走近新一代海上“巨無霸”美軍“福特”號航空母艦

□ 石稼

福特號航空母艦是美國海軍新一代核動(dòng)力航空母艦，為福特級核動(dòng)力航空母艦的首艦，也是美國海軍在役的第11艘航母，是21世紀(jì)美軍海上打擊的中堅(jiān)力量。

福特號航空母艦于2005年開始建造，2017年7月22日正式進(jìn)入美國海軍服役，舷號CVN-78，造價(jià)約130億美元，是美國海軍有史以來最昂貴的一艘作戰(zhàn)艦船。該艦采用了大量高新技術(shù)成果，包括新型核動(dòng)力技術(shù)、電磁彈射技術(shù)、新型攔阻技術(shù)、雙波段雷達(dá)技術(shù)、雷達(dá)紅外隱身技術(shù)、新型高強(qiáng)度鋼材等。“福特級航母計(jì)劃在2058年之前建造10艘，以取代目前的尼米茲級成為美國海軍新的艦隊(duì)核心，其后續(xù)的2號艦肯尼迪號和3號艦企業(yè)號已分別于2011年和2017年開工建造。

/ 美國“福特”號航空母艦。

/ 正在組裝艦艏部件的“福特”號航空母艦。

一、艦船結(jié)構(gòu)

（一）整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

福特號航空母艦是在尼米茲級基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的全新版本，兩型航母在船體外形、整體結(jié)構(gòu)和載機(jī)數(shù)量上都相差無幾。該艦艦體長332.8米，寬40.8米，標(biāo)準(zhǔn)排水量10.2萬噸，滿載排水量11.2萬噸，全艦使用了全新開發(fā)的HSLA-115高強(qiáng)度鋼和HSLA-65高強(qiáng)度低合金鋼等材料，相比尼米茲級的鋼材更硬、更輕、更堅(jiān)韌。該艦艦艏依然采用球鼻艏設(shè)計(jì)，以減少航行阻力，增加艦艏浮力，降低縱搖幅度。艦島在保證航行指揮和飛行控制視野、雷達(dá)通信設(shè)備安裝以及減少降落區(qū)亂流的情況下，采用了更加輕量化的復(fù)合材料桅桿，進(jìn)一步縮小了艦島外形尺寸，并且布置在右舷更靠近艦艉位置，從而為艦島前方的停機(jī)區(qū)和保障區(qū)留出了更大的作業(yè)空間?！案Ｌ靥柡娇漳概灢捎秒[身化設(shè)計(jì)理念，艦船整體線條更加簡潔平整，各部位均敷設(shè)了雷達(dá)吸波材料和隔熱材料，排氣管頂部裝有紅外抑制設(shè)備，通過降低全艦的電磁波反射和紅外輻射特征，進(jìn)一步凸顯電子對抗設(shè)備和各型誘餌彈的使用效果，從而有效降低本艦被敵方各類反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)頭鎖定的概率。該艦采用開放式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，具備強(qiáng)大的升級改造空間，有利于下一步安裝電磁炮、高能激光、高能射線、新體制雷達(dá)等新型武器裝備和先進(jìn)信息系統(tǒng)。

（二）飛行甲板設(shè)計(jì)

福特號航空母艦采用了全新設(shè)計(jì)的封閉式斜角飛行甲板，長332.8米，寬78米，相當(dāng)于三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場大小，飛行甲板的有效使用面積比尼米茲級略大，艦艏和斜角飛行甲板各設(shè)有2個(gè)彈射起飛點(diǎn)，分別安裝了2套電磁彈射器和偏流板。該艦的典型搭載方案同尼米茲級相同，主要包括5架E-2D空中預(yù)警機(jī)，6架MH-60R/S多用途直升機(jī)，60架F-18E/F艦載戰(zhàn)斗機(jī)和5架EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)等。下一步，第四代F-35C艦載機(jī)將替代部分F-18E/F艦載機(jī)。該艦在執(zhí)行非戰(zhàn)爭軍事行動(dòng)等多樣化作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，還可以?？縈V-22B魚鷹傾轉(zhuǎn)翼飛機(jī)等多種機(jī)型。

