9月22日，我國海軍宣布，殲-15T、殲-35和空警-600三型艦載機，已于此前成功完成在福建艦上的首次彈射起飛和著艦訓(xùn)練。

這標(biāo)志著福建艦具備了電磁彈射和回收能力，能讓艦載機在裝滿油掛滿彈的情況下短距起飛、快速出動，作戰(zhàn)半徑與效率得到極大拓展。

殲-15T艦載戰(zhàn)斗機從福建艦上電磁彈射起飛丨新華社/李唐

殲-35艦載戰(zhàn)斗機從福建艦上電磁彈射起飛丨新華社/李唐

空警-600艦載預(yù)警機在福建艦阻攔著艦丨新華社/李唐

讓我們先為后半段鼓掌歡呼！

然后回到前半段：電磁彈射是啥東西？為啥這么厲害?。?/p>

飛機越來越重，起飛越來越難

航母是搭載艦載機的軍艦，相當(dāng)于海上的移動機場。

我們都知道，飛機起飛前需要先滑行加速一陣才能上天，早期的艦載機也是如此。那時的艦載機功能簡單、結(jié)構(gòu)簡單、重量也輕，一百多米甚至幾十米的甲板已經(jīng)夠它滑行加速起飛了。

早期航空母艦的代表暴怒號丨wikimedia commons/Ernest Brooks

但隨著戰(zhàn)爭需求的變化，艦載機不斷升級，重量也從幾噸變成了幾十噸，短短幾百米的跑道就不夠起飛用了。

于是人們想了很多辦法，比如讓甲板頭部上揚、讓航母在起飛時逆風(fēng)行駛等等。

讓甲板翹起來，可以給飛機一個起飛的助力丨wikimedia commons/PH3 (AC) Stephen L. Batiz, USN

如今，效果最好并被廣泛接受的方法是蒸汽彈射：把蒸汽壓力轉(zhuǎn)換成對飛機的推力，把飛機高速地彈飛出去。

美國尼米茲號航母上的蒸汽彈射起飛丨wikimedia commons/Robert Scoble

聽起來簡單有效，實際上這套彈射系統(tǒng)真的很龐大，包括起飛系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、歸位系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等等，光是儲存蒸汽的壓力罐就有60000萬升左右，這對于寸土寸金的海上機場來說確實太占地方、也太占用維護(hù)精力了。

一種蒸汽彈射系統(tǒng)的示意圖，不用細(xì)看，感受就行丨Cascallana J G. Thermodynamic analysis of the C-13-1 steam catapult for aircraft launching from an aircraft carrier[J]. Técnica Industrial, 2023, 335: 54-67.

而且蒸汽彈射還有個要命的地方，那就是效率低。如果遇到緊急情況需要立刻彈射多架艦載機，需要先燒水等蒸汽，彈完幾架蒸汽就不太夠了，得再燒水等蒸汽蓄滿，這樣一來艦載機的出動速度就被拖慢了。

除此以外，蒸汽彈射還有彈射力不夠精確的問題，畢竟蒸汽量多一點少一點很難完全把控，要是趕上艦載機更新?lián)Q代，彈射系統(tǒng)可能就不那么適配了。

那彈射艦載機，可不可以用更輕盈、更快捷、更精準(zhǔn)的電來實現(xiàn)呢？

用電？說來容易，做起來太難

用電來產(chǎn)生動力，聽起來很簡單，只需要按一個開關(guān)，電動機啟動，豆?jié){機、電風(fēng)扇、電動車就能開始運轉(zhuǎn)。

但這事兒放在航母彈飛機上，事情就沒那么簡單了。

先說彈射部分。

電磁彈射，用電代替蒸汽把飛機彈出去，本質(zhì)上是一種特殊的電動機?；貞浺幌轮袑W(xué)物理，里面講到電動機最基本的結(jié)構(gòu)，是有個能轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，還有個不轉(zhuǎn)動的定子。通電后，轉(zhuǎn)子在定子產(chǎn)生的電磁力作用下旋轉(zhuǎn)，就把電能轉(zhuǎn)換成了機械能。

1827年的電動機，通電后能轉(zhuǎn)起來，沒啥實際用處，就是展示最簡單的電動機結(jié)構(gòu)和原理丨jedliktarsasag.hu

如果把定子和轉(zhuǎn)子展開、鋪平，轉(zhuǎn)子的運動軌跡就會從旋轉(zhuǎn)變成沿著定子直線運動。把轉(zhuǎn)子掛在飛機上，這就是航母電磁彈射系統(tǒng)的彈射部分。

轉(zhuǎn)子圍繞定子轉(zhuǎn)，把電能變成扭力和旋轉(zhuǎn)的機械能；把定子和轉(zhuǎn)子鋪平展開，把電能變成線性的機械能，可以做磁懸浮列車和粒子加速器，也可以做過山車丨Schnibbi678

