航母在現代軍事中具有舉足輕重的地位, 電磁彈射作為現代航母的關鍵技術之一。據報道，中國第三艘航空母艦將採用電磁彈射起飛方式，這是中國第一艘配備彈射器的航母，搭載超過60架各型艦載機，其作戰能力將會比遼寧艦、山東艦更強！

根據航母建造週期推測，中國第三艘航母極有可能在隨後這兩年下水，2025年前全面形成戰鬥力，屆時，中國將擁有三艘航母用於輪換，初步具備全年保持至少一艘航母處於戰備執勤狀態的能力！

中國第三艘航母採用電磁彈射起飛方式的優勢到底何在？其對航母戰鬥力提升究竟有何影響？今天我們透析和解密！

現階段艦載機主要起降技術

航母戰鬥力的發揮依賴於各種艦載機, 艦載機能適應多種海洋環境, 可以對地面、海上甚至空中目標造成強有力的打擊, 具有很強的戰鬥力。因此, 艦載機的起飛能力和效率很大程度上決定著航母編隊的作戰能力。

說到航母艦載機彈射起飛，不得不從航母艦載機的起飛方式談起。在早期的航母上，由於艦載機重量輕、安全離艦起飛速度低，其帶彈量和作戰半徑有限，因此絕大多數艦載機可以通過自身動力利用有限長度的飛行甲板直接起飛而不需要任何助飛方式。

二戰後，人們對航母及其艦載機作戰效能的認識加深，加上艦載機自身的發展，特別是噴氣式艦載機的上艦，航母艦載機的起飛方式也發生了變化。目前，國外現役航母固定翼艦載機的起飛方式主要有垂直滑跑起飛、滑躍起飛和彈射起飛等。

——垂直滑跑起飛方式是艦載機在豎直方向上起飛的一種方式。它是用發動機直接提供升力, 讓飛機垂直起飛。但是因為其對技術和飛行效能要求較高, 能耗加大, 所以較少被使用。如英國無敵級輕型航母的“海鷗”艦載機。

——滑躍起飛方式是讓飛機從一個安裝在航母上的結構較為簡單的小角度的滑躍式甲板起飛, 現在主要為無彈射技術的國家的主要艦載機起飛方式，如中國遼寧艦。

——彈射起飛方式是利用飛行甲板上佈置的彈射裝置，在一定行程內對艦載機施加推力來達到艦載機的離艦起飛速度，其主要應用於大型/中型的攻擊或多用途航母上，如美國、法國現役航母。

相比彈射起飛，其他起飛方式都需要靠艦載機自身動力實現起飛，可避免因配置彈射裝置而產生的航母艦體重量、重心、空間佈置等問題，但靠艦載機自身動力起飛，會遇到燃油消耗大而使艦載機離艦空中作戰半徑變小，艦面甲板側風和艦體搖擺等因素，影響艦載機起飛作業的環境適應性以及整個艦隊的機動性，更為重要的是，如果依靠自身動力，航母上無法起飛重型飛機，例如預警機。因此，像美、法等國在發展航母時，圍繞核心武器系統——艦載機的效能而採用彈射起飛技術。

彈射起飛技術是一種新興的直線推進技術，適宜於短程發射大載荷。航母艦載機的彈射起飛技術主要包括液壓彈射起飛、蒸汽彈射起飛以及最先進的電磁彈射起飛技術。

——液壓彈射是把蓄壓器中儲存的液壓能量在幾秒鐘內釋放出來，使飛機加速起飛。

——蒸汽彈射是利用高壓蒸汽推動活塞做功, 其內能轉化為飛機起飛的動能。蒸汽彈射裝置需要耗費大量的水蒸氣，而且必須使用淡水。儘管航母的海水淡化能力很強，能夠滿足彈射需求，但客觀上需要保證海水淡化裝置的體積和功率。

