朱頭山
無意邀眾賞，一心追殘陽
上個月，中國高調宣傳其第三艘航母“福建號”下水。這艘航母最醒目之處，是其裝備了先進的電磁彈射裝置。在下水時，電磁彈射裝置被外包裝蓋住了，還不見真容，但這個裝置引發了全世界專家非專家的大量興趣。
美國有十一艘航母，隻有最新的福特號，才配備了電磁彈射，但自從福特號2013年下水後，一直問題不斷，直到2020年，還有風聲，說有人建議把電磁彈射撤了。美國軍方也有人說在未來新的航母中，可能還是使用成熟的蒸汽彈射技術。在技術曆史上，出現一個先進的技術，因為不好用，又回到老技術的例子也層出不窮。美國電磁彈射經曆的問題，說明這個新生事物還是有些不成熟之處，但也不能斷言中國航母一定不行。作為一個電磁學外行，我在此憑著中學的一些電磁學知識，再加網上的收索，來理解一下電磁彈射技術。
通電後的線圈能在磁場中運動，其方向遵循左手或右手螺旋規則。電磁能帶動飛機強力起飛，這從原理上沒有問題。問題就是如何提供瞬間的強大電量。電腦的做功公式 W=UIt, 一架J-15 有近20噸重，起飛速度至少200公裏每小時，起飛時動能=1/2MV^2, 那是個非常大的數，要在幾秒鍾的時間內實現，I（電流）的數量將是天文數字。
實現電量瞬間供能的技術，目前可行的是兩種，飛輪和電容。飛輪，就是先用電加速飛輪，需用用電時，利用飛輪的動能驅動電機發電。美國航母就是采用這個技術的。電磁彈射將飛機彈射後，也需要馬上減速到零，否則那麽高的動能會造成損害。飛輪這時就充當了減速器，可以將減速時產生的能量，迅速轉變為飛輪的動能，這樣就充分利用了能量。
飛輪也是目前一種方興未艾的儲能技術。新能源如風，光發電，有很大的不穩定性，需要一個儲能裝置。最可靠的大規模儲能技術是儲電蓄水水庫，但需要條件（近水源，有落差）也需要大量用地，不適合在城市使用。而化學電池的成本高，效率低，壽命短。飛輪非常便攜，成本低，壽命長，充放電是物理過程不產生化學反應，快速有效。北京東奧會期間，就使用了大量的飛輪儲電車，部署到用電場館，效果非常好。
但是美國航母的飛輪主要作用是瞬間調節電量，而不是作為儲電裝置，航母是核電的，其電量巨大，足夠供給電磁彈射所需。值得注意的是，中國排水量八萬餘噸的福建艦采用的是傳統重油或柴油動力而非核動力，但它裝備了三條電磁彈射軌道。電磁彈射在戰機起飛的瞬間需要大量電力，福建艦預估可以裝載五十架各式戰機，其若高頻次起降所需的大量電力從何而來，眾說紛紜。
中國媒體觀察者網說，福建艦最核心的技術就是以中國工程院院士馬偉明帶頭研發的一整套綜合電力係統。在這項係統支持下，由航母中央配電係統供電，布置了電磁彈射器以及配套的儲能裝置，並也布置電磁攔阻裝置以及新型船載電子設備。其說法是，船艦的推進係統功率比電力係統強大很多，但隻有在船艦加速或高速巡航時才會使用全部負載，平常不會用到；電磁彈射則隻有在發射瞬間才需要非常強大的電能，平常也不需要。而馬偉明的發明就是把這兩個係統連接在一起，將引擎所發出的多餘動力轉移到船上的電能上，因而獲頒中國軍方最高級的“八一勳章”殊榮。
據說，福建艦使用的“船艦綜合電力係統”是用直流電以電能形式集中整合船艦動力使用，跟美國用的交流電不同。而且這項技術比美國還先進，美軍隻有最新的福特號航母使用電磁彈射，但其為核動力航母，可以提供充沛電力，一般美軍傳統動力的軍艦尚無法做到電磁彈射。
因此，聽上去，中國的技術就是將航母平時的冗餘能量都以電能儲存起來，以資電磁彈射之用。用什麽儲能？現有的技術不外飛輪，化學電池等。化學電池不太可能，但如果用飛輪用於儲能，而不是像美國航母那樣僅僅用於瞬時作功的話，那需要的飛輪的量將是非常多的，好像也有一點不現實。
