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美国海军迎来最先进航母 众多“黑科技”上舰

作者:吴懿鸣 黎晓川     来源:中国青年报      2017年06月15日14:12

4月8日,美国弗吉尼亚州纽波特纽斯,美国海军“福特号”核动力航空母舰离开船厂码头进行海试。视觉中国供图(资料图片)

5月31日,美国海军新一代“福特”级核动力航母首舰“福特号”(CVN78)由建造商亨廷顿·英格尔斯公司交付美国海军,从而向今年夏天正式服役又前进了一步。

根据美国海军计划,“福特号”预计将在2020年形成初始作战能力。“福特”级航母自1993年提出概念,历经3年顶层需求论证、4年总体方案论证、4年初步方案设计与关键技术先期开发、5年详细方案设计,首舰于2009年铺设龙骨,整个建造过程历经8年。

第二艘“肯尼迪号”(CVN79)于2010年12月进行了首块钢板的切割,2015年8月22日举行了龙骨铺设的开工仪式,计划2022年交付;第三艘“企业”号(CVN80)将于2018年纳入采办程序,计划2027年交付。

“福特号”航母排水量约10万吨,可搭载包括F-35C联合攻击战斗机等第四代隐身战机、无人战斗机在内的75架飞机。它采用电磁弹射器和先进拦阻装置,日出动舰载机270~310架次,可持续6天。

“福特号”航母采用新型核动力装置,发电能力相比“尼米兹”级成倍提升。它优化设计布局,提高自动化程度,人力需求相比“尼米兹”级降低20%左右。针对未来可能的需求变化,还为升级改造留下5%~7.5%以上的排水量储备。

“福特”级是面向21世纪作战需求研制的航母,将全面替代“尼米兹”级航母,成为未来几十年美国海军的核心装备,并引领着未来航母的发展方向。

精心设计发展之路

1993年,当“尼米兹”级航母才刚刚服役至第6艘、技术水平相对于其他国家处于绝对优势时,美军就根据冷战后国际形势的变化,从支撑由“大洋决战”向“由海向陆”战略转型的高度,立足全球存在、跨洋作战、以海制陆的军事需求,超前谋划航母的中远期建设问题。

美军成立了由海军牵头,空军和陆军参谋部、国防部办公室、工业部门和研究机构参与其中的顶层评估团队。通过全面评估,进一步明确了航母在实现美国全球战略、引领海军全面建设中的核心地位,确定了保持航母部队规模不缩减、采用创新技术和装备提升航母综合能力的发展思想。

可以说,“福特”级航母从建设伊始就奠定了支持战略实现、技术跨越创新、能力大幅提高、形成跨代优势的基调。

为稳妥实现新一代航母全面创新和突破,确保新一代航母在作战能力满足未来国家安全需要的同时控制风险,达到研制周期、技术、经费、工业基础等各种因素的最优平衡,美国海军在两代航母中间采取了“过渡舰”的发展策略,即以“尼米兹”级最后一艘舰“布什号”(CVN77)为过渡和试验平台,在该舰上采取一部分即将运用到“福特”级航母上的关键技术,为“福特”级航母的建造积累经验、降低风险。

同时,“福特”级航母建设也不是一步到位,首舰上实现电磁弹射、先进拦阻、新型核反应堆、双波段雷达等标志性关键技术,第二艘舰上再逐步实现轻型材料、一体化后勤系统等技术和能力,同时秉承“尼米兹”级的经验做法,后续舰均比前舰有不同程度的技术提高。

通过“过渡舰”以及“逐舰提高”的策略,确保了美国海军新旧航母之间的平稳衔接,确保了新一代航母装备建设的稳妥可行,保证了该级航母在未来几十年服役期内的先进性。

“福特”级航母的研发是一个边建设、边改进、边提高的渐进式发展过程。立足战略要求和作战实际,不断细化航母需求论证,逐步明确了新航母与已有航母相比应加强能力的方面,迭代优化出新一代航母的六大任务领域和37个特征属性,为明确采用何种技术来满足能力需求提供了科学的牵引。

美国海军还开展了历史上规模最大的多方案评估,对75种设计方案进行全面对比分析,最终形成了采用新型核动力装置、电磁弹射器、搭载75架以上飞机等指标,确保新一代航母的工程方案设计满足能力需求。

新技术的成熟与否关乎重大装备进度、费用、效能等方面,为确保重大新技术尽快发展成熟,美国海军启动了旨在研究与验证新技术的“航母研发计划”,提前部署了一系列新技术的研究和试验。

如在新航母尚未确定是否使用核动力之前,就启动了“核动力和电力装置技术”研究,当2009年首舰开工时,新型反应堆装备的技术成熟度已经完全满足上舰需求。

类似项目还有用于系统和隐身技术集成的“航母集成中心”、用于提高全舰自动化水平的“智能航母”项目等。这些做法,降低了关键性强、技术风险高、研制周期长、耗资巨大的新技术对航母建造可能产生的负面影响。

