福建舰电磁弹射视频刷屏 这“飒”的一声来之不易

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这种电动机与我们日常生活中常见的电动机不同，像电动车上的电动机，都是旋转的——通电后产生旋转力。

而电磁弹射的原理，便是将旋转电动机沿径向切开并“展平”，让原本绕圈转的磁力，变成沿跑道方向的一股强大直线推力！

11月5日，我国第一艘电磁弹射型航空母舰福建舰入列授旗仪式在海南三亚某军港举行。新华社记者李刚摄

具体来说电磁弹射系统通过一条近百米的直线电机轨道，让一个被称为“动子滑块”的装置在甲板上运动，像我们扔出纸飞机时那样，牵引舰载机并帮它飞向天空，以极短的距离获得起飞所需的速度。

尽管电磁弹射的原理听上去简单，但实践起来却难到极致，原因主要有以下这些：

能量强大难驾驭

在弹射器这条百米轨道里，隐藏的是几十兆瓦能量在瞬息之间喷薄而出的恐怖能量。据公开资料推算，要让一架三十多吨重的舰载机在短短三秒内从静止加速到 250 公里每小时，需要的总能量可达 120 兆焦（含损耗）。

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而一次弹射的瞬时峰值功率可达惊人的 60 兆瓦。而2025年7月7日16时55分，深圳电网用电负荷今年内首次创历史新高，达2371.86万千瓦[3].

据此粗略估计的话，福建舰每弹射一架飞机，其瞬间功率，最高可相当于一座深圳这样的超大型城市 0.25%的电力负荷！

如果航母电网直接承受这样的“能量洪流”，整个舰上的照明、雷达、火控系统都会瞬间“黑屏”，甚至可能导致灾难性的电网崩溃。所以，它不能直接从航母主电网取电，而必须启用一个巧妙的“能量缓冲系统”。

这个能量缓冲系统，利用“零存整取”的方式，设计了储能装置，能以较小的功率长时间地从舰上电网中吸收和存储能量，当储存的能量满足发射所需后，一旦接到发射命令，立即向外释放能量。[4]

而电磁弹射系统的工作方式类似——它会在几十秒的弹射间隙里从航母电网中平稳地“充电”，再在短短三秒内将储存的庞大能量一次性“放电”。

一些常见储能方式性能对比  图片来自参考资料[1]

作为电磁弹射技术的开创者，美国海军的探索之路充满艰辛与波折。

这项名为“电磁飞机弹射系统”（EMALS, Electromagnetic Aircraft Launch System）的宏大计划，早在上世纪 90 年代末便已启动，其目标是为新一代的“福特”级核动力航母配备革命性的弹射技术。

这也是本世纪初美国海军决定停止蒸汽弹射器开发，在其新一代航母上采用电磁弹射系统的原因。

作为主承包商，美国通用原子公司选择了一条在当时看来最为稳妥，但也最为复杂的“机械-电气”混合技术路线。

其储能系统的核心，是四组巨大的飞轮储能器（FES）。每一组的核心是一个重达数吨的飞轮转子，被封装在真空罩内，通过电力驱动加速到每分钟 6400 转的高速。

在短短 45 秒的充电时间内，巨大的动能被存储在飞轮中。当弹射指令下达，高速旋转的飞轮瞬间切换角色，变成一台大功率发电机，与一个复杂的变频器（Cycloconverter）协同工作，在3秒内将储存的机械能转化为高达 6400 安培的强电流，驱动甲板下方的直线电机。

这套方案实践中却暴露出一系列棘手的问题。

飞轮系统庞大又沉重，最初的设计严重超重超体积，虽然经过多次改进，但整个系统依然极为庞大，挤占了宝贵的舰内空间。

而且，高速旋转的飞轮带来了剧烈的振动、发热和陀螺效应，持续干扰航母的航行稳定性，其轴承和润滑系统也成为故障高发区。

为了解决体积超标问题，设计师做出了一个妥协——让四条弹射器共享电力电子变换模块。

这导致了一个致命缺陷：任何一条弹射器出现故障需要检修，必须将整个 EMALS 系统全部断电。这意味着在作战期间，EMALS 无法像蒸汽弹射器那样“坏一条，用三条”，一个部件的失灵可能导致整个航母战斗力的瘫痪。

从 2010 年陆上试验时发生“往复车反向撞击”的软件事故，到装舰后远低于设计指标的“平均无故障弹射次数”（MCBF），EMALS 的可靠性问题一直困扰着“福特”号。

根据美国国防部作战试验鉴定局的报告，其早期可靠性仅为目标值（4166 次）的十分之一左右，这意味着在高强度出动时，系统几乎必然会发生故障。那中国又是怎么解决这个问题的呢？

电磁弹射突破，来自理念更新和技术融合

就在美国为 EMALS 的复杂机械系统头疼不已时，大洋彼岸的中国，正站在一个关键的十字路口。

当中国的航母事业迎来曙光，一个决定未来方向的战略选择摆在了面前：是跟随美国的技术路线，先模仿蒸汽弹射，再研发电磁弹射？还是抓住技术变革的机遇，直接跨越蒸汽时代，向电磁弹射发起冲击？

