航母设计的50年困境与美国海军航空兵的未来

点击：  作者：江晓博/译    来源：知远战略与防务研究所微信号  发布时间:2024-06-19 22:20:04

 

【知远导读】航空母舰设计面临的主要问题是，如何拥抱无人平台、远程武器和处理大量目标数据的新方法等各种技术发展。文章回顾了历史上航空母舰设计的三个演变时期，强调了冷战期间以及其冷战后的技术进步和战略调整对航母设计的影响。面对亚太地区和全球其他战略要地的威胁，未来航母打击群的发展重点是生存能力和远程打击能力，因此航母设计需要更加灵活和多功能，以适应不断变化的战场需求。

 

2024年是“游骑兵号”（CV-4）服役90周年，它是美国第一艘专门设计和建造的航空母舰。“游骑兵号”承袭了几艘船舶的遗产，尤其是1922年服役的改装煤船“兰利号”（CV-1）。在两次世界大战期间，通过舰队实验积累的一个世纪的教训，以及冷战期间核威慑的必要性，共同促成了今天的顶级航母——“福特号”（CVN-78）。

 

这些遗产不仅是航空母舰作为船只的演变，它还代表了航空器设计、战场驱动的作战需求和核动力等技术之间的复杂互动。尽管如此，在航空母舰的演变过程中，有一些东西是始终没变的：出动率的重要性、更长的作战范围（飞机和船只）、传感器覆盖范围（包括侦察机）和安全通信。美国航母曾经克服了日本的神风特攻和苏联轰炸机的远程反舰巡航导弹的挑战，并可能再次克服中国的反舰弹道导弹。归根结底，威胁并不可怕，关键在于航空母舰及其舰载机联队如何演变，这才会决定未来。

 

如今，航空母舰面临着不断变化的挑战和新兴技术带来的机会。在这些挑战中，尚未有明确的迹象显示，这些战舰及其联队如何才能在现代蓝水战争中获得最佳表现。然而，下一场主要战争很可能是二战太平洋战争的重演，地理因素决定了航空母舰将再次发挥主要作用，但可能不再是传统的战斗群或打击群编队。

 

当今航空母舰和舰载机联队面临的五十年难题是，如何拥抱无人平台、远程武器和处理大量目标数据的新方法等各种技术发展。二战太平洋战争的经验表明，成功并非必然。为当今的航空母舰和舰载机联队构建灵活性和适应性才是至关重要的。

 

一、简介

 

航空母舰设计基于一个简单的前提：在海上发射、回收飞机并维持飞机的运转。此外，一系列海军任务——打击、空中防御和潜艇探测——也影响着海军飞机的设计，并指导航母的设计和运作。这是一个迭代过程，贯穿航空母舰诞生后的一个世纪，并充满了成功和失败。

 

今天，正如历史所示，技术给航空母舰及其联队带来了压力。例如，敌方的武器系统可以在航母自身传感器和武器打击范围之外，对航母及其舰载机联队构成威胁。首当其冲的是被大肆宣传的中国反舰弹道导弹（如DF-21、DF-26），其射程超过3000英里。这些武器在近20年内稳步发展，主要基于冷战时期类似苏联的武器系统。最近，也门胡塞武装在红海有限使用了反舰弹道导弹，中国军队肯定会注意到并改进其设计和作战理念。中国的空对空武器，如PL-15或更新的PL-17，其射程约为186英里，超出当今美国舰载机联队的空空导弹射程。但重要的是，武器的射程只有在精确的目标信息支持下才有效。事实上，武器系统的演变并不新鲜，航母及其联队过去曾克服过这样的威胁。例如，美国AIM-54C“凤凰”空对空导弹的开发，就是为了在苏联图-22M逆火轰炸机到达其武器发射范围之前将其击落。

 

