“電磁彈射”技術(shù)，如何能讓航母戰(zhàn)力驚人飛躍？

“中國航母戰(zhàn)力實現(xiàn)驚人飛躍”，美國知名軍事網(wǎng)站“戰(zhàn)區(qū)”日前以此為標(biāo)題，報道福建艦成功彈射三型艦載機。

根據(jù)權(quán)威媒體發(fā)布的視頻，在 福建艦 的甲板上，殲-15T、殲-35和空警-600如同一支支離弦之箭，被無形而強大的力量瞬間“推”向天空。整個過程又快又穩(wěn)。

其中， 殲-35艦載戰(zhàn)機 是 全球首型完成電磁彈射的隱身艦載機。 要知道，美國海軍“福特”號航母雖率先使用電磁彈射系統(tǒng)，但至今未完成 F-35C戰(zhàn)斗機的彈射測試。

電磁彈射，這項美國海軍尚未完美掌握的技術(shù)，其核心難點在哪里？它又是如何大幅提高航母的戰(zhàn)斗力呢？

撰文| 崔凱（中國空氣動力學(xué)會科學(xué)傳播和普及工作委員會主任）

2025年9月22日，中國海軍宣布，殲-15T、殲-35和空警-600三型艦載機，已在福建艦上成功完成首次電磁彈射起飛和著艦訓(xùn)練。對于這一消息，中國航空學(xué)會艦載機分會總干事、海軍航空大學(xué)教授韓維認(rèn)為，空警-600是我國第一款艦載固定翼預(yù)警機，它在航空母艦上起降成功，可使遠(yuǎn)海預(yù)警指揮鏈路、預(yù)警探測、空域監(jiān)視范圍大幅拓展，空防圈和打擊圈向外大大延伸，攻防能力得到提升；殲-35是五代隱身艦載戰(zhàn)斗機，將重點承擔(dān)航母編隊奪取制空權(quán)任務(wù)；而殲-15T相較于殲-15艦載戰(zhàn)斗機，改進(jìn)了飛行平臺、航電和武器系統(tǒng)，實現(xiàn)了彈滑兼容。三種機型均可成功實現(xiàn)彈射起飛，將大幅提升中國海軍的綜合作戰(zhàn)能力。

殲-35艦載戰(zhàn)斗機從福建艦上電磁彈射起飛 | 圖源：文獻(xiàn)

此次披露的信息中，另一個更加吸引大眾眼球的關(guān)注點是采用了電磁彈射和阻攔的新型起飛和降落技術(shù)。借助于這種全新技術(shù)，不僅大大提高了預(yù)警機出動回收效率，保證預(yù)警體系持續(xù)在線，而且使用電磁彈射，殲-35能以“滿油+隱身構(gòu)型”快速起飛，憑借低可探測性突破敵防空網(wǎng)；殲-15T則可以“滿油滿彈”升空，依托其大載彈量和大航程對敵實施飽和式攻擊。

這一信息也得到了國際媒體的廣泛關(guān)注。美國《新聞周刊》（Newsweek）稱，航空母艦是展示海軍實力的重要裝備。這一成功表明，中國首艘國產(chǎn)彈射型航空母艦已具備電磁彈射起飛和回收能力，是中國航母發(fā)展的又一突破。

美國知名軍事網(wǎng)站“戰(zhàn)區(qū)”以《中國航母戰(zhàn)力實現(xiàn)驚人飛躍》為標(biāo)題刊文稱 ，中國海軍首次同時展示了殲-35艦載戰(zhàn)斗機、殲-15T艦載戰(zhàn)斗機和空警-600艦載預(yù)警機在中國首艘采用電磁彈射系統(tǒng)的航母上的作戰(zhàn)能力，這也驗證了中國福建艦電磁彈射和回收能力。

文章還特別指出：“與傳統(tǒng)蒸汽彈射相比，電磁彈射系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，可精確調(diào)節(jié)彈射力度，適應(yīng)不同重量飛機，機械結(jié)構(gòu)更簡單，維護(hù)成本更低，復(fù)位時間短，可進(jìn)一步提高戰(zhàn)機出動效率。 美國海軍的‘福特’號航母雖率先使用電磁彈射系統(tǒng)，但至今未完成F-35C戰(zhàn)斗機的彈射測試，而中國殲-35艦載戰(zhàn)機已成為全球首型完成電磁彈射的隱身艦載機。 ”

