傳肯尼迪航母電彈已改中壓直流?通用原子的智慧:一個(gè)決定就解決了

“約翰·肯尼迪”號(hào)航母海試已經(jīng)有幾天了，原本并不打算就這個(gè)問題展開反復(fù)討論，但在國內(nèi)以及國外社交媒體上有不少網(wǎng)友留言稱肯尼迪號(hào)航母已經(jīng)成功的將中壓交流的電彈改成了中壓直流，先進(jìn)電磁攔阻AAG的問題也已經(jīng)解決，這次歷史性的海試就是測(cè)試這些裝備的穩(wěn)定性，看起來還真有點(diǎn)那么回事，事情真的是這樣嗎？

從各路媒體的報(bào)道來看，確實(shí)有媒體評(píng)論稱改中壓直流彈射是是解決問題的一個(gè)選項(xiàng)，但是并沒有確認(rèn)真的是否有改造！而從肯尼迪號(hào)航母動(dòng)態(tài)進(jìn)展來看，似乎并沒有如此龐大的改進(jìn)動(dòng)態(tài)，作為其中最為關(guān)鍵的一環(huán)，福特級(jí)電磁彈射的研發(fā)母公司通用原子或者已經(jīng)作了一個(gè)決定就已經(jīng)將電彈問題解決，接下來就要看美國海軍的態(tài)度了！

傳肯尼迪航母電彈已改中壓直流？美媒報(bào)道到底改進(jìn)了多少

1月28日對(duì)于美國海軍來說確實(shí)是一件大事，福特級(jí)航母的二號(hào)艦CVN-79“約翰肯尼迪”號(hào)從2019年就下水的航母在港口泡了整整6年又一個(gè)半月后終于進(jìn)入了海試環(huán)節(jié)。一號(hào)艦CVN-78“福特”號(hào)從下水舾裝到海試僅僅過了3年，按理說輕車熟路的二號(hào)艦“肯尼迪”號(hào)時(shí)間應(yīng)該更短才是，怎么在港口一泡就是6年？

其實(shí)作為老軍迷都知道是怎么回事，當(dāng)年福特級(jí)一號(hào)艦CVN-78就是帶病服役的，雙波段雷達(dá)、電磁升降機(jī)、AAG先進(jìn)電磁攔阻和EMALS電磁彈射都有比較嚴(yán)重的問題，每個(gè)問題都讓美國海軍非常頭大，但是其中問題最大的卻是電磁彈射與電磁攔阻！

電磁彈射的主要問題就是故障率實(shí)在太高，而真正原因估計(jì)大家都知道一點(diǎn)，因?yàn)橹袎航涣鞯牡闹蓄l電源實(shí)在太復(fù)雜，通用原子給四條電彈只設(shè)計(jì)了一套電源，2020年6月2日那天，不知道是手賤還是操作維護(hù)，操作人員把這套電源給重啟了，結(jié)果因?yàn)槟硞€(gè)故障代碼起不來了！

通用原子隨艦工程師無法解決，不得不緊急調(diào)用通用原子的高級(jí)工程師上艦，竟然也束手無策，最后通用的工程師想了個(gè)辦法，繞開了那個(gè)故障代碼終于重啟成功！但時(shí)間已經(jīng)過去了6天，要是在戰(zhàn)時(shí)6天都無法彈射戰(zhàn)斗機(jī)的話，福特號(hào)墳頭草都三丈高了。

AAG先進(jìn)電磁攔阻的問題又不一樣，這種電磁攔阻是水力阻尼+電磁阻尼，可以根據(jù)落地戰(zhàn)機(jī)的級(jí)別在毫秒級(jí)內(nèi)作出反應(yīng)調(diào)整阻尼力度，不同著艦質(zhì)量的艦載機(jī)著艦時(shí)可以得到不同的攔阻曲線，增加飛行員舒適度，降低戰(zhàn)斗機(jī)著艦過載，延長(zhǎng)艦載機(jī)使用壽命！

但是AAG實(shí)在太復(fù)雜，通用原子在電磁攔阻上遭遇了難以想象的困難，當(dāng)然不是AAG攔不住，而是能量吸收過猛導(dǎo)致機(jī)體沖擊過載超標(biāo)，要么能量吸收不足，攔截距離延長(zhǎng)，最極端的情況就是軟件判斷錯(cuò)誤系統(tǒng)故障。