在攻击和防御方面，处理海量网络传感器数据的能力正在迅速发展。将武器有效地打击到几百英里外的目标，或防御此类攻击，需要团队的协作。成功的关键在于，能够可靠地连接跨越数百英里的各种平台和传感器，并迅速处理大量数据。人工智能和大数据管理系统是这些努力的关键，它们能够集中并加速人类的决策过程。将海军和近邻陆地及空中、太空资产进行联网，被广泛认为是当今及未来战场上成功的基础。因此，这将是未来航母及其舰载机联队的关键要素。

 

2024年1月召开的巴黎海军会议，重点讨论了这些力量将如何塑造美国及其盟友的下一代航空母舰和海军航空兵。对于主办方来说，法国海军即将决定其下一艘航空母舰的需求，这在许多讨论中占据了重要位置。美国海军作战部长回顾了100年的美国航母发展经验：“……你真正能从航母打击群（含航空）中看清的一件事是，它们的适应性。”这一主题贯穿整个会议，并在超过40篇提交的论文中得到了共鸣。这些论文为活动的多个小组讨论提供了参考。在一系列成功的战舰设计中，适应性是其共同特征。航空母舰及其联队与相关护航舰船的成功历史，已经证明了适应性的持久价值。

 

航空母舰的建造是一项重大的投资，造价超过130亿美元，需配备数千名经过高度训练的船员。因此，航空母舰的设计寿命达50年，必须具备适应性。五十年前，美国的全球定位系统或联网舰队尚不存在，而今天的热点关注的是围绕量子计算和人工智能的第四次工业革命。技术发展如此迅速，那么适应性就是保持战备状态的唯一方式。保持海军战舰适应性的最佳方法是，拥有充足的空间和额外的电力生成能力。有观察者指出，在经过高级电子战系统改装后，阿利•伯克级“平克尼”号驱逐舰在其舰体上显著增加了突起，以容纳新增的设备和新的电力系统，这些设备和系统未能融入已经满载的船只中。

 

二、航空母舰和舰载机联队设计的里程碑

 

航空母舰及其舰载机联队的演变，可以归纳为三个发展时期：创造、实验和适应。其中，适应可以进一步分为两个时期：战争时期，特别是在二战太平洋战场，以及冷战时期。最后，我们今天所处的第四个时期，可以称为拼接或无缝覆盖空间。在深入探讨拼接对航空母舰及其舰载机联队未来的意义之前，简要概述之前的演变时期是有帮助的。

 

1.创造时期

 

航空母舰的演变紧随飞机进入战场之后。对于美国海军来说，航空母舰的起源始于尤金•埃利驾驶飞机成功在海上临时平台上起降。1912年，第一支美国海军航空单位成立。到1914年，海军航空单位通过无线电与战舰的指挥控制网络连接。然而，正是英国为了应对第一次世界大战的德国潜艇威胁，进行的临时改装，才使第一艘可行的航空母舰投入使用。

 

第一艘真正投入使用的航空母舰是英国的“阿格斯号”。这是一艘改装的意大利豪华邮轮，其建造在1916年暂停。“阿格斯号”在1918年下水，虽然未能参加战斗，但对日本和美国海军的影响巨大。首艘航空母舰暴露了三个设计问题：速度、稳定性和排气管对飞行操作的障碍。对“阿格斯号”来说，最初非常稳定的豪华邮轮经过改装后，使得船体变得上重下轻，容易倾覆，并危及飞行操作。排气管的烟雾和物理障碍，通过将其放置在飞行甲板下方和舰艉解决了。这并不是一个完美的解决方案，但它是可行的。这一解决方案还帮助解决了第三个问题——速度。对于当时动力不足的飞机来说，起飞时在飞行甲板上的风速需要达到30至35节。早期的风洞研究表明，如果排气管位于飞行甲板之上，将会造成不可接受的横向气流扰动。1918年，进行了带有帆布假岛的飞行试验。安装了岛屿结构后，飞行员发现着陆时更容易判断距离。这些经验和教训，为下一阶段的航空母舰及其舰载机联队的发展提供了重要的参考。

