美国航母打击群有多拉垮？- 福特级和伯克级的发展历程与存在问题（上）

伊朗冲突进入第三个星期，特朗普已经开始呼吁各国参加联合护航，希望能打通霍尔木兹海峡。堂堂世界第一大海军，在中东部署了2个航母战斗群和几百架作战飞机，面对被炸烂的伊朗却束手无策 - 昨天美国油企高管和政府官员会面，政府高官的答复是“目前没有什么可做的”。

关注战局的人们每天都在问一个问题，“福特”号在哪？“林肯”号在哪？两艘航母的舰位可以折射出美军的动态，也影响到国际油价、物流供应、航运保险等非常广泛的领域。

> 美国海军学会今天刚刚公布的最新航母舰位图

过去的美国航母战斗群体量庞大，由十几艘护卫舰、驱逐舰、巡洋舰、战斗支援舰和核潜艇组成的护卫力量威风凛凛。而今天的航母打击群基本上只剩航母和伯克级两个型号了，即使部署到战区的这两个打击群也只有3艘伯克护航。福特级和伯克级目前都没有替代型号，今后几十年美国航母打击群仍将维持这两张老面孔，最多再加入前途未卜的特朗普级战列舰和先天不足的传奇级护卫舰（参见论战列舰的复活 - 浅析特朗普级和星座 · 传奇（上）- 星座的陨落、星座 · 传奇（下）- 传奇的重生）。

本文是舰船知识《美国海上力量究竟有多拉垮？》专题约的2篇稿，介绍了福特级和伯克级的发展和遇到的问题，刊登在今年1月号上。但是舰船已经在官方公众号上分别刊登了收费文章，我没办法再发原创文章。后来灵机一动把两篇合为一篇，顺利通过系统的原创查重检测（大概重复率不能超过50%吧，如果分成多篇无论如何拆分都通不过），又增加了一些内容，但只能发一篇1.6万字的超级长文了，大家慢慢看。

福特级的磨难

美国海军水面作战完全是围绕航母打击群展开的，10艘尼米兹级的基础设计源自60年代末，目标是满足冷战和越战的作战需求。全级的建造跨度长达41年，到最后一艘“布什”号在2009年服役时昔日最大的对手苏联红海军早已不复存在，美国的军事战略正从冷战的高烈度对抗转变为一家独大的“由海到陆”前沿压制。为此新一代福特级航母调整了设计的指导思想：航母靠近海岸在较短距离内打击数量庞大的地面目标，以加快作战进程，避免陷入战争泥潭。

在没有对等强敌的前提下，美国海军基于“沙漠风暴”行动空中作战的经验给福特级设定了一个非常高的出动率指标：最大日出动率从尼米兹级的240次提高到270架次，5日日均出动率也从140架次增加到180架次。不过这个出动率的前提是采用1+15循环（即单次出击时间在75分钟内），执行作战半径仅200-300海里的短距离任务。

为了达到这个没有先例的高出动率，福特级应用了一系列创新的尖端技术，包括电磁弹射系统、电磁阻力系统、先进弹药升降机、一站式保障站点等等。也正是这些尚不成熟的新设备日后给首舰“福特”号带来无尽的麻烦。

福特级的EMALS电磁弹射系统由直线感应电机、储能系统、电源转换系统和控制台4个子部分组成，取消了蒸汽弹射器所需的蒸汽管路、储气罐、水力刹车装置和复杂的机械、气动、液压系统。其单套体积从蒸汽弹射器的1100立方米缩小到500立方米，重量从500吨下降到325吨，适装性更好，从轻型航母到超级航母都能安装。

> EMALS电弹系统结构图

电磁弹射的工作原理相当简单，轨道内部排列着大量电磁线圈，当弹射器启动后储能系统根据控制信号各对线圈按顺序依次通电再关闭，直线感应电机前方的线圈模块产生拉力，后方的模块产生推力，最大输出能量达到484兆焦耳，可将45吨的飞机在2-3秒钟内加速到240公里/时。

EMALS系统能量转换效率高达90%，最大输出功率比蒸汽弹射器提高了29%，可以弹射更重的飞机；加速曲线平滑，过载峰值为3.95-4.05g，飞行员弹射体验得到很大改善，对机体结构寿命的影响降低；弹射功率调整范围大，起飞重量范围大幅扩展到2吨-70吨，终端速度在50节-200节之间无级调整，可弹射从小型无人机到重型舰载机的各类飞机；在寒区作用还没有蒸汽弹射器的结冰问题。