AAG有4條攔阻索，每條都有獨(dú)立能量吸收設(shè)計(jì)！如果有一條故障，可以在降落時(shí)將這套攔阻索隔離，使用其他三條攔阻，根據(jù)美國海軍航母對(duì)降落攔阻的要求，必須有三條正常時(shí)才能執(zhí)行著艦任務(wù)，所以AAG得高故障率真讓著艦飛行員提心吊膽，四條完全正常的時(shí)候很少，大部分時(shí)候都只有三條攔阻索，和尼米茲航母時(shí)代完全不可同日而語！

福特級(jí)一號(hào)艦CNV-78“福特號(hào)”有那么多問題為什么就能在短短幾年內(nèi)服役呢？二號(hào)艦CNV-79“肯尼迪”號(hào)為什么就卡殼了呢？答案很簡(jiǎn)單，福特號(hào)能服役是因?yàn)閮蓚€(gè)原因，一個(gè)是美國海軍等著用；另一個(gè)是通用原子誓言要在短短幾年內(nèi)解決問題，等到肯尼迪號(hào)下水時(shí)這些問題都已經(jīng)迎刃而解，直接使用成熟方案即可。

當(dāng)然咱也不知道到底是史密斯專員起了作用還是通用原子的“誓言”起了作用，反正福特號(hào)就這樣顫顫巍巍的服役了，但是讓美國海軍沒想到的是從2017年服役的福特號(hào)一直未能解決問題，所以等著“成熟方案”的CVN-79“肯尼迪”號(hào)在2019年下水后后再碼頭邊接連泡了6年之久！

這次肯尼迪號(hào)海試真解決了這些問題？

社交媒體X以及多個(gè)國外社交媒體上都有說法稱肯尼迪號(hào)已經(jīng)解決了這些問題，并且還有留言稱已經(jīng)成功的在肯尼迪號(hào)上用上了中壓直流的EMALS，這個(gè)可是相當(dāng)大的新聞啊。那么問題來了，肯尼迪號(hào)真解決了嗎？據(jù)TWZ在1月28日的報(bào)道，美國海軍關(guān)于肯尼迪號(hào)的海試確實(shí)提到了這些問題以及解決的結(jié)果：

• 肯尼迪號(hào)航母換裝了新的、更先進(jìn)、更可靠的AN/SPY-6(V)3 固定面雷達(dá)，代替了福特號(hào)問題比較多的，另外在其它系統(tǒng)的建設(shè)和集成上也有不少改善；
• AWE（先進(jìn)電磁升降機(jī)），根據(jù)公開報(bào)道，福特號(hào)上已經(jīng)在2022年解決，相信肯尼迪號(hào)上的問題即使有也應(yīng)該不至于影響海試；
• EMALS（電磁彈射器）在肯尼迪號(hào)上已進(jìn)行了no-load（無載）測(cè)試和dead-load（重載模擬）測(cè)試，但這不表示問題已經(jīng)解決，因?yàn)楦Ｌ靥?hào)也進(jìn)行過同樣的試驗(yàn)，關(guān)于解決的說法上，美國海軍公開報(bào)道是有進(jìn)展，但沒有公開具體結(jié)果；
• AAG（先進(jìn)電磁攔阻），TWZ和美國海軍公開報(bào)道中都沒有說 AAG完全成熟或完全解決問題，僅僅表示仍然在認(rèn)證和測(cè)試過程中，并且還是正式交付前需要完成的任務(wù)之一，這表示AAG的問題可能比EMALS更嚴(yán)重一些。

至于通用原子有沒有將中壓交流換成中壓直流，TWZ和美國海軍官方報(bào)道中都沒有提及，沒有公開資料確認(rèn)肯尼迪號(hào)采用中壓直流（MVDC）電源重構(gòu)EMALS，現(xiàn)有系統(tǒng)基于福特級(jí)的中壓交流設(shè)計(jì)并做改進(jìn)。

通用原子的智慧：一個(gè)決定就解決了

通用原子為福特級(jí)航母設(shè)計(jì)的EMALS從理論上看并不是沒有解決問題的可能，主要問題還是集中在四條彈射器集中使用一套電源的問題，如果為每條彈射器設(shè)計(jì)一套獨(dú)立電源那問題不就解決了嗎？顯然這是一般人的想法，但問題是當(dāng)初通用原子就是因?yàn)樘珡?fù)雜，設(shè)備太龐大而四合一，四套電源連冗余都設(shè)計(jì)在了一起，現(xiàn)在又要分開，很明顯這不是給通用原子上眼藥嘛！