——電磁彈射技術是利用磁場對通電導線的力的作用驅動發射物體並將其加速到超高速度的新型發射技術，具有效率高、能量利用率高, 故障率低等優點，堪稱目前最為理想的艦載機發射技術。由於採用的是電能驅動，電磁彈射裝置的彈射功率可通過控制電流精確調整，上至三四十噸的重型艦載機、預警機，下至幾噸的無人機都可以輕鬆彈射，並且啟動迅速，加速非常平滑均勻，不僅能量利用效率更高，而且也降低了對艦載機結構強度的要求。

電磁彈射好處多多，讓航母“如虎添翼”

那麼，究竟什麼是電磁彈射系統（EMALS）呢？

EMALS是航母上的新一代艦載飛機彈射系統。電磁彈射系統的主要組成部分是動力系統、控制系統、儲能系統, 除此之外也應該有對直線電機的冷卻系統, 以及對動子的減速和剎車系統。各個部分合在一起, 共同在控制系統的操控下形成一個的高效率、低故障的彈射系統。控制系統放出電訊號調節儲能系統釋放能量, 然後儲能系統在極短的時間內完成電能的釋放。動力系統將這部分的電能轉化為飛機的動能, 在艦載機起飛過程中, 各部分按既定引數執行。完成前一次的彈射任務後, 各個部件歸回初始位置, 以進行下一次彈射。

電磁彈射系統其最早要追溯至20世紀40年代，美國海軍利用電磁感應馬達技術設計、製造並試驗了一套電磁飛機彈射系統，由於二戰結束及該套系統成本較高，該專案被取消。為進一步驗證EMALS彈射艦載機的可行性，1982年美國海軍重新啟動了EMALS的研究專案，並在1988年進行了電磁彈射、制動和回收以及系統性能和電磁輻射試驗。

20世紀90年代，美國海軍在設計下一代航母時提出了“全電軍艦”的概念，要求艦上不再採用蒸汽、液壓等機械手段，其中最重要的技術革新就是電磁彈射器取代蒸汽彈射器，並在論證CVN-21方案過程中，正式確定研製航母電磁飛機彈射系統。

EMALS的彈射電動機通過電力系統輸電，可生成一個同彈射系統的往復車相互作用的電磁力，在電磁力作用下，往復車將攜掛飛機沿彈射衝程加速至起飛速度；控制系統持續監控EMALS全系統效能，是EMALS的關鍵資訊處理模組，該系統能夠根據飛機、環境和彈射系統的引數變化實施調控，同時還擔負報警任務。

經過方案評估，美國海軍選擇了通用原子公司設計方案，後續經過一系列大量的實際尺寸的樣機試驗，於2009年6月正式決定在福特級航母上安裝電磁彈射系統，並授予通用原子公司研製合同。目前，通用原子公司也已獲得第二艘福特級航母電磁彈射系統建造合同，首艘福特級航母“福特”號即將交付。配有電磁彈射系統的“福特”號航母，日出動艦載機可達到300餘架次，相比尼米茲級提高了25%。

比起航母艦載機的其他起飛方式來說，電磁彈射的好處多多，優越性更為突出，“更高、更快、更強”。

一是能量幅度更寬。

電磁彈射裝置比蒸汽彈射裝置的最大能量幅度高出20%，可以容納以更快速度起飛的重型飛機，而其細微精確的控制，使得EMALS又能夠同時彈射較小、較輕的航空飛行器，擴大了航母搭載不同機型的能力，很大程度上擴充套件了現役航母的作戰能力。

從長遠的視角看，無人機航母已是未來的發展方向，與現在大多20多噸的載人戰鬥機相比，未來的艦載無人機型號會更加多樣，分工會更加細緻，噸位也更加多元，如果使用蒸汽彈射裝置，並不能很好地適配各種噸位的無人機，而電磁彈射系統則能完美地解決這個問題。

