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中國003航母技術水平給美軍壓力
2022/10/04 18:00
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中國003航母技術水平給美軍壓力


前言:


1. 美國軍事霸權是建立在十一艘航母,美軍習慣以優勢技術裝備碾壓對手。福建艦在戰鬥力上與美軍核航母接近程度將帶給美軍巨大壓力。

2.福建艦最核心的技術就是馬偉明院士帶頭研發的全艦綜合電力系統(IPS使中國的電磁彈射和攔阻技術領先美國,美國福特航母的IPS技術為第一代,使用交流電,而馬偉明院士研究的是第二代,採用直流電。交流電的弱點是干擾,而干擾恰恰就是影響電磁彈射器穩定的最大因素之一。

 

一、中國航母後來居上

    2022年6月17日,中國第三艘航空母艦在江南造船廠下水,航母命名福建艦舷號18,全長約320米,全寬約78米,採用常規動力,配備了3部電磁彈射器是中國第一個完全自主設計的彈射型航母,8萬噸級的滿載排水量打破了日本大和號保持了82年的亞洲最大軍艦記錄。003航母採用平直通長飛行甲板,配置電磁彈射和阻攔裝置,和前兩艘蘇聯式航母「遼寧」艦和「山東」艦不同的是採用美式技術進化版。其中最大差異就是放棄了前兩艘航母採用的滑躍式甲板改採電磁彈射系統(EMALS,能讓艦載滿載彈藥及燃料起飛增強戰力。003航母是美國除外最大的航母,是中國海軍最新最強的航母,將搭載最新殲-35隱形戰機,足以對付美國的F-35C戰機。在政治意義上,中國海軍擁有3艘航母將具備更大的軍力投射能力,具有更大的國際話語權及影響力,確立世界大國的地位。在軍事意義上,中國獲取歷史上最大的海權,可以保護海上運輸,可以保衛國家海疆,甚至能派遣航母戰鬥群至美歐巡弋反守為攻。

   中國海軍力量迅速崛起是解放軍現代化努力的一部份,中國海軍已是亞洲甚至世界的一支強大藍水海軍力量。美國國防部指出中國海軍是世界上最大的海軍,擁有約 355艘戰艦,包括驅逐艦、護衛艦、潛艇、航空母艦、遠洋兩棲艦艇、水雷戰艦和艦隊輔助艦艇。為了與強大的美國海軍抗衡,中國特別關注航母的建設,二戰以來,航母已成為超級大國的終極標誌。一個國家擁有的航空母艦越多,它可以向國外投射的力量就越大,當今世界上有兩種類型的海軍平頂艦在服役:短距起飛、障礙阻攔回收 (STOBAR)航母和彈射器輔助起飛障礙攔阻回收 (CATOBAR) 的航空母艦,003航母屬於後者具有較高戰力。美國作為世界第一超級大國,擁有11艘核航母,中國海軍擁有3艘航母後將具備更大的軍力投射能力,並能更頻繁地部署航母戰鬥群。航母是中國軍隊現代化建設的重要部分,是新時代中國國防的一項關鍵能力。航母可幫助中國縮小與美國軍力的差距,美國航母歷來在強制外交中發揮了重要作用,中國航母將通過近海防禦和遠海保護幫助中國克服自身地理限制。中國在第一島鏈內的反介入拒止能力已明顯增強,但航母可加強深入太平洋的能力以進行遠海防禦。航母也可幫助中國的武統戰爭,在南海和東海提出海洋主張,並保護太平洋地區其他重要的海上交通線。將成為中國海軍的核心,並將與強大的打擊群配對,該打擊群將類似地用於遠距離投射力量中國快速發展的藍水能力。除了擴大北京在其邊境以外的地方開展各種軍事行動的範圍外,該艦還應成為中國海軍實力的重要標誌。

