前言：之前寫了多篇物理文章，這次換成軍事科技題材的。文章中的資料全部來自公共平臺(tái)，不涉及機(jī)密。
航母作為當(dāng)今世界戰(zhàn)斗力最強(qiáng)的水面艦艇，是一種多功能的海上平臺(tái)，以其遠(yuǎn)程打擊、空中控制、反潛反導(dǎo)和對(duì)地攻擊等多種作戰(zhàn)能力而聞名。中型航母的噸位在4~6萬噸，大型航母的噸位在8~10萬噸，目前各國(guó)現(xiàn)役航母分布如下：
福建號(hào)航母，排水量8萬噸
- 美國(guó)：擁有11艘航母，其中包括10艘尼米茲級(jí)核動(dòng)力航母和1艘福特級(jí)航母。
- 中國(guó)：擁有3艘航母，即“遼寧”號(hào)、“山東”號(hào)、“福建”號(hào)。
- 俄羅斯：擁有1艘航母，即“庫(kù)茲涅佐夫”號(hào)。
- 英國(guó)：擁有2艘航母，即“伊麗莎白女王”級(jí)航母。
- 印度：擁有2艘航母，即“維克蘭特”號(hào)和“維克拉瑪?shù)賮啞碧?hào)。
- 法國(guó)：擁有1艘航母，即“戴高樂”級(jí)核動(dòng)力航母。
- 意大利：擁有1艘航母，即“加富爾”級(jí)航母。
- 泰國(guó)：擁有1艘航母，即“阿斯圖里亞斯親王”級(jí)航母。
- 巴西：擁有1艘航母，即“海洋”級(jí)航母。
- 日本：擁有2艘航母，即“日向”級(jí)和“出云”級(jí)。
- 韓國(guó)：擁有1艘航母，即“獨(dú)島”級(jí)兩棲攻擊艦。
- 埃及：擁有1艘航母，即“西北風(fēng)”級(jí)兩棲攻擊艦。
- 澳大利亞：擁有2艘航母，即“堪培拉”級(jí)兩棲攻擊艦。
布什號(hào)航母，排水量9.7萬噸
航母建造復(fù)雜程度高居人類歷史之最，無論是紛繁復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還是交織分布的各種內(nèi)部管道，還是各種技術(shù)含量頗高的配套武器裝備，航母都是當(dāng)之無愧的人類科技巔峰般的存在。建造一艘大型航母需要消耗5萬噸以上的金屬材料，所有的零部件加起來在超過一億個(gè)，光是各種光纖電纜線的長(zhǎng)度就在兩千公里以上，這繁若星辰的零部件要組合在一起成為一艘龐大的航母，其中包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)、通信和導(dǎo)航系統(tǒng)、武器系統(tǒng)等，其難度可想而知。
下面我們就來分析一下打造航母需要哪些高科技。
航母結(jié)構(gòu)圖
1-航母整體設(shè)計(jì)：
現(xiàn)代航空母艦通常將上層建筑集中在飛行甲板的右側(cè)，稱為“艦島”。從飛機(jī)起降的要求上講，甲板上空無一物是最理想的，但航母的指揮塔、飛行控制室、航海室、雷達(dá)和通信天線等又是需要高聳在甲板上的，所以現(xiàn)代航空母艦都是將這些上層建筑設(shè)計(jì)得很緊湊，空出甲板的絕大部分來方便飛機(jī)起降。飛行甲板下設(shè)有廊形夾層、水密隔艙、機(jī)庫(kù)、武器庫(kù)和船員住艙，大型航母的甲板甚至可達(dá)6層之多，而甲板側(cè)邊則有兩到四座升降機(jī)用于將飛機(jī)運(yùn)到甲板或機(jī)庫(kù)。船頭采用封閉設(shè)計(jì)，從飛行甲板到船頭皆為一體成形。
總體來說，航母設(shè)計(jì)要考慮電子通訊系統(tǒng)、指揮塔、動(dòng)力系統(tǒng)布局、體艦強(qiáng)度和耐腐蝕性及平衡、甲板強(qiáng)度及耐沖擊性能、艦載機(jī)庫(kù)、管道布局、彈藥艙、密封艙、船員艙、供電系統(tǒng)、淡水裝置、液壓和氣壓裝置……等多類復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和布局，需要用到幾乎全部種類的工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)科和制造專業(yè)。