二是彈射效能穩定。

相比蒸汽彈射器，電磁彈射擁有先進的反饋和閉環控制系統，能夠使得任何一次彈射加速度峰平比更加恆定、末速度變化範圍更小。同時，電磁彈射裝置提高了可用性、可靠性，並降低了執行與維護費用。

另外，相比蒸汽彈射系統，EMALS重量明顯減輕，體積更小，減少了對艦上大量液壓油、淡水和蒸汽等輔助裝置的需求，各組成部分的佈局更加靈活，能最大限度地優化航母內部佈置，增加了航母設計靈活性，潛在地提升了航母的生存能力。

航母電磁彈射不但適應了現代航母電氣化、資訊化的發展需要，而且具有系統效率高、彈射範圍廣、準備時間短、適裝性好、控制精確、維護成本低等突出優勢，是現代航母的核心技術和標誌性技術之一。美國將服役裝配有EMALS的“福特”號航母，其日出動艦載機可達到270—310架次，相比尼米茲級提高了25%，未來美國海軍11艘福特級航母的作戰能力相當於13.75艘尼米茲級航母，而EMALS的裝配就是其中最主要的核心影響因子，其對航母戰鬥力的提升足以對作戰對手產生巨大的震懾作用。

電磁彈射技術將顯著提升航母的綜合作戰能力，滑躍和傳統彈射型別的航母將難以對電磁彈射航母構成實質性威脅。英國“威爾士親王號”航母也將改裝電磁彈射器,俄羅斯、印度新一代航母方案也將採用電磁彈射方案。

電磁發射七大關鍵技術，難點重重

那麼電磁彈射技術難點在哪裡？如何攻克電磁彈射的關鍵技術呢？

電磁彈射作為一項全新的複雜技術，幾乎每個子系統都是技術難點。電磁發射技術是電磁場理論的應用技術,它利用電磁力對載荷進行加速發射。與所有發射系統一樣,要實現電磁發射,必須具備脈衝直線電機、發射體、高儲能密度和高功率密度脈衝電源(能源)、控制系統四大部分,因此,電磁發射技術方向集中在脈衝直線電機技術、發射體技術、脈衝電源技術、網路控制技術、電磁發射總體技術等方向。

一是脈衝直線電機技術

在大載荷、高速度的艦載機彈射情況下, 肯定要求直線電機產生足夠大的推力, 這樣才能滿足彈射器的效能指標。電磁彈射不是僅僅要求動力系統的輸出推力大, 而且還要提高推力的穩定性, 防止對艦載機和其上的各項精密裝置的損傷。電磁彈射器中動力系統的直線電機是艦載機起飛任務中最為重要的一環, 現階段對它的主要研究內容便是增加推力和增加推力的穩定性, 亟待解決的問題就是彈射器材料的優化、和更加精密、準確的控制系統。

直線電機技術是一種區別於旋轉電機的傳動系統, 它同旋轉電機一樣都可以將電能轉化為動子的機械能。目前, 電機以旋轉電機為主, 直線電機可以看成是將旋轉電機的固定部分和轉動部分兩個本身是圓筒形的部件的剖開, 並展開成平板狀, 面對面, 定子被鋪設在動子的運動路線上, 動子通過其他手段固定在定子的正上方, 並保持穩定。與現代常用的電機相比, 它具有組成單位簡單、反應速度快、工作效能可靠等特點。

二是發射體技術

發射體是發射器加速的物件,能夠承載強電流,其承載的強電流與靜態或交變磁場相互作用產生較強電磁力而致使其高速運動。其主要技術包括:高強度直線電機動子結構設計技術、超高速一體化制導彈丸技術、一體化彈丸整合與分離技術、高效動能毀傷技術、強感應電流及輕量化動子線圈技術、超高速運動體穩定懸浮技術等。