 

2.实验时期

 

1922年标志着对航空母舰及其舰载机联队进行近20年的实验和设计改进的开始。那一年，经过两年的改造，“兰利号”(CV-1)成为美国第一艘航空母舰并服役。它成为海军航空母舰和舰载机联队作战的测试平台，直到1937年转变为水上飞机母舰，因为太平洋战争迫在眉睫。在这段时间里，体型更大的改装巡洋舰“列克星敦号”和“萨拉托加号”也加入了进来。通过一系列名为“舰队问题”的重大海军演习，海军对各种作战方法进行了实验。在1920年代，海军认识到较大的航空母舰能够提供稳定性，从而在波涛汹涌的海上进行飞行作业。海军还意识到航空弹射器的价值、开放机库以便快速准备飞机的重要性以及专注于出动率的必要性。这些从这三艘战舰中学到的经验教训，为第一艘专门建造的航空母舰“游骑兵号”提供了参考。

 

1922年签署的《华盛顿条约》，通过限制各国的海军建设吨位，对世界列强进行了约束。该条约使得海军航空兵和航空母舰成为舰队中有吸引力且强大的新成员，且所需吨位较少。“游骑兵号”的设计吸收了1920年代的经验，并于1934年下水服役。最初设计为平甲板船，如同“兰利号”，但在建造过程中增加了一个舰岛上层建筑，以辅助飞行作业、指挥防御武器并导航。设计师要求“游骑兵号”具备1万英里的续航能力，以支持在太平洋上的远程作战。1930年代的战争计划预见到，美国属地菲律宾和关岛将在与日本的战争中被切断联系，海军力量必须穿越太平洋作战。在设计阶段，关于飞机容纳问题的考虑，如甲板重量限制或弹射器设计限制，对“游骑兵号”的最终规格产生了重大影响。这些考虑包括与665英尺飞行甲板兼容的一架1万磅重的轰炸机。

 

轻巡洋舰，尤其是“新奥尔良级”和“本森级”驱逐舰，最终在支持航空母舰对空防御方面发挥了关键作用。海军从1930年的“舰队问题”演习中认识到，包括航空母舰在内的水面战舰容易受到空袭的威胁，这促使其努力提高海上防空能力。1929年的“舰队问题-九”演习是一个分水岭。它展示了依靠高速和长距离打击的独立航母作战的价值，但同时也暴露在岸基威胁之下。然而，当时的海军航空兵航程过短，对水面战舰的速度优势也不够，使得海军早期的航母易受攻击。最终，这导致了专门建造的护航舰艇用于承担对空防御任务，从而减轻了航母自身的防御负担，并腾出甲板空间和吨位以容纳更多的飞机。

 

到1930年，海军考虑从航母上操作航程更远的重型海军飞机。这需要更强的飞行甲板、用于发射飞机的弹射器、更强的着陆阻拦装置、更大的机库和升降机以将飞机移到飞行甲板上，以及其他设计改进。1930年代初期的舰载机联队，包括18架重型攻击轰炸机、12架侦察机和2个中队（共36架）的战斗机。下一代航母“约克城级”计划携带四个中队（各18架飞机），其中包括携带1000磅炸弹的俯冲轰炸机和战斗轰炸机。所有下一代舰载机联队的变种都包括远程侦察机，这是发现敌舰队并在敌人之前发动攻击的关键。为了容纳未来的舰载机联队，“约克城级”航空母舰从“游骑兵号”的16140吨，增加到超过20000吨。这一级别的三艘航母，在太平洋战区的早期发挥了关键作用。“约克城号”在中途岛战役中损失，“大黄蜂号”在圣克鲁斯群岛战役中损失，“企业号”则幸存下来。这三艘航母提供的重要战时经验教训，至今仍在影响航空母舰和海军航空兵的设计。

 

3.适应（二战时期）

 

