近日有軍事專家在接受央視采訪時(shí)表示，如果我國(guó)建造第二艘國(guó)產(chǎn)航母，最好是采用電磁彈射起飛的方式。由于我國(guó)第一艘國(guó)產(chǎn)航母采用的是“滑躍起飛”，引發(fā)了網(wǎng)友的紛紛熱議。彈射器為何引起專家和軍迷關(guān)注?大洋之上的戰(zhàn)機(jī)在航母上起飛究竟需要克服哪些困難?

艦載機(jī)起落

高科技下的兩難問(wèn)題

自從人類發(fā)明航空母艦，這種“大海上的移動(dòng)機(jī)場(chǎng)”就成為了戰(zhàn)略級(jí)的強(qiáng)力武器。然而，要在茫茫大海上，讓戰(zhàn)斗機(jī)順利起落，相對(duì)陸地上要面臨更大的挑戰(zhàn)。除了風(fēng)浪導(dǎo)致的飛機(jī)駕駛難度和航母起伏顛簸外，航母甲板本身的尺寸限制也是一個(gè)讓人頭疼的問(wèn)題。

眾所周知，固定翼飛機(jī)是依靠高速行駛，產(chǎn)生空氣升力抵消重力，才能翱翔長(zhǎng)空。隨著軍事科技的進(jìn)步，噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)加載的各式先進(jìn)裝備越來(lái)越多，重量也就節(jié)節(jié)攀升。要讓這么個(gè)大塊頭飛上天，除了優(yōu)化氣動(dòng)力布局外，一個(gè)最根本的手段就是增加速度。現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了。更快的飛行速度，意味著飛機(jī)需要在地面行駛更多的時(shí)間、更長(zhǎng)的距離。在地面上還好說(shuō)，無(wú)非把機(jī)場(chǎng)跑道延長(zhǎng)，五百米不夠就一千米。然而在海上，航母的甲板不能無(wú)限延長(zhǎng)，甲板太長(zhǎng)，既增加艦體負(fù)擔(dān)，又容易損壞，目標(biāo)還大。

二戰(zhàn)時(shí)期日本的“零式”戰(zhàn)斗機(jī)，其全重不到2.7噸，速度不過(guò)500多公里，在頂風(fēng)起飛時(shí)只需要70米的跑道距離;但美軍的四代機(jī)F-18，要求的最大起飛重量已為20多噸，最高時(shí)速達(dá)到1800公里。美國(guó)現(xiàn)役航母的主力“尼米茲”級(jí)航母，與二戰(zhàn)日本航母“赤城號(hào)”的甲板長(zhǎng)度差不多，都是200多米。這就意味著，海軍航空兵們必須用差不多長(zhǎng)度的甲板，去對(duì)付快得多的速度。怎樣讓如此快的飛機(jī)在如此短的甲板上順利起飛、降落，成為無(wú)數(shù)軍方科學(xué)家絞盡腦汁的問(wèn)題。

第1類

艦載機(jī)垂直起降：只能算權(quán)宜之計(jì)

解決航母起飛、降落問(wèn)題的一種終極思路，就是把艦載機(jī)改為“垂直起落”戰(zhàn)斗機(jī)，使得它們只需要很短的甲板距離就可以起飛、降落。最典型的當(dāng)然是直升機(jī)。直升機(jī)別說(shuō)航母甲板，就算是巡洋艦、驅(qū)逐艦的甲板也能輕而易舉地起降。然而直升機(jī)本身的特性，決定其速度、航程和戰(zhàn)斗力都遠(yuǎn)不如固定翼飛機(jī)。

更先進(jìn)的方案便是在固定翼飛機(jī)上加裝垂直起降發(fā)動(dòng)機(jī)。起降時(shí)，通過(guò)垂直發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生直接向下的推力。這樣，無(wú)須以太高的水平速度產(chǎn)生升力，就能實(shí)現(xiàn)短距離的起飛降落。垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)的技術(shù)從20世紀(jì)50年即開(kāi)始研發(fā)，目前各大強(qiáng)國(guó)都有涉及。

