随着时间的推移，003型航母映入大家眼窜的轮廓已经越来越清晰，但这并不代表它会很快形成战斗力，因为相对辽宁山东两舰，003型航母的技术跨度太大了，有太多的难关需要攻克，这其中最大的难关就是电磁弹射器，而在全世界范围内，真正入役的只有美国“福特”号航母的电磁弹射器。

2017年，服役后的福特号航母完成第一次电磁弹射

电磁弹射器的工作原理是：作为弹射导轨的载流导线在磁场中运动，利用磁通量瞬间巨大变化产生的感应电磁斥力将飞机弹射升空。2010年12月18日，美国的电磁弹射系统成功弹射一架F/A-18E“超级大黄蜂”，在此之前，已进行了超过2000次无人弹射试验。但后来遇到了一系列困难，导致研究进度长期停滞不前，电磁弹射器暴露了不少重大问题，其可靠性甚至还不如蒸汽弹射。截止2018年，700多次弹射试验中就出现了10次严重故障，性能很不稳定，远远达不到作战部署的要求。特朗普曾在2019年吐槽电磁弹射器不仅中看不中用还造成了极大浪费，甚至下命令要求福特号航母换回蒸汽弹射器。至今福特号航母已进入美国海军服役已经4年之久，仍无法实现作战部署。

舰上电磁弹射

作为一种全新的高科技大型装备，电磁弹射系统非常复杂，涉及很多尖端学科和工业门类，主要包括以下五大关键技术：

一是高功率电源和能够承受高功率的直线电动机。福特号航母用的是上世纪90年NASA为电磁炮、激光武器研制的盘式交流发电机，其转子最大旋转速度为6400转/分，一个转子可存储121兆焦的能量，而一部弹射器由4台盘式交流发电机供电，储能装置的能量消耗可以在弹射间歇的45秒内通过盘式交流发电机获得能量补充。虽然发电机的功率可以很大，如三峡水电站发电机组的单台功率达到了700兆瓦，但最大功率的电动机也只能承受几兆瓦的功率，福特号每部电磁弹射器却拥有4台单机功率超过30兆瓦的直线电动机。

二是强迫储能装置。电磁弹射器的峰值功率太大，无法依赖航母电力系统直接供能，必须依靠储能装置把所需电能事先存储起来备用。美国电磁弹射系统用的是中压交流供电系统，先用交流发电机给交流电动机供电，再驱动一个惯性特别大的自由转子（约上百吨）旋转，将弹射所需的巨大电能以动能形式储存起来。福特号每部电磁弹射器配备了3套总容量720兆焦的飞轮储能系统。

但因飞轮储能系统太过复杂，且两次电能与动能之间的转换导致了不小的能量损失。美国准备在福特级的后续舰上用上万个抗高负荷的超级电容代替，每个单体超级电容最大做功率达到5~10KW，上万个可就是50兆瓦，弹射器工作时由发电机和超级电容同时向直线电动机输出能量，能量输出后的超级电容因强制放电而电压降低，但弹射间歇会得到盘式交流发电机的能量补充。但由飞轮储能改超级电容，进行如此大的手术，谈何容易。

三，弹射导轨及其冷却系统。弹射导轨实际上是直线弹射电动机的一部分，两根位于甲板下的固定导轨通过牵引杆与飞机相连，导轨由电磁线圈构成，通电时产生电磁力，拉动牵引杆沿轨道方向前进，拖着飞机从甲板弹射出去。导轨与牵引杆之间会因磨擦产生巨大热量，因此每跟导轨内部是高压冷却油，冷却油在进入导轨前的温度被降至低于-40℃，且冷却油不仅仅能为弹射导轨降温，还有润滑的作用。

弹射导轨构造图

福特号舰员正在检查弹射导轨

四，作为控制中枢的高功率变频器。电磁弹射器难度最大的部件其实并非电源和储能装置，而是高功率变频器，它堪称电磁弹射器的FADEC(全权限数字控制系统)，福特号的变频器虽然每次弹射仅需工作10～15秒，但热耗散非常大，为了保证正常工作，一组变频器需要528千瓦的冷却功率。美国对电弹变频器的保密程度比储能装置还高，除了基本原理外，几乎没有任何数据甚至图片披露。