目前只有美、中、俄、英、法具有獨(dú)自設(shè)計(jì)航母的能力。我國(guó)的第一艘“遼寧”號(hào)航母，艦體就是從烏克蘭購(gòu)買的“瓦良格”號(hào)后自己改造的，其后逐漸形成了自己的設(shè)計(jì)能力。
制造航母的特種鋼材
2-航母使用的鋼材：
航母在鋼材方面擁有很高的要求，大型航母的排水量至少五六萬噸，對(duì)于這種海上巨獸而言，而航母鋼材最困難的部位在航母甲板，它不僅要承受幾十噸重的飛機(jī)高速起降時(shí)的強(qiáng)烈沖擊，還要承受噴氣式飛機(jī)2000多度的尾焰灼燒，同時(shí)還要具備一定的防彈能力和耐腐蝕性，往往還會(huì)專門鋪上一層防護(hù)涂料。這些要求使得航母甲板必須使用高強(qiáng)度、高韌性、高耐熱、高耐蝕的特種鋼材。而且，為了減輕航母重量，降低重心，提高穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，航母甲板的厚度不能太大，一般在40到60毫米之間。超級(jí)扁球扁鋼耐沖擊、耐高溫和屈服強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般鋼材，主要作為航母或者大型兩攻的飛行甲板的基材。
航母用的這類鋼材，目前全球只有五常加日本可以制造。
航母艦體是焊接成型的
3-航母的焊接技術(shù)：
超厚鋼板必須經(jīng)過精密的切割、拼接、焊接等工序，才能形成一個(gè)完整、平整、堅(jiān)固的甲板。這些超厚鋼板的焊接并不是一件簡(jiǎn)單的事情。航母甲板焊接需要使用特殊的設(shè)備和工藝，以保證焊縫質(zhì)量和效率。世界上能夠掌握這項(xiàng)技術(shù)的只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家。世界上主要使用兩種技術(shù)來進(jìn)行航母甲板焊接：窄間隙埋弧焊和激光混合埋弧焊。
窄間隙埋弧焊是一種利用窄間隙電極在超厚鋼板間隙內(nèi)進(jìn)行多層多道填充焊接的方法，是目前世界上最廣泛使用的航母甲板焊接技術(shù)，美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、中國(guó)等國(guó)都采用了這種技術(shù)。
激光混合埋弧焊是一種將激光束和電弧同時(shí)作用于鋼板間隙的方法，是目前世界上最先進(jìn)的航母甲板焊接技術(shù)，美國(guó)在建造最新一代福特級(jí)航母時(shí)首次采用了這種技術(shù)，并取得了顯著效果。這種技術(shù)可以將航母建造時(shí)間縮短一年以上。
航母動(dòng)力系統(tǒng)中的核反應(yīng)堆
4-航母的動(dòng)力系統(tǒng)，分為核動(dòng)力和常規(guī)動(dòng)力兩大類：
全球共有12艘核動(dòng)力航母，其中美國(guó)擁有11艘，法國(guó)擁有一艘名為“戴高樂號(hào)”的核動(dòng)力航空母艦，其余均為常規(guī)動(dòng)力航母。
核動(dòng)力航母使用核反應(yīng)堆作為能源，顯著優(yōu)點(diǎn)是，由于核裂變產(chǎn)生的能量非常大，所以它們可以在不補(bǔ)給的情況下連續(xù)航行多年，他們只需要補(bǔ)充艦載飛機(jī)的燃料和船員的生活用品就足夠了。
常規(guī)動(dòng)力航母通常使用燃油或其他形式的化石燃料作為動(dòng)力源，必須定期補(bǔ)充燃料，否則就無法行駛。這通常意味著他們需要定期停靠港口，或者在海上與供應(yīng)船進(jìn)行接觸以補(bǔ)充燃料。