二、003航母的先進動力系統

   儘管是常規動力,但除了續航力,003航母在決定戰鬥力的甲板最大出動效率上,並不比核航母差。3部電磁彈射器配合兩座重型升降機,所帶來的的艦載機運作效率,已經相當接近4部蒸汽彈射器的尼米茲了。而能支撐電磁彈射器上艦的最關鍵技術、也是003航母最核心的黑科技之一就是艦船綜合電力系統。常規航母用重油燃料,核航母用核燃料。遼寧艦和山東艦都配備了8個蒸汽鍋爐,兩個一組分別驅動4台蒸汽輪機。4個螺旋槳,總共20萬軸馬力。從熄火狀態到啟動,先重油點火,把鍋爐水燒沸騰,直到變成400度以上的高溫高壓蒸汽,才能驅動蒸汽輪機。所以遼寧艦每次冷啟動出航,都要先燒十幾個小時燒開水。針對蒸汽輪機體積重量大、維護保養麻煩的缺點,現在也有先進航母直接用燃氣輪機的。燃氣輪機體積小,啟動速度快,從點火到驅動一般只有幾十分鐘。不過,無論蒸汽輪機航母還是燃氣輪機航母,推進系統都是直接用原動機帶動主軸,整個傳動系統需要有一根長長的驅動軸貫穿艦體,會佔據大量空間。另外再加上幾台柴油發電機,供給全艦用電。而003航母用的綜合電力系統,將此前航母分開設計的動力和發電系統整合到一起。航母採用4台改進型TB-12蒸汽輪機作為原用機發電:蒸汽鍋爐產生高壓蒸汽,驅動輪機帶動發電機發電。電力全部輸送到航母中央電網,負責全艦用電。由於不同設備:如雷達、電磁彈射器、導彈的工作電壓差別很大,通過一套智能配電裝置,為不同設備輸送符合其需求的電力。把這些子系統都整合到一起,統一管理,統一調度,實現自動化智能化,就是中國馬偉明教授搞的艦船綜合電力系統。003航母和美國福特級一樣是用蒸汽輪機直接驅動主軸航行,通過變速箱分出部分動力連接綜合電力系統。綜合電力系統是保證003航母在常規動力的情況下,也能使用電磁彈射器的關鍵。因為電磁彈射器耗電,很多人都誤解電彈射需用核動力。但事實並非如此,003用常規動力發電,也一樣能支撐電磁彈射上艦,真正考驗的是綜電力系統性能。

這10年來,中國航母設計水平進步神速,根據衛星照片推測,003航母全長約320米,寬度約76米,甲板面積差不多相當於3個半足球場前後相連。整個甲板分為起飛區、著艦區和停機區。1號、2號彈射起飛位位於前甲板,距離艦首約100米處位置;3號起飛位,位於艦體中後部,距離斜角甲板前端約100米處。出於甲板強度設計考慮,3部電磁彈射器並非完全水平佈置,而是和甲板中線呈一定偏角。同時在起飛區和左側舷邊,各佈置了一座彈射器控制室。電磁彈射器是003航母最顯眼的黑科技之一,003原本計劃用蒸汽彈射器,後來經為馬偉明教授研發出電磁彈射。經蒸汽彈射和電磁彈射對比後用電彈取代了蒸彈,寧可承擔一定的時間和經濟上的代價,讓新航母一步就用上最先進的電磁彈射,高瞻遠矚。

