中国海军科学专家马伟明提议打造一艘集成电磁轨道炮、激光武器以及大功率微波武器于一身的“超级战舰”,并表示这艘舰船将会彻底颠覆现代海战。《南华早报》报道称,马伟明于6月13日在《中国电工技术学报》上发表了他的观点,并称这艘超级战舰将会彻底颠覆过去一百多年来一直沿用的海军舰队作战编队。经过几百年的作战理论和战舰形式的革新,目前世界海军的作战平台主要已经固定为航母、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、核潜艇、常规潜艇、舰载战斗机、预警机、电子战飞机以及加油机与直升机。不同任务需要不同的编队配置,但最强大的编队通常包括航母、巡洋舰、多艘驱逐舰、潜艇和上百架舰载机,还需要配合补给舰行动。这种战斗编队造价高昂,运营成本极高。因此,美国海军维持10艘航母组成的全球性海军的成本也非常大。如果军队无法为美国带来巨额收益,美国可能会破产。
然而,一种“超级战舰”即将问世。据马伟明在其论文中表示,这种核动力战舰集成了强大的能量武器和多个系统,其作战能力几乎可以与航母编队相媲美。这艘“超级战舰”主要搭载如下武器:1、为了满足能量武器的随意使用和全球性部署的需求,必须采用核动力更加适宜;2、“超级战舰”配备有轨道炮、线圈炮、激光和高能微波武器以及导弹等武器。马伟明表示,装备了这些武器的单一军舰可以同时拥有防空、反潜、导弹拦截和精确打击海陆目标的能力,在过去,通常需要编队才能完成这些作战任务。轨道炮和线圈炮都是电磁炮的一种。电磁炮利用电磁相互作用将炮弹加速,通常情况下,化学武器的发射速度难以超过2千米/秒,而电磁炮的初始速度很容易达到3~4千米/秒甚至更高。美国军方形容,从华盛顿特区发射电磁炮,在90秒内准确打击费城目标,两地相距千米,成本不到使用战术导弹的几十分之一。
电磁炮共有三种,目前可应用于弹丸发射的有两种。其中一种是轨道炮,利用洛伦兹力的加速原理,其结构简单到令人惊叹,但由于轨道烧蚀过于严重,实现工程难度极大,适合于发射小质量高速弹丸,最适用于实用化电磁炮。我国在这方面进展最为成熟,是唯一在海上进行过大型轨道炮射击试验的国家。相比之下,美国在年将其轨道炮计划终止,可能是由于轨道耐烧蚀技术未能通过检验所致。另一种则是线圈炮,利用线圈磁场互相作用产生安培力来推动弹丸前行。这个结构相对较为复杂,但实现难度相对较低,例如在中学生的实验条件下也可以完成。这种电磁炮适用于发射小质量低速度弹丸,用于电磁枪、灭火炮等场合。优点在于能量效率高,缺点则在于速度相对较慢。
另一种较常见的电磁炮是重接炮,其运作原理与线圈炮类似。但不同之处在于,这种结构可以将多个线圈并联布置或者呈星形布置,从而获得重质量弹丸的推进。因此,这种结构非常适合用于电磁弹射,一般所说的电磁炮也就包括了轨道炮和线圈炮。据马伟明在其论文中所述,我国在电磁发射领域除了轨道炮和线圈炮的应用以外,还开发了电磁发射导弹系统。该系统可以更快地发射导弹,让导弹快速获得初速,并且可以自动装填,从而实现连续发射。使用这种发射方式,导弹可以获得很高的发射初速。这就意味着,导弹的一级火箭发动机可以减半甚至取消,导弹体积和成本都能大幅降低,并且载荷量能够成倍提升。当面临饱和攻击时,这种发射导弹的优势就不言而喻了,即使是垂直发射系统也无法与电磁发射系统相比。激光炮和高功率微波武器都属于能量武器。激光炮又被称作激光武器,主要分为战术激光武器和战略激光武器两种。千瓦级别的激光炮,例如KW左右的是战术激光武器,而兆瓦级别的激光炮则是战略激光武器。目前,各大国公开的激光炮都是战术激光武器,而战略激光武器的研发难度较大,即使有突破也不外传。
拦截小型无人机的能量需求为20~50KW;拦截迫击炮弹或小型火箭弹的能量需求为KW;拦截炮弹和高速导弹的能量需求为~KW以上。一般来说,如果战术激光强度在千瓦以上,就可以轻松拦截炮弹和高速导弹。如果强度能够达到至00千瓦,即0.5兆瓦至1兆瓦,基本上就已经进入了“激光炮”时代。激光武器瞄准没有延迟,但由于需要一定的照射时间,让目标吸收更多的能量,因此需要使用伺服跟踪结构,同时要克服雨雾和大气衰减等问题。不过,激光武器带来的优势太多了。转换攻击目标非常快速,几乎没有时间延迟,可以在短时间内拦截多个目标。目前,世界上许多国家都在为激光武器研究付出努力,而在激光武器的应用方面,中美两国则处于领先地位。
