2月28日，“的黎波里”號(hào)兩棲攻擊艦交付美海軍。除側(cè)重提升航空作業(yè)能力外，該艦據(jù)稱還有一個(gè)較大特點(diǎn)：它是一艘采用全電推進(jìn)方式的軍艦。
長(zhǎng)期以來(lái)，不少國(guó)家一直在研發(fā)全電推進(jìn)的戰(zhàn)艦，并取得一定成果。一些國(guó)家的科研人員還對(duì)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用加以延伸，試圖探索用“電動(dòng)”方式來(lái)解決坦克、戰(zhàn)機(jī)的一些問(wèn)題。
發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)加身，似乎正在成為更多可機(jī)動(dòng)武器裝備今后發(fā)展的一大選項(xiàng)。那么——
如果對(duì)世界上的戰(zhàn)艦、戰(zhàn)車、戰(zhàn)機(jī)推動(dòng)方式稍加對(duì)比就會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前，對(duì)全電推進(jìn)系統(tǒng)可以相對(duì)成熟地加以運(yùn)用的，是一些國(guó)家海軍的艦船。而且，越來(lái)越多的國(guó)家正在對(duì)全電推進(jìn)系統(tǒng)上艦表現(xiàn)出濃厚的興趣。
在機(jī)械推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成熟的今天，為什么電力推進(jìn)方式能贏得各國(guó)海軍垂青？原因就是，和傳統(tǒng)的機(jī)械推進(jìn)相比，它具有適應(yīng)當(dāng)前艦艇發(fā)展以及未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)需求的潛力。
隨著現(xiàn)代戰(zhàn)艦上用電設(shè)施越來(lái)越多，采用傳統(tǒng)機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)的艦船往往需要配置至少兩套原動(dòng)機(jī)：一套原動(dòng)機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械帶動(dòng)螺旋槳等，使戰(zhàn)艦前行；另一套用來(lái)發(fā)電，滿足艦上各類用電設(shè)施的需求。這就使得戰(zhàn)艦動(dòng)力結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、造價(jià)高昂，易出故障且難以維修。
采用電力推進(jìn)方式，用發(fā)電機(jī)將艦船原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再傳輸給艦船的推進(jìn)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)螺旋槳或噴水推進(jìn)器工作，不僅可以降低燃油消耗、合理利用能源、降低整體成本，而且可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
采用全電推進(jìn)方式的戰(zhàn)艦，優(yōu)勢(shì)更加明顯。全艦所有原動(dòng)機(jī)都用來(lái)產(chǎn)生電力，通過(guò)計(jì)算機(jī)分配和控制，電力可以迅速高效地分配給最需要的組件。這樣的動(dòng)力調(diào)配方式，有利于更好地滿足電磁彈射裝置、電動(dòng)升降機(jī)甚至高能激光武器等高耗能武器的需要。
全電推進(jìn)方式下，能量由電力傳輸而不是由機(jī)械傳輸，因此艦船可以省去傳動(dòng)軸系和離合器，減少甚至無(wú)需變速箱。如此，既減重量、省空間，有利于武器裝備合理配置，也使得戰(zhàn)艦更易于操控。同時(shí)，電力通過(guò)多路徑流向電動(dòng)機(jī)，也可以提升艦船動(dòng)力的抗毀性。
當(dāng)然，電力推進(jìn)方式所帶來(lái)的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，不會(huì)只體現(xiàn)在戰(zhàn)艦上，這種推進(jìn)方式用在戰(zhàn)車和戰(zhàn)機(jī)上，也同樣能帶來(lái)相關(guān)方面的很大改變與提升。
