引言
美國國防部供圖 尼米茲級軍艦, 美國海軍的超級航空母艦 |
在本文中,我們將會詳細介紹美國海軍現在服役的尼米茲級航空母艦。我們將會了解到在不同的甲板上都有哪些東西,深入觀察這個用於飛機起降的龐然大物,並稍微了解一下在這個漂浮著的巨大基地上的日常生活。我們將看到,這種現代航空母艦是人類曆史上最驚人的載具之一。
從最基本的層麵來說,航空母艦也不過是一艘船,隻是配備了一個飛行甲板——這是一個起落區,用於起飛和降落飛機。這種概念幾乎可以追溯到飛機的誕生年代。萊特兄弟於1903年進行了曆史性飛翔,此後10年裏,美國、英國和德國都開始在搭載於巡洋艦的平台上進行試飛。試驗取得了巨大成功,多國海軍開始改造現役戰艦,實現這種用途。有了這種新型載具,軍隊就可以將隻能短程飛行的飛機運到世界各地。
美國國防部供圖 喬治·華盛頓號軍艦,美國海軍的核動力超級航空母艦之一 |
航空母艦揭秘 | |||
航空母艦在第一次世界大戰時並沒有發揮多大作用,但在第二次世界大戰中卻成了空戰主力。例如,日軍發動的1941年珍珠港攻擊就是依靠航空母艦派出的飛機。今天,超級航空母艦幾乎成為美國軍隊所有重要軍事行動的關鍵部分。雖然航空母艦本身作為武器來說並不是很重要,但它所運輸的空中力量可能決定戰爭的勝負。
在戰爭中使用空中力量的一個主要障礙,在於如何讓戰鬥機飛到目的地。為了在國外地區維持一個空軍基地,美國(或者任何國家)必須與東道主國簽訂特殊協議,並且必須遵守該國的規定,而這些規定會隨時間變化。不消說,這在某些國家可能是極其困難的。
國際航行自由法規定,航空母艦和其他軍艦幾乎在所有海域均被視為主權領土。隻要艦船不是太靠近其他國家的海岸,船員就可以像在本國一樣行動。因此,雖然美國軍隊需要與外國簽訂特殊協議才能設置地麵軍事基地,卻可以將航母戰群(集結一艘航空母艦和6到8艘其他軍艦)自由移動到世界各地,就像是美國領土的一小部分。轟炸機、戰鬥機和其他飛機可以飛入敵占區執行各種任務,然後返回相對安全的航母群基地。在多數情況下,海軍可以不斷補充(再補給)航母群,使其能夠無限期地保持在配屬位置。
航空母艦的航行速度可以超過64公裏/小時,使其能夠在幾周內抵達任何海域。美國目前有6個航母群位於世界各地,可以隨時候命投入行動。
|
美國尼米茲級超級航母有大約10億個部件,是地球上最複雜的機械係統之一。但是在概念層麵上,它們卻是非常簡單的。它們的基本任務隻有四種:
- 跨海運輸各種飛機
- 飛機的起飛與降落
- 作為軍事行動的移動指揮中心
- 為工作人員提供居所
為完成這些任務,航空母艦需要結合作為一艘船艦的各種元素,它是一個空軍基地,也是一座小城市。其中包括:
- 飛行甲板,在船頂部的一個平坦的平麵,可用於飛機的起飛和降落
- 機庫甲板,位於甲板下方的一個區域,暫時不用的飛機就放在那裏
- 導航室,在飛行甲板頂部的一個建築,指揮官可以在那裏指揮飛行和船隻的運作
- 船員生活和工作的房間
- 動力裝置和推進係統,用於為航母的航行提供動力,並為整艘船發電
- 其它各種係統,用於提供食物和淡水,以及處理所有城市都要解決的問題,例如汙水、垃圾和郵件,以及基於航母的廣播、電視台和報紙
- 船體,在水麵上漂浮的艦船主體
下圖顯示了這麽多部件是如何組合在一起的。
船體采用了極其堅固的鋼板,有十幾厘米厚。巨大的船體能夠非常有效地防止大火和戰爭引起的損壞。船的支撐結構主要依靠整個船體內的三個水平結構:船脊(船底部的金屬脊骨)、飛行甲板和機庫甲板。