為什么電磁彈射能夠在一瞬間引發(fā)全世界的關(guān)注呢？它又是如何大幅提高航母的戰(zhàn)斗力呢？

飛機從航母起飛，難在哪里？

任何物體要想離開地面，必須有一個向上的力克服自身的重力。對于飛行器而言，有兩條途徑可以產(chǎn)生向上的力，一是發(fā)動機產(chǎn)生的推力，二是機翼產(chǎn)生的升力。發(fā)動機產(chǎn)生的推力與飛行方向平行，升力的方向則與飛行方向垂直。比如火箭發(fā)射一般是垂直向上，此時完全依靠發(fā)動機產(chǎn)生的推力克服自身的重力。而對于我們常見的直升機而言，起飛時旋翼的旋轉(zhuǎn)方向是沿水平方向，此時就是完全依靠旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的垂直向上的氣動升力克服自身重力。

升力的大小與飛行速度的平方呈正比，也就是說，飛行速度越快，機翼產(chǎn)生的升力越大。因此直升機起飛時旋翼的旋轉(zhuǎn)速度必須達(dá)到一定的數(shù)值才能產(chǎn)生足夠升力。同樣，對于我們常見的固定翼飛機而言，要想離開地面，也必須達(dá)到足夠的運動速度，因此必須在地面經(jīng)過一段時間的加速滑跑。

顯然，在滑跑的加速運動過程中，滑跑距離越長，加速時間越長，所能達(dá)到的速度也越快。這就是為什么大型民航客機所需要的跑道長度一般明顯高于小型飛機的道理。對于陸地起飛的飛機，民航飛機的滑跑距離一般為1000至2000米，戰(zhàn)斗機會短很多，不過一般也至少需要兩三百米。

如果從航空母艦起飛，采用像陸地起飛那樣的水平滑跑方式就完全不行了。這主要是由于長度的限制，因為即便是目前最大型的航空母艦，其總長度也不會超過350米，而且考慮到全艦的布局，也不會把這個長度完全用做起飛跑道。一般來說，航母最多能利用總長的1/3左右，也就是100米左右的距離，在發(fā)動機最大推力給定的情況下，按常規(guī)起飛方式是完全不夠用的。因此，必須要想一些其他的辦法。

顯然，途徑只有兩條，一是改變飛機，二是改變航母。

飛機的改變主要是改變其動力系統(tǒng)，令其發(fā)動機的推力方向可以在起飛時改變，垂直向下或者斜向下，這樣就可以大幅縮短起飛距離，甚至像火箭那樣實現(xiàn)垂直起飛。這種飛機的典型代表是英國于上世紀(jì)60年代研制的“鷂”式短距起降戰(zhàn)斗機，其發(fā)動機噴口的旋轉(zhuǎn)角度可以超過90度，因此可以實現(xiàn)垂直起飛和降落。再比如美國F-35B戰(zhàn)斗機也采用類似的策略，使其具備垂直起降能力。

英國“鷂”式短距起降戰(zhàn)斗機 | 圖源：網(wǎng)絡(luò)

不過，這種方式存在很多問題。除了技術(shù)復(fù)雜和飛行員的操控難度更高之外，最主要的問題就是其裝載量和飛行航程都比較小，其中道理也顯而易見。與火箭發(fā)動機相比，航空發(fā)動機的推力相對較小，因此所能承擔(dān)的重量也較小，這對飛機的起飛重量提出了非常嚴(yán)苛的要求，從而限制了裝載量。比如“鷂”式戰(zhàn)斗機采用常規(guī)的滑跑起飛方式時，最大起飛重量約為14噸，但如果采用垂直起飛，最大起飛重量就大幅減低至8.6噸左右。

同時，垂直起飛過程中完全依靠發(fā)動機提供推力，這個過程中耗油量巨大，當(dāng)大量的燃料消耗于這個階段，剩余燃料所能支撐的飛行距離自然會下降。仍以“鷂”式戰(zhàn)斗機為例，采用短距滑跑起飛的方式時，其作戰(zhàn)半徑可以超過400千米，但如果采用垂直起飛，這個數(shù)值會降低至100千米以內(nèi)，因此只能作為短距離支援使用。

