接到《中学生数理化》杂志编辑约稿，为该刊物撰写“封面”系列科普文章;这里是第4篇。

大国航母，驶向深蓝

同济大学 沈海军

航空母舰，简称航母，是一种以舰载机为主要作战武器的大型水面舰艇，它可供己方舰载机起飞和降落，提供空中支援和远程打击能力。依靠航母战斗群，一个国家可以在远离其国土的海域、不依靠陆基机场的情况下对敌对方施加军事压力或进行作战，已成为一个大国综合国力的体现和象征。2022年6月17日，中国第三艘航空母舰“福建号”下水，并预计在2023年年底入列，中国将距“世界一流海军梦”更迈进了一步。

一、航母的分类与构成

按排水量，航母可分为轻型航母、中型航母、大型航母和超级航母。轻型航母的排水量在3万吨以下，中型航母为3-6万吨，大型航母为6-9万吨，9万吨以上排水量的被称为超级航母。目前我国现役的辽宁舰、山东舰均为6万吨级别，属于大型航母，而美国现役的11艘尼米兹级、福特级航母排水量均超过10万吨，属于超级航母。

按作战任务，航母可分为分为攻击型、反潜型、护航型与多用途航母。攻击型航母指的是：携带战斗机、攻击机，以争夺制空权、打击地方舰队及地面目标为主要作战任务的航母。反潜航母主要任务是携带大量固定翼飞机及直升机进行舰队反潜的。护航航母可在战时对己方商船、运输船等非战斗船队进行护航。多用途航母则通过多用途化一舰多用，有效降低了使用成本。

按动力装置，航母可分为核动力航母和常规动力航母。核动力的原理：核裂变产生能量加热水成蒸汽，进而推动汽轮机、减速齿轮等带动舰艇的螺旋桨；核动力航母一次加满核燃料可连续行驶15年。常规动力航母则采用重油为燃料的蒸汽轮机。目前美国现役的11艘航母均为核动力航母，而中国的两艘航母均为常规动力。

按舰载机，航母可分为固定翼飞机航母和直升机航母。固定翼飞机航母可起降固定翼飞机和直升机，而直升机航母只能起降直升机和短距/垂直起降固定翼飞机。

此外，像两栖攻击舰、两栖登陆舰等作战舰艇也被称作准航母，它们可搭载直升机、装甲车/坦克、登陆艇等装备，主要用途为抢滩登陆。

现代的航空母舰一般由飞行甲板、舰岛、下舱、武器装备等部分组成。

以美国现已的米尼兹航母为例，该航母可携带的舰载机数量约为100架，具体包括舰载战斗机、预警机、直升机和无人机等，其中，飞行甲板可摆放70余架战机；机库内正常可摆放25-30架。米尼兹的飞行甲板上设置有舰岛、4部飞机升降机、4部蒸汽弹射器、4部武器升降机和4条拦阻索。为腾出更大的甲板空间，舰岛被集中建设在飞行甲板的右侧，内设指挥塔、飞行控制室、航海室、雷达与通讯天线。下舱内设置有机库、弹药库、动力舱、舰载武器、官兵宿舍、娱乐设施与餐厅厨房等。尼米兹供配备有四台重型升降机，用于在甲板与机库之间的上下转运飞机；除外，尼米兹还在不同部位配备有若干小型升降机，用来垂直运输弹药、物品和人员。米尼兹航母的主要武器装备包括歼击机、轰炸机、预警机、固定翼反潜机、电子战机、救援直升机等舰载机。此外，它还装备了“海麻雀”、“密集阵”、“拉姆”等火炮、导弹和自卫武器。

二、舰载机起降技术

舰载机在飞行甲板上快速、安全起降，直接关系到航母的作战效能。舰载机在甲板上起降是一件极其危险的事情，常被形容为“刀尖上跳舞”。为此，人们发明了斜板滑跳、蒸汽弹射、垂直起降、电磁弹射、拦阻技术、助降系统等一系列舰载机的起降技术。

斜板滑跳，是指在航母甲板前端设置一个上翘的“跳台”帮助飞机起飞；飞机起飞时以自己的动力经由跳台的协助升上空中。这种起飞方式最早是英国人于上世纪四十年代提出的，它不需要复杂的弹射装置，但是飞机起飞重量以及起飞效率远不如弹射。目前，中国、英国、意大利、印度和俄罗斯等国的航母均采用这种技术。