福特號飛行甲板設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)是吸取了尼米茲級航母甲板作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，在劃分降落區(qū)、起飛區(qū)、停機(jī)區(qū)和保障區(qū)時(shí)，引入了一站式保障概念，在右舷艦島前方區(qū)域和左舷升降機(jī)附近區(qū)域集中設(shè)置了18個(gè)保障區(qū)，每個(gè)保障區(qū)均可獨(dú)立進(jìn)行艦載機(jī)加油、掛彈、充電、維修和檢測等工作，進(jìn)一步優(yōu)化了艦載機(jī)調(diào)度路線、提升了甲板作業(yè)效率、簡化了艦載機(jī)保障流程，艦載機(jī)整備時(shí)間能夠由尼米茲級的2小時(shí)縮短至1小時(shí)左右，從而極大提升艦載機(jī)出動(dòng)率。

（三）機(jī)庫區(qū)域設(shè)計(jì)

福特號航空母艦的機(jī)庫目前尚未公布具體的尺寸，但從設(shè)計(jì)上看，整個(gè)機(jī)庫共分為3個(gè)區(qū)，總面積應(yīng)在 平方米左右，略大于尼米茲級航母或基本相當(dāng)?！案Ｌ靥柕呐炤d機(jī)升降機(jī)從尼米茲級的4臺減為3臺，左舷1臺保留不變，右舷由于艦島后移，只在艦島前部設(shè)置了2臺。由于總結(jié)了尼米茲級航母的甲板調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，因此福特號的3臺艦載機(jī)升降機(jī)不僅沒有降低艦載機(jī)的調(diào)運(yùn)速度，反而提升了油料與彈藥補(bǔ)給的作業(yè)效率，并且擴(kuò)大了飛行甲板的停機(jī)區(qū)和保障區(qū)面積。艦載機(jī)升降機(jī)平臺的基本性能指標(biāo)同尼米茲級相當(dāng)，長25.9米，寬15.9米，最大載荷58.5噸，可同時(shí)運(yùn)輸兩架艦載機(jī)。該艦裝備了11臺新型彈藥升降機(jī)，采用全新的電磁驅(qū)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)指標(biāo)為最大載重10噸，運(yùn)行速度45米/分鐘。

為確保安全，“福特級與尼米茲級采用相同的彈藥分段運(yùn)輸策略，僅3臺彈藥升降機(jī)可通向飛行甲板，其余則通往機(jī)庫或其他甲板，每層甲板之間的分段運(yùn)輸仍需要人工進(jìn)行。由于彈藥升降機(jī)的位置均按照新的彈藥運(yùn)輸動(dòng)線和流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)調(diào)整，因此能夠有效提升彈藥運(yùn)輸效率，并有利于減少全艦武器保障人員的編制數(shù)量。另外，本艦還采用了人工智能、自動(dòng)遙感、自動(dòng)化彈藥庫等新興技術(shù)，裝備了無人搬運(yùn)車和自動(dòng)掛彈機(jī)器人等設(shè)備，進(jìn)一步提升了彈藥保障能力。

（四）配套區(qū)域設(shè)計(jì)

福特號航空母艦的艦島由于占地面積大為減少，因此將美國航母傳統(tǒng)的雙層艦橋設(shè)計(jì)改為了單獨(dú)一層的主艦橋設(shè)計(jì)，用于本艦航海指揮和艦載機(jī)群的作戰(zhàn)指揮，全艦的作戰(zhàn)指揮中心（CIC）則同尼米茲級一樣位于甲板下層。在主艦橋靠飛行甲板一側(cè)的上下兩層還各設(shè)有一個(gè)小型艦橋，用于指揮艦載機(jī)起降和飛行甲板調(diào)度管理，同時(shí)，這種緊湊的艦島結(jié)構(gòu)也更加有利于提升全艦的隱身效果。該艦由于大量采用數(shù)字化系統(tǒng)和自動(dòng)化設(shè)備，艦員編制數(shù)量比尼米茲級減少了約1200人，因此生活居住環(huán)境顯著改善，取消了尼米茲級航母可以容納上百人的大型士兵居住艙，改為若干個(gè)40人以下的小型士兵居住艙。士官居住艙由尼米茲級的8人間改為6人間，并且每個(gè)士官居住艙都配有衛(wèi)生間和淋浴設(shè)備。

