艦載機起降技術的演進與未來

在浩渺無垠的藍色海域上，艦載機如同一道迅疾的閃電劃過天際，展示出人類探索與征服海洋的壯志雄心。對于艦載機來說，其在艦船上的起降能力不僅是海軍航空兵力的核心技能，更是國家海軍實力的重要象征。隨著科技的飛速發展，艦載機的起降方式也在不斷創新與突破，每一次的飛躍都凝聚著無數智慧與汗水的結晶。回溯歷史的長河，艦載機的起降技術經歷了從簡陋到精良，從初步探索到高度成熟的蛻變。艦載機的起飛方式在不斷地向著更高效、更安全、更可靠的方向邁進。同樣，艦載機的降落技術也在同步發展，也從最初的簡單滑跑降落，到如今的精確著艦系統，每一次技術的革新都極大地提升了艦載機的作戰效能和生存能力。

自1903年有動力可操縱的固定翼飛機面世以來，1910年便有飛機嘗試從艦船甲板起飛。到20世紀20年代，越來越多的艦船配備了艦載機。經過兩次世界大戰的發展，海上空中力量的重要性越發重要，艦載機的應用越來越廣，而與之匹配的艦載機起降技術也有了明顯進步。下面，就讓我們一起回顧艦載機起降技術發展的演進與變化。

起飛

無輔助（滑跑）起飛/滑躍起飛

第二次世界大戰以前的艦載機多為螺旋槳飛機，這種飛機的重量較輕，對起飛速度要求相對較低，通常使用自帶的發動機驅動即可完成起飛過程。一些具備短距起降功能的螺旋槳飛機如索普維斯“駱駝”或羅克韋爾OV-10，甚至不需要航母甲板那么長距離的跑道，在戰列艦級別的艦船上也能完成滑跑起飛。

后來隨著技術的更迭，噴氣式艦載機出現的初期，因發動機性能不足，飛機起飛所需的滑跑距離越來越長。為了解決這個問題，英國海軍發明了傾斜的甲板結構，即艦艏的甲板呈6°～20°上翹，使艦載機在離艦瞬間獲得一定程度的航跡傾斜角和向上的分速度，使飛機躍入空中，增加起飛成功的概率。20世紀90年代前，滑躍起飛主要應用在小型航母上，受載機種類和數量限制，這種航母很難進行遠洋作戰。隨著航空技術的發展，推重比接近或大于1的噴氣式飛機出現后，大型航母也開始使用滑躍方式起飛。甚至艦載機可通過發動機矢量控制，實現短距離滑躍起飛，如英國的“海鷂”、美國的F-35C等，進一步縮短了起飛所需距離。

滑躍起飛的優點是在同樣飛行條件下，起飛所需距離較滑跑起飛減少約60%；滑躍機構簡單、造價低廉，且無須對現有飛機進行特殊改造；簡化航母設計，可節省日后的訓練維護費用。當然滑躍起飛也有不足之處，首先是對艦載機的飛行性能有一定要求。其次艦艏位置無法停放飛機，限制了航母的載機數量。另外，滑躍起飛階段需要艦載機大推力滑行，增加燃料消耗。

彈射起飛

機械彈射

艦載機彈射起飛的歷史悠久，最早可以追溯到1903年有動力可操縱飛機剛剛首飛成功的時期。除了萊特兄弟外，美國航空先驅蘭利在同年也制造了一架飛機，區別是他選擇了在水上起飛。為此，蘭利在船屋頂部設置了一個巨大的彈簧彈射機構，通過釋放彈簧的彈力為飛機提供初速度。然而，由于飛機本身存在缺陷，試飛并不成功。不過，這種彈射起飛的方式為后來的艦載機起飛提供了經驗和思路，開發出了轉盤式彈射器、慣性飛輪彈射器、液壓機械式彈射器等。

不過機械式彈射器的發展時間并不長，由于噴氣式發動機的普及，艦載飛機的任務越來越多樣，導致飛機設計越來越復雜，整機的重量和載荷變大后，彈射器提供的初速度遠遠無法滿足新飛機的起飛要求，逐漸被推力更大的新技術取代。