在性能和效率方面，核動(dòng)力航母也比常規(guī)動(dòng)力航母有優(yōu)勢(shì)。首先，核動(dòng)力航母的動(dòng)力輸出更高，這不僅意味著他們可以達(dá)到更高的航速。其次，核動(dòng)力航母的航空母艦甲板空間可以用來攜帶更多的飛機(jī)和裝備。相反，常規(guī)動(dòng)力航母的性能和效率相對(duì)較低。他們的動(dòng)力輸出受到燃料供應(yīng)的限制，而且他們必須為燃料儲(chǔ)存預(yù)留出大量的空間，這限制了他們的航空母艦航空能力和設(shè)備攜帶能力。
雖然核動(dòng)力航母在許多方面都優(yōu)于常規(guī)動(dòng)力航母，但在維護(hù)和成本方面，核動(dòng)力航母通常會(huì)更高。首先，建造核動(dòng)力航母的成本非常高，因?yàn)樾枰罅康母呒?jí)技術(shù)和專門知識(shí)。此外，核反應(yīng)堆的燃料也非常昂貴，而且需要進(jìn)行特殊處理以防止輻射。
航母艦載機(jī)起飛用的電磁彈射器
5-艦載機(jī)的起飛彈射器：
彈射器是航空母艦上推動(dòng)艦載機(jī)增大起飛速度、縮短滑跑距離的裝置，全稱艦載機(jī)起飛彈射器。目前比較先進(jìn)的起飛裝置有蒸汽彈射起飛和電磁彈射起飛。
蒸汽彈射起飛：使用一個(gè)平的飛行甲板作為飛機(jī)跑道，起飛時(shí)一個(gè)蒸汽驅(qū)動(dòng)的彈射裝置帶動(dòng)飛機(jī)在兩秒鐘內(nèi)達(dá)到起飛速度，目前只有美國(guó)具備生產(chǎn)這種蒸汽彈射器的成熟技術(shù)。它體積龐大，工作時(shí)要消耗大量蒸汽，淡水浪費(fèi)嚴(yán)重，為制造和輸送蒸汽，航母要備有海水淡化裝置、大型鍋爐和無數(shù)管線，工作維護(hù)量驚人。
電磁彈射起飛：電磁彈射器是下一代航母艦載機(jī)彈射裝置，與傳統(tǒng)的蒸汽彈射器相比，電磁彈射具有容積小、對(duì)輔助系統(tǒng)要求低、效率高、重量輕、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低廉的好處。
電磁彈射就是采用電磁的能量來推動(dòng)被彈射的物體向外運(yùn)動(dòng)，與蒸汽彈射器相比電磁彈射器的優(yōu)點(diǎn)主要是體積減小了很多，操縱人數(shù)也要少百分之三十左右，而且電磁彈射器的彈射力度可控，可以彈射無人機(jī)。缺點(diǎn)是耗電，但對(duì)于全電力推動(dòng)的航母和核動(dòng)力航母來說不是太大的問題。
電磁彈射器目前只有中、美可以自產(chǎn)，中國(guó)海軍福建艦上配備的電磁彈射器經(jīng)過成百上千次的電磁彈射試驗(yàn)，技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，其性能與美國(guó)福特號(hào)航母的電磁彈射器至少持平，甚至有可能更好。
航母甲板上的艦載機(jī)攔阻索
6-航母艦載機(jī)攔阻索：
航母阻攔索，用于將艦載機(jī)高速攔停，是艦載機(jī)名副其實(shí)的“生命線”。 航母阻攔索阻攔裝置涉及機(jī)械、電氣、液壓等諸多高新技術(shù)，是碩大而龐雜的大工程。阻攔鋼索需要直接承受艦載機(jī)尾鉤的沖擊力和阻攔力，又要具備較高的抗疲勞連續(xù)工作性能，硬度和韌性的要求對(duì)阻攔索材質(zhì)工藝提出嚴(yán)苛要求。一般為了保證飛機(jī)著艦安全，提高飛機(jī)尾鉤的勾索率，飛行甲板上通常都設(shè)有4~6道阻攔索。
目前真正能生產(chǎn)合格攔阻索的國(guó)家，這項(xiàng)技術(shù)只有中美俄三國(guó)已經(jīng)掌握。一根看似簡(jiǎn)單的鋼絲繩，里面學(xué)問卻非常巨大！實(shí)際上實(shí)用的攔阻索，并非純粹的一根鋼絲繩，其實(shí)是鋼絲里面還有高品質(zhì)的生物纖維材料，因此攔阻索需要日常打油保養(yǎng)。超高強(qiáng)度鋼絲繩和高強(qiáng)度纖維結(jié)合，才有最好的韌性和抗拉強(qiáng)度。