福特號(hào)的電磁彈射問題都是因?yàn)橹袎航涣髀肪€導(dǎo)致的，為什么中國選擇的中壓直流就沒那么多屁事呢？那是因?yàn)橹袎航涣鲗?duì)于那種需要再2-3秒內(nèi)達(dá)到幾十兆瓦級(jí)超大功率的供電的電磁彈射來說是天然不適合：

中壓交流（MVAC）電網(wǎng)有一個(gè)問題：相位同步、頻率穩(wěn)定、多發(fā)電機(jī)并網(wǎng)協(xié)調(diào)，學(xué)過交流電的朋友都知道，相位和評(píng)率對(duì)交流電非常重要，所以發(fā)電機(jī)發(fā)電并網(wǎng)時(shí)會(huì)有頻率和相位兩個(gè)要求，老式發(fā)電站并網(wǎng)的暗燈法估計(jì)很多年紀(jì)比較大的朋友都有印象。

電磁彈射的毫秒級(jí)、非周期性、脈沖式超大功率輸出會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的頻率、相位擾動(dòng)，這個(gè)對(duì)全艦電網(wǎng)就是第一個(gè)考驗(yàn)！對(duì)于航母的中壓交流電網(wǎng)來說就有個(gè)抉擇了，雷達(dá)、推進(jìn)以及航電系統(tǒng)都對(duì)用電有很高要求，一個(gè)EMALS進(jìn)來就搶功率，這就是手心手背如何選擇的問題了。

第二個(gè)考驗(yàn)是交流電對(duì)于電磁彈射器要求的變頻電源來說，大概會(huì)經(jīng)過多級(jí)AC→DC→AC的變換，多一級(jí)變換就多一次故障概率，從核反應(yīng)堆發(fā)電→中壓交流→整艦配電→EMALS變流→儲(chǔ)能→發(fā)射，直流可以直接并聯(lián)的同時(shí)還能做到獨(dú)立管理，并且與艦載中壓直流電網(wǎng)解耦，這么多環(huán)節(jié)中，出故障的概率個(gè)要比中壓直流多好幾倍。

中壓直流不存在這些問題，首先直流沒有相位同步，也不需要頻率同步，不會(huì)影響全艦供電！盡管交流可以儲(chǔ)能，但在交流儲(chǔ)能也就是發(fā)電環(huán)節(jié)也存在一個(gè)頻率和相位問題，那個(gè)同樣要命。直流儲(chǔ)能比交流儲(chǔ)能簡(jiǎn)單的多，飛輪儲(chǔ)能交直流都可以用，但超級(jí)電容和電池儲(chǔ)能就只能直流電了，要不然變壓整流又是一大麻煩事。

問題來了：中壓交流改成直流不就結(jié)了？

確實(shí)是個(gè)好主意，通用原子絕對(duì)是知道這事情的，當(dāng)初選擇中壓交流是一步步選擇導(dǎo)致的結(jié)果，最早尼米茲級(jí)航母用的就是交流系統(tǒng)，交流配電系統(tǒng)最容易實(shí)現(xiàn)，這個(gè)各位應(yīng)該有印象吧，一臺(tái)變壓器就可以滿足不同電壓需求，一套整流穩(wěn)壓系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)直流電源要求，還有比交流更好用的嗎？

所以在美軍艦用的都是中壓交流體系，以至于后來的福特號(hào)上大量設(shè)備都是兼容尼米茲級(jí)航母的，福特號(hào)只能選擇中壓交流體系，很自然的電彈也就采用中壓交流體系了。至于后來會(huì)發(fā)生什么，那是另一個(gè)工程落地的問題了，體制上用中壓交流卻成本最小。

既然問題那么大，現(xiàn)在還能改嗎？答案是當(dāng)然能改，代價(jià)大小而已嘛！方案有兩個(gè)，第一是全艦從中壓交流改到中壓直流，事實(shí)上從前文的描述就知道這個(gè)幾乎不可能，因?yàn)椴恢皇侨炁潆娤到y(tǒng)徹底換血，并且全艦設(shè)備必須要大面積改造或者被徹底換掉，這個(gè)成本大概需要上百億美元，僅僅比重新造一艘便宜一點(diǎn)。

第二是局部改造，只將電磁彈射系統(tǒng)改為中壓直流系統(tǒng)，這個(gè)成本是最低的！因?yàn)檫@樣也可以從艦載中壓交流電網(wǎng)中整流后取電，但需要改造儲(chǔ)能系統(tǒng)、電磁彈射的子系統(tǒng)儲(chǔ)能、彈射、控制與結(jié)構(gòu)也需要推倒重來。相當(dāng)于電磁彈射按直流模式重新設(shè)計(jì)一次！

