動力裝置對航空母艦作戰方式的影響研究

伍賽特

（上海汽車集團股份有限公司，上海 200438）

引言

從第一次世界大戰開始，到第二次世界大戰結束至今的新型主力戰艦，航空母艦在整個20 世紀經歷了一個漫長而又坎坷的發展歷程。二戰結束后，航空母艦又遭到了政界的非難，雖然航空母艦存在著易受攻擊的弱點，但實踐證明，在抗打擊能力方面，航空母艦要比任何一個海外陸上基地更強。隨著各種高新技術的不斷研究與運用，航空母艦的發展前景將更為廣闊。

1 航空母艦所采用的動力裝置類型

動力裝置是航空母艦的一個重要組成部分。選擇航空母艦的動力裝置取決于其所要求的性能因素，即排水量、最大航速、巡航航速、尺寸大小、續航力、水下噪聲以及各種航態的可靠性，同時也取決于燃料的種類及費用，還要考慮國家設備制造及備件供應的工業基礎以及飛機起降的主要形式等眾多因素，綜合權衡考慮，擇優選取。總體來說，目前航空母艦所能采取的動力裝置主要包括常規蒸汽動力裝置、燃氣輪機動力裝置及核動力裝置等[1-4]。

1.1 常規蒸汽動力裝置

常規蒸汽動力裝置具有單機功率大、工作可靠、壽命長、技術成熟、轉速調節方便的優點，不需要增添特殊裝置就可以實施倒車，對燃料并無過高要求，同時可以使用低質重油。航空母艦采用蒸汽動力裝置還可較為便捷地向彈射器提供蒸汽，因而在20 世紀60 年代以前建造的航空母艦廣泛采用這種動力裝置。但是基于安全的原因，蒸汽壓力及整個裝置熱效率相對較低。由于蒸汽鍋爐的爐膛是常壓或是低增壓的，在額定功率下的耗油量較多，蒸汽鍋爐的爐膛體積明顯大于燃氣輪機的高壓燃燒室，再加上汽包、蒸汽管路、冷凝器、除氧器、冷凝水系統、主循環水系統等大量附屬設備，致使蒸汽動力裝置體積龐大，裝備笨重，需要配備較多的操作人員和值班人員。

1.2 燃氣輪機動力裝置

燃氣輪機動力裝置是近代技術發展過程中，可與蒸汽動力一爭高下的推進裝置。艦用燃氣輪機的結構和航空燃氣輪機類似。燃氣輪機的主要優點是功率大、尺寸小、重量輕、效率高和機動性好，易于啟動，調速便捷且能實現轉速的快速調節。目前，先進的簡單循環艦用燃氣輪機的功率可以達到29 000 kW，熱效率高達37%。粗略地說在全工況與低工況時，燃氣輪機的燃油耗油率略高于柴油機，卻低于汽輪機。近年來，為了進一步增大功率和提高熱效率，正在研制帶中間冷卻與回熱循環的燃氣輪機，其熱效率可達43%，具有良好的經濟性。

盡管燃氣輪機具有顯著的技術優勢，但存在一定弊端。傳統的航空母艦彈射器需要大量的高溫高壓蒸汽，如采用燃氣輪機就無法像蒸汽動力裝置和核動力裝置一樣提供理想的蒸汽源，而鍋爐裝置還要增大容量，這在布置上很不方便，加上燃氣輪機的氣耗量大，進排氣一方面要占用較大的有效甲板面積，同時對上層建筑、電子設備的布置和飛機的起降也有影響。對一些不需要用到蒸汽彈射器的直升機航空母艦或滑躍式起飛的航空母艦，燃氣輪機則具有較大的可用性。

1.3 核動力裝置

核動力是一種具有廣闊發展潛力的動力裝置。核動力以核反應堆和一次回路設備取代了常規蒸汽動力裝置的鍋爐，因而本質上而言，其也屬于蒸汽動力體裝置。考慮到技術的成熟性和安全性，艦用核動力裝置常采用壓水型反應堆，以水作為一次回路的冷卻劑和一次回路的交換熱源。由于核動力裝置中的二次回路的本質仍然是低壓飽和蒸汽，故其仍面臨著效率較低的缺陷。

由于反應堆等設備比較復雜，核動力裝置的體積和重量比常規蒸汽動力裝置的體積更大，該系統的管路和設備也更笨重龐大。核動力還有一項明顯缺陷是有著較高的放射性污染可能性。反應堆和二次回路不允許操作人員直接接近，只能采取遙控或自動化措施，從而提高了造價。隨著核技術的發展和長期運行積累的經驗，核動力裝置一般均會采取多重有效的安全措施。隨著技術的不斷提升，近年來，該類新型動力形式正逐漸為世人所理解和接受。

