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美國海軍迎來最先進航母眾多“黑科技”上艦

2021 年 07 月 10 日 00:27 追风少年

  4月8日,美國弗吉尼亞州紐波特紐斯,美國海軍“福特號”核動力航空母艦離開船廠碼頭進行海試。視覺中國供圖(資料圖片)

  5月31日,美國海軍新一代“福特”級核動力航母首艦“福特號”(CVN78)由建造商亨廷頓·英格爾斯公司交付美國海軍,從而向今年夏天正式服役又前進了一步。

  根據美國海軍計劃,“福特號”預計將在2020年形成初始作戰能力。“福特”級航母自1993年提出概念,歷經3年頂層需求論証、4年總體方案論証、4年初步方案設計與關鍵技術先期開發、5年詳細方案設計,首艦於2009年鋪設龍骨,整個建造過程歷經8年。

  第二艘“肯尼迪號”(CVN79)於2010年12月進行了首塊鋼板的切割,2015年8月22日舉行了龍骨鋪設的開工儀式,計劃2022年交付﹔第三艘“企業”號(CVN80)將於2018年納入採辦程序,計劃2027年交付。

  “福特號”航母排水量約10萬噸,可搭載包括F-35C聯合攻擊戰斗機等第四代隱身戰機、無人戰斗機在內的75架飛機。它採用電磁彈射器和先進攔阻裝置,日出動艦載機270310架次,可持續6天。

  “福特號”航母採用新型核動力裝置,發電能力相比“尼米茲”級成倍提升。它優化設計布局,提高自動化程度,人力需求相比“尼米茲”級降低20%左右。針對未來可能的需求變化,還為升級改造留下5%7.5%以上的排水量儲備。

  “福特”級是面向21世紀作戰需求研制的航母,將全面替代“尼米茲”級航母,成為未來幾十年美國海軍的核心裝備,並引領著未來航母的發展方向。

  精心設計發展之路

  1993年,當“尼米茲”級航母才剛剛服役至第6艘、技術水平相對於其他國家處於絕對優勢時,美軍就根據冷戰后國際形勢的變化,從支撐由“大洋決戰”向“由海向陸”戰略轉型的高度,立足全球存在、跨洋作戰、以海制陸的軍事需求,超前謀劃航母的中遠期建設問題。

  美軍成立了由海軍牽頭,空軍和陸軍參謀部、國防部辦公室、工業部門和研究機構參與其中的頂層評估團隊。通過全面評估,進一步明確了航母在實現美國全球戰略、引領海軍全面建設中的核心地位,確定了保持航母部隊規模不縮減、採用創新技術和裝備提升航母綜合能力的發展思想。

  可以說,“福特”級航母從建設伊始就奠定了支持戰略實現、技術跨越創新、能力大幅提高、形成跨代優勢的基調。

  為穩妥實現新一代航母全面創新和突破,確保新一代航母在作戰能力滿足未來國家安全需要的同時控制風險,達到研制周期、技術、經費、工業基礎等各種因素的最優平衡,美國海軍在兩代航母中間採取了“過渡艦”的發展策略,即以“尼米茲”級最后一艘艦“布什號”(CVN77)為過渡和試驗平台,在該艦上採取一部分即將運用到“福特”級航母上的關鍵技術,為“福特”級航母的建造積累經驗、降低風險。

  同時,“福特”級航母建設也不是一步到位,首艦上實現電磁彈射、先進攔阻、新型核反應堆、雙波段雷達等標志性關鍵技術,第二艘艦上再逐步實現輕型材料、一體化后勤系統等技術和能力,同時秉承“尼米茲”級的經驗做法,后續艦均比前艦有不同程度的技術提高。

  通過“過渡艦”以及“逐艦提高”的策略,確保了美國海軍新舊航母之間的平穩銜接,確保了新一代航母裝備建設的穩妥可行,保証了該級航母在未來幾十年服役期內的先進性。

  “福特”級航母的研發是一個邊建設、邊改進、邊提高的漸進式發展過程。立足戰略要求和作戰實際,不斷細化航母需求論証,逐步明確了新航母與已有航母相比應加強能力的方面,迭代優化出新一代航母的六大任務領域和37個特征屬性,為明確採用何種技術來滿足能力需求提供了科學的牽引。

  美國海軍還開展了歷史上規模最大的多方案評估,對75種設計方案進行全面對比分析,最終形成了採用新型核動力裝置、電磁彈射器、搭載75架以上飛機等指標,確保新一代航母的工程方案設計滿足能力需求。

  新技術的成熟與否關乎重大裝備進度、費用、效能等方面,為確保重大新技術盡快發展成熟,美國海軍啟動了旨在研究與驗証新技術的“航母研發計劃”,提前部署了一系列新技術的研究和試驗。

  如在新航母尚未確定是否使用核動力之前,就啟動了“核動力和電力裝置技術”研究,當2009年首艦開工時,新型反應堆裝備的技術成熟度已經完全滿足上艦需求。

  類似項目還有用於系統和隱身技術集成的“航母集成中心”、用於提高全艦自動化水平的“智能航母”項目等。這些做法,降低了關鍵性強、技術風險高、研制周期長、耗資巨大的新技術對航母建造可能產生的負面影響。

  創新航母平台

  從目前初步建成的首艦“福特號”及其搭載的艦載機來看,“福特號”飛行甲板布局優化,動力系統安全高效,載機起降設備全面換代,一體化控制水平大幅提高。

  飛行甲板是航母平台設計的重點。與“尼米茲”級相比,“福特”號航母島式上層建筑后移、斜角飛行甲板外側向外延伸、艦島后方以及左舷升降機后方甲板延長,使可用飛行甲板面積、航空保障區面積、飛機停放區面積更大。同時,通過優化上層建筑、採用先進武器升降機、使用自動化物資處理技術和轉運裝備、設置“一站式”保障區域等措施,極大提高了飛行甲板的作業效率。

  “福特”級採用兩座全新開發的A1B反應堆,自動控制水平提高,整個系統更加集成簡化。系統採用的閥門、管道和泵等設備比“尼米茲”級減少約50%,相應運行人員減少約50%,維修量減少約20%,全壽期費用降低約20%。

  同時,進一步提高了核動力系統自身抵御事故的能力,大大減少了反應堆專設安全設施對外部電能的依賴,核動力系統的安全性大幅提升。

  “福特”級航母還用創新的電磁彈射器淘汰傳統的蒸汽彈射器。針對蒸汽彈射器系統復雜、維護工作量大、效率低等缺點,並順應艦艇全電化的趨勢,“福特”級航母採用了電磁彈射器,這是半個多世紀以來航母艦載機彈射起飛裝備的革命性創新。其用於彈射的能量利用率可達50%以上,而蒸汽彈射器僅為4%6%,維護人員較后者減少約30%。

  電磁彈射器可彈射從幾十公斤到數十噸重的艦載機,拓寬了艦載機的彈射范圍和類型。母艦供電系統正常情況下,從冷態到彈射狀態的准備時間由蒸汽彈射的24小時縮短到15分鐘,極大提高了艦載機的出動效率。

  “福特”級航母研制的新型渦輪攔阻系統,由於採用了數字控制技術,可實現對飛機著艦的精確控制,且回收速度快、峰均力比小,大大減輕了艦載機和飛行員所承受的應力。

  該系統還具有重量輕、容積小、操作方便等優點,尤其是可靈活調節攔阻能量,能夠攔阻傳統Mk7型攔阻系統不能完成的大重量、高速度飛機和輕質無人機,安全性、可靠性高。



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