深入探析003型航母电磁弹射器的可靠性及其能量供应

　　前言
　　近日，003型航母所在的船坞已经开始注水，并挂上了彩旗，甲板上电磁弹射导轨的位置还出现了三行标语，连美军RC135V电子侦察机也展开了高强度的活动，其目的不言而喻，种种迹象表明，003型航母下水的那一刻即将到来。
　　静待下水的003型航母
　　003型是我国第一种平甲板大型弹射航母，它的出现打破了美国的长期垄断，对中国和全世界都有着重大现实意义。要说它最大的亮点，就是充分利用了后发优势，乘着新科技革命的东风，整体跨过了蒸汽弹射时代，直接装备了三部电磁弹射器，这意味着它已经超过了美国海军作为主力的10艘尼米兹级航母，一下子达到了福特级航母的技术高度，而且还是在以常规动力供能的情况下做到的，这已经堪称壮举了。
　　可003型航母即将横空出世带来的不仅有欢欣鼓舞，还有忐忑和不安，它的步子迈得实在有点大，其超大的吨位还不是最令人担心的，最令人担心的是003型航母的电磁弹射器是否可靠？能量供应是否有保障？下面就来深入分析一下这两个问题。先看003型航母电磁弹射器的可靠性
　　因为所涉及的内容比较专业，在展开论述之前先简要科普一下弹射器的基本知识。
　　蒸汽弹射器其实就是一台行程特别长的往复式蒸汽机，弹射时所需的高温高压蒸汽来自于舰上的动力锅炉，这些蒸汽先是储存在保持一定压力的储气罐内，弹射时被注入弹射器的开口气缸中，用来推动活塞，再由活塞带动弹射轨道上的滑块，拖曳舰载机加速。电磁弹射器则是根据载流导线在变化的磁场中受力的原理，利用磁通量瞬间的巨大变化产生足够的感应电磁斥力，通过直线电动机将舰载机弹射升空。
　　电磁弹射器的结构示意图
　　实际上，蒸汽弹射器作为我国航母发展战略的重要环节，已研制多年，早在从澳大利亚引进墨尔本号航母时，中国就获得了比较完整的起飞弹射系统。经过长期攻关，我国已经掌握了蒸汽弹射器的关键技术，以致于后来蒸汽弹射器和电磁弹射器都做出了地面样机，二者进行了充分的对比测试，最终电磁弹射器胜出，那么这两种弹射器各有什么优缺点呢？
　　蒸汽弹射器的主要优点是已经在实践中得到了长期检验，比较成熟可靠，但这是对英美等拥有蒸汽弹射航母的国家而言的，对从未用过且长期遭受技术封锁的中国来说，蒸汽弹射器的这个优点是可望而不可及的。但蒸汽弹射器的缺点却是非常明显的，主要有三个：低效、不可控、难维护。因蒸汽弹射器需要先把水加热为高温蒸汽，再通过蒸汽释放能量，期间经过了两次能量转换，再加上高温高压蒸汽难以避免的泄露，导致只有约6的蒸汽能量能被用于弹射。且蒸汽弹射器输出的弹射力像固体火箭发动机的推力一样难以控制，该大的时候大不了，该小的时候小不了。另外，蒸汽弹射器不仅体形庞大，还有无数管线，维护保障的工作量惊人。
　　与之形成鲜明对比的是，电磁弹射器的能量利用率可以达到6090，有着数量级的优势，且能准确调控输出功率。最重要的是，蒸汽弹射器主要涉及的精密机械是我国的弱项，而电磁弹射器涉及的电磁领域却是我们的强项，特高压输电和磁悬浮列车就足以证明这一点。也就是说，在电磁弹射器的研制上，中美基本处在同一起跑线上，我们不再有那么多拉下的功课要补，自然可以轻装上阵。但即使如此，在003型航母即将下水之际，其电磁弹射器的可靠性还是不免令人担心，虽然其地面测试已经进行了成千上万次，但毕竟没有进行过实际装舰测试。