2022年福建舰下水命名仪式现场。新华社记者 李刚 摄

选择后者，关键人物是一位名叫马伟明的海军少将、中国工程院院士。他和他所带领的团队，以惊人的远见和魄力，力排众议，立下了“一定要搞出中国自己的电磁弹射”的军令状。

马伟明院士的底气，并非源于一时冲动，而是基于一项更深层次、更具颠覆性的技术突破——舰船中压直流综合电力系统。

根据这个思路，电磁弹射绝不应是一个孤立的单元，而应是未来舰船网络的一部分。

这套综合电力系统，就如同为航母构建了一个稳定、高效、灵活的智能电网，而电磁弹射、电磁炮、高能激光等未来武器，都只是这个电网上的“高功率插件”。

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而在储能方面，据推测，中国的工程师很可能绕开美国复杂的飞轮储能方案，直接采用了一条更先进、更可靠的全电子化路线，没有高速旋转部件，可靠性与安全性实现了质的飞跃。

2024年5月1日8时许，我国第三艘航空母舰福建舰从上海江南造船厂码头解缆启航，赴相关海域开展首次航行试验。这是拖船正在将福建舰拖离码头（无人机照片）。新华社发（蒲海洋摄）

虽然电磁弹射有很多优点，然而，当一个系统以数十兆瓦的电功率释放能量时，哪怕只有几秒钟，它也不再只是一台将飞机弹射向天空的机器，更是一台巨大的电磁脉冲发生器。

而电磁脉冲会带来很大的问题，这个问题就是——电磁干扰（EMI）。

强烈的瞬变电流会激发狂暴的电磁波，这些无形的电磁噪声，有点像生活中的噪音弄得我们心烦意乱那样，影响周遭的电子设备工作。

而航母是什么？它是一个被无数电子设备武装到牙齿的浮动堡垒：相控阵雷达、卫星通信、导弹制导、飞行数据链……

这些设备对电磁环境的要求近乎苛刻。一旦弹射的瞬间发生严重干扰，雷达屏幕上的目标可能会“瞬间消失”，通信链路可能短暂中断，甚至连舰载机的无线电里都可能传来刺耳的尖啸。

为了驯服这电磁干扰，我们的工程技术人员设置了多层防护， 从结构、材料到算法，提出了一整套复杂的电磁兼容（EMC）解决方案。而福建舰在海试中，也充分验证了电磁弹射与航母动力、舰载机等系统的适配性和兼容性。[5]

精细控制，未来可期

不过，电磁弹射的真正意义，远不止让航母的运作方式发生革命。电磁弹射可不是简单的 “力大砖飞”，电磁弹射时刻处于精密控制下。

在整个弹射过程中，控制系统能精准控制滑块的加速度曲线。这个系统可以让弹射起步阶段迅猛而不狂暴，中后程则平滑稳定地持续发力。

这样一来，飞行员的体验从蒸汽弹射器那种“被狠踹一脚”的体验，变成了被一股强大而柔和的力量平稳托起，而飞机机体结构的疲劳损伤也大大降低。

更重要的是，电磁弹射控制系统是智能的。面对几吨重的无人机或是三十多吨的重型战斗机，系统都能自动匹配最佳的“弹射方案”，而这是蒸汽弹射器完全无法企及的智能化。而这其实代表的是一种可以对庞大能量进行精准时空分配的能力，而这种能力，可不止能用在航母上。

具体来说，同样是直线电机，推的可以是舰载机，可以是高速列车，也可以是弹丸甚至航天器。

假设能在地面建设一条长达数公里的超长电磁轨道，将空天飞行器水平加速到 0.8 马赫甚至更高，然后再点燃自身的火箭发动机，这样就能节省很多火箭燃料，而省下的每一公斤燃料，都意味着可以多带一公斤的有效载荷进入轨道。

福建舰的电磁弹射，凝结了各行各业的最新成果，而未来这些技术的结合，也许除了能帮助舰载机翱翔在大海上，还能帮我们迈向星辰大海。

参考文献

[1]马伟明, 鲁军勇. 电磁发射技术的研究现状与挑战[J]. 电工技术学报, 2023, 38(15): 3943-3959.

[2]马伟明, 肖飞, 马凡. 舰船综合电力系统研究进展与应用建议[J]. 中国电机工程学报, 2024, 17: 6761-6774.

[3]https://www.xinhuanet.com/20250707/b9e90bb2cd914938b48811bf8763fbbd/c.html

[4]http://www.81.cn/jfjbmap/content/2020-11/20/content_276334.htm

[5]https://news.cnr.cn/native/gd/20251108/t20251108_527423502.shtml

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作者丨鲁坦  科普作者  军事博主

审核丨孟健 原陆军某部工程师

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