叛逃的前中國解放軍海軍司令部中校參謀姚誠在接受美國之音采訪時表示，福建艦采用傳統動力，它能以柴油發電推動八萬噸的航母前進就不錯了，如果還要儲備很大的電能來保障磁彈射，他對此抱持懷疑。他認為馬偉明在吹牛，實際上可行的是，專門再配備額外的發動機專門為了彈射器所用。但如果排除陰謀論的話，我認為可能中國在高容量電容技術上取得了突破。
電容設計上就是個儲放電的裝置，而且儲放都是瞬間完成，如果電容能大量儲電，那就會秒殺鋰電池了，充電隻要一秒鍾，不但比鋰電池快，比加油都快。但目前電容的缺點是電隻能儲存在其表麵，因此是儲電量是有限的，其常見的應用就是在電路中起調波的作用。但最近新材料的發展，發現一些材料能折疊式地形成巨大的表麵積，而不需要相對應巨大的體積，一個易拉罐的體積，就可以儲存億萬倍的電量。上海，北京等地已有電容公共汽車，車在站頭上下客時充電，電量足以維持幾十公裏的運行。高熱量電容已經被使用在一些電動車上，用於瞬間加速的調節。
因此，我假設中國新航母上，有一個係統在調節產電和儲能，使用大量的飛輪把電力儲存起來，也可能有備用的發電機。但用於電磁彈射的是一組高效電容，在彈射時提供高容量的電量，放電後能迅速從飛輪或發電機中快速充電，用於下一輪的彈射。
這套係統應該在地麵上通過測試了，否則不會花那麽多錢裝到艦上。但在艦上測試時，因為海況千變萬化，具體情況也瞬息萬變，是否能真正好用還很難說。以前中國的尖端技術都是跟著別人的，但現在逐漸有些世界領先的創新技術。電磁彈射雖然不是首創，但確實和美國的有很大不同，而且美國的首創工作得不太好。如果中國的比美國的更好，更可行，那倒是一個能提振中國信心的好事！
但就算中國的電磁彈射比美國的好，說到中國因此就有好的國運，那也未必。軍事的發展，隻有在有經濟效益的情況下，才是可持續的。自古以來，軍隊對外的主要目的就是侵略和掠奪。先民們很早就注意到，掠奪的利益極大。自己辛辛苦苦一年下來還不見得填飽肚子，但要是攻占了另一個村落，欺男霸女不說，別人的財物全是你的。因此，一支強大的武裝是性價比極高的經濟工具，成功的侵略戰爭是最有價值的經濟活動。
一直到現代，軍事侵略和占領的經濟價值不減，兩次世界大戰本質上都是爭奪殖民地的戰爭。但美國在二戰後改變了方法，不是靠直接占領和掠奪，而是依靠經濟的手段，美國因此收獲了極大的利益。在打敗和占領德日後，美國並沒有去劫掠戰敗國，相反用馬歇爾計劃資助重建戰後的西歐和日本（中國如果還在美陣營的話也可受惠），建立了以美元為基礎的世界金融體係，和以科技和文化主導的價值鏈。通過這套體係美國是如何獲利的呢？雖然其獲利機製非常複雜，但簡單地可以這樣理解：因為美元是國際貨幣，美國人印的是紙，但得到的是各國的真金白銀。為了維護這個體係，美國還是需要強大的軍事力量的，任何體製都需要暴力作為強製執行手段，一個國家如此，國際也如此。
戰後的蘇聯仍然沿用了傳統的帝國方法，但它馬上發現問題來了。為了維持與美國的均勢，軍事的成本是非常高昂的。在蒙古帝國時代，蒙古人平時為民戰時為兵，平時遊牧生活的技能戰時直接轉化為戰鬥力，其低成本的武備建設也是其軍事成功的一個因素。大英帝國憑借相對於對手的技術優勢，維多利亞時代其整個海軍化費還不及冷戰時期的一艘航母。相對於獲得的經濟利益，它們的軍隊的性價比是極高的，這保證了其很長時間的經濟可持續性。但蘇聯為軍事支出極大，而所控製的地區卻不能如以前的殖民地那樣予取予奪了。中國有支援越南，阿爾巴尼亞的切身體會，可能有點政治收獲，但經濟上得到了什麽天曉得。蘇聯和其衛星國的關係與此類似，在經濟上別說得益，少虧一點就謝天謝地了。如此，蘇聯的軍事投入在經濟上完全沒有收益，是一筆純支出。美國也有很大的軍費開支，但一來軍隊支持了它的上述贏利模式，是有經濟效益的；二來軍費中很多部分真正支出的僅僅是印錢的紙墨費，所以在這場軍備競賽中美國的勝出是遲早的事！