其实，电弹变频器真正核心的技术并非硬件，而是软件，因为需要通过长期的广泛试验来编写成熟可靠的控制软件，这里面没有捷径可循。事实上对美军任何一个武器系统来说，最值钱的不是那个赢得合同的产品或者是被放弃的“X”方案，而是它们在试验过程中产生的庞大中间数据。而这正是中美之间的最大差距所在。

五，对强劲电磁污染的屏蔽。以电磁弹射器功率之巨大，其产生的电磁场强度也非常可怕，而现代战斗机上复杂的电子设备又非常敏感，容易受到干扰，因此，电磁弹射系统的电磁屏蔽工作需要特别加强。蒸气弹射器需要的是蒸汽密封，而电磁弹射器需要的是复杂的电磁封闭，福特级的要求是：在离飞行甲板15厘米的高度就要把电磁场的强度降低到正常水准。这已经不仅仅是电磁兼容的问题了，有点抗电磁脉冲打击的味道了。这就需要对电磁弹射器产生的全部频段进行模拟，评估其电磁场的强度，再采取不同的措施分别加以抑制，这也是一个浩大的工程。

电磁弹射需要完善的电磁屏蔽

正是因为严重低估了电磁弹射难度，福特级航母电磁弹射系统的体积和重量都出现了严重超标。按照美国海军的要求和“福特号”号的设计规划，整个电磁弹射器的体积不能超过425立方米，重量不超过225吨。但是最终成品的体积却膨胀到了1061.4立方米，已经接近蒸汽弹射系统的1100吨，重量则飙升到了630吨，一举超过了蒸汽弹射器。电磁弹射器对蒸汽弹射器体形小巧的优势荡然无存，幸亏福特级拥有11万吨的排水量，预留了充分的冗余空间，否则其电磁弹射器难逃下马的命运。

但这远远不是问题的全部，福特号4部电磁弾射器共用一个电力储存和转换系统，无法实现对单套电磁弹射系统组件的电气隔离，只要电力储存和转换系统出现故障，4部电磁弹射器就会集体“罢工”，可靠性大大降低。更麻烦的是，福特号用了电磁拦阻和电磁升降机，它们也都是新的东西。这么多不成熟的东西叠加起来的风险很大，它们当中的任何一个系统出现问题，航母就得“趴窝”。根据最近的消息，福特号的有11 台电磁弹药升降机仅有7台勉强可以使用。

福特号的电磁升降机

尽管有很多的不足和缺陷，电磁弹射器仍然是未来的发展方向，作为一种新生事物，出现这样那样的不足是可以理解的。而且，电弹对我国003型航母还有特别的价值，这主要体现在以下两个方面：

一是我国在中压直流供电系统方面已经取得了重大突破。它的能量转化效率将达到了90%以上，大大超过福特号电磁弹射系统中压交流供电系统的60%，更是远远超过蒸汽弹射器的6%，这就为003型航母在可供能量较低的情况下仍能达到福特号的水平提供了可能性。

中压直流电力系统

二是电磁弹射的能量上限远超蒸汽弹射。福特级的电磁弹射能量目前被限定在122兆焦这个比较保守的数字上，但这已经远超蒸汽弹射器95兆焦的能量“天花板”了。即使是这个能量，也足以使35吨的飞机以162节的速度离舰，或者使47吨的飞机以140节的最低速度离舰，最大可以弹射重量可达70吨！这对航空发动机落后的我国舰载机来说有着特别重大的意义。

要说福特级航母电磁弹射器研制历程对003型航母的启迪，主要有两点：

一是尽量要一步到位用超级电容作为强迫储能装置。否则像福特号那样再改可就难了，我国海军也等不起。

二，不可低估电磁弹射系统研制的艰巨性和长期性，要作好003型航母长期无法形成战斗力的准备。最好先为076型新概念两栖攻击舰开发一种功率较小的电弹系统，用于弹射10吨上下的无人机，作为积累经验和数据的平台。

076型无人机航母

总之，我国跨过蒸汽弹射，直接开发电磁弹射系统，已经从一片空白的望尘莫及追赶到望其顶背了，在这个领域几乎并驾齐驱的中美两国已经把第二梯队英法俄等国远远甩在了身后，我国以后的攀登科技高峰之路，注定了只能在黑暗中摸索前进，这可能就是领先者的孤独吧。