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美国海军迎来最先进航母众多“黑科技”上舰

※发布时间:2018-1-11 15:17:50   ※发布作者:habao   ※出自何处: 

  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联合战斗机等隐身战机、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。

  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、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、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,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。

  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、工作量大、效率低等缺点,并舰艇全电化的趋势,“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%,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,尤其是可灵活调节能量,能够传统Mk7型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、、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”航母利用全舰计算技术将分立的舰载系统集成到一个大的计算中,航母上全部的运算机能,包括传感器、通信、、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、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,全舰计算是美国海军的独创,也是舰船信息化水平方面的巨大进步。

  “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。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,其雷达和信息处理、传输能力有较大提高,可在复杂电磁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-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-在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范围。

  因此,在“福特号”航母2020年全面形成作战能力时,MQ-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)

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