/ “福特”號航空母艦彈藥升降機(jī)的飛行甲板出口。

艦上居住區(qū)與餐廳、休閑室、儲藏室以及其他配套公共設(shè)施之間的布局更加科學(xué)，體現(xiàn)了動(dòng)靜分離的設(shè)計(jì)理念。餐廳設(shè)計(jì)更加開放，有多個(gè)不同方向的出入口，餐廳內(nèi)部改進(jìn)設(shè)計(jì)的食品傳送帶和廚房升降機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備也進(jìn)一步減輕了后勤人員的工作強(qiáng)度。艦內(nèi)的其他配套公共設(shè)施主要包括商店、教堂、理發(fā)室和醫(yī)院等，能夠確保滿足官兵的基本生活需求。

二、動(dòng)力系統(tǒng)

福特號航空母艦采用了同尼米茲級一樣的四軸四槳兩舵方案，整個(gè)底層動(dòng)力艙室的布局略向后移動(dòng)，使得4根傳動(dòng)主軸的長度有所縮短。該艦采用了2臺新型大功率一體化A1B壓水式反應(yīng)堆和4臺新型蒸汽輪機(jī)，推進(jìn)功率達(dá)到28萬馬力（約104兆瓦），比尼米茲級略高，與企業(yè)級相當(dāng)，最大航速大于30節(jié)。其中，A1B壓水式反應(yīng)堆的功率比尼米茲級的A4W反應(yīng)堆增加了25%，發(fā)電量則3倍于尼米茲級，達(dá)到了20萬千瓦水平，并且在福特號50年的設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)均不用更換反應(yīng)堆的燃料棒，真正具備了理論上的無限續(xù)航能力。

同時(shí)，A1B壓水式反應(yīng)堆還具備結(jié)構(gòu)更加簡單、重量更輕、穩(wěn)定性更好的優(yōu)點(diǎn)。得益于A1B壓水式反應(yīng)堆的強(qiáng)大性能，福特號采用了先進(jìn)的數(shù)字化電網(wǎng)系統(tǒng)和13800伏的帶狀配電系統(tǒng)，能夠?yàn)槿炈形淦飨到y(tǒng)、電磁彈射器、艦載機(jī)回收系統(tǒng)、自動(dòng)化設(shè)備、生活用電設(shè)備等提供充足的電力供應(yīng)和統(tǒng)一的用電管理，使得該艦成為世界上第一種所有艙室都有空調(diào)系統(tǒng)的航母。“帶狀配電系統(tǒng)相比尼米茲級的輻射狀配電系統(tǒng)，能夠有效減少艦內(nèi)鋪設(shè)電纜的總長度，更加有利于未來搭載各類新型高能武器系統(tǒng)所需進(jìn)行的電源重新配置和設(shè)備升級改造。

三、船電裝備

（一）指控系統(tǒng)

福特號航空母艦安裝了先進(jìn)的新一代綜合作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)（IWS），并對尼米茲級的協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)（CEC）進(jìn)行了全面升級。綜合作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)能夠滿足美國海軍最新的IT-21網(wǎng)絡(luò)接入標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)⑷炈兄笓]系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、情報(bào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)融合處理，將航母戰(zhàn)斗群內(nèi)所有水面艦艇、艦載預(yù)警機(jī)、艦載戰(zhàn)斗機(jī)等作戰(zhàn)平臺進(jìn)行動(dòng)態(tài)自動(dòng)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)交互共享，從而形成統(tǒng)一的實(shí)時(shí)或低延時(shí)戰(zhàn)場態(tài)勢，有效增強(qiáng)對目標(biāo)的跟蹤精度和識別能力，實(shí)現(xiàn)快速高效的聯(lián)合作戰(zhàn)能力，從而極大提升航母戰(zhàn)斗群的綜合作戰(zhàn)效能。綜合作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)在高速通信鏈路的支撐下，使得作戰(zhàn)指揮層級更加扁平化，獲取的情報(bào)信息更加可靠，“探測ü識別ü決策ü交戰(zhàn)ü評估 過程更加迅速，更能夠適應(yīng)瞬息萬變的信息化條件下體系作戰(zhàn)需求。