福建號(hào)上起飛的殲15
7-航母艦載戰(zhàn)斗機(jī)：
這項(xiàng)技術(shù)目前只有中、美、俄、法掌握。
美軍裝備的F/A-18E/F超級(jí)大黃蜂式戰(zhàn)斗機(jī)是一種雙引擎、雙座位的多用途艦載戰(zhàn)斗機(jī)。其機(jī)身長(zhǎng)度62.1英尺，翼展44.9英尺，高16英尺。它采用了低翼布局和全動(dòng)平衡垂尾設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)良好的操縱性和機(jī)動(dòng)性能。同時(shí)，由于在機(jī)身內(nèi)部安裝了大量的燃料箱，F(xiàn)/A-18E/F可以在飛行中進(jìn)行空中加油，從而延長(zhǎng)其作戰(zhàn)半徑。
殲15是我國(guó)自主研發(fā)的一款單座四代半雙發(fā)重型艦載戰(zhàn)斗機(jī)，擁有可折疊機(jī)翼，折疊后外形與蘇33非常相似。殲15最大飛行速度為2.4倍音速，實(shí)用升限為20000米，采用兩臺(tái)FWS-10H大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，最大起飛重量為32.5噸，最大航程為3500公里。由于殲-15的性能參數(shù)仍處于保密狀態(tài)，故不能對(duì)殲-15的具體性能作統(tǒng)一評(píng)價(jià)。
航母艦載E2預(yù)警機(jī)
8-航母艦載預(yù)警機(jī)：
艦載預(yù)警機(jī)，顧名思義就是搭載在航母上的預(yù)警機(jī)。和水面艦艇相比，艦載預(yù)警機(jī)的雷達(dá)范圍不受地形與地平線造成的搜索范圍限制，同時(shí)機(jī)動(dòng)速度快，活動(dòng)范圍遠(yuǎn)，是航母打擊部隊(duì)的“戰(zhàn)力倍增器”。
目前全球使用航母的國(guó)家，僅有美國(guó)研制成功并在航母上常態(tài)化部署E-2系列固定翼預(yù)警機(jī)，其他國(guó)家則普遍使用直升機(jī)改裝而來的預(yù)警機(jī)。我國(guó)是當(dāng)今世界上第二個(gè)掌握固定翼艦載預(yù)警機(jī)技術(shù)的國(guó)家。此外，俄羅斯也有，不過只是直升機(jī)，航程、性能都遠(yuǎn)不如艦載固定翼預(yù)警機(jī)。
航母艦島上的雙波段相控陣?yán)走_(dá)
9-雙波段相控陣?yán)走_(dá)：
這項(xiàng)技術(shù)目前只有中國(guó)有，美國(guó)算半個(gè)。
雙波段雷達(dá)（BDR）也稱雙頻雷達(dá)，簡(jiǎn)單地說是指能同時(shí)工作于兩種不同波段（頻率范圍）的一種多功能有源相控陣?yán)走_(dá)。雙波段雷達(dá)可同時(shí)完成空域掃描和目標(biāo)照射任務(wù)，既能探測(cè)中高空目標(biāo)，也能應(yīng)對(duì)低空目標(biāo)，既能進(jìn)行廣域目標(biāo)普查，也能實(shí)現(xiàn)局域目標(biāo)詳查，可承擔(dān)幾部或十幾部傳統(tǒng)艦載單波段雷達(dá)的任務(wù)。
雙波段雷達(dá)并非只是將兩種艦載單波段雷達(dá)簡(jiǎn)單地組合在一起，而是要將它們進(jìn)行綜合集成、數(shù)據(jù)融合和資源共享，讓它們形成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體。因此對(duì)技術(shù)要求非常高，設(shè)計(jì)制造難度異常大，目前也只有美國(guó)和中國(guó)外加俄羅斯算是初步掌握了它，但還需經(jīng)歷實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)并不斷加以改進(jìn)。