吃水線以下的船體部分是圓形的,相對較窄,而水上部分呈喇叭狀展開,形成了寬敞的飛行甲板空間。船的下部有一個雙底,顧名思義,它包括兩層鋼板:船的底層鋼板和上麵一層鋼板之間存在一定間隙。這種雙底結構主要是為了防範魚雷或者海難。如果敵人炸到船的底部,在外層鋼板炸出了一個洞,第二層鋼板可以防止大量進水。
從20世紀50年代開始,幾乎所有美國超級航母都是在弗吉尼亞州紐斯新港市的諾斯羅普·格魯門紐波特紐斯公司建造的。為了提高造船效率,多數航母都是多個名為上位量單元的單獨模塊部件組裝而成。每個上位量單元可能包含很多隔間(房間),跨越多層甲板,重量可達約70到800噸。一艘超級航母幾乎可由200個獨立上位量單元構成。
Northrop Grumman Newport News供圖 |
Northrop Grumman Newport News供圖 裏根號航空母艦,在Northrop Grumman公司的幹塢進行製造 |
將上位量單元放入船內之前,建造人員要組裝剛體,並連接絕大部分的電纜和管線。然後他們使用一個巨型的橋式起重機將模塊吊起,將其準確地降落到船內的恰當位置,然後與周圍的模塊焊接到一起。在建造的最後階段,工人們要將最後一個模塊(522 噸重的導航室)連接到飛行甲板上。
美國海軍供圖 |
美國海軍供圖 正將上位量下降到美國軍艦哈裏·S·杜魯門號的恰當位置上 |
就像家用摩托艇一樣,航空母艦靠在水中旋轉的螺旋槳推進。航母的四個銅製螺旋槳寬約 6.4 米,與遊艇當然不能同日而語。而且,它們提供的動力要強大得多。每個螺旋槳裝有一個長傳動軸,連到由核反應堆驅動的蒸汽渦輪機上。
航空母艦的兩個核反應堆位於船中部一個裝甲厚實的嚴格控製區,可產生大量高壓蒸汽,轉動渦輪機內的風扇葉片。風扇帶動渦輪機的軸旋轉,軸上的螺旋槳推動船體前進,同時還有巨大的方向舵控製航行方向。推進係統的動力據稱超過28萬馬力(軍方並未透露準確數字)。
四個船載渦輪發動機還為船上的各種電子和電氣係統供電。包括一個船上的海水淡化車間,它平均每天能將約150萬升海水轉化為可飲用的純淨水,足夠供2000個家庭使用。
與老式的燃油鍋爐航母不同,現代核動力航母不需要定期補給燃料。實際上,在不補給燃料的情況下可運行15到20年。需要權衡取舍的問題是更為昂貴的發電裝置、時間更長且更為複雜的燃料補給過程(需要數年)以及造成海上核災難的風險。為了將這種大災難的風險降到最低,超級航母內的反應堆采取了嚴格的防護措施,並且進行嚴密監控。
來自西奧多·羅斯福號軍艦網站:
來自美國尼米茲級軍艦網站:
|
起飛與降落
航空母艦的飛行甲板是世界上最讓人喜歡也是最危險的工作環境(當然也是最嘈雜的地方之一)。甲板看上去隻不過像是普通的地麵飛機跑道,但因其麵積較小,運作方式有很大不同。當船員全部行動時,飛機在極其有限的空間內以驚人的速度降落和起飛。一個小小的失誤,就有可能造成戰鬥機的噴氣引擎將人吸入,或者將人從甲板噴到海裏。
飛行甲板雖然對於甲板上的工作人員來說非常危險,但危險性最大的還要數飛行員。飛行甲板對於大多數軍用飛機的正常起降來說是不夠長的,因此飛機在起飛和降落時必須使用一些特殊機器輔助。
美國國防部供圖 一架A-6E入侵者從喬治·華盛頓號航母起飛。 |
如果您看過飛機如何飛上藍天,可能已經知道飛機需要讓大量氣流經過機翼以產生升力。為了讓起飛稍微容易一些,航母可以通過在海上朝起飛方向逆風行駛,令飛行甲板獲得額外氣流。經過機翼的氣流可以降低飛機的最低起飛速度。