/ “福特”號航空母艦的五葉螺旋槳。

/ “福特”號航空母艦的飛行甲板指揮調(diào)度中心。

除此之外，“福特號航母的各類信息系統(tǒng)也采用開放式架構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)，許多軟硬件設(shè)備大量采用民用商品，從而有利于航母長期服役過程中的維護(hù)保養(yǎng)和更新?lián)Q代。

（二）雷達(dá)系統(tǒng)

福特號航空母艦采用了美國雷聲與洛克希德?馬丁公司共同開發(fā)的雙波段雷達(dá)系統(tǒng)（DBR），該系統(tǒng)已在DDG-朱姆沃爾特級隱身驅(qū)逐艦上得到了有效檢驗(yàn)，從而一舉解決了艦島和桅桿上雷達(dá)型號繁多、硬件設(shè)備龐大、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)復(fù)雜、故障排查困難等問題，為艦島占地面積縮小、人員編制縮減和全艦隱身化設(shè)計(jì)等奠定了基礎(chǔ)。雙波段雷達(dá)系統(tǒng)主要由X波段的AN/SPY-3多功能雷達(dá)和S波段的AN/SPY-4廣域搜索雷達(dá)組成，每個(gè)波段各有3個(gè)采用數(shù)位波形控制的矩形有源相控陣天線，分布在艦島的正前方、左后方和右后方等3個(gè)方向，兩型雷達(dá)共用一套信號處理系統(tǒng)和顯控設(shè)備。其中，AN/SPY-4廣域搜索雷達(dá)的天線陣列擁有2688個(gè)T/R模塊，矩形陣面的面積較大，主要用于遠(yuǎn)程對空預(yù)警探測和目標(biāo)跟蹤。AN/SPY-3多功能雷達(dá)的天線陣列由625個(gè)8通 道 的T/R模 塊 組 成，矩形陣面的面積較小，主要用于對中低空和海面的探測和目標(biāo)跟蹤，并且為本艦的防空導(dǎo)彈和密集陣防御系統(tǒng)提供火控目標(biāo)指示。相比尼米茲級的傳統(tǒng)雷達(dá)體制，雙波段雷達(dá)系統(tǒng)的跟蹤目標(biāo)數(shù)量更多、靈敏度更高、反應(yīng)速度更快、抗飽和攻擊能力更強(qiáng)，并且該雷達(dá)系統(tǒng)對從太空再入大氣層的反艦彈道導(dǎo)彈也具備一定的探測效果，為航母采取有效的末端防御措施創(chuàng)造了基本條件。除雙波段雷達(dá)系統(tǒng)外，艦上還裝備了少量AN/SPS-73V（18）導(dǎo)航雷達(dá)和用于RIM-162防空導(dǎo)彈的Mk-95火控雷達(dá)等傳統(tǒng)體制的雷達(dá)系統(tǒng)。

（三）武器系統(tǒng)

福特號航空母艦除了可以搭載最新的第四代F-35C隱身艦載機(jī)和第一款MQ-25艦載無人加油機(jī)外，其余艦載武器系統(tǒng)與尼米茲級的布什號（CVN-77）基本相同，主要包括2座八聯(lián)裝的改進(jìn)型RIM-162防空導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)，2座RIM-116防空導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)，3座MK-15型20毫米6管密集陣近防系統(tǒng)，以及若干挺12.7毫米重機(jī)槍等，分別安裝于艦體兩舷側(cè)和艦艉外側(cè)，為本艦提供全方位的近程防護(hù)。其中，改進(jìn)型RIM-162防空導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)采用了新的數(shù)據(jù)鏈，自動(dòng)化程度更高，反應(yīng)速度更快，對抗來襲反艦導(dǎo)彈飽和攻擊的能力得到了一定增強(qiáng)。另外，本艦還裝有AL/SLQ-25C魚雷反制系統(tǒng)、電子對抗設(shè)備和誘餌彈發(fā)射裝置等自衛(wèi)裝備。

/ “福特”號航空母艦的艦島右側(cè)特寫。

/ RIM-162防空導(dǎo)彈系統(tǒng)。

（四）配套系統(tǒng)

福特號航空母艦相比尼米茲級還裝備了多套全新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，主要包括電磁彈射系統(tǒng)（EMALS）、先進(jìn)飛機(jī)回收系統(tǒng)（AARS）、聯(lián)合精確進(jìn)場降落系統(tǒng)、反滲透海水淡化系統(tǒng)和等離子體垃圾處理系統(tǒng)等。

