航母在现代军事中具有举足轻重的地位, 电磁弹射作为现代航母的关键技术之一。据报道，中国第三艘航空母舰将采用电磁弹射起飞方式，这是中国第一艘配备弹射器的航母，搭载超过60架各型舰载机，其作战能力将会比辽宁舰、山东舰更强！

根据航母建造周期推测，我国第三艘航母极有可能在随后这两年下水，2025年前全面形成战斗力，届时，我国将拥有三艘航母用于轮换，初步具备全年保持至少一艘航母处于战备执勤状态的能力！

中国第三艘航母采用电磁弹射起飞方式的优势到底何在？其对航母战斗力提升究竟有何影响？今天我们透析和解密！

现阶段舰载机主要起降技术

航母战斗力的发挥依赖于各种舰载机, 舰载机能适应多种海洋环境, 可以对地面、海上甚至空中目标造成强有力的打击, 具有很强的战斗力。因此, 舰载机的起飞能力和效率很大程度上决定着航母编队的作战能力。

说到航母舰载机弹射起飞，不得不从航母舰载机的起飞方式谈起。在早期的航母上，由于舰载机重量轻、安全离舰起飞速度低，其带弹量和作战半径有限，因此绝大多数舰载机可以通过自身动力利用有限长度的飞行甲板直接起飞而不需要任何助飞方式。

二战后，人们对航母及其舰载机作战效能的认识加深，加上舰载机自身的发展，特别是喷气式舰载机的上舰，航母舰载机的起飞方式也发生了变化。目前，国外现役航母固定翼舰载机的起飞方式主要有垂直滑跑起飞、滑跃起飞和弹射起飞等。

——垂直滑跑起飞方式是舰载机在竖直方向上起飞的一种方式。它是用发动机直接提供升力, 让飞机垂直起飞。但是因为其对技术和飞行性能要求较高, 能耗加大, 所以较少被使用。如英国无敌级轻型航母的“海鸥”舰载机。

——滑跃起飞方式是让飞机从一个安装在航母上的结构较为简单的小角度的滑跃式甲板起飞, 现在主要为无弹射技术的国家的主要舰载机起飞方式，如中国辽宁舰。

——弹射起飞方式是利用飞行甲板上布置的弹射装置，在一定行程内对舰载机施加推力来达到舰载机的离舰起飞速度，其主要应用于大型/中型的攻击或多用途航母上，如美国、法国现役航母。

相比弹射起飞，其他起飞方式都需要靠舰载机自身动力实现起飞，可避免因配置弹射装置而产生的航母舰体重量、重心、空间布置等问题，但靠舰载机自身动力起飞，会遇到燃油消耗大而使舰载机离舰空中作战半径变小，舰面甲板侧风和舰体摇摆等因素，影响舰载机起飞作业的环境适应性以及整个舰队的机动性，更为重要的是，如果依靠自身动力，航母上无法起飞重型飞机，例如预警机。因此，像美、法等国在发展航母时，围绕核心武器系统——舰载机的效能而采用弹射起飞技术。

弹射起飞技术是一种新兴的直线推进技术，适宜于短程发射大载荷。航母舰载机的弹射起飞技术主要包括液压弹射起飞、蒸汽弹射起飞以及最先进的电磁弹射起飞技术。

——液压弹射是把蓄压器中储存的液压能量在几秒钟内释放出来，使飞机加速起飞。

——蒸汽弹射是利用高压蒸汽推动活塞做功, 其内能转化为飞机起飞的动能。蒸汽弹射装置需要耗费大量的水蒸气，而且必须使用淡水。尽管航母的海水淡化能力很强，能够满足弹射需求，但客观上需要保证海水淡化装置的体积和功率。

——电磁弹射技术是利用磁场对通电导线的力的作用驱动发射物体并将其加速到超高速度的新型发射技术，具有效率高、能量利用率高, 故障率低等优点，堪称目前最为理想的舰载机发射技术。由于采用的是电能驱动，电磁弹射装置的弹射功率可通过控制电流精确调整，上至三四十吨的重型舰载机、预警机，下至几吨的无人机都可以轻松弹射，并且启动迅速，加速非常平滑均匀，不仅能量利用效率更高，而且也降低了对舰载机结构强度的要求。

电磁弹射好处多多，让航母“如虎添翼”

那么，究竟什么是电磁弹射系统（EMALS）呢？

EMALS是航母上的新一代舰载飞机弹射系统。电磁弹射系统的主要组成部分是动力系统、控制系统、储能系统, 除此之外也应该有对直线电机的冷却系统, 以及对动子的减速和刹车系统。各个部分合在一起, 共同在控制系统的操控下形成一个的高效率、低故障的弹射系统。控制系统放出电信号调节储能系统释放能量, 然后储能系统在极短的时间内完成电能的释放。动力系统将这部分的电能转化为飞机的动能, 在舰载机起飞过程中, 各部分按既定参数运行。完成前一次的弹射任务后, 各个部件归回初始位置, 以进行下一次弹射。