空氣/蒸汽彈射

蒸汽彈射器的歷史可以追溯到1912年，西奧多利用壓縮空氣的原理設計了一款彈射器，并于當年7月進行了首次嘗試。雖然固定試飛時遇到了強烈的側風導致飛機墜毀，但西奧多幸免于難，幾個月后他又從一艘行駛的艦船上完成了彈射起飛。英國的艦載機也曾使用過壓縮空氣和液壓機械機構組成的彈射器，之后陸續在民用領域也有艦載機使用壓縮空氣作為彈射器的動力來源。

第二次世界大戰后，英國海軍為航母開發了一套新的開槽氣缸式蒸汽彈射系統，1950年開始，由埃里克·溫克爾·布朗等飛行員駕駛在“英仙座號”航母上進行實驗，并顯示出卓越的效果：發射時隨著蒸汽壓力增加到臨界點，釋放桿斷開，連接著艦載機的活塞以極快的加速度向前移動，只需2～4秒即可達到飛機的起飛速度。這種彈射器幾經更迭，時至今日仍在部分航母等大型艦船上使用。

電磁彈射

電磁彈射是未來航母艦載機選用的彈射起飛技術，與蒸汽彈射相比，電磁彈射體積小、對航母輔助系統要求低、效率高、重量輕、運行和維護費用低、支持自動化控制，彈射速度方便調教，可適用從輕型無人機到重型艦載機在內的多種機型。同時，電磁彈射起飛所需的人員更少，設備的動力傳輸效率也遠遠高于蒸汽彈射。美國海軍從1982年開始電磁彈射系統的研發工作，2004年進入成品測試階段，如今已列裝部分新型航母。而根據中國海軍官方報道，中國第三艘航母“福建艦”已于2024年5月1日首次航行測試，其上搭載的電磁彈射系統相關測試正在穩步推進中。

垂直起飛

垂直起飛技術是20世紀50年代開始發展的一項航空技術。對于固定翼飛機來說，垂直起飛相較于其他起飛方式擁有無可比擬的優勢：具有垂直起降能力的飛機所需的起飛面積相對較小，尤其是空間有限的小型航母，可大大增加航母的載機數量；垂直起飛主要依靠飛機自身的設計和功能，不需要像彈射起飛那樣復雜的裝置機構，大大節省了航母的設計、制造和維護成本。不過，垂直起降技術本身對飛機的性能有較大影響，為實現垂直起飛，飛機的起飛重量要遠遠小于發動機推力，使得有效載荷受限，載彈量和燃料裝載較少，加上起飛階段需要發動機大推力運轉，會大大增加燃料消耗，進而影響艦載機的航程，減小作戰半徑。另外，擁有垂直起降技術的發動機相對復雜，制造和維護成本相對較高。因此，這種飛機通常采用短距離滑躍的方式起飛，垂直降落。

降落

人員引導

1922年，美國“蘭利號”航母作為飛機起降平臺進行了大量實驗，而第一任指揮官肯尼斯·懷廷會在每次飛機降落時，手持攝影機記錄，以便進行技術評估。早期的艦載機在降落時沒有信號引導，全憑飛行員過硬的駕駛技術。當時的飛行員發現，即便在降落關鍵階段駕駛艙視線被機頭遮擋，他們也能看到在甲板跑道邊錄像的懷廷。有時飛機進近姿態不正確，懷廷還會揮舞手臂發出警告，而這些飛行員都能看得一清二楚。久而久之，為了提高著艦成功率，航母會專門安排有經驗的飛行員負責引導飛機降落。這些人被稱為著陸信號官（LSO），他們通常雙手各握一面小彩旗或槳形旗，通過不同動作向飛行員傳遞“是否與甲板對齊”“下滑速度、高度是否合適”“飛行速度快慢”等信號。