例如，60年代法國(guó)的幻影III-V型戰(zhàn)機(jī)，在具備垂直起降的同時(shí)，其最高速度突破了2倍音速，這至今仍然是垂直起降飛機(jī)的紀(jì)錄;英國(guó)的“鷂式”和“海鷂式”戰(zhàn)斗機(jī)，參加過(guò)著名的馬島戰(zhàn)爭(zhēng);美國(guó)的AV-8參與過(guò)海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)，而新近服役的F-35更是唯一一款具備垂直起降功能的五代機(jī)。

不過(guò)，垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)盡管對(duì)甲板要求大幅度縮小，卻也存在明顯的弊端。首先是太費(fèi)油。垂直起降這種模式，生生用向下的推進(jìn)力來(lái)抵消重力，油耗極高，多達(dá)三分之一的油料都要用在垂直起飛，這就大大減小了飛機(jī)的航程和作戰(zhàn)半徑。

其次，垂直起降能夠承受的重量也有限，為了垂直起降，必須大幅削減戰(zhàn)斗機(jī)的載彈量，從而影響戰(zhàn)斗力。還有，垂直起降的操作難度很大，容易發(fā)生事故。英國(guó)在馬島戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)有5架垂直起降戰(zhàn)斗機(jī)就是因?yàn)椴僮魇д`墜毀的。而發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，也可能因?yàn)榧?xì)小顆粒被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)而發(fā)生事故，維護(hù)壓力比普通固定翼飛機(jī)要大。因此，垂直起降是以削弱戰(zhàn)機(jī)實(shí)力來(lái)降低甲板要求，只能算權(quán)宜之計(jì)。

第2類

蒸汽彈射器：半個(gè)世紀(jì)的光榮

為了讓艦載機(jī)在短短一百多米里達(dá)到足夠升力，最基本的思路，就是通過(guò)航母自帶的裝置，在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)加速的同時(shí)，為飛機(jī)提供一個(gè)額外的推力。這就是所謂的航母彈射器。目前世界范圍內(nèi)使用較為成熟的彈射器是蒸汽彈射器。它也是目前西方航空母艦的主流彈射設(shè)備。

最早的蒸汽彈射，是英國(guó)海軍航空兵后備隊(duì)司令米切爾在1951年率先研制成功的，裝備在“莫仙座”號(hào)航母上。此后，美國(guó)海軍購(gòu)買了這項(xiàng)專利，成為美、英、法等國(guó)航母的標(biāo)準(zhǔn)配置。俄羅斯航母研發(fā)較為滯后，但也在1982年開(kāi)始蒸汽彈射器的研究。計(jì)劃在90年代服役的“烏里揚(yáng)諾夫斯克級(jí)”核動(dòng)力航母就安裝有蒸汽彈射器，可惜這一款航母隨著蘇聯(lián)的解體而夭折。

蒸汽彈射的基本原理和彈弓差不多。在戰(zhàn)機(jī)起飛前，用位持器鋼圈“拽住”戰(zhàn)機(jī)的尾部，前輪附近的牽引桿則用“滑梭”鉤住。戰(zhàn)機(jī)前面的甲板下則有兩個(gè)平行圓筒，每個(gè)至少長(zhǎng)45米，筒中的活塞連接滑梭。蒸汽則由母艦上的鍋爐輸出，在增壓后輸入滑梭。

艦載機(jī)起飛時(shí)，開(kāi)足馬力，同時(shí)蒸汽彈射器啟動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)加上蒸汽壓力，形成可怕的推力。與此同時(shí)，飛機(jī)尾部又被鋼圈拽住。這樣相持片刻，當(dāng)巨大的推力終于拉斷鋼圈的時(shí)候，就好像玩彈弓的孩子松開(kāi)皮筋，飛機(jī)以極大的加速度往前猛沖。短短45米內(nèi)，時(shí)速能達(dá)到250公里，從而彈射起飛。