三、003航母的電磁彈射系統

    傳統蒸汽彈射通過蒸汽的瞬間釋放,把飛機彈射升空,所以蒸汽壓力對彈射器的性能就至關重要。中國航母現在用的TB-12蒸汽輪機的蒸汽鍋爐壓力是6.1Mpa不如美國的8.45Mpa,艦載機最大起飛重量就不如美國。中國航母捨棄蒸汽彈射換道超車,一步追平美國在彈射器方面的技術優勢。電磁彈射從原理上講相當於大型直線電機,你可以理解為把一個普通電機沿半徑方向展開:定子相當於初級,放在彈射軌道之下;彈射滑梭相當於轉子,通過彈射牽引桿連接艦載機。電磁彈射簡化了系統,可以很輕易的把30噸的戰鬥機彈射升空,而且速度更快。電磁彈射是加速的過程,必須考慮飛行員的加速度承受能力。航母可以起飛攜帶更重載荷和更多燃料的固定翼飛機,以及滿載彈藥的重型艦載機,使其打擊能力倍增,也可起飛預警機使空中預警和指揮能力大幅提升。美國海軍情報室稱,配備電磁彈射器意味著中國新航母可以靈活地搭載大到預警機小到無人機的各種飛行器,進而具備完整的航空作戰能力。003航母擁有三個電磁彈射器的平頂飛行甲板及兩部升降機,成為世界第2艘採用電磁彈射系統的航母。目前全球掌握彈射尖端技術的只有中美兩國。中國的電磁彈射和攔阻技術領先美國,這歸功於馬偉明院士的“全艦綜合電力系統”(IPS)。美國福特航母的IPS技術為第一代,使用了交流電,而馬偉明院士研究的是第二代,採用直流電。交流電的優勢在於電壓轉換,弱點是干擾,而干擾恰恰就是影響電磁彈射器穩定的最大因素之一。所以福特號航母2017年入役之後,一直在解決電磁彈射的問題。

    電磁彈射器與電磁炮的原理都是電流與磁場相互作用產生,磁場方向、電流方向與荷電體運動方向互相垂直,依據佛萊明左手定則可找出運動方向。中國航母電磁彈射器材料使用Mn18Cr18N無磁性奧氏體鋼,其最大特點是無磁性,不生鏽。無磁性能確保鋼製結構不會被磁場拉扯,引發結構變形、撕裂等問題。電磁彈射耗電巨大,由航母中央配電系統供電。彈射飛機前,先給儲能裝置充電。福特級航母用的是飛輪儲能係統;003航母則可能用更先進的超級電容。飛機彈射時,電容在2—3秒內瞬間輸出蓄積的電能,產生巨大的電磁力。彈射滑軌上的每一級線圈接力加速,將艦載機彈射升空。電磁彈射的加速可調,同時彈射飛機種類更多。003主副停機區和起飛區,各設置了一部航空彈藥升降機,可直接將安放於內部裝甲區的彈藥提升至機庫和甲板,艦載機掛彈之後就能直接推上起飛位。和前2艘航母一樣,003在艦島前後個佈置了一台升降機。但更大的甲板空間,使得這兩部重型升降機可同時運作4架艦載機,作業效率2倍於山東艦。

四、艦載機

   美國“The Drive網站稱,003型航母會搭載更新型的艦載機,包括殲-35隱形艦載機和空警-600艦載預警機。二者分別與美國海軍的F-35戰鬥機和E-2“鷹眼”預警機類似。003航母的艦載機數量較多,包括超過40架戰機及多架固定翼預警機。由於美國海軍陸戰隊的F-35B已部署在日本岩國基地,可配備於兩棲突擊艦上,解放軍的殲15將無法與其對抗,添置隱形五代戰機是遲早的事。美國《防務郵報》稱,預計003型航母還可以搭載KJ-600艦載預警機。它的外形和功能都與美國航母搭載的E-2D“高級鷹眼”預警機非常類似,從而取代中國現役航母配備的預警直升機。003航母將使中國海軍成為全球僅有的三個擁有航母固定翼預警機的海軍之一。隨著中國在無人機和人工智能控制技術方面突飛猛進,中國全尺寸航母的寬大甲板將成為無人機蜂群作戰的最好平台。固定翼運輸機在航程、速度和載貨能力方面都優於航空母艦上的運輸直升機。這項新技術與美國航母所使用的技術相媲美,將使中國能夠以更快的速度和更多的彈藥從福建發射範圍更廣的飛機。據媒體報導,J-15 電子戰變體、J-35 下一代隱形戰鬥機、升級後兼容彈射器發射的 J-15 重型戰鬥機以及武裝偵察無人機也預計將納入福建艦的軍火庫。003配套的固定翼艦載預警機、直升機、電子戰機相繼曝光,未來的艦載機配置2個殲35及2個殲15中隊,每個中隊12架飛機。再加一個預警機中隊,配4—5架空警600;一個電子戰中隊,配5架飛鯊,其餘還有若干搜救、反潛的直20,總的載機量應該接近70架。而進一步的發展:大型隱身無人攻擊機、無人加油機都有可能出現在003的甲板上。003接下來還要用2到3年的時間完成舾装、海試,直至交接入列。