讓氣流經過甲板很重要,但主要的起飛輔助工具還是航母的四個飛行彈射器,它可以讓飛機在很短距離內產生極高的速度。每個飛行彈射器由兩個活塞構成,藏在兩個平行汽缸內,每個汽缸的長度相當於一個足球場,其位置在甲板下方。每個活塞的頂部有一個金屬突緣,通過每個汽缸頂部的窄口向外突出。兩個突緣通過橡膠邊緣向外延伸,封住汽缸,穿過飛行甲板上的一個缺口,再連接一個小型的彈射梭。
美國國防部供圖 約翰·斯坦尼斯號航母四號飛行彈射器上的彈射梭 |
為準備起飛,飛行甲板的工作人員將飛機移動到彈射器的尾部位置,並將飛機鼻輪(前輪)的彈射杆掛到彈射梭的一個槽中。工作人員將另外一個杆,即後撐杆放在輪子後方和彈射梭之間(F-14和F/A-18戰鬥機的後撐杆位於鼻輪內部,對於其他飛機則是單獨部件)。
美國海軍供圖 喬治·華盛頓號航母的一位飛行甲板工作人員 正在檢查F-14雄貓戰鬥機彈射器的連接情況。 |
當一切就緒後,飛行工作人員升起飛機後方的射流導流槽(JBD)(在此例子中為飛機尾部)。當 JBD、彈射杆和後撐杆都就位,並完成所有的最終檢查後,彈射指揮員(又稱為“射手”)在彈射控製室讓彈射器就位。彈射控製室是一個封閉的小控製站,也就是在飛行甲板上的一個透明圓頂突出物。
美國國防部供圖 彈射器冒出蒸汽,一架F/A-18C大黃蜂正準備從喬治·華盛頓號航母起飛。你可以看到彈射控製室內的彈射指揮員。 |
美國國防部供圖 一架F-14雄貓飛機停在尼米茲航母一號彈射器的射流導流槽前 |
當汽缸達到了合適的壓力水平時,飛行員開始發動飛機引擎。引擎產生相當大的衝力,飛機依靠後撐杆停在彈射梭上。彈射指揮員隨即放開活塞,其推力讓後撐杆鬆開,蒸汽壓力向前猛擊彈射梭和飛機。在彈射器尾端,彈射杆從彈射梭射出,放出飛機。這個完全由蒸汽推動的係統可以在兩秒鍾內將一架2萬公斤重的飛機從靜態加速到266公裏/小時!
美國國防部供圖 一架F/A-18大黃蜂從喬治·華盛頓號航母上起飛 |
如果一切順利,高速前進的飛機會產生足夠的升力起飛。如果不成功,飛行員(可能是多個)會打開他們的彈射椅在飛機紮入船前方的大海之前逃出(這種情況很少發生,但風險總是存在的)。
起飛非常困難,但真正的難題在於降落。在下一段中,我們將會介紹標準的航母降落,或者說返航降落的過程
降落
降落到飛行甲板,是海軍飛行員需要麵對的最困難的任務之一。飛行甲板上用於降落飛機的跑道空間,隻有大約150米長,如此狹小的空間對於將重型高速噴氣機降落在航母上是遠遠不夠的。
為了降落在飛行甲板上,每架飛機都需要一個尾鉤,顧名思義,就是掛在飛機尾部的鉤子。飛行員的目標是將尾鉤扣到四條捕捉繩的任意一根上,這是用高強度鋼絲編成的堅固繩索。
美國國防部供圖 一架ES-3A影子飛機正在降落到喬治·華盛頓號航母上。 |
捕捉繩橫跨整個甲板,兩端連接到甲板下方的液壓油缸。如果尾鉤扣住了捕捉繩,就會將繩拉出,而液壓油缸係統會吸收飛機的衝力,將其拽停。捕捉繩係統可以在一個96米的降落區內,用兩秒鍾的時間拽停一架2.45萬公斤重、時速達241公裏的飛機。
美國國防部供圖 一架KA-6D入侵者戰鬥機的尾鉤正要抓住 德懷特·D·艾森豪威爾號航母上的捕捉繩 |
美國國防部供圖 一架F/A-18C大黃蜂抓住了尼米茲航母上的捕捉繩。 |