光學引導

艦載機降落信號官出現后很快便成為航母的標配，但在一些特殊情況如夜間或惡劣氣象條件下，飛行員很難看清信號官的動作，導致降落失敗。而隨著噴氣式飛機的普及，這種情況越發嚴重——早期的噴氣式飛機油門響應比較慢，致使降落階段飛行員操縱的容錯概率很低。為解決這個問題，1951年英國航母指揮官古德哈特提議，用凹面鏡投射的光路引導飛行員降落。很快，海軍航空委員會認可了古德哈特的想法，并于1953年開始測試。由于測試十分成功，1955年“本寧頓號”航母正式安裝了著陸指示燈，大大提高了飛行員的反應速度。后來隨著技術的提升，凹面鏡被換成了菲涅爾透鏡，光源由單色升級為多色，可發出更多信號。

阻攔索/阻攔網

攔阻索是讓滑跑降落的艦載機快速減速的裝置。艦載機準備降落時先要進入繞航母飛行的環形航線，以降低飛行高度和速度。著艦階段，艦載機的速度要降低到進近時速，此時飛行員放下起落架、襟翼與減速板，并下放阻攔鉤。航母甲板上通常會布置4條橫向的阻攔索，艦載機在著艦后要保證機尾的阻攔鉤掛上其中一條。阻攔網是一張橫向張開在著艦區的巨大尼龍網，一般設在第3和第4根阻攔索之間，寬略大于阻攔索，可承受的沖力大于攔阻索。阻攔網通常是危急情況下使用的應急設備，當艦載機因故不能放下阻攔鉤或因其他故障不能正常著艦時，可使用阻攔網攔截。

柔性跑道

第二次世界大戰后，噴氣式艦載機的實驗為航母的發展帶來了新的希望和方向。同時，新技術的出現也讓不同國家開始思考艦載機新的起降方式。英國范堡羅皇家飛機協會的專家認為，起落架是飛機最脆弱和最容易出事的部件。如果去掉，可能會使飛機在航母上降落更安全。此外，由于沒有螺旋槳影響，噴氣式飛機具有直接使用機身降落的先天優勢。當時曾出現過許多方案，如采用水上浮筒跑道、鋪滿松軟沙子的跑道，甚至是可滑動的推車等。最終，格林少校提出使用軟橡膠制成柔性跑道的方案得到批準。

1947年底，他先是在地面建立了一條柔性跑道，由傳奇航母飛行員埃里克·布朗駕駛德哈維蘭戰斗機進行測試。第一次飛行時由于速度過快，飛機在著陸后被跑道彈起，幾次顛簸后撞到了盡頭的坡道才停止。之后，他在這條跑道上陸續進行了200余次試驗，終于能出色地完成著陸任務。之后，他們開始在真正的航母上測試，也獲得了成功。不過這種柔性跑道對航母的制造要求較高，且只適用于少數飛機。后來，隨著新型艦載機的尺寸越來越大，重量提高后柔性跑道無法滿足降落要求，逐漸被放棄使用。

自動著艦系統/“魔毯”系統

為克服惡劣天氣、海況對著艦的影響，降低飛行員的著艦負荷，美國海軍提出了自動著艦系統，特別是在大氣擾動、甲板運動、低能見度及飛行員飛行疲勞等情況下，自動著艦系統更為重要。該系統由艦載設備和機載設備兩大部分組成，當艦載機進入著艦航線后，進場的導引由機載儀表著陸系統完成：自動著艦系統會將測得的艦載機空間位置信息與甲板運動信息輸入計算機，處理后與預先設定的理想著艦軌跡比較，得出空間位置誤差信息，之后將修正指令以數據形式發送至艦載機。飛行員可根據這些指令，按設定的理想軌跡完成著艦。

為進一步降低人工著艦的操縱負荷，提高著艦安全性，美國海軍又提出了精密著艦的先進控制與顯示技術（“魔毯”系統），并于2016年在F/A-18F飛機上取得初步試驗驗證結果。“魔毯”系統的本質是飛控系統在艦載機進近著艦過程中的一種工作模態，通過一系列的解耦動作實現飛機迎角與速度的自動保持，以便飛行員可以快速、準確、可重復地修正誤差，提高著艦精度。