除去上述九大類高科技外，航母的通訊系統(tǒng)包括指揮控制系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)；武器系統(tǒng)包括了艦載機(jī)、反艦導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈、火炮等。
航母艦塔的通訊系統(tǒng)
比如美軍航母使用的C3I系統(tǒng)，現(xiàn)已具備了當(dāng)今世界上最為高效的電子情報(bào)系統(tǒng)的特點(diǎn)：C3I系統(tǒng)的特點(diǎn)是：抗干擾、保密的通訊系統(tǒng)；多手段、遠(yuǎn)距離、高精度的檢測(cè)系統(tǒng)；該體系之間的兼容性強(qiáng)、交互性強(qiáng)，可大幅縮短“發(fā)現(xiàn)-評(píng)價(jià)-下達(dá)作戰(zhàn)命令-執(zhí)行火力打擊”的時(shí)間與空間，提高部隊(duì)快速響應(yīng)與作戰(zhàn)效能。
航母上的艦載中程導(dǎo)彈
考慮到通訊系統(tǒng)和武器系統(tǒng)許多國(guó)家都可以自主開發(fā)，比如世界上有多達(dá)50個(gè)國(guó)家能制造導(dǎo)彈，能制造通信系統(tǒng)的國(guó)家更多，因此本文不將他們列為壟斷性質(zhì)的高科技范疇，而且內(nèi)容太多就不再詳細(xì)介紹。
航母編隊(duì)，海底還有核潛艇
航空母艦雖然能投射大量的空中武力，但是其本身的防御能力薄弱，比如我國(guó)的東風(fēng)-26導(dǎo)彈就是被稱為“航母殺手”的反艦彈道導(dǎo)彈，其最大射程可達(dá)5000公里左右，可以攜帶核彈頭。所以航空需要其它艦艇（包括水面與水下艦艇）提供保護(hù)。
航空母艦戰(zhàn)斗群的分工可以看成是航母執(zhí)行任務(wù)，而其它艦艇保護(hù)航空母艦。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的航母編隊(duì)一般由1艘航母、1-2艘巡洋艦、2-4艘驅(qū)逐艦、1-2艘護(hù)衛(wèi)艦、1-2艘攻擊核潛艇、1-2艘補(bǔ)給艦組成。這樣配置的航母編隊(duì)造價(jià)約300億美元，每天的戰(zhàn)斗維持費(fèi)用1千萬美元。而且單單是一艘中型航母，一年的維護(hù)費(fèi)用就高達(dá)150億美元。
肯尼迪號(hào)航母，排水量10萬噸
建造現(xiàn)代化的一套航母需要9個(gè)國(guó)防工業(yè)部門，600多個(gè)相關(guān)專業(yè)和8000多家配套廠家，包括鋼鐵、船舶、石化、化工、電子技術(shù)、信息技術(shù)、芯片制造、核工業(yè)、衛(wèi)星通信、測(cè)控技術(shù)、導(dǎo)彈、電力、飛機(jī)制造、壓力容器、船塢基建、港口建設(shè)……等多個(gè)行業(yè)，幾乎囊括了你可以想象得到的全部工業(yè)體系。由此可見，建造航母考驗(yàn)的是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力。
后記：筆者之前也曾經(jīng)是軍迷，愛好也是從軍事歷史慢慢過渡到軍事科技的。其實(shí)軍事科技愛好者也分為兩類：一是喜好對(duì)比參照各種武器參數(shù)性能的，這類人數(shù)眾多，各大網(wǎng)站都有很多擁躉；二是喜歡相對(duì)深入研究學(xué)習(xí)武器專業(yè)知識(shí)的，比如知乎網(wǎng)站和一些較專業(yè)的論壇，其中不乏一些專業(yè)人士。不論哪一類軍迷，都是渴望自我提高的群體或個(gè)體，也提現(xiàn)了其愛國(guó)主義情懷。
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