動汽輪機和發電機工作和發電,兩者在產生高壓蒸汽這個關鍵產品的環節,其實是殊途同歸的。而且核動力並不一定代表動力強勁和源源不斷的輸出。
例如法國戴高樂號航母的核動力就非常「不給力」,總功率不足,蒸汽產量不夠,導致航速和電力供應都有問題。而中國的遼寧艦是燃油常規動力,卻性能強勁,可以連續以30節的高速飆車1000海裡,這是核動力的戴高樂號不敢想的。
戴高樂號航母
常規動力航母只要鍋爐給力,也可以燒出源源不斷的蒸汽來帶動發電機發電,保證全艦的用電和電磁彈射和攔阻的用電。而電磁彈射和攔阻只是瞬間功率大,總用電量卻極其有限:彈射一架三十噸的重型艦載機,實際總耗電量只有40度上下,這對發電總功率高達5萬千瓦的航母來說,不值一提。
馬院士團隊在電磁彈射和攔阻上對美國巨大的領先優勢,其秘訣之一,就在於中國研發出了超級電容。中國的超級電容,用一句廣告詞表達:充電5分鐘,通話2小時。而美國電磁彈射則問題重重,關鍵怕是電容不行:屬於充電2小時,通話5分鐘。
中國的超級電容是湖南某廠生產,這也是馬院士的定點生產廠。這個廠除了生產航母電磁彈射、攔阻的關鍵部件,還生產民品,比如用上了超級電容的公交車,只需要充電十幾分鐘,就可以跑一整天,這才是逆天技術的關鍵。有了超級電容,中國的002航母哪怕平時發電功率不太高,也可以慢慢的給電容充電,一旦工作,可以完成多次彈射。有了超級電容,常規動力航母也能用電磁彈射和攔阻技術。
雖然我國已經裝備核潛艇幾十年,但核動力航母所需要的動力包,功率和性能都要比核潛艇動力包強大得多,因此必須從頭開始研發,我國在這方面也已經突破。但是核動力畢竟是風險極大的項目,實際裝堆後沒有十幾年的運行證明絕對安全可靠和性能強大,是不會輕易安裝到國產航母上的。
而我國的水上核電站項目去年才剛剛立項,按照正常進度,沒有10年是不會做完全部實驗的。因此筆者研判,中國核動力航母,不可能在2025年以前上馬。若形勢緊張,會生產4艘甚至更多的常規動力的002航母應急。
核動力航母還有重量過大,退役拆解困難,人力成本過大的弱點。即使再好的防護,核動力包總會有一定劑量的輻射出來,因此美國的核動力航母都是兩套艦員輪流上艦,半年一輪換,總人數高達1萬人,一年僅工資就幾十億美元。
水上核電站
我國的核潛艇也是一艇兩套甚至三套人馬,人力成本都是巨大的。而常規動力航母的一套人馬可以一年幹到頭,也沒有防輻射的麻煩。一算帳,核動力航母未必能省下多少油錢和軍費。
003型國產核動力航母不會超過4艘,而常規動力電磁彈射航母,才是中國海軍未來20年內的絕對主力。