鄧小平很早就看出了這個問題，甚至把“絕不當頭”作為他的政治遺訓之一。但中國的愛國主義教育把大家都訓練成一群苦逼臉，自認為一百多年都被人欺負（事實也不盡如此），現在闊了，再不受那鳥氣了，也要感受一下雖遠必誅的強者之風了。
中國現在的軍費開支帳麵上已達美國的三分之一，考慮到中國的軍工行業都是國有的，實際支出還要更高許多。絕對數也絕對驚人，公布數差不多二萬億每年。想想一架J20需6億（一億美元），一輛軍用輕裝甲吉普車就要上百萬（以前的北京吉普隻要1萬），還有訓練維護費用，現代軍事機器的代價驚人。世界上敢問津四代戰機的國家不到20個，大多數國家軍隊還在用50-60年代的過時裝備。
和蘇聯的問題一樣，中國的軍事投入目前是純支出，分分錢都是中國人民的血汗錢。雖然中國也在模仿馬歇爾計劃搞“一帶一路”，搞亞基行，但要成功實現並運作成美國那種贏利模式還需要時間。如果中國也玩成了，美國就要大損，這是動了它的“核心利益”。處於優勢地位的美國必然要加以阻擾，其中迫使中國進行軍備競賽就會是很毒的一招。
有人總是說落後就要挨打，弱軍就要亡國。這個邏輯聽上去很壯烈，其實很因事因地不同並非普世真理。蘇聯一直到滅亡時軍事依然強大，也沒挨打，恰恰是窮兵黷武要了它的命。鄧小平在中國麵臨蘇越軍事壓力下仍然決定經濟優先，理由很簡單“世界大戰打不起來，也沒有國家敢於侵略中國”，而經濟失敗才可能搞垮中國。他是對的，中國有核武器，有深遠的縱深，有強烈的民族主義，這三點基本保證了沒有人敢侵略中國。而且時代畢竟不一樣了，有聯合國，有國際輿論，就算美國這樣的強國也不是想幹什麽就幹什麽的，它要布置薩德不是還要韓國批準嗎。在當代世界大規模地攻擊一個核強國是不可思議的。
在保證國家安全的需求基本滿足的情況下，大力發展軍備的目的何在？我們總結蘇聯滅亡的教訓時，不能光強調黨建思想方麵的教訓，而忽視了國家戰略失誤方麵的教訓。是認真回味上世紀中國最偉大的戰略家鄧小平同誌的遺訓的時候了！
回複 'viBravo5' 的評論 : 具體不懂，但上海的電容公共汽車的充電是很快的，還有瞬間大電流光靠發電機無法實現，美國核電航母尚要飛輪，中國的油電航母功率更不夠了，所以需要飛輪或電容幫助一下。我也懷疑馬偉明的設計是否可行，理論上，電磁彈射可以，電磁炮更容易了，應該是先有電磁炮（炮彈比飛機小），再有電磁彈射才對。美國就是這個次序的，中國還沒聽說電磁炮成功，怎麽彈射倒先來了！
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上海公交車上的超級電容還是要充電幾分鍾。航母上的彈射器需要電量還要大，並且要保證大約一分鍾彈出一架飛機的戰時要求。
以前我在國內時，科技鑒定往往隻是開發一方的演示，你好我好大家大吃一頓慶功宴，從來沒有user acceptance testing 的概念。
作者顯然不懂電工原理。電容放電是瞬間完成，但是相對於釋放，電容儲電是很慢的過程。
如果儲電也可以大電流，那就不用儲電，直接就把大電流用在彈射器上。
我對馬偉明的用電容供電的電磁彈射器的實用性是存疑的。
美帝的腐朽就是說福特有問題！
天朝不隻福建沒問題，河南，河北都沒為題，連鄭州，唐山都沒問題-你服不服？
如果還是畝產萬斤的玩法，就不止丟人現眼了！是騾子是馬拉出來溜溜，一次航母彈射都沒有，就妄稱領先一代十幾年，靠嘴嗎？
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"現在逐漸有些世界領先的創新技術"? Really possible? Dream over.