五、003航母的特色及優點

    003航母艦島尺寸小於遼寧艦,可以騰出飛行甲板上的關鍵空間,將配備先進的雙波段有源電子掃描陣列雷達系統。003的島式上層建築比前兩艘航母更緊湊、更整潔。這個整潔的島嶼還具有用於電子掃描陣列雷達天線的顯著齊平孔徑,由於有後發優勢, 003航母有優於美國的電磁彈射器,並將搭載隱形五代戰機、空中預警機及無人機,戰力空前強大。航母是一個綜合戰鬥群,是各種高科技的綜合叢集,電磁彈射成功也只是改變了艦載機起飛方式,提高了航母載機數量以及增強了起飛頻率,從而提高了航母的打擊能力,整個航母戰鬥群戰力是由防空,反潛反艦,偵查通訊指揮,艦載機數量、航程、所帶導彈效能、飛機是否隱身是否具備超音速巡航超機動性等一系列能力綜合體現。在近防火力配置上,003和山東艦類似,都是在四個舷邊佈置了海紅旗10加1130。相比其他黑科技,003航母艦島的優化設計最能體現中國航母設計水平。003噸位增大但艦島體積反而更小,進一步提高甲板利用空間。同時055大驅高度集成的一體化上層建築設計也用到了航母身上。S和X的雙相控陣雙波段雷達佈局,一步追上了福特級而且003的雷達採用四斜面佈置,相比福特級直接把雷達對著正面,隱身性更好。另外沒有福特級一大堆凌亂的天線,一體化的桅杆上集成了塔康天線、微波偵測天線、電子偵察綜合射頻天線、敵我識別輔助天線、短波數據天線、通訊數據天線、著艦引導雷達等一大堆電子設備。而相比遼寧艦、山東艦,003艦島最大的突破就是直接取消了艦島後部的航空指揮艦橋,全部功能都集成到前部的大視角寬場司令、航空艦橋當中。兩層艦橋,下面一層管開船,上面一層負責指揮全艦的航空作業;向外突出的部分,觀察視角可覆蓋整個甲板。如此進一步縮小體積,003的艦島設計已經達到了常規動力航母的最高水平。渦扇10“太行”。目前殲16和殲20已經開始大規模換裝太行了,無論是推力、可靠性、壽命,太行基本已經達到了美國F110後期改的水平了。

    003用新的相控陣雷達替換原來的脈衝多普勒,升降火控系統可以掛載殲20同款的霹靂15和霹靂10,如此彈射型殲15將一躍成為當今最先進的三代半重型艦載機。作為在FC-31基礎上研製的中型艦載機,為了適應上艦的短距起飛和低速操作要求。海四代的機翼和垂尾面積,預計會放大40%左右,海四代和F-35C一樣,主翼應該會採用折疊設計。海四代會設計更加粗壯的前起落架,而且安裝彈射牽引桿,在機尾增加著艦攔阻鉤。但不同於殲20的全動垂尾,海四代應該會是固定垂尾加可動舵面。而在航電配置上,機頭放大採用和殲20同款,甚至更先進的有源相控陣雷達和光電感應窗口,是大概率的事。在氣動設計上,相比FC-31,海四代的座艙進行了抬高設計,外形上有點駝背,這樣的氣動設計可以使這個區域的流場形成一個低壓區,飛行速度較大時可減小阻力,優化了跨音速階段的飛行性能,海四代具備2.2馬赫的最大飛行速度,並且可以超音速巡航。在這一通操作下,海四代相比現有的FC-31肯定會增加好幾噸,FC-31目前最大起飛重量28噸,作戰半徑1250公里。那放大的海四代肯定會是一款起飛重量超過30噸的艦載機,作戰半徑至少在1300公里以上,要超過F-35C的1100公里。 