二战期间，大西洋战区与太平洋进行的远程海军作战有所不同。因此，战区对航空母舰及其舰载机的需求不一致，这促使海军决定将作战能力有限的“游骑兵号”从太平洋转移到大西洋服役。“游骑兵号”最终在1942年11月的“火炬行动”中参与了北非战役，并在1943年10月的“领袖行动”中袭击了挪威沿岸的德国船只。较大的老牌航母“列克星敦号”和“萨拉托加号”则被保留在太平洋，并在战争初期参战。在太平洋战区，作战范围和打击力至关重要，这与航母携带的燃料量和维持大量舰载机的能力相关。

 

重要的是，较大的“列克星敦号”和“萨拉托加号”能够运作1930年代后期服役的新型重型飞机。要想确保航母能够适应新型飞机，尺寸和弹射器至关重要。战时经验，特别是在后期对抗日本神风敢死队自杀攻击的过程中，验证了扩大防空范围和专用护航的重要性。“大黄蜂号”的损失以及同为“埃塞克斯级”的“无畏号”受损，突显了机械冗余和发动机舱物理分离的重要性。第一艘重新设计的舰队航母，在二战结束一周后服役。由于不受二战前《华盛顿条约》限制，“中途岛级”航母能够弥合海军螺旋桨飞机与喷气式飞机之间的技术鸿沟。

 

 

 

1944年6月，护航航母飞行甲板损坏

 

在二战期间，美国共损失了六艘航空母舰。战争的第一年，四艘航母被击沉，最后的损失是1944年10月在莱特湾海战中的轻型航母“普林斯顿号”。随着1944年1月战时工业生产的步伐加快，海军在1945年8月达到了巅峰，拥有99艘航空母舰（28艘舰队航母和71艘护航航母）。二战的经验验证了确保航母在战损情况下继续作战的重要性。现代美国航空母舰在严格的设计规范中延续了这一传统，因为它们是用鲜血写成的。航母通常受到良好保护，并与护航战舰协同作战，以提供空中和反潜防御。

 

4.适应（冷战时期）

 

太平洋战争在航母设计方面开创了重要的先例，并在越南战争、朝鲜战争和海湾战争等冷战冲突中得到了进一步巩固。“中途岛级”航母在1940年开始设计，旨在引领美军对日本岛屿驻军和水面作战群的攻击。这些新型航母的吨位几乎是“埃塞克斯级”的两倍（达58600吨），飞行甲板长度增加了近100英尺（达968英尺）。虽然“中途岛级”航母未能赶上二战，但它们在冷战早期喷气式海军航空兵的发展中，留下了深刻的印记。较大的吨位使其能够携带更多燃料、防御系统、雷达和飞机。1950年代的现代化改造，使其能够搭载首批喷气式舰载机——FH-1“幻影”。最后的十艘冷战航母是核动力的“尼米兹级”，它们至今仍在服役。期间，舰载机队也适应了强大苏联潜艇的威胁，并配备了专门的反潜战飞机。苏联解体后，这一威胁大幅降低，陆基飞机和舰载直升机足以应对。最后一架舰载反潜固定翼飞机（S-3“海盗”），于2009年结束了其海上服役。

 

三、未来航母打击群发展的重点是什么？

 

有两个因素影响这一问题的回答：航母及其舰载机在现代威胁（主要是中国威胁）下的生存能力，以及舰载机在敌方防御有效范围外的远程作战能力。鉴于现今“福特级”设计的成熟度，最值得关注的因素是对更远程飞机和武器的需求。这将影响未来的“使命任务-舰载机-航母”发展周期。

 