如此，電力推進(jìn)成為各國(guó)寄予厚望的武器裝備動(dòng)力選項(xiàng)也就不足為奇了。
戰(zhàn)艦：再次駛?cè)搿叭娡七M(jìn)”時(shí)代
當(dāng)前，各國(guó)戰(zhàn)艦主流的推進(jìn)方式仍為機(jī)械電力混合推進(jìn)，即以大功率的柴油機(jī)、蒸汽機(jī)、燃汽機(jī)為原動(dòng)力，高速航行時(shí)直接采用機(jī)械推進(jìn)方式；低速巡航時(shí)，依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳等，以滿足艦船經(jīng)濟(jì)性和低噪聲需要。
但是，這種混合推進(jìn)方式目前正被更“高端”的綜合電力推進(jìn)方式所取代。
與前者還存在機(jī)械直接推進(jìn)不同，采用綜合電力推進(jìn)方式時(shí)，艦上所有的二級(jí)能源都為電能，推進(jìn)、作戰(zhàn)等系統(tǒng)的運(yùn)行全部由電能帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。艦船的“全電推進(jìn)”指的就是這種綜合電力推進(jìn)方式，而不是指狹義上的僅靠電池來(lái)驅(qū)動(dòng)。
之所以說(shuō)戰(zhàn)艦是再次駛?cè)搿叭娡七M(jìn)”時(shí)代，是因?yàn)樵缭谏鲜兰o(jì)初，就已有戰(zhàn)艦開(kāi)始應(yīng)用全電推進(jìn)系統(tǒng)。
眾所周知，在燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，英國(guó)一直處于世界領(lǐng)先地位。但上世紀(jì)初的全電推進(jìn)領(lǐng)域，跑在前面的卻是美海軍。原因很簡(jiǎn)單：美國(guó)當(dāng)時(shí)尚未研制成功大功率蒸汽輪機(jī)的減速齒輪。
無(wú)奈之下，其設(shè)計(jì)師在研發(fā)海軍“木星”號(hào)運(yùn)煤船時(shí)，便想到用蒸汽輪機(jī)來(lái)發(fā)電、再由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳。后來(lái)，“木星”號(hào)陰差陽(yáng)錯(cuò)被改裝成航空母艦“蘭利”號(hào)，這使它極其偶然地成為人類歷史上第一艘全電推進(jìn)的戰(zhàn)艦。
基于同樣原因，美海軍后來(lái)的“田納西”號(hào)戰(zhàn)列艦、“科羅拉多”號(hào)戰(zhàn)列艦、列克星敦級(jí)航母都采用了類似的“蒸汽輪機(jī)+發(fā)電機(jī)+電動(dòng)機(jī)”推進(jìn)設(shè)計(jì)。
不過(guò)，當(dāng)時(shí)艦船上的電路抗損性較差，動(dòng)力可靠性不如機(jī)械驅(qū)動(dòng)的戰(zhàn)艦，所以在大型減速齒輪研制成功后，美海軍又回到蒸汽輪機(jī)經(jīng)減速齒輪驅(qū)動(dòng)螺旋槳的時(shí)代。
上世紀(jì)80年代，隨著新型發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的問(wèn)世及戰(zhàn)艦噸位增大，電力推進(jìn)概念復(fù)蘇。1987年英國(guó)率先在現(xiàn)代護(hù)衛(wèi)艦上采用部分電力推進(jìn)技術(shù)，驗(yàn)證混合電力推進(jìn)的優(yōu)越性。此后，法、德、美等國(guó)的海軍相繼裝備了混合電力推進(jìn)艦船，如歐洲多任務(wù)護(hù)衛(wèi)艦、F125型護(hù)衛(wèi)艦、“馬金島”號(hào)兩棲攻擊艦等。
這一過(guò)程中，綜合全電推進(jìn)系統(tǒng)的研究取得成果。這次，走在前面的仍是英國(guó)。
2001年，英國(guó)全電推進(jìn)的“海神之子”級(jí)船塢登陸艦下水。2006年開(kāi)始下水的45型驅(qū)逐艦及2014年下水的“伊麗莎白女王”號(hào)常規(guī)動(dòng)力航母同樣采用全電推進(jìn)方式。
