電磁炮革命（下）——先進電力技術點亮“未來戰艦”
2018-9-4
電磁炮的裝艦說明我軍一種新的強力武器正在逐漸成熟，也標誌著海軍裝備發展開始進入新時代。除了電磁炮，我國也正在加緊攻關其他難度更大、適用範圍更廣泛的艦用電力技術，每一項核心技術的突破，都意味著中國海軍距離使用具備綜合電力系統的“未來戰艦”更近一步，相關技術甚至還可以讓我國的“水下狼群”戰技性能發生蛻變。本篇文章主要談談在艦用電力技術中最為關鍵的高密度發電技術和電力推進技術。
直流供電好在哪？
眾所周知，最先獲得“未來戰艦”稱號正是外形科幻的美國DDG-1000“朱姆沃爾特”級驅逐艦。“朱姆沃爾特”級是世界上第一款宣稱使用綜合電力系統(IPS)的戰艦，但這款戰艦正是在這個核心技術上產生了暫時難以逾越的障礙，導致該項目被砍到了三艘，原本草案中的電磁炮裝艦計劃也遙遙無期，極有可能被取消。
“朱姆沃爾特”級的一號艦和二號艦均存在交直流變流轉化問題。
“朱姆沃爾特”級已經建成的一號艦和二號艦在海試期間，陸續產生了幾次全艦停車的事故，這在之前使用傳統動力的“宙斯盾”艦上是不可想象的。經過美國海軍專家的分析，其本質原因是因為艦上用於驅動輪軸的直流電供應不足，最終導致了軍艦停車。
簡單來說，綜合電力系統所採用的電能都來源於原動機（蒸汽輪機或燃氣輪機）的驅動，帶動發動機發電，美國“朱姆沃爾特”級在這一階段所產生的電屬於交流電，是非線性的，無法直接用於耗能巨大的各類裝置。如果想要轉化成可用的直流電，就必須經歷較複雜的變流過程，系統穩定性不佳。然而，美國人並沒有很好地解決將交流電轉化為直流電的變流轉化問題，主要是因為如果要將交流電轉化為直流電，需要很多複雜的變流裝置。
在萬噸驅逐艦這種用電量極大的平臺上，將發電所產生的交流電集中在一起完成變流工作是一項非常複雜的工作，相關設備既要完成一定程度的小型化使其不過度佔用艦上空間，又要保證輸出足夠的直流功率，使得故障率大大增加。一旦其中一些重要節點發生故障，就有可能導致相關機組停止運行。在此基礎上，“朱姆沃爾特”級實際上已經不可能加裝電磁炮，電磁炮需要大量的直流電對電磁炮所配備的超級電容充電，並至多在幾秒內完成一輪加速，快速發射就需要快速完成充電，因此安裝電磁炮實際上對軍艦連續供應直流電的能力有著更高要求。“朱姆沃爾特”級維持本身動力的直流電供應都會產生問題，更別說再安裝一門電磁炮了。
我國在艦用發電系統的相關技術上則從原理上完美地解決了這個問題，目前我國在研的中壓集成供電系統（已使用於常規潛艇，計劃使用於水面艦艇及核潛艇）可以同時供應交變電，並著重加強了直流電的發電能力，可以直接滿足不同設備對於直流電或交流電的需要，且在工作時兩個模塊互相不產生干擾，對艦艇其他部分也基本不存在電磁兼容性問題。這款發電機還大幅度減少了變流工作，節省了寶貴的艦上空間。
央視曾報道了我國試驗的中壓集成供電系統。
根據相關資料，中壓供電系統的最終目的就是要解決高能武器的上艦問題。考慮到艦上功率需求大的設備（推進模塊、電磁炮等）基本上都需要使用直流電，我國未來的綜合電力系統將直接採用直流電體制，功率將不再受到原動機轉動頻率的限制，有利於減少艦艇噪聲，也可以根據需要調整發電功率。只有保障軍艦上充足的直流電供應，才能讓軍艦各子系統發揮強大的戰鬥力，避免美國同類艦“趴窩”的事情發生。這一種綜合電力系統的設計思路，實際上是依靠我國在發電技術上的高集成度，顛覆了傳統思路，從源頭上繞開了美國、英國綜合電力系統面臨的難關，走出了一條屬於我們自己的技術路徑。
電力推進將成未來戰艦的重要特徵