三是儲能技術

電磁發射在極短的時間內將被髮射物體加速到一個很高的速度, 由此可見電磁彈射所需的能量大而且釋放還要迅速, 所以電磁發射系統對儲能系統有特殊且特別高的要求。所以電磁彈射的關鍵技術的發展便是:製造成本低、可多次使用、儲存電能大、釋放能量穩定的大功率的電源。

四是飛輪儲能技術

電能驅動飛輪加速旋轉儲存能量, 將電能轉化為了內部旋轉部分的動能。之後, 由於飛輪懸浮在真空的容器中, 所以它的轉速幾乎不下降。在放能時:快速旋轉的飛輪帶動發電機發電, 再經過轉換器輸出適合電路的電流、電壓, 這便完成由動能轉化電能的過程, 在該過程中飛輪的轉速下降。整個這部分的流程完成了電能高效儲存, 和快速釋放。目前, 中國的飛輪儲能技術還停留在實驗室研究階段, 部分軍事強國 (如美國) 已經將該技術投入了使用。例如:美國福特號航母EMALS電磁彈射系統採用了組合陣列方式的飛輪儲能系統。

五是電容儲能

超級電容器的全稱是電化學超級電容器, 它是利用電極/電解液介面電荷分離所形成的雙電層, 或藉助電極表面快速的電化學反應所產生的法拉第“準電容”來實現能量儲存的儲能裝置。

六是超導磁儲能

超導儲能是由超導體環流在零電阻下沒有消耗的儲存電能的一種技術。由於無電阻, 所以稱之為超導儲能。將一個閉合圓環形的超導體放在磁場中, 並降溫, 使其的電阻變為0, 然後突然撤去磁場, 由於變化的磁場能產生感應電場, 也就使其中產生電流。並且只要溫度不超過該超導體的臨界溫度之上, 電流就可以一直儲存下去。有資料表明, 這種電流可以持續幾萬年之久。顯然這是一種理想的儲能裝置。

七是網路控制技術

網路控制是發射系統的頂層“大腦”,負責資訊處理及指令下達,具有可靠性高、資訊量大、實時性強和魯棒性高等特點。由控制網、資料網和健康網組成,實現對整個發射系統的監控,並實現資料資源共享,及時分析、排除執行過程中出現的故障,實現系統的功能檢查與故障診斷、系統測試與引數設定、工作狀況的自動調節與監控、動靜態引數的自動測量與處理、測量結果的管理與檢索,並與艦船資料系統連線,接受發射公告和氣象資訊,下達發射引數等功能。

趕超一流，中國電磁彈射航母有望超車

相對於美國、英國等國家, 中國航母彈射技術能力和經驗不足, 更加需要加大投入力度, 加緊研發新型起降技術, 尤其是加大對電磁彈射器和電磁攔阻索加大研發力度, 爭取早日在航空母艦上使用。目前, 中國由潛艇的“心臟”發動機總設計師、海軍少將馬偉明院士主持航母艦載機電磁彈射器專案, 相信在多部門的協同下我們很快能在第三艘航母上使用電磁彈射起飛技術。同時, 對艦載機的研發也要深入, 例如加緊四代隱身艦載戰鬥機的研製, 儘快上艦, 才能利用好新型起降技術, 增強航母威懾力和戰鬥力。當然最為重要的是, 建造核動力航母以增加艦載機數量並且能夠匹配新型起降技術, 才能夠增強海軍綜合作戰能力。

綜覽各國艦載機起降技術, 我們不難發現, 今後起降關鍵技術的發展是朝著電氣化方向發展的。中國目前上艦使用的是滑躍起飛技術和液壓式攔阻索技術, 離最先進的電磁彈射起飛技術和電磁攔阻索技術有不小差距, 但好在根據各方報道, 中國正在研製新型電磁彈射航母, 有望彌補與國外領先技術的差距，實現超車。但我們需要認識到, 技術永遠在革新。我們不光要追隨別人的腳步進行研發, 更要融入自己的創新意識, 作這方面技術的“領頭羊”。