今天，美国海军正在努力使现有的F/A-18攻击机和日益增加的F-35满足更远程作战需求。一种过渡解决方案是将无人机改装为加油机，如MQ-25“黄貂鱼”。当然，F/A-18今天也兼作加油机，但这会减少执行打击任务的飞机数量。这种工作模式必须改变，并将推动未来航母舰载机设计，其作战范围将超过1500英里。新的作战需求也将影响未来航母设计，例如需要更大的弹药升降机、支持系统和更大的舰载机队等。电磁弹射系统（EMALS）是避免重新设计未来昂贵弹射器的一个例子，否则会导致飞机或武器能力方面的牺牲。EMALS可以更精确地调节发射力，适用于未来载重量更大的飞机和较轻的无人机。

 

舰载机的有效远程作战，将依赖于一个有效且分散的传感器网络。关于这一概念有很多描述，美国国防高级研究计划局（DARPA）称之为“马赛克战”。如果实现，这一概念将使用传感器和武器系统的网络来压倒对手，同时提供无缝的传感器覆盖，就像马赛克图案中的每一片瓷砖。实现这一拼接所需的大部分已经为人所知，剩下的工程和作战问题将由国防部的联合全域指挥与控制（JADC2）项目解决。显然，各种平台之间需要无缝传递目标类数据，以创造使用最佳武器对敌方进行攻击的机会。在这一构架中，航母将成为一个网络节点，提供平台和作战控制以支持有人和无人平台。尽管如此，鉴于距离和敌方干扰因素，还需要在航母之外的舰载机队，分散各指挥节点。

 

远程空对空导弹将是影响航空联队和航空母舰构成和设计的另一个关键因素。新导弹可能需要对现有航母升降机进行改造，因为远程武器通常体积更大，重量更重。这些远程武器可能包括机身和重量更大的高超音速导弹，这对航母和飞机的设计提出了更高的要求。

 

出动率仍然相当重要，因此需要一种现代化的护航航母。这样的舰艇可以使大型有人航母专注于使用更重载荷执行打击任务，而主要装备无人机的航母可以在较短的距离内提供打击群的空中防御，并能进行更长时间的持续作战。鉴于大规模的空中、无人机和导弹威胁，能够集中大量空中飞机的能力依然重要，这在当前红海胡塞武装的大规模导弹和无人机攻击中得到了体现。

 

四、拼接时代——现代太平洋战争中的航母作战

 

综合上述内容，未来的航空母舰及其航空联队，或许最好视为“传感器-武器马赛克中”的平台拼图之间的连接。航空母舰维持着一个强大的空中网络，并协助协调大规模的目标数据处理，以支持长期作战。航母将关键性地保持执行五天或更长时间作战行动的能力，然后离开战区进行休整和补给。这与航空母舰的历史经验、角色和使命相符。同时，美国武器装备系统的航程和响应时间，对于压倒敌方的传感器-武器网络至关重要。美国系统必须整合来自航母舰载机联队、海军战舰、岸基和太空传感器，以支持远程武器。响应时间将是关键，因为必须假定像中国这样的现代对手具备同等的侦查和瞄准美军的能力。为了加快决策周期和瞄准过程，“马赛克战”设想使用人工智能进行大规模数据处理，以综合并推荐最佳的海军平台部署位置，从而提高胜算。

 

在上述构架中，未来的航母作战提供了机动性，使敌人无法应对固定目标的复杂性。在第一岛链内与中国作战，将需要深入渗透到中国的反介入区以进行打击。另一个将得到更多重视的航母任务是，为在第一岛链内作战的陆军和海军陆战队部队提供掩护。这些地面和两栖部队将提供陆基武器和传感器，以便为海军行动作出提示。空军和海军的陆基飞机必须整合到这个拼接的传感器-武器战场中。当然，为了保持战斗力，地面部队也必须得到补给。

 