航母上有四根平行的捕捉繩,彼此間隔大約15米,為飛行員擴大目標區域。飛行員會瞄準第三根繩,因為它是最安全、最有效的目標。他們絕對不會瞄準第一根繩,因為它距離甲板邊緣太近,因而過於危險。如果在靠近第一根繩時就已經降得太低,會很容易撞上船尾。扣住第二或者第四根繩是可以接受的,但飛行員如果想要晉升,必須能夠始終如一地抓住第三根繩。
為了實現這個高難度技巧,飛行員需要以極為精確的角度靠近甲板。降落過程從各架返航飛機在航母周邊空域,以不同高度沿巨大的橢圓形航線盤旋開始。位於甲板下麵的航母空中交通管製中心根據各機剩餘燃料水平決定候降飛機的降落順序(燃料即將用完的飛機可以比還能飛行一段時間的飛機優先降落)。輪到飛機降落時,飛行員脫離降落隊列,朝著船尾飛行。
降落信號指揮員(LSO)指導飛機靠近,使用無線電通信以及甲板上的各種指示燈提供引導。如果飛機正常靠近,LSO們將會點亮綠燈告訴飛行員一切順利。如果飛機偏離跑道,LSO們將點亮其他燈對其進行糾正,或者將其“揮走”(令其飛走再進行第二次降落嚐試)。
美國國防部供圖 降落信號指揮員引導一架戰鬥機降落在喬治·華盛頓號航母上。 |
美國國防部供圖 降落指揮員工作站裏的視頻顯示控製台和通信/數據儀器 |
除了LSO以外,飛行員還要依靠菲涅耳透鏡光學降落係統用作為降落引導,通常簡稱為鏡頭。鏡頭由一係列指示燈和菲涅耳透鏡組成,安裝在一個通過陀螺儀穩定的平台上。鏡頭將光匯聚成細光束,以多種角度指向天空。
飛機靠近的角度不同,飛行員就會看到不同光線。如果飛機正對著目標飛行,飛行員將會看到一道琥珀色的光,又被戲稱為“肉丸子”,這道光與一排綠光重合。如果琥珀色光在綠光上方,說明飛機飛得太高了,如果琥珀色光在綠光下方,說明飛機飛得太低了。如果飛機的返航路線極低,飛行員將會看到紅光。
美國國防部供圖 約翰·F·肯尼迪號航母上的“鏡頭” |
美國海軍供圖 “改良式菲涅耳透鏡光學降落係統”圖解 |
飛機與甲板接觸後,飛行員為了讓飛機停下,將會把引擎推至全速,而不是減速。這看起來似乎是有違常理的,但如果尾鉤沒能抓住任何一根捕捉繩,飛機需要有足夠的速度再次起飛,然後再飛回來嚐試進行第二次降落。降落跑道與船身呈14度角,這樣未能抓住捕捉繩的飛機就可以從船的一側起飛,而不是紮進甲板另一側的飛機群內。
飛機一旦降落,就會被拖離跑道,用鏈條固定在飛行甲板的一側。停下來的飛機會被緊緊地扣住,防止其隨著甲板的前後搖晃而滑動。
飛行甲板的工作人員必須防範各種意外情況的發生,包括飛機起火。在起飛或返航降落時,他們有很多隨時備用的安全設備。飛行甲板有一輛小型消防車,噴嘴通往水箱和水成膜泡沫滅火劑,這是一種高級滅火材料。除此以外,還有用於添加飛機燃料和其他各種實用液體的噴嘴。
美國國防部供圖 一架S-3A維京飛機通過防撞路障降落在亞伯拉罕·林肯號航母上。 由於降落裝置出了故障,飛機隻能通過非傳統的方式著陸。 |
飛行甲板工作人員還麵臨著被噴氣引擎吹飛的危險。飛行甲板四周的安全網起到了一定的防護作用,但為了增加安全性,工作人員還要穿上救生衣,這種短上衣遇水就會自動膨脹,並且衣上的遇險求救信號燈會不斷閃爍。飛行甲板的工作人員還戴著重型頭盔,叫做頭蓋,保護他們的頭部和聽力。
美國超級航母還有一些自衛係統。對於潛艇攻擊,航空母艦將會投放兩顆SLQ-25A“水精”,這是一種能製造雜訊的誘導目標,扔到船後引誘魚雷。 |
導航室與機庫
航空母艦的導航室是飛行甲板操作以及整艘船的指揮中心。導航室的高度約46米,但底盤寬度隻有大約6米,因此它不會占據飛行甲板太大空間。導航室的頂部比飛行甲板上任何飛機的頂部高出很多,並且向外伸展,以提供更多空間。