對(duì)整體影響比較小，但局部影響依然非常大，根據(jù)公開報(bào)道的消息，如此改造的耗資大概在20~30億美元左右，時(shí)間大概在2-3年，其實(shí)這個(gè)方案相對(duì)于目前極不穩(wěn)定的EMALS來說還是可以接受的，當(dāng)然前提是一切順利。

但是公開報(bào)道基本已經(jīng)否定了這個(gè)可能，不過海軍公開報(bào)道已經(jīng)承認(rèn)有進(jìn)展，這表示中壓交流的電彈已經(jīng)到了堪用或者即將堪用的地步，海軍已經(jīng)看到了一些希望。不過根據(jù)上文的分析，只要還是中壓交流體制，那么這個(gè)問題就無法杜絕，只是降到了海軍可以接受的程度。

當(dāng)然還有一個(gè)可能，通用電子只要拿出軍工復(fù)合體的智慧決定擺爛即可，就是死咬改進(jìn)絕對(duì)不會(huì)重新設(shè)計(jì)不放，美國海軍其實(shí)一點(diǎn)辦法都沒有，因?yàn)槟茉祀姀椀囊簿褪峭ㄓ迷右患覄e無分店，就算有點(diǎn)缺陷也得捏著鼻子用，現(xiàn)在的軍工復(fù)合體都是一切以搞錢為主，要是有人影響了搞錢，那就把這人搞走！

特朗普的建議：改回蒸汽彈射到底有多難？

各位是不是有點(diǎn)理解特朗普在去年10月底在日本橫須賀美軍航母CVN-73“喬治·華盛頓號(hào)”上的演講了，當(dāng)時(shí)特朗普氣急敗壞的表示美軍航母彈射器應(yīng)該換回蒸汽彈射器，他表示蒸汽彈射器的話航母維護(hù)人員用榔頭就能修好，電磁彈射器出故障必須要請(qǐng)通用原子的高級(jí)工程師（指的就是2020年6月的那次災(zāi)難級(jí)事故）。

那么問題來了，假如美軍航母真的要從電磁彈射器換回蒸汽彈射，這個(gè)操作存在可能性嗎？答案是100%可操作，但前提是已經(jīng)造好或者大部分艙體結(jié)構(gòu)已經(jīng)造好的航母已經(jīng)沒法換了。因?yàn)檎羝麖椛浜碗姶艔椛鋬煞N存在極為嚴(yán)重的差距，存在“低版本向高版本單向升級(jí)”，卻無法從“升級(jí)退回低版本”。

比如中國的常規(guī)航母福建艦，當(dāng)年設(shè)計(jì)就是蒸汽彈射，但在建造時(shí)電磁彈射已經(jīng)成功了，并且性能幾乎就是絕殺蒸汽彈射器，所以最終軍方高層拍板換成了電彈。因此是不是據(jù)此就認(rèn)為電彈蒸彈存在互換性呢？答案是NO！

因?yàn)檎魪椀捏w積遠(yuǎn)大于電彈，能放得下蒸彈基本也就放得下電彈，當(dāng)然改裝是必須的，不過工程量相對(duì)比較小。而要是為電彈設(shè)計(jì)的區(qū)域要改蒸彈就完球了，因?yàn)殡姀楏w積比較小，根本就塞不下蒸彈的結(jié)構(gòu)，并且蒸彈還要有長(zhǎng)達(dá)上百米的蒸汽管道從艙底鍋爐一路直達(dá)彈射器位置，這個(gè)已經(jīng)完工了的航母就不可能嘛。

所以從理論上來看，像CVN-79（肯尼迪號(hào)，已經(jīng)完工正在海試）、CVN-80（企業(yè)號(hào)，完工度75%）基本已經(jīng)不可能了！CVN-81（多里斯?米勒號(hào)，完工度20%），這艘還有機(jī)會(huì)改，但要馬上決定了，因?yàn)榕撌医Y(jié)構(gòu)影響蒸汽管道布置；CVN-82（威廉?J?克林頓號(hào)，還沒開建）、CVN-83（喬治?W?布什號(hào)，沒開建）這兩艘改建完全沒問題。

從美海軍的表態(tài)來看，基本就打算在中壓交流的電彈上一路走到黑了，故障率稍高能接受就行，反正蒸汽彈射器故障也挺多，并且維護(hù)超級(jí)麻煩，不如電彈，雖然故障多，但好在維護(hù)省事多了。不過除了美國海軍這個(gè)用戶外，法國PANG航母也打算采用通用原子的電磁彈射器，不知道法國海軍打算如何解決這些問題。