以上說(shuō)的是前輪彈射器。目前全世界只有美國(guó)具備生產(chǎn)這種彈射器的成熟技術(shù)。另一種是拖索式彈射，就是用鋼質(zhì)拖索牽引飛機(jī)加速起飛，這種彈射方式比較老，性能也不好，只有巴西的“圣保羅”號(hào)航空母艦使用。

蒸汽彈射器至今使用已經(jīng)超過(guò)半個(gè)世紀(jì)，也存在缺陷。首先是蒸汽彈射器的維護(hù)工作量很大，據(jù)報(bào)道單純的維護(hù)、運(yùn)轉(zhuǎn)蒸汽彈射器的費(fèi)用，就占到了整個(gè)航母全部設(shè)備維護(hù)資金的80%!美軍一艘核動(dòng)力航母上，需要整整500人來(lái)專門維護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)蒸汽彈射器。

蒸汽彈射器的技術(shù)要求很高。核心是高溫高壓材料，各個(gè)部分都要頻繁承受蒸汽的沖擊，如何保證各系統(tǒng)在這樣嚴(yán)酷的環(huán)境下穩(wěn)定工作是最大的難題。而且，蒸汽彈射機(jī)要消耗大量的淡水。美軍航母彈射一架飛機(jī)，要消耗一噸淡水。此外，現(xiàn)在美軍的蒸汽彈射器的長(zhǎng)度和氣缸容積幾乎達(dá)到極限，很難再提高能量，這就無(wú)法滿足未來(lái)更重的艦載機(jī)。

我國(guó)遼寧艦的甲板上，也能看到試驗(yàn)性的彈射裝置。不過(guò)，由于最初遼寧艦的前身瓦良格號(hào)并未預(yù)留彈射器的空間，故而要在遼寧艦上裝彈射器，改動(dòng)工程過(guò)大，甚至影響整個(gè)艦體的穩(wěn)定性。因此，目前遼寧艦還是單純的滑躍起飛模式。

第3類

滑躍起飛：大眾化方案

對(duì)于普通艦載機(jī)，更普遍的解決方案，是滑躍式起飛。這種起飛采用的甲板稱為“滑躍式甲板”。相比二戰(zhàn)中的平直甲板，“滑躍式甲板”最大的特征是甲板前部有一個(gè)向上的坡度，也就是俗稱的“翹頭”。這樣，艦載機(jī)在“翹頭”上以向上傾斜的角度起飛。

相對(duì)過(guò)去的平直甲板起飛，滑躍起飛在兩方面進(jìn)行了優(yōu)化：首先，滑躍式甲板使戰(zhàn)機(jī)本身有個(gè)向上的角度，即機(jī)翼與水平面形成的仰角更大。這樣實(shí)際上可以增大空氣阻力產(chǎn)生的升力，使得飛機(jī)更容易獲得足夠的升力騰空;其次，滑躍式甲板使得飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的速度也有一個(gè)向上的分量，等于在離艦的一瞬間是被“斜向上拋出”，這也使得離艦后獲得更多的加速起飛時(shí)間。

制作滑躍式甲板的技術(shù)門檻雖然沒(méi)有那么高。但是，滑躍起飛卻對(duì)戰(zhàn)機(jī)提出了更高的要求，需要戰(zhàn)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有很強(qiáng)的推動(dòng)力，在短時(shí)間、短距離內(nèi)推動(dòng)戰(zhàn)機(jī)達(dá)到起飛速度。不過(guò)這一點(diǎn)對(duì)于現(xiàn)代技術(shù)來(lái)說(shuō)較為容易。

滑躍起飛的典型代表，便是前蘇聯(lián)生產(chǎn)的庫(kù)茲涅佐夫號(hào)航空母艦。庫(kù)茲涅佐夫號(hào)航空母艦的“姊妹艦”瓦良格號(hào)，也就是我國(guó)現(xiàn)役航母“遼寧”艦，也是安裝的滑躍式甲板。殲-15在遼寧艦上起飛的矯健身影，想必很多朋友都會(huì)印象深刻。滑躍起飛雖然技術(shù)難度較低，卻也存在瓶頸：在戰(zhàn)機(jī)滑行距離一定的情況下，由于最終速度有限，單純依靠增加甲板仰角，對(duì)升力提升也有限。當(dāng)戰(zhàn)機(jī)重量過(guò)大時(shí)，憑借現(xiàn)有甲板長(zhǎng)度，單靠發(fā)動(dòng)力加速，難以獲得足夠的升力。因此，目前殲-15在遼寧艦上的起飛，還不能做到全負(fù)載，即不能完全滿載武器、彈藥、油量起飛。這對(duì)于殲-15在遠(yuǎn)洋的實(shí)戰(zhàn)是一個(gè)制約。

