电磁弹射技术如何让航母战力惊人飞跃

2025年9月22日，中国海军宣布，歼-15T、歼-35和空警-600三型舰载机，已在福建舰上成功完成首次电磁弹射起飞和着舰训练。对于这一消息，中国航空学会舰载机分会总干事、海军航空大学教授韩维认为，空警-600是我国第一款舰载固定翼预警机，它在航空母舰上起降成功，可使远海预警指挥链路、预警探测、空域监视范围大幅拓展，空防圈和打击圈向外大大延伸，攻防能力得到提升；歼-35是五代隐身舰载战斗机，将重点承担航母编队夺取制空权任务；而歼-15T相较于歼-15舰载战斗机，改进了飞行平台、航电和武器系统，实现了弹滑兼容。三种机型均可成功实现弹射起飞，将大幅提升中国海军的综合作战能力。歼-35舰载战斗机从福建舰上电磁弹射起飞 |  图源：文献此次披露的信息中，另一个更加吸引大众眼球的关注点是采用了电磁弹射和阻拦的新型起飞和降落技术。借助于这种全新技术，不仅大大提高了预警机出动回收效率，保证预警体系持续在线；而且使用电磁弹射，歼-35能以“满油+隐身构型”快速起飞，凭借低可探测性突破敌防空网；歼-15T则可以“满油满弹”升空，依托其大载弹量和大航程对敌实施饱和式攻击。这一信息也得到了国际媒体的广泛关注。美国《新闻周刊》（Newsweek）称，航空母舰是展示海军实力的重要装备。这一成功表明，中国首艘国产弹射型航空母舰已具备电磁弹射起飞和回收能力，是中国航母发展的又一突破。美国知名军事网站“战区”以《中国航母战力实现惊人飞跃》为标题刊文称，中国海军首次同时展示了歼-35舰载战斗机、歼-15T舰载战斗机和空警-600舰载预警机在中国首艘采用电磁弹射系统的航母上的作战能力，这也验证了中国福建舰电磁弹射和回收能力。文章还特别指出：“与传统蒸汽弹射相比，电磁弹射系统具有明显优势，可精确调节弹射力度，适应不同重量飞机，机械结构更简单，维护成本更低，复位时间短，可进一步提高战机出动效率。美国海军的‘福特’号航母虽率先使用电磁弹射系统，但至今未完成F-35C战斗机的弹射测试，而中国歼-35舰载战机已成为全球首型完成电磁弹射的隐身舰载机。”为什么电磁弹射能够在一瞬间引发全世界的关注呢？它又是如何大幅提高航母的战斗力呢？飞机从航母起飞，难在哪里？任何物体要想离开地面，必须有一个向上的力克服自身的重力。对于飞行器而言，有两条途径可以产生向上的力，一是发动机产生的推力，二是机翼产生的升力。发动机产生的推力与飞行方向平行，升力的方向则与飞行方向垂直。比如火箭发射一般是垂直向上，此时完全依靠发动机产生的推力克服自身的重力。而对于我们常见的直升机而言，起飞时旋翼的旋转方向是沿水平方向，此时就是完全依靠旋翼旋转所产生的垂直向上的气动升力克服自身重力。升力的大小与飞行速度的平方呈正比，也就是说，飞行速度越快，机翼产生的升力越大。因此直升机起飞时旋翼的旋转速度必须达到一定的数值才能产生足够升力。同样，对于我们常见的固定翼飞机而言，要想离开地面，也必须达到足够的运动速度，因此必须在地面经过一段时间的加速滑跑。显然，在滑跑的加速运动过程中，滑跑距离越长，加速时间越长，所能达到的速度也越快。这就是为什么大型民航客机所需要的跑道长度一般明显高于小型飞机的道理。对于陆地起飞的飞机，民航飞机的滑跑距离一般为1000至2000米，战斗机会短很多，不过一般也至少需要两三百米。如果从航空母舰起飞，采用像陆地起飞那样的水平滑跑方式就完全不行了。这主要是由于长度的限制，因为即便是目前最大型的航空母舰，其总长度也不会超过350米，而且考虑到全舰的布局，也不会把这个长度完全用作起飞跑道。一般来说，航母最多能利用总长的1/3左右，也就是100米左右的距离，在发动机最大推力给定的情况下，按常规起飞方式是完全不够用的。