电磁弹射系统其最早要追溯至20世纪40年代，美国海军利用电磁感应马达技术设计、制造并试验了一套电磁飞机弹射系统，由于二战结束及该套系统成本较高，该项目被取消。为进一步验证EMALS弹射舰载机的可行性，1982年美国海军重新启动了EMALS的研究项目，并在1988年进行了电磁弹射、制动和回收以及系统性能和电磁辐射试验。

20世纪90年代，美国海军在设计下一代航母时提出了“全电军舰”的概念，要求舰上不再采用蒸汽、液压等机械手段，其中最重要的技术革新就是电磁弹射器取代蒸汽弹射器，并在论证CVN-21方案过程中，正式确定研制航母电磁飞机弹射系统。

EMALS的弹射电动机通过电力系统输电，可生成一个同弹射系统的往复车相互作用的电磁力，在电磁力作用下，往复车将携挂飞机沿弹射冲程加速至起飞速度；控制系统持续监控EMALS全系统性能，是EMALS的关键信息处理模块，该系统能够根据飞机、环境和弹射系统的参数变化实施调控，同时还担负报警任务。

经过方案评估，美国海军选择了通用原子公司设计方案，后续经过一系列大量的实际尺寸的样机试验，于2009年6月正式决定在福特级航母上安装电磁弹射系统，并授予通用原子公司研制合同。目前，通用原子公司也已获得第二艘福特级航母电磁弹射系统建造合同，首艘福特级航母“福特”号即将交付。配有电磁弹射系统的“福特”号航母，日出动舰载机可达到300余架次，相比尼米兹级提高了25%。

比起航母舰载机的其他起飞方式来说，电磁弹射的好处多多，优越性更为突出，“更高、更快、更强”。

一是能量幅度更宽。

电磁弹射装置比蒸汽弹射装置的最大能量幅度高出20%，可以容纳以更快速度起飞的重型飞机，而其细微精确的控制，使得EMALS又能够同时弹射较小、较轻的航空飞行器，扩大了航母搭载不同机型的能力，很大程度上扩展了现役航母的作战能力。

从长远的视角看，无人机航母已是未来的发展方向，与现在大多20多吨的载人战斗机相比，未来的舰载无人机型号会更加多样，分工会更加细致，吨位也更加多元，如果使用蒸汽弹射装置，并不能很好地适配各种吨位的无人机，而电磁弹射系统则能完美地解决这个问题。

二是弹射性能稳定。

相比蒸汽弹射器，电磁弹射拥有先进的反馈和闭环控制系统，能够使得任何一次弹射加速度峰平比更加恒定、末速度变化范围更小。同时，电磁弹射装置提高了可用性、可靠性，并降低了运行与维护费用。

另外，相比蒸汽弹射系统，EMALS重量明显减轻，体积更小，减少了对舰上大量液压油、淡水和蒸汽等辅助设备的需求，各组成部分的布局更加灵活，能最大限度地优化航母内部布置，增加了航母设计灵活性，潜在地提升了航母的生存能力。

航母电磁弹射不但适应了现代航母电气化、信息化的发展需要，而且具有系统效率高、弹射范围广、准备时间短、适装性好、控制精确、维护成本低等突出优势，是现代航母的核心技术和标志性技术之一。美国将服役装配有EMALS的“福特”号航母，其日出动舰载机可达到270—310架次，相比尼米兹级提高了25%，未来美国海军11艘福特级航母的作战能力相当于13.75艘尼米兹级航母，而EMALS的装配就是其中最主要的核心影响因子，其对航母战斗力的提升足以对作战对手产生巨大的震慑作用。

电磁弹射技术将显著提升航母的综合作战能力，滑跃和传统弹射类型的航母将难以对电磁弹射航母构成实质性威胁。英国“威尔士亲王号”航母也将改装电磁弹射器,俄罗斯、印度新一代航母方案也将采用电磁弹射方案。

电磁发射七大关键技术，难点重重

那么电磁弹射技术难点在哪里？如何攻克电磁弹射的关键技术呢？

电磁弹射作为一项全新的复杂技术，几乎每个子系统都是技术难点。电磁发射技术是电磁场理论的应用技术,它利用电磁力对载荷进行加速发射。与所有发射系统一样,要实现电磁发射,必须具备脉冲直线电机、发射体、高储能密度和高功率密度脉冲电源(能源)、控制系统四大部分,因此,电磁发射技术方向集中在脉冲直线电机技术、发射体技术、脉冲电源技术、网络控制技术、电磁发射总体技术等方向。

一是脉冲直线电机技术

在大载荷、高速度的舰载机弹射情况下, 肯定要求直线电机产生足够大的推力, 这样才能满足弹射器的性能指标。电磁弹射不是仅仅要求动力系统的输出推力大, 而且还要提高推力的稳定性, 防止对舰载机和其上的各项精密设备的损伤。电磁弹射器中动力系统的直线电机是舰载机起飞任务中最为重要的一环, 现阶段对它的主要研究内容便是增加推力和增加推力的稳定性, 亟待解决的问题就是弹射器材料的优化、和更加精密、准确的控制系统。