第4類

電磁彈射器：未來(lái)大趨勢(shì)

由于蒸汽彈射器存在體積龐大、運(yùn)行維護(hù)成本高、消耗大量蒸汽等缺陷，因此軍事領(lǐng)域又盯上了新的彈射器，即電磁彈射器。

所謂電磁彈射器，簡(jiǎn)單說(shuō)就是利用電磁感應(yīng)力進(jìn)行彈射的裝置。它分為兩種：電磁線圈彈射器及電磁軌道彈射器，分別采用交流直線電機(jī)和直流直線電機(jī)。

事實(shí)上電磁彈射的研究非常早，早在20世紀(jì)40年代，美國(guó)海軍即進(jìn)行了相關(guān)研究。然而當(dāng)時(shí)技術(shù)不成熟，研發(fā)成本高，故而很快就被放棄了。到70年代末，隨著艦載機(jī)的重量和速度不斷增加，蒸汽彈射器逐漸不能滿足需求，美軍又從1978年重新開(kāi)始對(duì)電磁彈射器進(jìn)行開(kāi)發(fā)。2013年，新一代核動(dòng)力航母“福特”號(hào)服役，上面就采用了電磁彈射器。

電磁彈射器包括強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置、大功率電力控制設(shè)備、中央微機(jī)工控控制及直線感應(yīng)電機(jī)等。其中最核心的是強(qiáng)迫儲(chǔ)能裝置，可將發(fā)電機(jī)在一個(gè)周期(約45秒)內(nèi)發(fā)出的能量積蓄起來(lái)用于一次猛烈的彈射。據(jù)估計(jì)，最大的艦載機(jī)起飛需要消耗的能量不超過(guò)120M焦耳，而功率4M瓦的充電設(shè)備則能在這段時(shí)間積蓄140M焦耳(存在消耗)以上的能量。福特級(jí)航母擁有四部電磁彈射系統(tǒng)，同時(shí)充電時(shí)總功率可達(dá)16兆瓦，再加上升降機(jī)以及未來(lái)的電磁軌道炮、激光，航母總功率可能需要60兆瓦以上。

相比蒸汽彈射器，電磁彈射器有許多優(yōu)點(diǎn)：首先能簡(jiǎn)化艦上的維修工作，據(jù)估計(jì)可以比蒸汽彈射器節(jié)省勞動(dòng)力成本30%以上。其次，電磁彈射器的精度高，對(duì)于彈射力量的控制，僅僅需要通過(guò)控制電流大小就能做到，這顯然比改變蒸汽流的強(qiáng)弱要便捷多了，它使航母能方便彈射從輕型到重型飛機(jī)。還有，電磁彈射器的重量和體積大約只有蒸汽彈射器的一半。電磁彈射器與未來(lái)海軍的“全電力系統(tǒng)”能更好融合，將彈射器的控制對(duì)接到全艦的其他動(dòng)力系統(tǒng)中，便于統(tǒng)一操縱。蒸汽彈射器的極限彈射能量不到100M焦，而電磁彈射器則可以達(dá)到122M焦，從而突破了前者的瓶頸。

此外，電磁彈射器能與滑躍式的甲板巧妙融合，這樣，既擁有彈射力，又能享受滑躍式起飛的好處。當(dāng)然，電磁彈射器也有一些缺點(diǎn)。高功率電磁電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生電子干擾，而高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械也對(duì)材料的剛性提出更高要求。