因此，必须要想一些其他的办法。显然，途径只有两条，一是改变飞机，二是改变航母。飞机的改变主要是改变其动力系统，令其发动机的推力方向可以在起飞时改变，垂直向下或者斜向下，这样就可以大幅缩短起飞距离，甚至像火箭那样实现垂直起飞。这种飞机的典型代表是英国于上世纪60年代研制的“鹞”式短距起降战斗机，其发动机喷口的旋转角度可以超过90度，因此可以实现垂直起飞和降落。再比如美国F-35B战斗机也采用类似的策略，使其具备垂直起降能力。不过，这种方式存在很多问题。除了技术复杂和飞行员的操控难度更高之外，最主要的问题就是其装载量和飞行航程都比较小，其中道理也显而易见。与火箭发动机相比，航空发动机的推力相对较小，因此所能承担的重量也较小，这对飞机的起飞重量提出了非常严苛的要求，从而限制了装载量。比如“鹞”式战斗机采用常规的滑跑起飞方式时，最大起飞重量约为14吨；但如果采用垂直起飞，最大起飞重量就大幅减低至8.6吨左右。同时，垂直起飞过程中完全依靠发动机提供推力，这个过程中耗油量巨大，当大量的燃料消耗于这个阶段，剩余燃料所能支撑的飞行距离自然会下降。仍以“鹞”式战斗机为例，采用短距滑跑起飞的方式时，其作战半径可以超过400千米，但如果采用垂直起飞，这个数值会降低至100千米以内，因此只能作为短距离支援使用。显然，通过改变飞机实现航母起飞尽管技术可行，但实际效果并不理想，所以对于更多的航空母舰，特别是大型航母就需要从其自身想办法了。目前主要有三种技术，即滑跃式甲板起飞、蒸汽弹射器，以及福建舰使用的电磁弹射器。滑跃式甲板起飞方式利用滑跃式甲板实现起飞，是相对最为简单的一种。滑跃甲板的外观特征就是舰艏向上翘起一个弧形，上翘的角度一般在12至14度左右，我国的“辽宁”号和“山东”号两艘航母都是采用这种技术。滑跃甲板起飞的原理很简单，起飞时，飞机的发动机开足马力，以最大推力工作，依据牛顿第二定律，这样可以尽可能提高加速度，从而在更短的距离内实现离舰速度的最大化。同时，由于舰艏上翘，飞机离舰时的飞行方向指向斜上方，类似于向斜上方抛出。由于发动机的推力方向与飞行方向平行，也指向斜上方，这样就在垂直方向形成一个向上的分力，从而克服掉一部分重力。同时，由于向斜上方飞行，飞机滞空的时间也会相应加长，也会增加空中加速的时间。二者综合起来，就可以实现从航母上起飞。滑跃甲板技术相对比较简单，只需要对舰艏部分的甲板进行设计和制造即可。建成以后，维护保养的成本也很低。在战时，即便是受到敌方的攻击出现破损，也能在较短时间内完成维修。不过，这种方式也有十分明显的不足。首先是这种起飞方式对于飞行员的要求更高，因为在整个起飞的过程中需要精准控制飞机的速度、方向等，稍有不慎，就有可能坠海。其次，由于起飞过程中只能利用飞机自身的动力，因此所需的滑跑距离仍然相对较长，这在一定程度上会影响舰上甲板的布局。第三，这种起飞方式对于载重量有限制，如果起飞重量太大，仍无法起飞。蒸汽弹射起飞方式既然利用自身的动力和滑跃甲板起飞还是受到很多限制，那么是否可以利用一些辅助装置起飞呢？答案自然是肯定的。蒸汽弹射就是目前应用最多的方式。比如，美国现役的10艘“尼米兹”级核动力航母就都是采用这种方式。所谓弹射，最简单的理解就是发射弩箭。弩箭发射前，要将弓弦拉伸并固定，之后将弩箭置于箭槽中，扣动扳机，张开的弓弦迅速弹回，将弩箭射出。弓弦的拉力越大，弩箭射出的距离就越远。如果从能量转换的角度理解，本质上就是弓弦拉伸后所形成的弹性势能突然释放，进而转化为弩箭向前运动的动能。蒸汽弹射的原理与弩箭发射大同小异，也是一个能量转换的过程，只不过预先存储的能量不是弹性势能，而是饱和蒸汽的内能，弹射的目标是更重的飞机，因此装置也复杂很多。