美國國防部供圖 亞伯拉罕·林肯號航母上的導航室 |
導航室的頂部配備了一係列雷達和通訊天線,它們密切注意周圍的船隻和飛機,攔截敵人的雷達信號,瞄準敵人的飛機和導彈,並接收衛星電話和電視信號。在其下方是主飛行管製室,或稱Pri-Fly。在Pri-Fly中,航空指揮員和助理航空指揮員(稱為“空軍老板”和“小老板”)指揮在飛行甲板以及方圓8公裏範圍內的一切飛機活動。
美國國防部供圖 Pri-Fly裏的忙碌場麵 |
空軍老板和小老板都是經驗豐富的飛行員,他們有各種電腦和通訊設備,可以對所有情況保持密切注意;而且Pri-Fly位於距離飛行甲板六層樓高的地方,他們隻要通過窗戶就能看到很多信息。當靠近的飛機進入 1.2 公裏的範圍內時,降落信號指揮官就會接手指揮權,指導降落過程。在 Pri-Fly 的同一層,船員和訪客可以走到“禿鷹頂”上,這是一個露天平台,是俯瞰整個飛行甲板的絕佳地點。
再往下一層是船橋,即船的指揮中心。指揮官(船長)通常坐在很氣派的皮革椅上管製(控製)整艘艦船,四周圍滿電腦屏幕。指揮官指揮舵手(航母的實際掌舵者)、預備舵手(負責指揮引擎室以控製船速)、值班軍需官(負責記錄航行信息)以及一些了望員和後勤人員。當指揮官不在船橋上時,他會派一名甲板指揮官代為管理。
美國國防部供圖 戴維·洛格斯登船長在飛行甲板上指揮哈裏·杜魯門號航空母艦。 |
美國國防部供圖 預備舵手(左)與舵手在西奧多·羅斯福號航母上。 |
有趣的是,很多航空母艦的指揮官都是原海軍飛行員,因此他們本人對於飛行甲板的運作非常了解。不過由於他們需要負責指揮整個航母,因此被禁止爬入機艙駕駛飛機。
就像Pri-Fly 一樣,船橋也配備了很多高端監視器,包括GPS接收器以及很多雷達屏幕。但很多指揮官及其團隊仍然非常依賴於他們自己的眼睛去觀察船上的各種活動。
在船橋的下麵一層是旗艦司令台,這是為負責整個航母群的艦隊司令所準備的指揮中心。再下麵是多個操作中心,包括飛行甲板控製與起飛操作室。在這個不透氣的無窗空間裏,飛機操作指揮官(又稱助手或操作員)及其船員會跟蹤飛行甲板和機庫中的所有飛機。助手的主要記錄工具是“占卜板”,這是一個雙層透明塑料桌,上麵蝕刻著飛行甲板和機庫的外形。每架飛機用桌子上的縮微飛機模型表示。當真正的飛機從一個地方移動到另外一個地方,助手就會把模型飛機移動到相應的位置。當飛機因為需要維修而停止運行時,操作者會將其模型翻轉。
美國國防部供圖 喬治·華盛頓號航母的船員們圍在“占卜板”桌旁。 |
在甲板下麵還有很多控製中心,包括航母空中交通管製中心(CATCC),它占據了船尾下甲板(飛行甲板正下方)的很多個房間。就像地麵上的空中交通管製中心一樣,CATCC充滿各種類型的無線電和雷達設備,管製員使用這些設備保持對該地區飛機的記錄(在以上情況中,主要是不在航空指揮監督範圍內的飛機)。
CATCC緊挨著作戰指揮中心(CDC),這是船上的戰鬥司令部。CDC的主要職責是處理接收到的有關敵軍威脅的信息,讓指揮官能夠獲得充分信息。
美國國防部供圖 小鷹號航母上的一位空中交通管製員 |
美國國防部供圖 卡爾·文森號航母上的一位反潛艇 作戰專家正在監視波斯灣地區的活動。 |
機庫
飛行甲板工作人員可以將一小部分飛機放在甲板上,但普通航母上沒有足夠的空間停放80到100架飛機。大多數飛機不用時,都被安放在機庫隔間,即“航母車庫”。