其他彈射器

五花八門各有利弊

除了普遍采用的蒸汽彈射器和方興未艾的電磁彈射器，還有其他各種彈射器的概念。由于種種原因，這些概念并未投入使用。

彈簧復(fù)力彈射器：堪稱是最“質(zhì)樸”的彈射器。它直接用一個(gè)大號(hào)彈簧，在通過(guò)電動(dòng)機(jī)壓縮后，再猛然釋放，把飛機(jī)彈出去，使之獲得加速。但這種超強(qiáng)彈簧對(duì)材質(zhì)的要求太嚴(yán)苛了，要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)度難度也很大。另一個(gè)弊端是，彈簧在最初彈出的那一瞬間，沖力最大，對(duì)飛機(jī)而言相當(dāng)于靜止時(shí)受到一個(gè)猛烈的加速度，對(duì)飛機(jī)和飛行員都是巨大的考驗(yàn)。

勢(shì)能彈射器：勢(shì)能彈射器類似一個(gè)斜坡，先通過(guò)升降機(jī)等將飛機(jī)運(yùn)至坡頂，然后將飛機(jī)從坡頂“推”下來(lái)，使得其受到重力和發(fā)動(dòng)機(jī)推力的合力，產(chǎn)生更大加速度。這種彈射器技術(shù)成分很低，而且彈力釋放非常均勻。然而為此必須造一個(gè)很大的坡面，在航母甲板上高高凸起，影響風(fēng)阻、隱形和防衛(wèi)等各項(xiàng)指標(biāo)，而且使用效率較低。

燃?xì)鈴椛淦鳎涸诮Y(jié)構(gòu)上與蒸汽彈射器相似，只不過(guò)推動(dòng)活塞的不是水蒸氣，而是猛烈燃燒產(chǎn)生的氣體。相比蒸汽彈射器，它不需要消耗大量的淡水，然而燃燒卻對(duì)設(shè)備產(chǎn)生了更高的要求，如耐高溫、防氧化、堅(jiān)固程度等。同時(shí)，燃燒這種化學(xué)反應(yīng)比水的汽化更加危險(xiǎn)，還要消耗價(jià)格昂貴的化學(xué)燃料，故障率高，污染嚴(yán)重。最初美國(guó)海軍試圖以此作為航母彈射器，但最終還是選擇了蒸汽彈射器。

火箭助推彈射器：就是在艦載機(jī)發(fā)動(dòng)時(shí)，用火箭助推器提供額外推力，飛機(jī)起飛后，火箭助推器再脫落。該方案的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，然而如何處理助推器卻是大難題。如果采用一次性的，價(jià)格太貴;如果采用反復(fù)使用的，那每次起飛都需要把掉入海中的助推器撈起來(lái)。此外，助推器本身噴出的高溫射流也會(huì)對(duì)航母設(shè)施和人員造成威脅。

航母攔阻：

生命的羈絆

相對(duì)于起飛的種種難題，飛機(jī)降落的技術(shù)方案要簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就是在航母上設(shè)置一些攔阻設(shè)備，當(dāng)高速行駛的飛機(jī)即將降落時(shí)，通過(guò)甲板上的攔阻設(shè)備“拖拽”住飛機(jī)尾部的鉤子，使得其速度迅速降低。當(dāng)然，攔阻索不能簡(jiǎn)單只是一根鋼筋把飛機(jī)攔住就好，這樣會(huì)直接把高速降落的飛機(jī)拽壞。事實(shí)上，攔阻索兩頭連接的是復(fù)雜的阻力產(chǎn)生裝置，在被飛機(jī)“絆住”后逐漸產(chǎn)生阻力，最終把飛機(jī)拉住。

美國(guó)海軍備有4道攔阻索，彼此間隔14米左右，要求飛行員最好在1、2道之間降落。如果4道攔阻索都沒(méi)能鉤住飛機(jī)，那么飛機(jī)可以就勢(shì)重新起飛，再來(lái)一次。當(dāng)前，攔阻索的普遍阻攔裝置是水蒸氣，而在福特級(jí)航母上，則靠電磁力進(jìn)行攔阻。