高功率微波武器利用高功率聚焦的热效应和电磁效应杀伤目标,具有与激光武器相比更强的适应雨雾天气的能力。与激光武器相比,高功率微波武器更适用于拦截巡航导弹和高超音速导弹,因为这些导弹通常采用雷达制导,而高功率微波武器可以直接“烧穿”它们的导引头,使其失去导引能力。因此,这种微波电磁武器具有许多优点。与电磁发射的导弹结合使用,可以为水面舰艇打造一个高超音速导弹无法穿透的“护盾”,具有极强的生存力。这也是马伟明建议建造该舰的目的。舰船电力系统:连接各子系统的关键大家都知道,无论是电磁炮、激光炮还是高功率微波武器,都需要用电,而且用电量巨大。此外,这些设备的电能消耗在短时间内非常高,即使不工作,也可能没有“待机功耗”。
因此,必须有一套系统来管理这些子系统的能量分配。马伟明研究的一个非常重要的课题是“舰船电力推进系统”。其原理非常简单:将船用动力(核动力、蒸汽动力或柴油联合动力等)转换为电能,然后通过一系列的分配柜子分配到各个子系统,如整个船的控制操作系统、照明、推进动力以及各种辅助动力和损管设施等。但要实行科学管理并不容易,特别是在引入电磁弹射、电磁炮、激光武器和电磁武器等短期强耗电设备后,舰载发电机无法承受如此大功率的短期需求,因此必须建立储能系统。例如,美国为电磁弹射引入了飞轮储能系统,飞轮平时以高速旋转“充电”,在需要用电时则以发电的方式输出电能。这个储能系统非常耐用,功率密度也可以达到很高,成对使用还可以抵消飞轮的扭矩。但它也有一个致命缺点,体积太大。这对于航母来说并没有问题,但对于驱逐舰来说有点太大了。由于美国海军的舰载电力系统使用中压交流电,如果要使用直流储能系统,就必须额外增加整流和逆变设备。在大功率条件下使用这种设备会使情况更加恶劣,因此只能使用飞轮储能系统。
相比之下,中国采用中压直流系统,虽然变压比较复杂,但在储能方面可以使用布置灵活的电池和超级电容器。这种系统可以灵活地部署“蓄能电站”,以就近为能量武器充电。此外,中压直流变换器使用IGBT和更先进的SiC后,为不同电压需求提供电源已经成为不再是问题。这些设备往往是舰载常规设备,功率不会大幅波动,更容易控制。因此,在舰载全电系统方面,中压直流系统要比中压交流系统先进得多。然而美军仍在使用中压交流系统,这也是福特级航母上电磁弹射故障率高的一个重要原因。美国军方深知中压直流的卓越性能,但转向中压直流几乎要将整个全电系统重建,这是导致问题的主要原因。看看我国,中压直流技术的小型化布置使得在驱逐舰和护卫舰上使用能量武器完全没有问题,移植性也很高。例如,我们的电磁弹射系统除了在第号航母上使用,还可以在第号两栖攻击舰上使用。然而,将福特号航母上的电磁弹射系统移植到美国“黄蜂”级两栖攻击舰上将会非常困难。
这套舰载全电系统是由马伟明提出的,其超前的设计理念可以贯穿电磁弹射系统一直到能量武器,因此他的提议建造使用能量武器的“超级战舰”也颇具说服力。笔者也希望尽早实现这种科幻级别的武器,并观察美国军方为跟随我们的步伐所展现的优美姿势。如何从根本上改变现代海战?“中岳岛”号的战略有谁能识破?15年前,一本名为《石油咽喉保卫战》的军事小说引起了轰动,大多数爱好军事的人应该都已经看过了它。故事梗概是,中美之间的冲突最终引发了一场大规模的战争,双方使用了各种武器,包括传统武器、激光武器和弹道导弹等等,其中最著名的当属名为“中岳岛号”的神秘武器。这艘“中岳岛号”巨大的尺寸令人惊叹,长约米,最大宽度米,平均吃水深度6米,额定排水量达万吨,最大排水量万吨。不过,除了主要结构外,大部分都是泡沫塑料制成的,利用波浪的动能来发电和推进。
这船表面上是一艘海水淡化船,但实际上在船上装了一个巨型离心盘,借助海浪的能量,离心盘每分钟可转达30次,线速度高达米/秒。离心盘平铺着很多炮弹,这些炮弹会从发射管道中被引出,通过电磁加速轨道,最终将速度加速到米/秒。发射效率很高的中岳岛号能在短时间内将大量炮弹以抛物线航线瞄准目标发射。由于这种炮弹不像弹道导弹那样有尾焰,也很小,所以被轰击的目标甚至都不能确定来源。其射程可与0公里的弹道导弹媲美。因此,在小说《石油咽喉保卫战》中,中岳岛号以一种不为人知的方式攻击了韩国、日本,甚至是美国的关岛和夏威夷等多个目标。最初被攻击的地区完全不知道这是哪里来的炮弹。因为根据爆炸威力来看,这只是一颗普通的炮弹。但是,在数百公里的目标范围内都是茫茫大海,到底是谁在轰击他们,让所有人都感到困惑!
然而,马伟明所设想的“超级战舰”并不像“中岳岛号”那样,有大炮的神奇功力。只能利用轨道炮以每秒2至3千米的速度将弹丸发射到至千米外。但是,即使如此,这也是一个革命性的升级,因为能够达到这种射程的武器成本太高了。现在,可以用低成本的方式对千米之外的目标进行“饱和打击”。这必将让对手发疯。另一个方式是通过高能激光或电磁发射来进行拦截,这两种方式均非常出色。电磁发射可将拦截弹成本降低,并以低成本的方式打击远程导弹,对敌方航母编队构成巨大威胁。一艘“超级战舰”仅需进入敌方防空圈,即可开始屠杀,想象令人难以置信。然而,如何在水下进行防御?欢迎各位读者在留言区进行讨论。