機庫隔間與飛行甲板之間隔著兩層甲板,就在船尾下甲板的下麵。該隔間本身的寬度約34米,高度約8米,長度約209米,是全船總長的三分之二以上。它可以容納超過60架飛機,以及備用的噴氣引擎、燃油箱以及其他重型設備,它分為四個區,之間由滑行門隔開(這是防止火災蔓延的一種防範措施)。
美國國防部供圖 德懷特·D·艾森豪威爾號航母上的機庫甲板。 |
機庫有三個甲板那麽高,在兩側有多個單甲板高的隔間。機庫四周還有4個巨大的電梯,用於將飛機從機庫移到飛行甲板。這種鋁製高速液壓電梯非常巨大,而且動力強勁,足以提升兩架約3.4萬公斤的噴氣式戰鬥機。
美國海軍供圖 喬治·華盛頓號航母上的一個液壓電梯正下降到機庫甲板上 |
在機庫隔間的尾部,即船尾部分,你將會看到飛機中繼維護部(AIMD)的車間。這些車間的男女工作人員在不斷維修和測試飛機設備,讓飛行中隊能夠全麵運作。在船的最尾部即船的扇狀尾部區,AIMD車間挨著露天引擎測試區。維護人員隻有在這裏才能安全地對飛機引擎進行噴射測驗,以確保引擎正常運作。
美國海軍供圖 在小鷹號航母的扇狀尾部測試F-14的引擎 |
船上的生活
現代的超級航母被人稱為“海上之城”。大約 5,000到6,000人的工作、休閑、飲食和睡眠都在船上,並且一次長達數月,“海上之城”的說法自然沒錯。但它與陸地上的任何城市一點都不像。
美國國防部供圖 喬治·華盛頓號的船員正在擦洗飛行甲板。 |
首先,在這裏的居民們很少有機會看到外麵的世界。在飛行甲板、機庫和扇狀尾中都可以看到海洋和天空的美麗景色,但由於這些地方十分嘈雜而且危險,因此隻有少數人能夠在正常工作中有幸欣賞這樣的美景。導航室的頂層非常安全,但精密的操作和有限的空間意味著不能有太多人進進出出。在甲板下麵工作的海員可能連續數周都看不到陽光。
整艘船的環境比普通城市狹窄得多。要從一個地方到達另一個地方,人們要攀登近乎垂直的台階,在狹窄的過道裏要側著身體才能從他人身邊擠過。住艙隔間(寢室)極其擁擠。每個隔間容納約 60 名服役人員,他們都睡在小小的鋪位上,通常稱為床架,呈上中下三層的緊密結構。每個人都有一個小儲物櫃和立式櫥櫃,用於存放衣物和個人物品,隔間的所有人共用一個浴室和一個很小的公共區,那裏放著一台電視機,連著航母上的衛星天線。指揮官可享用較大的空間和更好的家具,但他們的空間同樣有限。船上的每個人都要適應狹窄的居住條件。
美國國防部供圖 獨立號航母上的射擊練習 |
美國海軍供圖 西奧多·羅斯福號航母機庫隔間裏的2001新年前夜晚會 |
在這裏人們從事各種完全不同的工作,就和普通的城市一樣。大約2,500人構成了空中戰隊,他們負責駕駛和維護飛機。另外約有3000人構成了船務人員,他們負責使航空母艦上的一切事務順利進行,其中包括從刷盤子、準備膳食到武器操作、維護核反應堆等所有工作。
雖然並不那麽舒適,但船上備有居住者的一切生活所需。船上有多個船廚(廚房)和食堂,廚師們每天總共要準備18,000份膳食。船上還有一個相當大的洗衣店、牙醫和醫生的診所、各種商店和大量電話機,人們可以通過衛星與他們的家人通話。
美國海軍供圖 亨利·S·杜魯門號航母上的海員正在給家裏打電話 |
在航空母艦上的生活當然是艱難而疲憊的,不過也有令人振奮的時刻,特別是那些登上飛行甲板的人們,駕駛飛機或者引導飛機降落到一條小小跑道上的時候。不管怎樣,這是在地球上任何其他地方都體驗不到的。