海军陆战队和陆军计划在第一岛链内进行机动作战，意在抗衡中国的海上和空中行动。海军陆战队的概念是远征前进基地作战（EABO）和在对抗性环境中的濒海作战（LOCE）。这些概念影响了海军陆战队的《2030年部队设计》，它设想了一个轻便、机动的两栖部队。陆军的概念与此类似，但机动性较低，更强调远程导弹系统，包括对空和导弹防御。海军陆战队正在重组其部队，成立新的濒海团。这些团旨在提供高度机动的空中防御，重点是新型AN/TPS-80雷达系统和采取公路机动的反舰导弹发射器，能够使敌舰在距岸100多英里处面临威胁。

 

对于陆军来说，最新的作战概念是多域作战（MDO）。陆军可能会部署定制的多域特遣队（MDTF），以应对第一岛链的具体威胁。多域特遣队可能装备有空中防御、雷达和类似精确打击导弹（射程约300英里）的远程火箭。正在研发中的远程高超音速武器（LRHW），借鉴了海军的高超音速武器研发，预计射程为1725英里。

 

要在第一岛链内取得成功，海军陆战队和陆军将需要后勤舰船和机动性，以便使中国的目标打击工作复杂化。一个设计用于空中优势的航母及其舰载机联队，可以在这些地面部队重新部署或补给时，为其提供掩护。与此同时，在航母掩护部队扫荡该区域时，地面部队将接收并提供针对威胁的目标数据。

 

在现代太平洋战争中，航空母舰及其舰载机联队必须充当掩护部队和突击打击部队的角色（沿第一岛链）。历史上，航母曾作为掩护部队，尤其是在圣克鲁斯群岛战役中，当时海军陆战队正在瓜达尔卡纳尔岛上作战。同时，为规避日本延伸的海上防线，航母在杜立特突袭期间进行了多次著名的打击。二战太平洋战争结束时，大型快速航母特遣部队又对日本本土和台湾进行了袭击。正如那场战争所证明的，航母具有显著的生存能力，并将使中国在防御和瞄准美军时面临复杂性。

 

 

圣克鲁斯战役的航迹图。(图片来自战争历史网络，2009年5月)

 

美军曾尝试将海军航母及其联队与其他军种进行作战整合，称为“空海一体战”。这一概念诞生于2009年，由海军和空军合作提出，旨在通过开发和实践新的联合战术来应对中国的挑战。然而，它未能获得足够的关注和资金支持，并在2015年1月被并入联合参谋部，实际上使这项努力被搁置。

 

在2023年1月的一篇文章中，詹姆斯•福戈海军上将和史蒂文•威尔斯主张复兴空海一体战，鉴于远程武器和网络技术的发展，现在正是重新审视的时机。毕竟，要实现西太平洋的有效作战拼图，需要高度的整合。航空母舰及其舰载机联队，将是实现战场上传感器-武器拼图的重要机动平台。为了克服中国传感器和导弹的显著威胁，航母及其联队必须与陆上和空中（及太空）平台及传感器无缝整合。这不仅需要技术进步，正如马赛克战倡导者所提倡的那样，还需要通过复兴的空海一体战计划所支持的一系列新的“舰队问题”实验，来发展作战的严谨性。

 

 

 

假想的航母行动

 

五、结语

 

好消息是，目前在“福特号”上验证的技术，如先进的阻拦装置和电磁弹射系统，为部署更远航程的飞机（拥有未来弹药）提供了所需的灵活性。关键在于，这些系统在2023年该舰部署至东地中海期间的表现如何。这些信息将为未来航母和舰载机联队的设计和运作提供依据，以最大限度地提高灵活性和适应性——这是航母自其诞生以来的核心特征和优势。

 

关于作者

布伦特•萨德勒海军上校（退役）在26年的海军生涯中，曾在核潜艇服役并担任外事官员。2020年，他加入了传统基金会，成为高级研究员。他在西太平洋地区有丰富的作战经验，曾在第七舰队、印太司令部任职，还担任过驻马来西亚武官，并作为奥姆斯特德学者在日本东京学习。

 

知远战略与防务研究所 江晓博/译自：国际海事安全中心（CIMSEC）官网

来源：知远战略与防务研究所微信号