法國(guó)海軍緊隨其后，2004年下水的西北風(fēng)級(jí)兩棲攻擊艦也應(yīng)用了全電推進(jìn)系統(tǒng)。
美海軍在其2006年下水的劉易斯和克拉克級(jí)彈藥補(bǔ)給艦上驗(yàn)證了全電推進(jìn)技術(shù)，并在2013年開(kāi)始陸續(xù)下水的朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦上采用了全電推進(jìn)系統(tǒng)，但該驅(qū)逐艦自下水之日起便問(wèn)題不斷。
同時(shí)，這一技術(shù)開(kāi)始向潛艇延伸。法國(guó)紅寶石級(jí)核潛艇和美國(guó)弗吉尼亞BLOCK4攻擊型核潛艇均采用全電推進(jìn)方式。
可以預(yù)見(jiàn)，隨著更多高強(qiáng)度、輕質(zhì)量復(fù)合材料在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用，以及大功率、小尺寸電動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷突破和發(fā)展，“全電動(dòng)”戰(zhàn)艦也許將很快迎來(lái)自己的春天。
坦克：局部突破，想說(shuō)“全電動(dòng)”不容易
當(dāng)前，各國(guó)對(duì)傳統(tǒng)推進(jìn)動(dòng)力坦克的研發(fā)、改進(jìn)與挖潛仍在繼續(xù)。與此同時(shí)，作為新概念坦克——全電坦克日益成為研發(fā)的重點(diǎn)。
這種新概念坦克和以前的電傳動(dòng)坦克有所不同，它的火力、機(jī)動(dòng)和防護(hù)都以電能為基礎(chǔ)，即不僅動(dòng)力上采用電力推進(jìn)方式，而且武器裝備也將高度依賴電能，包括使用電磁裝甲、電磁炮、電熱炮等進(jìn)行防護(hù)和作戰(zhàn)。
如果按以前對(duì)電傳動(dòng)坦克的定義，即只從動(dòng)力上采用電力推進(jìn)方式來(lái)判定，那么，在第一次世界大戰(zhàn)期間，就已有“電動(dòng)坦克”投入戰(zhàn)場(chǎng)。它就是法國(guó)的“圣沙蒙”重型坦克。
這種重達(dá)20多噸的坦克，動(dòng)力源是一臺(tái)90馬力的四缸汽油機(jī)，通過(guò)克羅切特-考拉度電傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪，帶動(dòng)履帶板向前開(kāi)進(jìn)。
此后，多國(guó)在電傳動(dòng)坦克研制方面作過(guò)嘗試，包括英國(guó)的TOG重型坦克，美國(guó)T1E1重型坦克，德國(guó)“虎”P重型坦克、“鼠”超重型坦克以及蘇聯(lián)IS-6重型坦克等。只不過(guò)，這些嘗試幾乎都因電傳動(dòng)技術(shù)不夠成熟歸于失敗。
德國(guó)的費(fèi)迪南/象式重型坦克殲擊車可謂這個(gè)時(shí)期碩果僅存的“電動(dòng)坦克”。它曾參加庫(kù)爾斯克戰(zhàn)役，擊毀過(guò)對(duì)手的不少坦克。但是，超過(guò)60噸的體重，加上傳動(dòng)系統(tǒng)方面的問(wèn)題，使它在與重型坦克一起沖鋒時(shí)“情況”不斷。
在此之后，相關(guān)探索并未停止。冷戰(zhàn)期間，美國(guó)曾經(jīng)為M113裝甲車和AAV7兩棲裝甲車換裝過(guò)新型電傳動(dòng)裝置，德國(guó)也在“黃鼠狼”步兵戰(zhàn)車上安裝過(guò)使用永磁電機(jī)的電傳動(dòng)系統(tǒng)。
進(jìn)入上世紀(jì)90年代，隨著發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)研發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)明顯進(jìn)步，一些國(guó)家提出“全電坦克”的概念，開(kāi)始以此為基礎(chǔ)研發(fā)下一代新型坦克。如美國(guó)聯(lián)合防務(wù)公司設(shè)計(jì)研發(fā)的轉(zhuǎn)型技術(shù)演示車TTD、德國(guó)馬克公司推出的LLX型裝甲車等，瑞典、法國(guó)、南非等國(guó)家也先后展開(kāi)相關(guān)研發(fā)。