直线电机技术是一种区别于旋转电机的传动系统, 它同旋转电机一样都可以将电能转化为动子的机械能。目前, 电机以旋转电机为主, 直线电机可以看成是将旋转电机的固定部分和转动部分两个本身是圆筒形的部件的剖开, 并展开成平板状, 面对面, 定子被铺设在动子的运动路线上, 动子通过其他手段固定在定子的正上方, 并保持稳定。与现代常用的电机相比, 它具有组成单位简单、反应速度快、工作性能可靠等特点。

二是发射体技术

发射体是发射器加速的对象,能够承载强电流,其承载的强电流与静态或交变磁场相互作用产生较强电磁力而致使其高速运动。其主要技术包括:高强度直线电机动子结构设计技术、超高速一体化制导弹丸技术、一体化弹丸集成与分离技术、高效动能毁伤技术、强感应电流及轻量化动子线圈技术、超高速运动体稳定悬浮技术等。

三是储能技术

电磁发射在极短的时间内将被发射物体加速到一个很高的速度, 由此可见电磁弹射所需的能量大而且释放还要迅速, 所以电磁发射系统对储能系统有特殊且特别高的要求。所以电磁弹射的关键技术的发展便是:制造成本低、可多次使用、储存电能大、释放能量稳定的大功率的电源。

四是飞轮储能技术

电能驱动飞轮加速旋转储存能量, 将电能转化为了内部旋转部分的动能。之后, 由于飞轮悬浮在真空的容器中, 所以它的转速几乎不下降。在放能时:快速旋转的飞轮带动发电机发电, 再经过转换器输出适合电路的电流、电压, 这便完成由动能转化电能的过程, 在该过程中飞轮的转速下降。整个这部分的流程完成了电能高效储存, 和快速释放。目前, 我国的飞轮储能技术还停留在实验室研究阶段, 部分军事强国 (如美国) 已经将该技术投入了使用。例如:美国福特号航母EMALS电磁弹射系统采用了组合阵列方式的飞轮储能系统。

五是电容储能

超级电容器的全称是电化学超级电容器, 它是利用电极/电解液界面电荷分离所形成的双电层, 或借助电极表面快速的电化学反应所产生的法拉第“准电容”来实现能量储存的储能装置。

六是超导磁储能

超导储能是由超导体环流在零电阻下没有消耗的储存电能的一种技术。由于无电阻, 所以称之为超导储能。将一个闭合圆环形的超导体放在磁场中, 并降温, 使其的电阻变为0, 然后突然撤去磁场, 由于变化的磁场能产生感应电场, 也就使其中产生电流。并且只要温度不超过该超导体的临界温度之上, 电流就可以一直保存下去。有数据表明, 这种电流可以持续几万年之久。显然这是一种理想的储能装置。

七是网络控制技术

网络控制是发射系统的顶层“大脑”,负责信息处理及指令下达,具有可靠性高、信息量大、实时性强和鲁棒性高等特点。由控制网、数据网和健康网组成,实现对整个发射系统的监控,并实现数据资源共享,及时分析、排除运行过程中出现的故障,实现系统的功能检查与故障诊断、系统测试与参数设定、工作状况的自动调节与监控、动静态参数的自动测量与处理、测量结果的管理与检索,并与舰船数据系统连接,接受发射公告和气象信息,下达发射参数等功能。

赶超一流，中国电磁弹射航母有望超车

相对于美国、英国等国家, 我国航母弹射技术能力和经验不足, 更加需要加大投入力度, 加紧研发新型起降技术, 尤其是加大对电磁弹射器和电磁拦阻索加大研发力度, 争取早日在航空母舰上使用。目前, 我国由潜艇的“心脏”发动机总设计师、海军少将马伟明院士主持航母舰载机电磁弹射器项目, 相信在多部门的协同下我们很快能在第三艘航母上使用电磁弹射起飞技术。同时, 对舰载机的研发也要深入, 例如加紧四代隐身舰载战斗机的研制, 尽快上舰, 才能利用好新型起降技术, 增强航母威慑力和战斗力。当然最为重要的是, 建造核动力航母以增加舰载机数量并且能够匹配新型起降技术, 才能够增强海军综合作战能力。

综览各国舰载机起降技术, 我们不难发现, 今后起降关键技术的发展是朝着电气化方向发展的。中国目前上舰使用的是滑跃起飞技术和液压式拦阻索技术, 离最先进的电磁弹射起飞技术和电磁拦阻索技术有不小差距, 但好在根据各方报道, 我国正在研制新型电磁弹射航母, 有望弥补与国外领先技术的差距，实现超车。但我们需要认识到, 技术永远在革新。我们不光要追随别人的脚步进行研发, 更要融入自己的创新意识, 作这方面技术的“领头羊”。