1.4 聯合動力裝置

將不同體系的動力裝置聯合起來，取長補短，提高性能，這也是發展航空母艦動力裝置的重要理念。以核-燃聯合動力裝置（CONAG）為例，這種聯合動力裝置的基本設想是利用價格便宜，而且體積小的燃氣輪機來保證航空母艦短時間的高動力性，核動力裝置則用來提供巡航速度以下低工況時的推進功率，用減少核動力額定功率的辦法來降低核動力裝置的制造費用和占據的空間與重量，兼備核動力和燃氣動力的長處。

1.5 小結

盡管常規蒸汽動力推進系統目前已經發展到較高的水平，今后的發展空間相對有限。燃氣輪機動力推進系統尚有較大的潛力，航空母艦能否更廣泛地采用燃氣輪機不但取決于燃氣輪機自身的發展，而且還與航空母艦艦載機未來運行機制的變化有很密切的關系。核動力將是更有競爭力的航空母艦推進系統，在未來的航空母艦上將會有更廣泛的應用。

2 核動力航空母艦的發展及優勢

2.1 核動力航空母艦的歷史發展

核動力往往會令人自然而然地想到輻射和泄漏。作為航空母艦的一種動力來源，核動力航空母艦不可避免地存在著放射性污染的可能性。核反應堆一旦出現核泄漏或核擴散，則不僅對航空母艦本身而言是個毀滅性的災難，而且會給周圍的海洋環境，包括毗鄰的陸地環境帶來巨大和長久的環境災難。雖然現在世界上掌握核技術的國家很多，但并非每一個掌握核技術的國家都有能力建造核動力航空母艦。

不僅如此，核動力航空母艦的造價較為昂貴。第一艘“企業”號核動力航空母艦在1960 年的報價就高達4.44 億美元，為一艘常規動力航空母艦的2 倍以上，并且該項費用還不包含后期的設備安裝費用。1998 年美國方面建成的“杜魯門”號核動力航空母艦，從開工到建成服役，總共耗資達45 億美元，比許多國家一年的軍費還要多。昂貴的研制、建選和維護費用，令發展中國家難以擔負，部分經濟水平較為發達的國家也不敢直接投入研發工作。同時，核動力航空母艦擁有反應堆、主冷卻劑泵、蒸汽發生器、蒸汽穩壓器、一次屏蔽系統、二次屏蔽系統以及其他次回路輔助系統和設備，其體積、重量以及所需的安裝空間明顯大于常規動航空母艦[5]，而且各種管路和相應設備也更復雜龐大。

即便存在上述的種種不利因素，核動力航空母艦的優勢依然有著獨樹一幟的優勢。核動力航空母艦最大的優勢是續航能力強。以美國的“小鷹”級常規動力航空母艦為例，其能以20 kn 的航速在海上可連續航行350 h，續航力達12 000 n mile（海里）。該項數據在同類航空母艦中可謂出類拔萃，然而與核動力航空母艦面前，其優勢則蕩然無存。以“企業”號核動力航空母艦為例，其所安裝的8 座壓水核反應堆可連續運行10 年，即在10 年內無需更換核燃料。其以20 kn 航速的續航力為400 000 n mile，約為“小鷹”級航空母艦的33 倍。早在1964 年8 月—10月，“企業”號航空母艦曾在2 艘核動力導彈巡洋艦的伴隨下，不進行補充燃料和其他補給品，環球連續航行64 d，累計航程達32 600 n mile，刷新了當時的歷史最高紀錄，充分顯示了核動力裝置應用于航空母艦時的巨大優勢。

2.2 核動力航空母艦的技術優勢

2.2.1 隱蔽性得到了加強

因為核動力航空母艦無需設置煙囪，可有效簡化其上層建筑的結構，從而明顯縮小建筑體積，使布局更加合理。排水量相當的核動力航空母艦，在敵方雷達屏幕上顯示的回波信號比常規航空母艦要小得多，使得航空母艦的隱蔽性能更強。

2.2.2 可有效優化全艦的舒適性

核動力航空母艦消除了艦體內部錯綜復雜的進氣道和煙道，可以騰出大量空間用來改善居住條件，增設各種生活設施。同時艦員不再受氣體和蒸汽鼓風機噪聲的困擾。另外，核動力航空母艦不受能源的限制，艦上電力充足，空調效果好，電視圖像清晰，各種自動化和智能化的生活設施應有盡有[6-7]，海水液化處理速度快、質量高，對艦上各種廢棄物及生活垃圾的處理也更加符合環境保護的要求，因此核動力航空母艦的生活設施條件舒適性大為提高，對長時間在海上游弋的艦員來說，可以起到安定軍心，并激發全體艦員的工作熱情和作戰效能的作用。