从各方面来说电磁弹射器相对蒸汽弹射器都是革命性的，特别是作业效率提高了约1/4，3部电磁弹射器足以达到4部蒸汽弹射器的出动率。当然电磁弹射器也非常昂贵，通用原子的EMALS全系统造价为：2008财年“福特”号6.147亿美元，2013财年“肯尼迪”号7.137亿美元，已经超过濒海战斗舰7亿美元的批量采购单价，单部弹射器的造价超过2架F/A-18E/F。

电磁弹射最大的难点在于储能系统，核反应堆驱动发电机产生的电力也不能满足电磁弹射的峰值功率需要，所以需要事先储备电能，在弹射的瞬间释放出来。美国海军采用的是飞轮储能技术，事先张紧飞轮将电能转化为动能，弹射时通过高速旋转的飞轮施加励磁电流启动独立的发电机释放能量，接着在45秒内充电完毕准备下一次弹射。

福特级的储能系统共有3套储能机组，每组配备4台飞轮驱动交流发电机，3套机组共同向4部电磁弹射器供电，但无法单独向每一部弹射器供电。如果任意一部弹射器出现故障，系统不能将其断开进行维修，否则其余3部也将立即丧失弹射能力。当故障发生时，单是让飞轮系统和发电机减速停止下来的流程就耗时1个半小时，因此实际在海上作业时舰员只能在完成当日的全部飞行任务后才能维修受损弹射器，如多部弹射器失效必须取消所有飞行任务。

单套飞轮系统的重量为11吨，制造商为爱默生电气的子公司加藤工程，是通用原子公司的分包商。普通发电机通常都是持续运转的，而飞轮储能系统是断续工作的，频繁的启动和停止产生很大的冲击，导致系统不稳定，甚至因为励磁电流电压过高不能全功率开机，一旦损坏维修也非常困难，需要把飞轮的转子抽出。

EMALS的故障也集中在储能子系统上，最主要的原因是系统主承包商通用原子在此之前并没有航母弹射器方面的任何经验，学术背景集中于核聚变、电磁学以及无人机，对飞轮储能系统的复杂性缺乏认识，无法单独向每部弹射器供电并隔离故障的设计也存在很大缺陷。

福特级的AAG电磁阻拦系统同样是通用原子设计的，用于替代尼米兹级上的MK7型液压阻拦系统。AAG取消了庞大的液压阻尼油缸，以一台感应电机驱动液压折流器（水力涡轮）吸收阻拦索承受的拉力，变液压吸能为电磁吸能。该系统由电脑控制，在尾钩挂钩后自动分析计算阻拦索受力情况，逐渐增加阻拦索的阻尼强度，比不可调的液压阻拦制动受力更均匀平滑，响应更迅速，阻拦重量调节范围大（适应从轻型无人机到携带重型弹药反航的重型战机），调节速度快，所需体积、重量、人员配备和维护工作量都大幅下降。

> 甲板下的AAG阻拦系统全貌

> 阻拦系统机房实景

AAG的开发也是波折重重，2011年3月在新泽西州McGuire–Dix–Lakehurst联合基地RALS跑道阻拦降落测试场进行了第一次陆地死重弹射测试，之后的测试工作拖延了4年半之久，到2016年3月才第一次采用F/A-18E进行实机测试，当年10月才进行了首次飞行着陆阻拦试验。

主要问题就出在上面提到的液压折流器上，过去的液压阻拦系统吸能能力是恒定不变的，AAG采用可变设计，通过移动内部调节盘改变液压阻尼。但是通用原子低估了内部三维流场的液压压力，调节盘强度不足。在2017年AAG装舰服役后仍然问题丛生，2019年报告为747架次着舰阻拦出现10次失败，2022年报告故障间隔时间只有设计标准的2.48‰。雪上加霜的是AAG的初始设计和电弹一样，无法将故障部分从高压总线中隔离开，因此在飞行作业中无法进行维修，必须中止着舰。

海军还在考虑是否要为福特级加装第4部AAG电磁阻拦机，以提高AAG的整体可靠性和可用性，降低飞行员着舰的失败率，恢复在AAG阻拦系统故障时架设阻拦网的冗余能力。福特级的初始设计曾考虑过4部AAG，后来出于削减成本的考虑取消了，目前的3阻拦机配置不支持这种能力，一旦电磁阻拦机发生故障，阻拦网也将失效。