蒸汽弹射工作原理说起来很简单，是以高压蒸汽推动活塞带动弹射轨道上的滑块，把与之相连的舰载机弹射出去的。但弹射器体积庞大，工作时要消耗大量蒸汽，功率浪费严重，只有约6%的蒸汽被利用。为制造和输送蒸汽，航母要备有海水淡化装置、大型锅炉和无数管线，工作维护量惊人。现役的美国米尼兹级航母采用的就是这种技术。

电磁弹射是采用电磁能量来推动舰载机沿跑道起飞的，其实就是电磁炮的一种形式。和蒸汽弹射相比，电磁弹射具有以下优点：体积小、重量轻，结构简单、维护成本低；弹射能量大、受力均匀；精度高，可用于不同种类、重量飞机；能量利用率高、可靠耐用；弹射速度更快等。全世界现役的航母中，仅有美国的福特号航母采用了该项技术。

拦阻技术，在航母的尾部甲板上安装3-4道拇指粗细的钢索，约半米高；飞机着陆时用尾钩勾住任何一个拦阻索就能实现拦截，使飞机平稳停下来。

助降系统，即“菲涅耳”透镜光学助降系统，上世纪五十年代由英国人最早提出。它安置在航母左舷中部，由5个方形灯箱组成。通过菲涅尔透镜发出一种在特定角度才能观察到的直线型光束，可引导飞行员按照预定飞行航路安全着舰。

                    三、世界航母发展史

1909年，法国发明家克雷曼·阿德出版了《军事飞行》一书，书中率先提出了航空母舰的概念。同年，时任美国海军物资局局长助理的华盛顿•钱伯斯对该概念产生了兴趣，他民间募资，对刚建造的轻型巡洋舰“伯明翰”号进行改装。1910年11月，24岁的尤金•伊利驾驶飞机在“伯明翰”号军舰上首次成功起飞；次年1月，他又在改造的“宾夕法尼亚”号巡洋舰上成功降落。1917年，英国将一艘正在建造中的“暴怒”号巡洋舰进行改造。次年，英国海军邓宁在行进中的暴怒号上成功完成了首次降落。

1918年，英国海军完成了对1.5万吨客轮“卡吉林”号的改造，并命名为“百眼巨人”。“百眼巨人”史无前例的拥有全通式飞行甲板，能够让传统飞机正常起降，成为世界军事史上第一艘真正意义的航母。

1917年英国开始设计“竞技神”号航母（纪念第一艘水上飞机航母竞技神号），1918年1月开始建造。但是“竞技神”号并没有成为“世界上第一艘从零开始设计并建造的航母”，这个头衔被后来居上的早六个月服役的日本“凤翔”号航母夺得。美国第一艘航空母舰是1922年3月启用的兰利号，其前身为1913年下水的木星号运煤船。

一战后不久，为了防止各国过度进行军备竞赛，1922年美英法日意在美国华盛顿签订了《华盛顿海军条约》，要求签约国航空母舰总吨位不得超标，这为世界带来了15年的和平，史称“海军假日”。在条约的框架下，1930年英国建造的“皇家方舟”号航母采用了全封闭式机库、一体化岛式上层建筑、强力飞行甲板、液压式弹射器，被誉为“现代航母的原型”。

1936年《华盛顿海军条约》期满失效，各列强又展开了新一轮建造航母的军备竞赛热潮。其中，美国约克城级、日本翔鹤级、英国光辉级等航空母舰成为这一时期的代表作。

二战期间，全世界各国拥有的航母总数达到了194艘，其中美国拥有155艘，具体包括大型航母27艘、轻型11艘、护航117艘；英国拥有96艘航母，日本航母数量为25艘，德国和法国各拥有一艘航母。二战中，特别是太平洋战场的珍珠港、中途岛、瓜岛海战等海战中，航母发挥了巨大的作用。为应对激烈的海空大战，美国相继建造了大批埃塞克斯级航空母舰组成的庞大航空母舰编队，成为太平洋战场的主角。此外，大量廉价小型护航航母也被建造、用于反潜和护航。从此，航母取代战列舰成为现代远洋舰队的主干。