　　而且，电磁弹射器怎么说是我国从未涉足的新生事物，有一个成熟完善的过程，但要解决在这个过程中暴露出来的问题，就要给它准备足够的成长空间，正如有足够的空间小树苗才能长成参天大树一样，这个足够空间的外在表现就是003型航母的尺寸和吨位，福特级已经用正反两个方面的例子表明了这一点。
　　先看正面的例子。按照福特级的设计规划，其整个电磁弹射器的体积本来不能超过425立方米，重量不能超过225吨，但最终成品的体积却膨胀到了1061。4立方米，已经接近蒸汽弹射系统的1100立方米，重量则飙升到了630吨，一举超过了蒸汽弹射器。幸亏福特级拥有11万吨的排水量，有较大的冗余空间可以利用。对003型航母来说，更是如此，因为它很可能需要配置比福特级更多的发电机组。
　　再看反面例子。福特级是4部电磁弾射器共用一个电力储存和转换系统，无法实现对单套电磁弹射系统的电气隔离，换句话说只要电力储存和转换系统出现故障，4部电磁弹射器就会集体瘫痪。且如果单部电磁弹射器出现电气故障，要是切断电源进行维修的话，也会影响其余三部电磁弹射器的运作。003型航母的三部电磁弹射器想要做到比较理想的电气隔离，就必须要有足够的冗余配置，但这同时也意味着电磁兼容难度的增大和系统体积重量的超标，这就要看003型航母有没有足够的吨位和空间对此进行消化了。
　　003型航母与福特级航母再来看看003型航母电磁弹射器的能量供应
　　003型航母大概率还会像山东舰那样采用四台蒸汽轮机，但其单机功率很可能达到小鹰级航母的7万马力甚至更高，但这相比福特级航母A1B核反应堆的14万马力来说，就小巫见大巫了。这四台蒸汽轮机像小鹰号那样保障003型航母基本的驱动、雷达用电需求是完全够用的，但却不足以为其电磁弹射器供能，因此，003型航母还必须配置大功率的发电机组。
　　那么003型航母发电机组的功率需要达到什么样的水平呢？参考福特级航母，其供电能力高达20万千瓦，但悲剧的是它的中压交流综合电力系统能量转化效率只有60，也就是说，虽然福特级的供电能力虽然高达20万千瓦，但受制于低效的电力系统，其实际输出电量只有12万千瓦。
　　003型航母之所以敢为天下先，用常规动力给电磁弹射器供能，很大程度上是因为我国掌握了世界领先的中压直流技术，中压直流综合电力系统能够直接输出直流电，且发电机转速不受限制，不仅省去了复杂的变电、整流系统，还有大量传动装置，其能量转化效率达到了90以上，大大超过了福特级的中压交流电力系统。
　　中压直流综合电力系统的相关报道
　　由此，可以得出这样一个不太严谨的结论：即003型航母的供电能力只需达到10万千瓦，凭借高效的中压直流综合电力系统，就可以获得9万千瓦的输出电量，也就是其每部电磁弹射器可分配3万千瓦，与福特级相当。我国在中压直流综合电力系统方面的领先优势终于通过003型航母的电磁弹射器开花结果。
　　003型航母与福特级航母的电磁弹射器配置结语
　　总之，我个人认为电磁弹射器的可靠性及其能量供应是003型航母面对的两个首要问题，直接关系到我国航母总体发展战略是否能够顺利实现。但在难以同时保障可靠性和能量供应的情况下，应优先保障可靠性，毕竟弹射能量不够还可以通过舰载机开加力或轻载起飞的方式弥补，可靠性差就很难处理了，推倒重来都是可能的。福特级航母从2017年服役至今都没有真正形成战斗力就是明证。最后，祝愿003型航母顺利下水，早日入列，助力中国海军走向远洋。