> 2025年 7月17日，“福特”号在进行消防演习时进行架设阻力网的训练

除了EMALS和AAG，采用电磁马达驱动的AWE先进弹药升降机面临的问题才是灾难性的，最初11部AWE中只有2部能正常工作。三者的故障率相互叠加，给最初海试阶段的“福特”号带来恐怖的低可靠性。电磁弹射器平均每455次弹射发生一次严重故障，故障率比海军要求的4000次高出8.78倍，只有70%的可能性在不发生主要系统故障的情况下完成一天的持续作战任务。电磁阻拦系统情况更糟，每阻拦降落20架飞机就会产生问题，而海军的目标是连续降落16500架次无故障。正常情况下一个飞行日在24小时内平均要回收84架飞机，“福特”号的电磁阻拦系统只有1%的可能性完成这个任务。

> AWE先进弹药升降机

2017年7月22日，美国海军在匆忙中为“福特”号举行了服役仪式，第一总统任期中的特朗普亲自出席，此时距离最初的龙骨铺设仪式已经过去了7年零8个月，“福特”号仍然几乎不具备作战能力，6天后的7月28日才首次进行了舰载机电磁阻拦着舰和电磁弹射起飞测试。

> “福特”号的首次着舰

到2018年3月，因为核动力推进系统和AWE电磁弹药升降机的严重问题，“福特”号的造价已经攀升到130.27亿美元，成为历史上最昂贵的一艘军舰，正式交付海军的日期被推迟到2019年10月。

之所以还没实际完工就赶着入役，是因为2007年国防授权法案规定美国海军必须维持不少于11艘现役航母（从2006财年的12艘降到11艘），而老“企业”号于2013退役后美国海军已经顶风作案4年了，“福特”号层出不穷的问题和节节攀升的造价给国会和海军都带来巨大压力。

2018年7月15日，“福特”号返厂展开PSA试航后维修计划，针对前期试航暴露出的众多问题进行工厂级维修和升级。通常PSA为期6个月，不过“福特”号的PSA特别冗长，期间不断发现新的紧急问题，包括核动力推进系统，结果PSA被拉长到15个月，为正常时间的2.5倍，直到2019年10月才完成。在PSA之前因为电磁阻拦系统的缺陷，“福特”号只能接收F/A-18E/F的着舰。

> 干船坞中的“福特”号

诺福克所在选区的众议员伊莲·卢里亚将“福特”号称为“价值130亿的核动力浮动驳船”，这是她对海军采购体系和海军海上系统司令部问责的一部分，并对“福特”号迟至2024年才能投入实战部署（比最初预计的2018年晚了整整6年）提出了猛烈批评。伊莲并不是普通纸上谈兵的政客，她是具有20年军龄的海军退役中校，毕业于安纳波利斯海校和海军核动力学校，是核反应堆操作专家，也是美国海军第一位整个服役期全部在作战舰艇上度过的女军人，具有相当的发言权。

因为国会“封顶预算帽”的存在，“福特”号在满足预算限制的同时不得不放弃对F-35C的适配，原因是“福特”号冻结设计时F-35C的设计工作还没完成，只能在服役后的第一次大修时才会实施针对性的升级。

改装需要安装支持F-35C的指挥和数据链设备、专门修建一块停机区和相关库房，防止F-35机密泄密、加强挡焰板、部署CMV-22B以具备运输F-135备用发动机上舰的能力。而2号舰“肯尼迪”号在建造过程中于2020年增加了价值上亿美元的额外升级工程，服役时将配备F-35C；“企业”号和“多丽斯·米勒”号则在建造时就将兼容F-35C。

> 2014年11月2日，F-35C原型机首次在“尼米兹”号上实现阻拦降落

2020年3月份，“福特”号达到了固定翼舰载机着舰1千次的里程碑。2021年6月“福特”号在大西洋完成演练后返回诺福克，带回来的消息喜忧参半。喜的是这次巡航中进行了十分复杂的多机种大机群出动和回收演练，显示出“福特”号已经具备舰载机联队级的运作能力。忧的是电磁弹射系统再次发生严重故障，6月2日在起飞作业之前进行弹射器配电系统手动复位时，舰员发现连接主发电机和弹射器的该系统失效，导致航母在整整5天内无法弹射。直到返航前的7日早上，随舰的电磁弹射器专家和舰员才恢复了整个弹射系统，让全联队的固定翼飞机顺利弹射升空返回岸上机场，不至于尴尬地满载飞机入港。