/ 先進(jìn)飛機(jī)回收系統(tǒng)（AARS）1根攔阻索的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，電磁彈射系統(tǒng)是最具革命性的技術(shù)成果之一，“福特級航母擁有4部電磁彈射系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠克服蒸汽彈射器彈射重量限制、淡水消耗限制和彈射充能限制，有效縮短彈射準(zhǔn)備時(shí)間，提升各型艦載機(jī)和無人機(jī)出動(dòng)率，減少彈射器操作人員數(shù)量，提升飛行員在彈射時(shí)的舒適性。所謂電磁彈射器，簡單說就是利用電磁感應(yīng)力進(jìn)行彈射的裝置。它分為兩種：電磁線圈彈射器及電磁軌道彈射器，分別采用交流直線電機(jī)和直流直線電機(jī)。電磁彈射器包括強(qiáng)迫儲能裝置、大功率電力控制設(shè)備、中央微機(jī)工控控制及直線感應(yīng)電機(jī)等。其中最核心的是強(qiáng)迫儲能裝置，可將發(fā)電機(jī)在一個(gè)周期（約45秒）內(nèi)發(fā)出的能量積蓄起來用于一次猛烈的彈射。

先進(jìn)飛機(jī)回收系統(tǒng)同樣是一款創(chuàng)新技術(shù)成果，該系統(tǒng)由3根攔阻索、數(shù)字控制設(shè)備、電磁攔阻器和各型滑輪等部件組成，能夠克服傳統(tǒng)液壓緩沖設(shè)備的攔阻噸位限制，有效減少不同重量艦載機(jī)和無人機(jī)降落前的攔阻索調(diào)試準(zhǔn)備時(shí)間，解決了艦載機(jī)降落的先后順序問題和帶彈降落問題，從而變向提升艦載機(jī)出動(dòng)效率。

聯(lián)合精確進(jìn)場降落系統(tǒng)采用的艦載機(jī)GPS定位技術(shù)，相比以往的光學(xué)輔助和雷達(dá)引導(dǎo)降落等技術(shù)更加精確，提升了艦載機(jī)著艦安全性和落點(diǎn)準(zhǔn)確性，這也是促使攔阻索數(shù)量由尼米茲級的4根減少為3根的原因之一。

反滲透海水淡化系統(tǒng)能夠克服傳統(tǒng)淡化設(shè)備需要消耗大量蒸汽的問題，每日海水淡化能力有了數(shù)倍增長，足夠保障全艦各種用水需求。等離子體垃圾處理系統(tǒng)能夠?qū)⒋罅克芰虾筒蛷N垃圾瞬間高溫氣化，從而節(jié)省艦上垃圾存儲空間，也減少了垃圾上岸處理費(fèi)用。

總體看，“福特號航空母艦作為美國最新一代的核動(dòng)力航母，集諸多先進(jìn)技術(shù)成果于一身，體現(xiàn)了美國海軍對重型航空母艦在未來海上作戰(zhàn)行動(dòng)中的定位和期望，同時(shí)也進(jìn)一步拉開了美國與世界其他國家在航空母艦研發(fā)制造方面的巨大差距。福特級航母的問世，標(biāo)志著美國全球海上霸權(quán)的延續(xù)，注定將成為未來若干年內(nèi)新的海上霸主”。

需要指出的是，“福特號航母大量采用先進(jìn)技術(shù)而導(dǎo)致的問題也非常突出，電磁彈射器、先進(jìn)飛機(jī)回收系統(tǒng)、彈藥升降機(jī)和雷達(dá)電子設(shè)備等均暴露出故障率高、穩(wěn)定性差、關(guān)聯(lián)性過高、性能指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等問題。2017年，該艦成為美國史上唯一沒有進(jìn)行全艦防爆沖擊測試就倉促服役的航母。2020年，該艦才勉強(qiáng)通過飛行甲板資質(zhì)認(rèn)證和空管中心資質(zhì)認(rèn)證，至今仍作為美國海軍在東海岸唯一的訓(xùn)練航母使用，距離排除各類技術(shù)問題，完全形成遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)能力可能還需要很長時(shí)間。