蒸汽弹射装置示意图蒸汽弹射装置的核心是一个大锅炉，这个锅炉的内部压力高达80至100个大气压，在这样的高压条件下，水的沸点会上升到300度左右。弹射时，首先向锅炉内注入淡水，并利用核能或者燃油的燃烧在高压环境下将其“烧开”，这样锅炉内部就充满了高压的干饱和蒸汽。之后将飞机固定于弹射器上，打开弹射阀，高压空气极速释放，推动活塞迅速向前运动，活塞带动弹射器以及上面的飞机一起快速运动，这样就可以在很短的距离内将飞机加速至足够的速度，以实现弹射起飞。蒸汽弹射装置从上世纪50年代开始应用，是目前最为成熟的弹射技术。相比于滑跃起飞，这种方式的优势极为明显。首先，这种装置占据的甲板面积小，在战时，起飞和降落可以同时进行，大幅提升作战效率。其次，航母上可以平行设置多个弹射器，通过交错使用，起飞效率也可以大幅增加。第三，由于弹射器提供了额外的能量注入，使得飞机的起飞重量大幅提升，类似于预警机或者运输机之类的大型飞机也可以从航母上起飞。第四，起飞时飞机固定于弹射器上，无需更多的人为介入，甚至在飞行员昏迷时也可以把飞机发射出去。不过，作为上一代的弹射技术，蒸汽弹射也还是有许多不足之处。一是装置比较复杂，除了锅炉以外，里面还有密密麻麻的管路和阀门，这给维护保养带来了不小的麻烦。二是由于海水含有大量腐蚀成分，因此锅炉所使用的水只能用淡水，而且用量巨大，航母长期在海上巡弋，因此必须配套相应的海水淡化装置，以提供足够的淡水使用。三是能量转化效率很低，烧水的过程、充气的过程、泄压的过程都包含大量的能量损失，管路和阀门还经常“跑冒滴漏”。综合来看，蒸汽弹射的能量利用率仅能达到4%至6%。也就是说，绝大多数能量都被浪费掉了，这是十分不经济的。相比之下，电磁弹射的能量利用效率就大幅提高，由此也成为了新一代弹射技术。电磁弹射起飞方式虽然电磁弹射是一项新技术，但其原理最早可以追溯到1831年法拉第发现的“电磁感应”现象。如果一言以蔽之，电磁感应就是指“变化的电场可以激发磁场，反之，变化的磁场可激发电场。”尽管这一原理很早就发现，但其真正应用还是最近几十年的事情。其中最为典型的案例，就是我们日常生活中经常使用的电磁炉。电磁炉通电后，炉盘上的线圈会被通上20千赫兹的交流电，这样就会在周围激发出不断变化的磁场，当我们把金属锅放在上面后，磁场又会在锅底激发出不断变化的电场，电场进一步诱发金属锅底产生电流，由于锅底存在电阻就会发热。电磁炉就是通过这样的方式将电能转化为热能，从而加热锅内的食物或者把水烧开。与我们早些年常用的“电炉子”不同的是，电磁炉仅在锅底产生热量，不会向四周发散，所以效率非常高。回忆一下，采用“电炉子”加热时，如果离得近，你会感觉到电炉子散发的热，也就是说电能转化的热能会向四周散发，效率自然就会降低，而在电磁炉附近则完全没有这种感觉。将这个原理应用到航母上飞机的弹射，就是电磁弹射器。只不过电磁弹射是将电能转化为飞机起飞所需的动能，而非加热食物的热能。不过，要想在一百多米的距离内将一架十几吨甚至几十吨重的飞机，从静止状态加速到每小时几百公里的速度，所需要的能量要比电磁炉大的多得多，设备的复杂程度也是电磁炉所不可比拟的。航母电磁弹射系统组成示意图 | 图源：文献总体来看，电磁弹射器的组成可以分为几大部分：首先是储能系统，由于弹射器瞬时消耗能量巨大，一般在3秒内会消耗50—70度电，所以必须事先储备足够的电能。储能系统相当于是一个巨大的电池，只不过储能方式一般采用飞轮储能的方式。简而言之，这种储能方式就是在一个密封的真空空间中，以磁悬浮的方式放置一个大型飞轮，充电时利用电力驱动飞轮高速旋转，将电能转化为机械能。因为没有空气、没有摩擦，因此飞轮会一直保持高速旋转状态，这就意味着能量能够一直存储。使用时则利用飞轮旋转驱动发电机工作，再将机械能迅速转化为电能。