真正難倒全世界的，是彈射系統(tǒng)背后的電力系統(tǒng)，甚至可以說是整個艦船的電力系統(tǒng)。

第一個問題就是供電。

與接通了電網(wǎng)的家用電器不同，航母彈射艦載機的電、乃至整艘航母的用電，都得靠自己來。我國的福建艦有四臺汽輪機供電，總功率為190兆瓦，但一次彈射就需要60兆瓦到100兆瓦，相當(dāng)于幾千個家庭同時用電的總和。

不慌，可以提前多發(fā)電嘛，把這些電存起來等彈射的時候用。

那就遇到了第二個問題，存起來的電，能瞬間釋放嗎？

電磁彈射需要在幾毫秒內(nèi)達(dá)到接近100兆瓦的功率并持續(xù)兩三秒，才能讓30多噸的飛機在3秒內(nèi)加速到時速280公里，這對儲能裝置的快速放電能力有很高的要求。

有多高呢？因為充電和放電的速度上限是一樣的，我們可以類比一下之前火熱的比亞迪兆瓦閃充，其最高充電倍率達(dá)到了10C *，也就是6分鐘能做到完全充滿電。而電磁彈射需要的充放電速度，要比它還要快5到10倍才行，這種技術(shù)要是放到電動汽車上，只需要一分鐘就可以充滿電。*充電倍率（C-rate）是指電池在規(guī)定時間內(nèi)充放其額定容量時所需要的電流大小的比率，通常以字母C表示。

“兆瓦閃充”已經(jīng)是領(lǐng)先的技術(shù)，航母電磁彈射的需要比它還要高5到10倍丨北京日報

光保障彈射系統(tǒng)用電不行啊，航母上其他地方也要用電呢！

這就需要把一整套電力系統(tǒng)搬到船上去，而它的用電量又幾乎和一個小縣城相當(dāng)，這項技術(shù)可就不是一般人能做到的了。要知道，二戰(zhàn)時期保時捷光是把一套電力系統(tǒng)搬到坦克上，都是廢了九牛二虎之力而沒有成功。

這些難題堆在一起，使世界上目前只有中國和美國掌握了制造電磁彈射系統(tǒng)的技術(shù)。

我國的電磁彈射，真有點東西

航母的電磁彈射技術(shù)并不是很新的東西，早在2013年美國就把它裝在了福特級核動力航母上。

福特級首艦福特號丨wikimedia commons/U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 2nd Class Ridge Leoni

但我們這幾天試驗成功的電磁彈射系統(tǒng)和美國技術(shù)相比，還是有后來者居上的氣勢：

從可靠性上來看，我國的電磁彈射系統(tǒng)經(jīng)歷4000多次試驗均無意外，遠(yuǎn)高于美國平均240次彈射就發(fā)生故障的水平；

從能耗上來看，我國用功率較小的常規(guī)動力就實現(xiàn)了大功率核動力航母才能辦到的事，打破了人們的固有認(rèn)知。

與具備了電磁彈射能力的福特級核動力航母不同，福建艦采用的是常規(guī)動力丨CCTV

其中原因有很多，不展開說了，但有一點創(chuàng)新值得拿出來細(xì)細(xì)聊聊。

電力系統(tǒng)該用直流還是交流，100多年前就在爭論，最終交流電因為在當(dāng)時技術(shù)條件下方便升壓、可以遠(yuǎn)距離輸電這一巨大優(yōu)勢取勝，成為了全球電力系統(tǒng)的主流。

不過直流電也只是輸在了這一點上，直流電的效率、響應(yīng)速度、可靠性、電能質(zhì)量、輸出穩(wěn)定性等優(yōu)勢，是交流電難以比擬的。

美國由于先發(fā)原因，受到了直流技術(shù)不成熟的限制，尾大不掉，在交流系統(tǒng)上越走越遠(yuǎn)；而我國則有一定的后發(fā)優(yōu)勢，在電磁彈射技術(shù)（或者說大功率船電系統(tǒng)）上，另辟蹊徑地采用了中壓直流綜合電力系統(tǒng)，從根本上占據(jù)了獨特的優(yōu)勢。

舍棄交流電、采用直流電，不僅是對傳統(tǒng)理念的突破，更是我們漫長的、繁多的科技創(chuàng)新孕育出的結(jié)果，這背后是發(fā)電機、大功率電力電子器件、直流斷路器、超高功率儲能等等技術(shù)的發(fā)展和領(lǐng)先。

電磁彈射之后的故事

航母實現(xiàn)電磁彈射，意味著我們的航母能更快更穩(wěn)地出動不同的機型，使航母的作戰(zhàn)能力和范圍得到明顯的提升。

但意義不僅于此。

電磁彈射技術(shù)中誕生的中壓直流電力系統(tǒng)，也有望用在我們的電磁炮、高功率激光武器、相控陣?yán)走_(dá)這些“電老虎”上，使體積較小的艦船、裝甲車上也能裝備；而在民用領(lǐng)域，新技術(shù)則可以更好地提高微電網(wǎng)新能源占比，也為電器、汽車瞬間充電提供了技術(shù)基礎(chǔ)，再也不用等待充電的未來，你能想象嗎？

作者：藍(lán)巾

編輯：李小葵

題圖來源：新華社