顯然，通過改變飛機實現(xiàn)航母起飛盡管技術(shù)可行，但實際效果并不理想，所以對于更多的航空母艦，特別是大型航母就需要從其自身想辦法了。目前主要有三種技術(shù)，即滑躍 式 甲板起飛、蒸汽彈射器，以及福建艦使用的電磁彈射器。

滑躍式甲板起飛方式

利用滑躍式甲板實現(xiàn)起飛，是相對最為簡單的一種。滑躍甲板的外觀特征就是艦艏向上翹起一個弧形，上翹的角度一般在12至14度左右，我國的“遼寧”號和“山東”號兩艘航母都是采用這種技術(shù)。

滑躍式甲板起飛 | 圖源：網(wǎng)絡(luò)

滑躍甲板起飛的原理很簡單，起飛時，飛機的發(fā)動機開足馬力，以最大推力工作，依據(jù)牛頓第二定律，這樣可以盡可能提高加速度，從而在更短的距離內(nèi)實現(xiàn)離艦速度的最大化。同時，由于艦艏上翹，飛機離艦時的飛行方向指向斜上方，類似于向斜上方拋出。由于發(fā)動機的推力方向與飛行方向平行，也指向斜上方，這樣就在垂直方向形成一個向上的分力，從而克服掉一部分重力。同時，由于向斜上方飛行，飛機滯空的時間也會相應(yīng)加長，也會增加空中加速的時間。二者綜合起來，就可以實現(xiàn)從航母上起飛。

滑躍甲板技術(shù)相對比較簡單，只需要對艦艏部分的甲板進(jìn)行設(shè)計和制造即可。建成以后，維護(hù)保養(yǎng)的成本也很低。在戰(zhàn)時，即便是受到敵方的攻擊出現(xiàn)破損，也能在較短時間內(nèi)完成維修。

不過，這種方式也有十分明顯的不足。首先是這種起飛方式對于飛行員的要求更高，因為在整個起飛的過程中需要精準(zhǔn)控制飛機的速度、方向等，稍有不慎，就有可能墜海。其次，由于起飛過程中只能利用飛機自身的動力，因此所需的滑跑距離仍然相對較長，這在一定程度上會影響艦上甲板的布局。第三，這種起飛方式對于載重量有限制，如果起飛重量太大，仍無法起飛。

蒸汽彈射起飛方式

既然利用自身的動力和滑躍甲板起飛還是受到很多限制，那么是否可以利用一些輔助裝置起飛呢？答案自然是肯定的。 蒸汽彈射 就是目前應(yīng)用最多的方式。比如，美國現(xiàn)役的10艘 “尼米茲”級核動力航母 就都是采用這種方式。

所謂彈射，最簡單的理解就是發(fā)射弩箭。弩箭發(fā)射前，要將弓弦拉伸并固定，之后將弩箭置于箭槽中，扣動扳機，張開的弓弦迅速彈回，將弩箭射出。弓弦的拉力越大，弩箭射出的距離就越遠(yuǎn)。如果從能量轉(zhuǎn)換的角度理解，本質(zhì)上就是弓弦拉伸后所形成的彈性勢能突然釋放，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為弩箭向前運動的動能。

弩箭 | 圖源： pixabay

蒸汽彈射的原理與弩箭發(fā)射大同小異，也是一個能量轉(zhuǎn)換的過程，只不過預(yù)先存儲的能量不是彈性勢能，而是飽和蒸汽的內(nèi)能，彈射的目標(biāo)是更重的飛機，因此裝置也復(fù)雜很多。

蒸汽彈射裝置示意圖 | 圖源：網(wǎng)絡(luò)

蒸汽彈射裝置的核心是一個大鍋爐，這個鍋爐的內(nèi)部壓力高達(dá)80至100個大氣壓，在這樣的高壓條件下，水的沸點會上升到300度左右。彈射時，首先向鍋爐內(nèi)注入淡水，并利用核能或者燃油的燃燒在高壓環(huán)境下將其“燒開”，這樣鍋爐內(nèi)部就充滿了高壓的干飽和蒸汽。之后將飛機固定于彈射器上，打開彈射閥，高壓空氣極速釋放，推動活塞迅速向前運動，活塞帶動彈射器以及上面的飛機一起快速運動，這樣就可以在很短的距離內(nèi)將飛機加速至足夠的速度，以實現(xiàn)彈射起飛。