飞轮储能装置结构示意图丨图源：文献其次是电力电子系统，这套系统主要是保证在弹射轨道的不同位置和不同时刻上，产生方向和强度都能满足需求的电流，以提供弹射使用。第三是直线电机，也称弹射电机，这是具体执行弹射的系统，主要包括定子和动子两部分，定子就是固定在航母舰体上的轨道，里面布满了线圈，通电后就可以产生强磁场，动子就是与飞机相连的部分，弹射器工作时，动子在电磁力的驱动下极速运动，从而实现飞机的迅速加速。最后，还需要一套复杂的控制与检测系统，因为在不同的情况下，或是弹射不同类型的飞机所需要的能量不同，同时在整个系统弹射运行过程中，还需要实时监控相关的参数。毫无疑问，电磁弹射是一种“高科技”，这里的“高”体现在很多地方。首先是能量利用效率高，电磁弹射的能量利用效率可达60%左右，也就是说每次弹射所用的电能有一多半都转化为飞机的动能，相比于蒸汽弹射器的4%至6%的效率而言，有了数量级的提高。其次是体积利用率高，相比于蒸汽弹射，电磁弹射器不需要锅炉和海水淡化装置等，因此在舰上占据的空间一般仅为400立方米，约为蒸汽弹射器的三分之一左右。第三是系统可控性高，电磁弹射的控制更加精准，因此可以弹射更多种型号的飞机，比如此次福建舰完成3种型号飞机的弹射就是实例。最后是任务执行效率高，电磁弹射一般每45秒就可以完成一次弹射，而蒸汽弹射则需要90至120秒。正是基于这些优势，福建舰跳过蒸汽弹射起飞方式，直接攻关最先进的电磁弹射方式。虽然原理并不复杂，但电磁弹射系统的研发难度却是极高。在前面所述的几个分系统中，每一项都需要攻克相应的技术难题。即便是单项技术攻克后，在整个系统的集成化上，还需要考虑系统布局、控制、同步等一系列更加复杂的问题。此外，电磁弹射系统工作时会产生强大的磁场，必须保证其不能对其他设备产生干扰，这需要精细化的电磁屏蔽设计。还有，由于航母的工作环境长期处于海上，也需要考虑整个系统的抗腐蚀性，对于材料和结构设计也提出了极高的要求。到目前为止，仅有美国和中国掌握了这项技术。作为一项新兴的技术，电磁弹射刚刚走进历史舞台，或许还有一些问题没有暴露出来，其中最为核心的问题就是这种技术的可靠性尚未得到充分考验，同时，这种系统的维护复杂度也需要在更加长期的实际使用中进行检验。尽管后续仍然可能存在有待进一步优化的问题，但毫无疑问，这种技术已经显示出更加广阔的应用前景。比如，由于具有能量密度高和系统集成度高的主要优势，将来这种系统可以在更小型的舰艇上搭载，用以弹射尺寸更小、质量更轻的无人机，同时采用这种方式不仅可以弹射飞机，也可以用来发射火箭或者导弹，这些都将可能颠覆式改变未来战争的模式。参考文献[1]https://fujian.gov.cn/zwgk/ztzl/sxzygwzxsgzx/flsxkmh/202509/t20250926_7015091.htm[2]http://news.china.com.cn/txt/2025-09/25/content_118097162.shtml[3]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1789389843603934669&wfr=spider&for=pc[4]马伟明，鲁军勇，电磁发射技术的研究现状与挑战，电工技术学报.2023，38(15)：3943-3959[5]马伟明，鲁军勇，电磁发射技术，国防科技大学学报.2016，38(06)：1-5[6]李梅武，崔英，薛飞，航母飞机起飞的最佳选择——电磁弹射系统，舰船科学技术.2008(02)：34-37[7]闫硕，江春冬，电磁弹射技术初解，物理通报.2023(05)：158-161本文来自：返朴 （ID：fanpu2019），作者：崔凯（中国空气动力学会科学传播和普及工作委员会主任）