六、中共發展航母的展望 

   中國第一艘航母遼寧艦已入役十年,十年來,中國航母在多個領域實現跨越和突破。2016年12月,遼寧艦編隊首次穿越宮古海峽出第一島鏈進入西太平洋。2012年11月23日艦載機試飛員戴明盟駕駛殲-15飛機成功阻攔著艦實現艦載戰鬥機上艦的歷史性突破。遼寧艦是改建自蘇聯瓦良格號航母,之後的山東艦和福建艦發揮中國智慧及創造精神形成航母三艦客,實現了航母從改建到自主創新的跨越。2019年12月17日,第一艘中國產航母山東艦在海南三亞某軍港付海軍。2022年6月17日,中國自主設計建造的首艘彈射型航空母艦福建艦下水。其中,山東艦艦島外形得到進一步改進,特別是雷達天線的安裝方式。第三艘航母福建艦實現了從滑躍型向彈射型的飛躍。彈射型航母本身在很多性能上都要比滑躍型更先進,作戰能力更強。更重要的是,該艦還採用了電磁彈射技術。艦載戰鬥機的訓練強度不斷增加,從第一架殲-15戰機首飛,到第1000架次起降用了5年;而第二個1000架次只用了兩年半。未來中國航母上的戰鬥機數量繼續不斷增加,航母上的機型、機種也會越來越豐富,這會極大提高體係作戰能力和航母編隊的整體作戰能力。 

   中國建造航母的戰略需求主要有三:一是提高中國沿海防禦作戰能力,二是維護中國海上運輸通道安全與海外利益,三是透過航母展現國力及威懾力量獲取影響力,發展航母是中國海軍邁向深藍遠洋戰略的一部分,也是中共成為世界大國的踏腳石。中共自建的第一艘航母 001A 型在開工後 3 年半即下水進行艤裝, 再施工 3 年後就將入列服役,顯示中共國防工業已掌握航空母艦的設計、研製、建造與試驗的全過程,隨著003航母下水,中國即將邁向「三航母」時代,提升中國海軍影響力。美媒預估,003航母預計最快2024年形成戰力。採用電磁彈射技術的福建艦可以提高艦載機出動頻率、形成更強大火力打擊。航母是國家意志和戰略威懾的標誌。近年台灣海峽的制空權及制海權陸續喪失,美國眾議院長佩洛西訪台後,解放軍進行圍台軍演。中國大陸不僅會造各型軍艦及潛艇,先進隱形戰機也會製造,無人機更是在國際市場上大放異彩,這都是本於自力更生及自行研發。台灣一直依賴美國,不肯下苦功自行研發武器,美國賣給日本韓國F35先進的四代隱身機及神盾級戰艦,卻只肯賣給台灣F16V三代積極派里級靶艦,靠美國武器怎能抗中,隨著中國發展東風26及東風17飛彈可反美國航母介入台灣海峽,台灣受到的軍事威脅與日俱增。中國大陸的兩艘航母只要在台灣島東西或南北兩側巡弋即可輕易封鎖台灣對外海運通道,尤其蔡政府的錯誤能源政策要廢核電,將天然氣發電提升到50%,天然氣很難儲存最多存11天,一旦海上貨輪被封鎖就會斷氣缺電,而核能發電運一次燃料可支撐一年半。傳統上,台灣防守主力在西岸面對台灣海峽,若解放軍一艘航母放在台灣西岸誘敵,另一艘航母卻繞到台灣東部,不但可攻擊花蓮佳山基地及台東志航基地,機庫洞口暴露也會被封鎖。

 

 

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