南非的“大山貓”裝甲偵察車通過(guò)換裝德國(guó)提供的永磁電機(jī)和使用混合鎳電池，從機(jī)械傳動(dòng)裝置改裝為電傳動(dòng)裝置，重量減輕1.8噸多，最大行程增加了400千米。這反映出，新型電傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)在一些方面取得新突破。
除了動(dòng)力系統(tǒng)上的電動(dòng)化外，電磁炮、電磁裝甲等新興武器裝備的研制也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。當(dāng)前，一些國(guó)家已研制出電磁炮樣炮，據(jù)稱可用于新型坦克。
但是，無(wú)論是電磁炮、電磁裝甲，都需要消耗大量電能，儲(chǔ)電裝置體積過(guò)于龐大，仍將是坦克“全電動(dòng)化”研制過(guò)程中需長(zhǎng)期面對(duì)的難題。
戰(zhàn)機(jī)：“多電”方興，“全電”研發(fā)之路仍然漫長(zhǎng)
和戰(zhàn)艦的動(dòng)力系統(tǒng)有混合推進(jìn)和全電推進(jìn)之分類似，飛機(jī)其實(shí)也有多電飛機(jī)和全電飛機(jī)之分。
一般來(lái)說(shuō)，多電飛機(jī)上使用的主要功率是電功率，但也不排除使用少量其他功率。換句話說(shuō)，多電飛機(jī)主要依靠電力飛行，但也不排除使用部分其他能源。它最重要的特征是大量采用機(jī)電作動(dòng)器，用電力驅(qū)動(dòng)代替了機(jī)上的液壓、氣壓、機(jī)械系統(tǒng)和飛機(jī)附件傳動(dòng)機(jī)匣。
上世紀(jì)80年代中期，美國(guó)先行組織開(kāi)展對(duì)多電飛機(jī)技術(shù)的研究。研究涉及到發(fā)電、配電、電力管理、電防冰、電剎車、電力作動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)等多個(gè)方面。目前，相關(guān)研究成果已逐漸得到應(yīng)用，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)也因此成為具有一定代表性的多電戰(zhàn)機(jī)。
廣義上的全電飛機(jī)則是指以完整的電氣系統(tǒng)取代液壓、氣動(dòng)和機(jī)械系統(tǒng)的飛機(jī)，其飛行控制和機(jī)載系統(tǒng)所需功率全部由飛機(jī)中央供電系統(tǒng)提供。從發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，多電飛機(jī)可視為全電飛機(jī)發(fā)展的一個(gè)過(guò)渡階段。當(dāng)前，“多電”方興未艾，而“全電”相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，其研發(fā)之路仍然漫長(zhǎng)。
不過(guò)，全電戰(zhàn)機(jī)的影子已在一些試驗(yàn)飛機(jī)上閃現(xiàn)，如2019年底美國(guó)在阿姆斯特朗飛行研究中心展示的X-57飛機(jī)，就純粹以燃料電池、太陽(yáng)能電池為動(dòng)力源。作為一款全電動(dòng)載人飛機(jī)，其所用的鋰離子電池模塊已完成飛行條件下的測(cè)試，電動(dòng)機(jī)也已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收。但在此之前，其鋰離子電池在熱失控試驗(yàn)中遭遇嚴(yán)重失敗，以至于相關(guān)方不得不重新設(shè)計(jì)電池模塊。
而一些以太陽(yáng)能電池為動(dòng)力的中大型無(wú)人機(jī)，要具備夜間持久飛行的能力，也必須先過(guò)研發(fā)關(guān)，即要能研究出可儲(chǔ)存足夠能量的高儲(chǔ)能光電池陣列。
由此來(lái)看，即使是狹義上的全電戰(zhàn)機(jī)，打造起來(lái)也絕非易事。從這個(gè)層面來(lái)看，無(wú)論是廣義還是狹義上的“全電”戰(zhàn)機(jī)，其研發(fā)之路仍將漫長(zhǎng)而艱難。