2.2.3 有利于艦載機的起降

固定翼艦載機在航空母艦的飛行甲板上起降時，需要航空母艦逆風高速行駛，以提供必要的相對風速。垂直起降的艦載機在起降時，需要航空母艦不斷改變航速，以保持微弱的合成風速。核動力航空母艦既能實現高速航行，又能頻繁調整航速，從而可以充分滿足各類艦載機起降的需要，大幅提高了艦載機的作戰能力和航空母艦編隊的機動能力[8-9]。

3 采用核動力裝置對航空母艦作戰方式的影響

3.1 有利于實施遠洋作戰與全球戰略部署

核動力航空母艦具備較強的遠洋機動能力。一旦發生地區危機和地區沖突以及其他突發事件，核功力航空母艦將能在海上保持不間斷、長時間的高速航行，中途無須補充燃料，可以以最快的速度駛往全球任何海域和沿海地區，遠離本國獨立執行作戰及其他任務。以“企業”號核動力航空母艦戰斗群為例，其一晝夜可航行700 n mile，并能以此速度長時間航行，可以在海上持續活動數月。同時，續航力的提升大幅擴展了航空母艦及其戰斗群的戰術攻擊范圍，并增強了攻擊效果，在有嚴重威脅的海域具有更強規避風險的能力。就該方面而言，核動力航空母艦是國家進行全球部署和遠洋作戰的最佳戰略使用力量。

3.2 具有更強大的綜合作戰能力

核動力航空母艦的另一項優勢是其綜合作戰能力更強。常規動力航空母艦裝置的汽輪機及其進氣排煙通道結構復雜、體積龐大，不但會占用艦體的大量空間，而且還會降低艦體的結構強度。常規動力航空母艦通常面要裝載約8 000 t 艦用燃料，又占去了大量寶貴的艦體空間，使航空母艦存放武器及提升作戰能力的空間相應縮小，降低了打擊威力。核動力航空母艦用核反應堆提供強大的動力，由于未采用進氣和排煙的結構，也無須攜帶大量燃料，其燃料體積幾乎可以忽略不計。由此節省下來的艦體空間可以裝載更多的作戰兵器和武器，搭載更多的艦載機，攜帶更多的巡航導彈等。因此，核動力航空母艦的攻擊威力更大，防衛能力也更強。

3.3 減輕了對后勤保障的依賴性

航空母艦的主要突擊力量是艦載航空設備。常規動力航空母艦由于動力裝置存在一定極限，使得航空母艦的排水量不宜過大，從而使其所能攜載的艦載機和艦載機需要的航空燃油相對較少，相應各種武器彈藥的數量也較少，使得航空母艦需要補給的次數增加，加大了對后勤保障的依賴性。而核動力航空母艦通常可攜載10 000 t 航空燃油，比常規動力航空母艦多出約80%；同時可多攜載3 000 t 航空彈藥，比常規動力航空母艦多50%；常規動力航空母艦所載的航空燃油通常能保證其艦載機持續作戰8晝夜，而核動力航空母艦所載的航空燃油通常能保證其艦載機持續作戰20 晝夜。因此，核動力航空母艦能維持更長時間的戰斗，且無需頻繁地進行再補充，從而減輕了后勤供應的負擔，減少了對基地的依賴。

3.4 彰顯強大武力，實施軍事威懾

由于核動力航空母艦的攻擊力和威懾力明顯高于常規動力航空母艦，故其已成為以美國為代表的發達國家在海外的重要武力體現，并以此實施戰略威懾。正如上文所述，核動力航空母艦攜帶的武器和彈藥數量較多，一且出現危機或者發生地區沖突，核動力航空母艦能快速抵達目標海域，并能長時間地在該海域執行巡邏、警戒及威懾任務。核動力航空母艦戰斗群能在世界各大洋的任何海域進行有效的活動，并能使用常規武器和戰術核武器，有效地控制局部海域，奪取和維持制空、制海、制潛和制信息權。因而無論是在戰爭時期還是在和平時期，無論是從戰略上還是戰術上，核動力航空母艦均為一類理想的威懾工具。

4 結論與展望

蒸汽動力裝置、燃氣輪機動力裝置等均有著其技術優勢及相應弊端。常規蒸汽動力裝置技術較為成熟，但考慮到機動性等因素，目前正逐步讓位于燃氣輪機動力裝置。而燃氣輪機動力裝置盡管性能優越，但其仍會對航空母艦甲板布置形式、艦載機彈射方式起到一定影響。由于核動力航空母艦有著顯著的優勢，圍繞其而進行的研發及制造工作有著重要而急迫的意義。但考慮到當前的技術水平及成本需求，世界上大部分國家在未來一段時間內仍會以常規動力航空母艦作為主要發展目標。