2022年10月“福特”号终于进行了首次部署，但不是常规的作战部署，而是一次十分罕见的“军种保留部署” ：由海军作战部长特别授权，接受后方第2舰队指挥，而不是第6舰队或者第5舰队等战区司令部指挥。这次横跨大西洋的非实战性部署演练为期仅2个月，共飞行了1250架次（日均20架次），投弹78.3吨，进行了13次海上补给，只能说勉强达到作战标准，离设计指标规定的高烈度作战效率还差得很远。

“福特”号在2022年3月-6月间进行的测试结果是电磁弹射器无故障间隔600个循环，比早期测试的455次有所提高，离设计目标还差1个量级；电磁阻拦系统为450个循环，比早期测试的20次高了一个量级，离设计目标还差2个量级。

当年6月25日“福特”号达到1万次起降的里程碑。11月份完成首次部署后美国海军发言人说“福特”号的电磁弹射器和电磁阻拦系统98%的时间在工作，反过来看就是故障率仍然达到2%。这个概率甚至高于被替代的传统蒸汽弹射器，C-13系列蒸汽弹射器在全寿命周期内的平均故障率约为1%。美国海军还在继续研究提高“福特”号系统组件可靠性的方法，并没有从根本上解决问题。

2023年5月2日，“福特”号打击群离开诺福克进行第一次正式作战部署，历时260天，包括因加沙战争3次延长部署期的76天，在海上航行时间为239天。第8航母舰载机联队执行了10396架次飞行，日均40架次，在海上时日均43.5架次，并在部署期间于10月初达到2万次期间里程碑。这个出动率和尼米兹级近年的部署数据基本持平（日均36-47架次），显示“福特”号终于基本达到美国航母作战标准，刚刚堪用，此时距离2013年底下水已经过去了整整10年（参见“福特”号首次作战部署解读）。

> 2023年驶入直布罗陀海峡的“福特”号，背后是直布罗陀巨岩

2025年6月24日，“福特”号开始第二次部署，11月1日从地中海被调往加勒比海参与对委内瑞拉的施压，并于1月2日参与了“绝对决心行动”，首次参加实战，终于有了一战之力。

不过这并不意味着福特级已经摆脱了所有缺陷，甚至麻烦才刚刚开始。“福特”号在建造、海试、服役过程中遇到相当多的问题，它们的根源都在中压交流综合电力系统的基础设计上。该系统立项于上世纪90年代，当时的电力工程技术还没有发展到现在的高度，冷战之后一家独大的美国海军缺乏紧迫感去采用风险过高的中压直流系统，这个病根子到现在已经开工第4艘也未能解决。

其它意想不到的小毛病还有很多，全舰430多个厕所配备从“布什”号开始采用的新型真空抽水马桶系统，问题不断，曾导致全舰所有厕所堵塞瘫痪，使用酸性冲洗剂清洗一次费用高达 40 万美元。

福特级因为采用先进技术，舰员人数比尼米兹级减少了15%，相应地也减少了床位数量。按设计应该提供10%的额外床位，以便容纳轮换舰员、访客和临时调派到船上的人员。但海军发现实际床位数量不足，如果舰员和航空联队100%满编，将缺少159个床位，影响水兵生活质量，降低执行各项任务的灵活性。

二号舰“肯尼迪”号于2015年7月开工，2019年10月下水，坞期和“福特”号相同都是4年。“福特”号在下水4年后服役（虽然并不具备作战能力），而“肯尼迪”号下水7年后才刚刚于今年1月28日进行第一次船厂海试。原计划2022年交付海军，后按国会的要求在建造过程中增加了F-35C适配性改装，交付时间推迟到2024年，之后又2次延期，目前海军的计划是2027年3月交付，但美国政府问责局的报告任务可能会迟至2027年7月。

> “肯尼迪”号首次船厂海试

在海军给出的多个原因中AAG先进阻拦装置的认证和AWE先进武器升降机在建造中的持续延误排在前列，除此之外还有造舰材料供应不足和造船厂劳动力持续短缺。海军早在2021年就宣称已经有效解决AWE的问题，EMALS和AAG的改进也取得进展，如今“肯尼迪”号的难产说明纽波特纽斯造船厂非但没能从首舰“福特”号的建造过程中吸取经验、缩短建造周期，反而遇到了更多问题。为了避免进一步延误，造船厂不得不将一些非关键性工作（例如涂装）推迟到交付之后才完成。

