中美電磁彈射技術差距逼近 馬明偉：局部領域更爲領先
大陸中心／臺北報導
根據日前曝光的衛星空拍圖顯示，解放軍已在遼寧省葫蘆島建設好最新的軍用機場，機場的跑道安裝了最新型、適用於航母的「電磁彈射器」。那麼，相對於傳統的蒸汽彈射，電磁彈射具有哪些優勢呢？有陸媒網站近日針對電磁彈射做了詳細介紹，以下爲整理出的相關問答。
Q：什麼是電磁彈射？
A：根據電磁感應原理，切割磁感線能夠產生電流，反過來，電能也能轉化爲機械能。電磁彈射就是根據這個原理，將電能轉化爲動能，彈射艦載機從航母上起飛。
Q：電磁彈射有哪些技術難點？
A：電磁彈射主要技術難點有儲能技術、直線電機技術、彈射控制技術等。
Q：能具體說說儲能技術、彈射控制技術和直線電機技術嗎？
A：每一次電磁彈射持續時間大約不到3秒，但峰值功率高達上百兆瓦，這就需要一個儲能設備將航母電站輸出的電能儲存起來，一瞬間釋放。儲能技術的難點就是需要找到能量密度很高的儲能方式，否則儲能裝置本身體積重量超標就不能滿足上艦使用的要求。
電磁彈射需要精確控制彈射末速度和彈射過程中加速度，彈射控制技術的難點在於對直線電機的實時反饋控制，以及對各種信息的組網、交互與處理。
直線電機是彈射器的執行部分，主要依靠動子和定子的無機械接觸，僅靠電磁感應原理產生的電磁力實現電能到直線運動的動能轉換。直線電機技術的難點是儘可能提高它的功率密度和能量效率，並且具備海洋環境適應能力。
▼彈射系統模擬圖。（圖／翻攝自新浪軍事）
Q：大陸攻克這些技術的難度大嗎？
A：雖然電磁彈射最近才被美軍搬上航母，但實際上研製電磁彈射的關鍵技術並不是什麼難以觸及的技術，很多都已經過了多年研究，甚至已經被廣泛應用。
比如直線電機技術在物流傳輸、直線電梯、車牀加工等領域都有涉及，大功率直線電機在磁懸浮列車等軌道交通領域已經得到廣泛應用。
電磁彈射的控制技術在工業及信息領域有大量的方法可以藉鑑，如矢量控制技術、直接轉矩控制技術、工業總線技術及計算機技術等等，這些都可以推廣並移植到電磁彈射中。
慣性儲能的概念其實很久就有了，只是以前沒有這樣大功率的應用需求。因此，大陸攻克電磁彈射的核心技術並不存在無法逾越的障礙。
Q：相對於蒸汽彈射，電磁彈射具有哪些優勢？
A：電磁彈射具有彈射性能更好、彈射更爲可控、可靠性更高、適裝性更佳等優勢。
Q：電磁彈射性能更好主要表現在哪裡？
A：電磁彈射的最大彈射能力高達122兆焦耳，比蒸汽彈射器高出約29%，可以彈射重量更大的艦載機。
Q：電磁彈射可控性更好指的是？
A：蒸汽彈射器通過機械方法控制注入汽缸的蒸汽，無法精確控制推力，在彈射過程中推力的峰谷值比電磁彈射大，這會造成艦載機因不穩定的推力而受力不均，進而因此造成機體受損。而電磁彈射加速更可控制，更平穩，可大幅減小對艦載機和各部件的衝擊，有利於飛機結構的設計，並可使機體的使用壽命延長31%，也能緩解飛行員的身心壓力。
Q：爲什麼更新技術會比運行半個世紀的成熟技術更可靠？
A：電磁彈射現階段還處於測試摸索階段，可靠性還是不如技術成熟的蒸汽彈射的，這裡的可靠性指的是電磁彈射技術成熟後理論上可以達到的可靠性。
Q：蒸汽彈射可控性不如電磁彈射的原因是？
A：因爲蒸汽彈射器結構複雜零部件衆多，且飽受高溫高壓摧殘，加上蒸汽彈射器爲開口汽缸結構，需要採用金屬密封條保持活塞運動時汽缸內壓力，受損更換極爲頻繁，進而導致全系統的固有可靠性不高。而電磁彈射採用四能量鏈冗餘結構，在彈射過程中可容忍一個能量鏈出現故障，保證任務完成，加上定子和動子之間電磁場的非物理接觸傳力特性，取消了許多高磨損的機械設備，不僅壽命大幅延長，可靠性也大幅提高。
Q：能用具體數據來說明嗎？
A：蒸汽彈射2次重大故障間的平均週期約405周；而電磁彈射技術成熟的話，2次重大故障間的平均週期有望達1300周以上。
Q：適裝性更佳是什麼意思？
A：這是指電磁彈射器相對於蒸汽彈射器安裝更方便更靈活。舉例來說，蒸汽彈射器大部分重量位於上層甲板，導致船體重心升高，不利於航行穩定性；而電磁彈射可靈活佈置的特性，能夠避免這個問題。
蒸汽彈射器多個部件之間由高溫高壓的管路連接，並且彈射汽缸必須整體安裝，在航母上的總體安裝與佈置難度較大；而電磁彈射採用模塊化設計，直線電機可以分段安裝和拆卸，各個部件通過電纜或信號網絡連接，適裝性更好。