创新航母平台

从目前初步建成的首舰“福特号”及其搭载的舰载机来看,“福特号”飞行甲板布局优化,动力系统安全高效,载机起降设备全面换代,一体化控制水平大幅提高。

飞行甲板是航母平台设计的重点。与“尼米兹”级相比,“福特”号航母岛式上层建筑后移、斜角飞行甲板外侧向外延伸、舰岛后方以及左舷升降机后方甲板延长,使可用飞行甲板面积、航空保障区面积、飞机停放区面积更大。同时,通过优化上层建筑、采用先进武器升降机、使用自动化物资处理技术和转运装备、设置“一站式”保障区域等措施,极大提高了飞行甲板的作业效率。

“福特”级采用两座全新开发的A1B反应堆,自动控制水平提高,整个系统更加集成简化。系统采用的阀门、管道和泵等设备比“尼米兹”级减少约50%,相应运行人员减少约50%,维修量减少约20%,全寿期费用降低约20%。

同时,进一步提高了核动力系统自身抵御事故的能力,大大减少了反应堆专设安全设施对外部电能的依赖,核动力系统的安全性大幅提升。

“福特”级航母还用创新的电磁弹射器淘汰传统的蒸汽弹射器。针对蒸汽弹射器系统复杂、维护工作量大、效率低等缺点,并顺应舰艇全电化的趋势,“福特”级航母采用了电磁弹射器,这是半个多世纪以来航母舰载机弹射起飞装备的革命性创新。其用于弹射的能量利用率可达50%以上,而蒸汽弹射器仅为4%~6%,维护人员较后者减少约30%。

电磁弹射器可弹射从几十公斤到数十吨重的舰载机,拓宽了舰载机的弹射范围和类型。母舰供电系统正常情况下,从冷态到弹射状态的准备时间由蒸汽弹射的24小时缩短到15分钟,极大提高了舰载机的出动效率。

“福特”级航母研制的新型涡轮拦阻系统,由于采用了数字控制技术,可实现对飞机着舰的精确控制,且回收速度快、峰均力比小,大大减轻了舰载机和飞行员所承受的应力。

该系统还具有重量轻、容积小、操作方便等优点,尤其是可灵活调节拦阻能量,能够拦阻传统Mk7型拦阻系统不能完成的大重量、高速度飞机和轻质无人机,安全性、可靠性高。

“福特”级航母全舰作战系统综合水平大幅度提高。“福特”号航母配置了双波段雷达等新型电子信息装备和“改进型海麻雀”导弹等新型防御武器。其中双波段雷达由X波段SPY-3多功能雷达和S波段SPY-4广域搜索雷达组成,集成了近10部独立雷达的功能,具备极强的多功能性和可靠性,可同时完成目标搜索、跟踪、识别,以及飞机引导、武器制导等多种任务。由于采用了信息高速可靠传输、实时分发、自动决策支持和自动作战管理、指挥控制设备柔性重组等新技术,“福特”级航母的作战系统实现了大跨度发展。

“福特号”航母利用全舰计算环境技术将分立的舰载系统集成到一个大的计算环境中,航母上全部的运算机能,包括传感器、通信、导航、指挥控制、自防御武器和平台管理、航空保障等,均由一个计算机网络负责,与现役舰艇上各类系统的运算各自独立、不同系统之间的数据处理能力与硬件资源无法相互支援相比,全舰计算环境是美国海军的独创,也是舰船信息化水平方面的巨大进步。

更换先进的舰载战斗机

“福特”级航母将按1∶1比例搭载三代机F/A-18E/F和四代机F-35C,形成“高低搭配”,进一步提升舰载机综合打击能力。

F-35C隐身能力强,比第三代战斗机有明显的中远距空战优势,可实现先敌发现、先敌开火,有效增强航母编队的防御能力。执行对面作战任务时,F-35C可凭借隐身构型突防攻击。与现有的F/A-18C/D、F/A-18E/F机型搭配相比,F-35C、F/A-18E/F的新型搭配方式可显著增强航母编队的整体攻防能力。

“福特”级航母的预警机和电子战飞机也全面换代。“福特”号航母将搭载E-2D预警机替代即将退役的E-2C,其雷达监视和信息处理、传输能力有较大提高,可在复杂电磁环境下为战区内空中预警、舰载机指挥引导和编队导弹防御提供支持。它还将用EA-18G电子战飞机全面替换EA-6B,新装备的接收机、先进红外设备和侦察吊舱等传感器使战场侦察、处理、干扰能力大幅提升。

电磁弹射器为“福特”级航母搭载无人机创造了更有利的条件。美国海军目前正在“航母舰载无人空中加油系统”项目框架下研制MQ-XX无人机。该无人机是之前X-47B航母舰载作战无人机验证机测试定型后的产物,将是美国海军首型航母舰载无人机,主要用于空中加油,同时也应满足具有执行ISR任务的能力需求,因此也是一型多功能无人机。

根据设想,MQ-XX在本世纪20年代中期投入使用,除执行空中加油任务,还将与有人舰载机协同使用,即1架有人机(F-35C、F-18E/F或E-2D预警机)和作为僚机的3架无人机编组,后者可由有人机的飞行员或任务操作人员控制,每机间隔约40公里,从而大幅扩展了有人机的感知范围。

因此,在“福特号”航母2020年全面形成作战能力时,MQ-XX无人机也将上舰,它既能够承担大量的支援保障任务,也可以配合有人驾驶飞机使用,将开启有人与无人舰载机协同作战的新模式。(海军装备研究院 吴懿鸣 黎晓川)

(责任编辑:王瑛)
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