除了美國的“朱姆沃爾特”級驅逐艦，英國的45型驅逐艦也使用電力推進技術。不過，這種電力推進技術在推進原理上並無太大突破，還是依靠原動機運動所產生的電能，輸送給感應電動機來帶動螺旋槳軸系。雖然從技術的成熟度上來看，這一路線較為穩妥，但實際上這種做法有點像“為了電動而電動”，不僅沒有結餘任何傳統螺旋槳軸系，還在其中增加了變電環節，降低了系統的穩定性和效率。45型驅逐艦在執行任務時的數次停車，就有電力推進系統過熱的原因（也有消息稱45型驅逐艦不適宜在熱帶海域作戰）。
我國艦用電磁領域專家馬偉明院士在接受央視採訪時表示，我國已經成功研發了實際運用於核潛艇的無軸泵推系統。作為對比，美國計劃在“弗吉尼亞”級的後期型號運用該項技術，但目前還未完成研發。可以說，在這一項技術方面，我國已經領先了世界其他國家。
央視報道的畫面中出現了潛艇用無軸推進系統。
與45型的電力推進系統不同，所謂“無軸推進系統”是更徹底、更模塊化的先進電力技術，在保障充足穩定電力供應的前提下，將推進模塊外掛在艦船外部，利用船體內的變頻器來實現轉速的控制，兩者之間沒有任何直接的接觸，而傳統的螺旋槳、軸系和舵都被完全取消。此外，人們還可以根據艦船任務的需要增減推進模塊的數量和方向，完全不用考慮軸系的安排。如今這個設想在核潛艇上已經被實現，安裝於水面艦艇上的無軸推進器也指日可待。
眾所周知，此前我國核潛艇在控制噪聲方面做得並不算很好，而核潛艇的噪聲主要有三個來源——齒輪減速箱的噪聲、傳動軸的震動聲以及螺旋槳的噪聲，這些問題在使用無軸泵推系統的我國新一代核潛艇面前迎刃而解，使得其噪聲水平可以降到海洋噪聲水平之下。技術指標的進步必然會帶來戰術上的革新，在中國海軍得到核潛艇的“目標艇”後，核潛艇戰力的增長也將大幅增強。
現在看來，相比於重達萬噸的水面戰艦，我國下一代核潛艇也許將更快地實現綜合電力系統的使用。根據相關的論文和官方報道，我國已經成功研發並在常規潛艇上使用了高功率密度發電技術和智能化配電系統，該技術也將同樣運用於新一代主力核潛艇上，讓未來我國“水下狼群”如虎添翼。
無軸推進器取消了所有傳動軸系。
在水面艦艇方面，綜合電力系統的幾大技術難點分別是高功率發電技術、先進電力推進系統、智能化配電系統以及相應的高能武器系統，目前，我國工程人員正在不斷地公關突破這些技術。相比於核潛艇，水面艦艇的主動探測手段更多，並且考慮到需要安裝先進電磁武器，其對綜合電力系統的要求更高。因此， “未來戰艦”距離實裝部隊仍需要等待一段時間。可見，與電磁炮背後的技術革命相比，電磁炮本身的難度實在是微不足道。
何時裝備055型驅逐艦？
055型驅逐艦是我國近年來為實現海軍裝備現代化的重要成果之一。其排水量、火力通道數量和探測性能等關鍵指標均處於世界領先水平。055的下水標誌著人民海軍裝備製造水平達到世界先進水平，也意味著人民海軍戰略轉型發展又邁出了堅實而有力的一步。
現在的055型並非終極形態，它還有很大的提升空間。我國最新研發的綜合電力系統的諸多子系統已經領先水平，部分技術更是在原理上起到了顛覆性的作用。新款的055外形不會有太大變化，但內部的大部分傳統管線將被取消，更換成大容量電纜，軍艦的“神經”和“血管”得到了升級。綜合電力系統和電磁炮出現在 “未來戰艦”上只是時間問題。
英國45型驅逐艦。
綜上所述，電磁炮的上艦試驗拉開了我軍先進電力技術發展井噴期的序幕。九層之塔，起於壘土，經過科研人員不懈的努力，我國一些武器裝備的研發上已經從學習對手、跟上對手逐漸過渡到了超越對手的階段。相信隨著時間的推移，大家將目睹這款“未來戰艦”的誕生。
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