2018年时国会研究局估计“肯尼迪”号的造价约为113亿美元，在2025年底的最新报告中造价已经增长到131.96亿美元，接近首舰“福特”号的133亿美元。海军预计今后福特级的造价将会更高，4号舰“多丽丝·米勒”号将达到150亿美元。

值得一提的是福特级从2号舰“肯尼迪”号开始更改了设计，大幅简化了雷达系统，取消了昂贵的DBR双波段雷达系统，用AN/SPY-6(V)3有源相控阵雷达替换了SPY-4 S波段搜索雷达，用SPQ-9B单面阵替换了SPY-3 X波段多功能雷达。AN/SPY-6(V)3是伯克III采用的AN/SPY-6(V)1雷达的简化版，四面阵改为三面阵，RMA单元从37个缩水到9个，用于从“肯尼迪”号开始的福特级和已经取消后续造舰计划仅造2艘的星座级护卫舰。

DBR全系统造价高达4.8亿美元，简化设计后可以节省1.8亿美元。这个简化还真是歪打正着了，因为DBR双波段雷达实际运用效果不佳，在2023年首次部署前的演习中故障频频，难以满足持续雷达覆盖的需求，可靠性令海军极为担忧。在三艘朱姆沃尔特级大型驱逐舰取消DBR系统后，“福特”号是唯一配备这款雷达的军舰，其维护、升级困难且成本高昂，与舰队中的其它型号雷达完全不兼容，美国海军正在认真考虑将其拆除，也更换为AN/SPY-6。

“福特”号和“肯尼迪”号的长时间延误已经对美国航母舰队的运作和维修造成严重影响。除了“尼米兹”号刚刚又延长1年服役期到明年3月退役外，后续的多艘航母都不得不延寿以维持海军航母的数量。“肯尼迪”号将母港迁移到西海岸布雷默顿的时间已经从2029年推迟到2031年左右，搬迁完毕后才能开始首次部署。

3号舰新”企业“号于2022年开工，原计划2025年11月下水，2028年3月交付海军，但因为船厂人力短缺和材料供应困难目前尚未下水，交付时间已推迟到2030年7月，延误从之前的18个月增加到28个月。为此“艾森豪威尔”号不得不延长服役期3年到2030年退役。

这意味着从明年3月开始到2031年的4年间美国海军只有9艘航母可用，这只是账面上的数字，实际更少。“斯坦尼斯”号从2021年5月开始中期换料，受疫情影响延误1年多，将于今年10月完成，然后要海试、恢复训练，绕道麦哲伦海峡返回太平洋舰队归建，到明年夏天才能重新投入部署，而下一艘换料的“杜鲁门”号目前已经解除可用状态等待入坞。也就算说在明年3月“尼米兹”号正式退役后、“斯坦尼斯”部署前美国海军10艘航母中只有7艘航母可用，之后是8艘，“艾森豪威尔”号2030年退役后又剩7艘，用捉襟见肘都不足以形容了。

> 2024年8月24日，“艾森豪威尔”号（左）、“杜鲁门”号（中）和“福特”号（右）在大西洋上与“威廉·麦克林”号干货船进行弹药输送演练

和“企业”号一同签署采购合同的4号舰“多丽丝·米勒”号采取了2舰同船坞并行建造的方式以加快建造进程，目前的计划是2029年10月下水，2032年交付海军。之后的5号和6号舰分别被命名为“克林顿”号和“（小）布什”号，将于2027年前后开工，希望能追回前3舰延误的时间，恢复航母舰队正常运作周期。

> 同时容纳“企业”号和”多丽丝·米勒“号建造的纽波特纽斯造船厂12号坞

不过这其中还有一个延误风险，来自现任总统特朗普。他在去年10月公开声称计划签署行政命令强制美国海军在新航母上换回蒸汽弹射器和液压弹药升降机。他多年来一直抨击福特级的电磁弹射系统和弹药升降机过于昂贵且可靠性低。要重新启动这两项关键设备的生产线耗资巨大，而且要重新设计整个舰体，成本和时间都将失去控制，可操作性很低。但在特朗普的指导下，美国海军已经开始重新规划未来“黄金舰队”的概念，砍掉了星座级用更孱弱的传奇级替代，又推出了令人瞠目结舌的特朗普级战列舰，未来的福特级会是什么命运现在真的很难预料了。

> 视察驻日“华盛顿”号的特朗普

【后续内容详见《美国航母打击群有多拉垮？- 福特级和伯克级的发展历程与存在问题（下）》】