二战结束后，美国一路绝尘，独霸着航母世界，其发展经过了“3代常规动力航母+3代核动力航母”，共计建造了23艘航母。3代常规动力航母包括中途岛级3艘，福莱斯特级4艘和小鹰级4艘，这些航母现在均早已退役；3代核动力航母包括企业级1艘、米尼兹级10艘和福特级1艘，其中企业级航母也已经退役。

当今世界共有12个国家拥有航母，前五位依次是美国、中国、英国、印度、俄罗斯和法国。其中，美国现役航母数量为11艘，均为10万吨级别的核动力超级航母，具体包括米尼兹级10艘和福特级1艘。现在，美国的航母实力远超其他国家，甚至超过世界其他所有国家的总和。中国、英国和印度均分别拥有两艘常规动力航母，具体包括中国辽宁舰和山东舰、英国伊丽莎白号和威尔士亲王号，以及印度维克拉姆蒂号和维克兰号。中英两国的四艘航母均为6万吨级的大型航母，而印度的两艘航母为4万吨级的中型航母。俄罗斯唯一的现役航母为库兹涅佐夫号，为一艘6万吨级的常规动力航母。法国唯一的现役航母为戴高乐号，是一艘排水量为4.3万吨的中型核动力航母。

四、崛起的中国航母

1927年4月，时任海军署署长的海军上将陈绍宽呈文中国国民政府，首次提出要建造航母的建议，但遭到否决。1937年全面抗战爆发。为打通长江江阴防线，日军出动“龙骧”号航母飞机狂轰滥炸，中国海军损失惨重。1943年，陈绍宽再次提出建设、装备5艘航母的计划。但是，战乱中的中国根本无法实施。陈绍宽的航母梦想最终化为泡影。

新中国成立后，时任海军司令刘华清为中国设计建造航母做出了重要贡献，被誉为“中国航母之父”。在他的支持下，我国先后海购了4艘航母—墨尔本号、明斯克号、基辅号和瓦良格号，锻炼了科技队伍，积累了航母设计、建造的经验。2011年，刘将军未亲眼看到自己国家建造的航母，便与世长辞。

我国购买的四艘航母中，墨尔本号后来被拆解为废铁；明斯克号和基辅号被改建为军事主题公园；最需要介绍的是购自乌克兰的瓦良格号。

1985年，瓦良格号航母在苏联黑海船厂开工建造；1991年苏联解体后，被划归乌克兰所有，当时已完工68%。由于经济严重衰退，无力承担建造的乌克兰将瓦良格号卖给了一名中国港商。后来历经了994天曲折航程15200海里，瓦良格号于2002年3月抵达中国大连港。

2005年4月，瓦良格号被拖进大连造船厂船坞，转为国有，并开始进行改造。5年后，瓦良格航母改造工作完成。2012年，改造的瓦良格号被交付给中国海军，正式更名为“辽宁号”，至此，中国海军终于拥有了第一艘属于自己的航母。

有了辽宁舰的前期改造经验，中国开始了首艘国产航母山东舰的建造。和其姊妹舰辽宁舰相同，山东舰也属于6万吨级航母，是中国第一艘完全自主设计、自主建造、自主配套的国产航空母舰，标志着中国海军正式迎来国产航母时代。

和辽宁舰相似，山东舰仍采用滑跃起飞、蒸汽钢索拦阻和常规动力，可搭载约40架歼-15战斗机，或直18F/J、直9、卡-28等反潜/预警/搜寻直升机。除舰载机外，山东舰还配备有强大的反潜火箭深弹、干扰火箭发射装置、近程防空导弹、近防炮、对空预警雷达和相控阵雷达等自卫武器系统。2019年12月17日，中国第一艘国产航空母舰山东舰正式交付海军。至此，中国海军进入“双航母”时代。

值得一提的是，2022年6月，中国的第三艘航母—福建舰下水。和前两艘航母不同的是，福建舰是中国完全自主设计建造的首艘弹射型常规动力航空母舰，直通飞行甲板，将配置电磁弹射和阻拦装置，满载排水量更高，为8万吨。