蒸汽彈射裝置從上世紀(jì)50年代開始應(yīng)用，是目前最為成熟的彈射技術(shù)。相比于滑躍起飛，這種方式的優(yōu)勢極為明顯。首先，這種裝置占據(jù)的甲板面積小，在戰(zhàn)時，起飛和降落可以同時進(jìn)行，大幅提升作戰(zhàn)效率。其次，航母上可以平行設(shè)置多個彈射器，通過交錯使用，起飛效率也可以大幅增加。第三，由于彈射器提供了額外的能量注入，使得飛機的起飛重量大幅提升，類似于預(yù)警機或者運輸機之類的大型飛機也可以從航母上起飛。第四，起飛時飛機固定于彈射器上，無需更多的人為介入，甚至在飛行員昏迷時也可以把飛機發(fā)射出去。

不過，作為上一代的彈射技術(shù)，蒸汽彈射也還是有許多不足之處。一是裝置比較復(fù)雜，除了鍋爐以外，里面還有密密麻麻的管路和閥門，這給維護(hù)保養(yǎng)帶來了不小的麻煩。二是由于海水含有大量腐蝕成分，因此鍋爐所使用的水只能用淡水，而且用量巨大，航母長期在海上巡弋，因此必須配套相應(yīng)的海水淡化裝置，以提供足夠的淡水使用。三是能量轉(zhuǎn)化效率很低，燒水的過程、充氣的過程、泄壓的過程都包含大量的能量損失，管路和閥門還經(jīng)常“跑冒滴漏”。

綜合來看，蒸汽彈射的能量利用率僅能達(dá)到4%至6%。也就是說，絕大多數(shù)能量都被浪費掉了，這是十分不經(jīng)濟(jì)的。

相比之下，電磁彈射的能量利用效率就大幅提高，由此也成為了新一代彈射技術(shù)。

電磁彈射起飛方式

雖然電磁彈射是一項新技術(shù)，但其原理最早可以追溯到1831年法拉第發(fā)現(xiàn)的“電磁感應(yīng)”現(xiàn)象。如果一言以蔽之，電磁感應(yīng)就是指“變化的電場可以激發(fā)磁場，反之，變化的磁場可激發(fā)電場。”

盡管這一原理很早就發(fā)現(xiàn)，但其真正應(yīng)用還是最近幾十年的事情。其中最為典型的案例，就是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的電磁爐。電磁爐通電后，爐盤上的線圈會被通上20千赫茲的交流電，這樣就會在周圍激發(fā)出不斷變化的磁場，當(dāng)我們把金屬鍋放在上面后，磁場又會在鍋底激發(fā)出不斷變化的電場，電場進(jìn)一步誘發(fā)金屬鍋底產(chǎn)生電流，由于鍋底存在電阻就會發(fā)熱。 電磁爐 就是通過這樣的方式將電能轉(zhuǎn)化為熱能，從而加熱鍋內(nèi)的食物或者把水燒開。

與我們早些年常用的“電爐子”不同的是，電磁爐僅在鍋底產(chǎn)生熱量，不會向四周發(fā)散，所以效率非常高。回憶一下，采用“電爐子”加熱時，如果離得近，你會感覺到電爐子散發(fā)的熱，也就是說電能轉(zhuǎn)化的熱能會向四周散發(fā)，效率自然就會降低，而在電磁爐附近則完全沒有這種感覺。將這個原理應(yīng)用到航母上飛機的彈射，就是電磁彈射器。只不過電磁彈射是將電能轉(zhuǎn)化為飛機起飛所需的動能，而非加熱食物的熱能。

不過，要想在一百多米的距離內(nèi)將一架十幾噸甚至幾十噸重的飛機，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到每小時幾百公里的速度，所需要的能量要比電磁爐大的多得多，設(shè)備的復(fù)雜程度也是電磁爐所不可比擬的。

航母電磁彈射系統(tǒng)組成示意圖 | 圖源：文獻(xiàn)

總體來看，電磁彈射器的組成可以分為幾大部分：首先是儲能系統(tǒng)，由于彈射器瞬時消耗能量巨大，一般在3秒內(nèi)會消耗50-70度電，所以必須事先儲備足夠的電能。儲能系統(tǒng)相當(dāng)于是一個巨大的電池，只不過儲能方式一般采用 飛輪儲能的方式。 簡而言之，這種儲能方式就是在一個密封的真空空間中，以磁懸浮的方式放置一個大型飛輪，充電時利用電力驅(qū)動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。因為沒有空氣、沒有摩擦，因此飛輪會一直保持高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這就意味著能量能夠一直存儲。使用時則利用飛輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動發(fā)電機工作，再將機械能迅速轉(zhuǎn)化為電能。

飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)示意圖丨 圖源：文獻(xiàn)

其次是電力電子系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要是保證在彈射軌道的不同位置和不同時刻上，產(chǎn)生方向和強度都能滿足需求的電流，以提供彈射使用。第三是直線電機，也稱彈射電機，這是具體執(zhí)行彈射的系統(tǒng)，主要包括定子和動子兩部分，定子就是固定在航母艦體上的軌道，里面布滿了線圈，通電后就可以產(chǎn)生強磁場，動子就是與飛機相連的部分，彈射器工作時，動子在電磁力的驅(qū)動下極速運動，從而實現(xiàn)飛機的迅速加速。最后，還需要一套復(fù)雜的控制與檢測系統(tǒng)，因為在不同的情況下，或是彈射不同類型的飛機所需要的能量不同，同時在整個系統(tǒng)彈射運行過程中，還需要實時監(jiān)控相關(guān)的參數(shù)。

毫無疑問，電磁彈射是一種“高科技”，這里的“高”體現(xiàn)在很多地方。首先是能量利用效率高，電磁彈射的能量利用效率可達(dá)60%左右，也就是說每次彈射所用的電能有一多半都轉(zhuǎn)化為飛機的動能，相比于蒸汽彈射器的4%至6%的效率而言，有了數(shù)量級的提高。其次是體積利用率高，相比于蒸汽彈射，電磁彈射器不需要鍋爐和海水淡化裝置等，因此在艦上占據(jù)的空間一般僅為400立方米，約為蒸汽彈射器的三分之一左右。第三是系統(tǒng)可控性高，電磁彈射的控制更加精準(zhǔn)，因此可以彈射更多種型號的飛機，比如此次福建艦完成3種型號飛機的彈射就是實例。最后是任務(wù)執(zhí)行效率高，電磁彈射一般每45秒就可以完成一次彈射，而蒸汽彈射則需要90至120秒。

正是基于這些優(yōu)勢，福建艦跳過蒸汽彈射起飛方式，直接攻關(guān)最先進(jìn)的電磁彈射方式。

雖然原理并不復(fù)雜，但電磁彈射系統(tǒng)的研發(fā)難度卻是極高。在前面所述的幾個分系統(tǒng)中，每一項都需要攻克相應(yīng)的技術(shù)難題。即便是單項技術(shù)攻克后，在整個系統(tǒng)的集成化上，還需要考慮系統(tǒng)布局、控制、同步等一系列更加復(fù)雜的問題。此外，電磁彈射系統(tǒng)工作時會產(chǎn)生強大的磁場，必須保證其不能對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾，這需要精細(xì)化的電磁屏蔽設(shè)計。還有，由于航母的工作環(huán)境長期處于海上，也需要考慮整個系統(tǒng)的抗腐蝕性，對于材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了極高的要求。到目前為止，僅有美國和中國掌握了這項技術(shù)。

搭載了電磁彈射系統(tǒng)的美國“福特級”航空母艦 | 圖源：網(wǎng)絡(luò)

作為一項新興的技術(shù)，電磁彈射剛剛走進(jìn)歷史舞臺，或許還有一些問題沒有暴露出來，其中最為核心的問題就是這種技術(shù)的可靠性尚未得到充分考驗，同時，這種系統(tǒng)的維護(hù)復(fù)雜度也需要在更加長期的實際使用中進(jìn)行檢驗。

盡管后續(xù)仍然可能存在有待進(jìn)一步優(yōu)化的問題，但毫無疑問，這種技術(shù)已經(jīng)顯示出更加廣闊的應(yīng)用前景。比如，由于具有能量密度高和系統(tǒng)集成度高的主要優(yōu)勢，將來這種系統(tǒng)可以在更小型的艦艇上搭載，用以彈射尺寸更小、質(zhì)量更輕的無人機，同時采用這種方式不僅可以彈射飛機，也可以用來發(fā)射火箭或者導(dǎo)彈，這些都將可能顛覆式改變未來戰(zhàn)爭的模式。

參考文獻(xiàn)

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本文轉(zhuǎn)載自《返樸》微信公眾號

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