此外，電磁彈射器還具有比蒸汽彈射器更小的體積和質量，美國現役航母1座C13型蒸汽彈射器的總質量爲538噸，體積超過1100立方米；而電磁彈射的質量小於280噸，體積小於425立方米。
▼世界上建造1：1全尺寸大型電磁彈射器地面試驗設施的國家僅有中、美兩國。（圖／翻攝自中華論壇）
Q：電磁彈射還有其他優勢麼？
A：電磁彈射能量利用率比蒸汽彈射更高，而且更加節約淡水資源。
Q：航母在海上作戰，淡水資源非常寶貴，而蒸汽彈射器一次彈射作業需消耗大量水蒸汽，使用電磁彈射就可以避免在彈射中損耗淡水資源？
A：是的，而且因爲電磁彈射採用電氣化信息化手段，簡化了操作方法，並可實現全系統的狀態監控和故障自診斷，人力需求減小30%，維護工作量大大降低，平均故障修復時間大大減少，並且節省了全壽命週期費用。
▼中國馬偉明院士在電磁發射領域取得原創性成果。（圖／翻攝自鳳凰軍事）
Q：中美在電磁彈射技術差距有多大？
A：大陸是稀土永磁體生產大國，在高磁強度稀土永磁體研究方面比起美國並沒有太遜色。大陸在1996年時曾發佈了一個口徑90毫米的4磁體級的樣炮原型機，可以達到電能轉換50%以上，瞬間能源有成熟的20兆焦和100兆焦輸出級別的器件。
近年來，大陸在電磁彈射方面也有許多重大成果，馬偉明院士帶領項目組完成了電磁彈射樣機研製和試驗的全過程，攻克43項關鍵技術，申報國防專利32項。某軍工企業冷彈射技術可實現彈射推力達數百噸，並具有機構輕便、操作和維修簡化、彈射功率高、可控性可靠性強等特點。
根據日前曝光的衛星空拍圖顯示，解放軍已在遼寧省葫蘆島建設好最新的軍用機場，值得一提的是，機場的跑道安裝了最新型、適用於航母的「電磁彈射器」。西方軍事專家認爲，如果大陸在電磁彈射設備有重大的突破性，將是世界第2個掌握此技術的國家，航母戰力也會大躍進。
▼從最新的衛星圖片可以看到，中國軍方在建設的兩條跑道中安裝了彈射線，也隱約能看見彈射的滑槽。（圖／翻攝自中華論壇）
Q：大陸在電磁彈射方面已經超越俄羅斯，僅次於美國？
A：馬明偉院士在接受媒體採訪時曾表示，在軍委、總部和海軍首長的高度關注和支持下，在2008年研製成功小型樣機，接着又做出了1：1單元設備樣機，突破了全部關鍵技術，實現了與世界最先進技術的同步發展。他也表示，目前艦載機彈射起飛技術完全沒有問題，有信心運用到現實生活中，大陸掌握的技術已經不輸美國，在局部領域甚至更爲先進。
Q：大陸正在建的001A航母會是電磁彈射航母嗎？
A：根據目前的消息來看，大陸軍方實行技術大躍進的概率不高，很可能依舊採用小步快走的方式發展中國航母001A，並透過航母的製造過程來磨礪造船工業，同時也對遼寧號在使用中曝露出的一些問題做改進。
A：雖然核動力航母在能源方面會比常規動力航母具有優勢，但未必要上核動力才能保障電磁彈射所需能源。因爲電磁彈射的能量利用效率很高，比蒸汽彈射要高10倍，所以常規動力航母也能上電磁彈射，只要在儲能技術、直線電機技術、彈射控制技術、大功率轉換技術上過關，並配屬大功率燃機即可。
Q：大陸是否一定要藉鑑美國在彈射器上的使用經驗，先發展蒸汽彈射，再做電磁彈射？
A：蒸汽彈射和電磁彈射在技術上不具備繼承性，大陸就算耗費巨資和用15致30年時間掌握了蒸汽彈射技術，到發展電磁彈射的時候還是要從頭開始。美國先發展蒸汽彈射，後來再發展電磁彈射只是因爲歷史原因，大陸須根據自己的情況做出選擇。
Q：大陸蒸汽彈射和電磁彈射研究進度哪個更快？
A：據瞭解，從遼寧省西南部興城市在建的兩條彈射器來看，一條是蒸汽彈射器，一條是電磁彈射器。由此可見，蒸汽彈射和電磁彈射方案都在軍方的選擇方案中，兩者的進度很可能大致處於同一水平，至於鹿死誰手，很可能取決於兩個團隊的技術成果性能和成熟度的比拚。
Q：002航母會安裝電磁彈射器，還是蒸汽彈射器？
A：從實際需求上講，未來一段時間內大陸依舊會執行積極防禦戰略，並沒有向美國那樣制霸全球的需求，依靠001A和055驅逐艦爲核心的航母戰鬥羣，輔以東風21D、東風26以及南海島礁上的航空兵力量，基本上能夠完成第二島鏈內自衛反擊任務。因此，對電磁彈射航母的需求並不迫切。
掌握即時訊息↘免費下載新聞雲APP iOS：https://goo.gl/qXZojaAndroid：https://goo.gl/MRNy3P