2025年9月22日，中国海军对外公开了歼-15T、歼-35和空警-600三型舰载机在福建舰上完成首次弹射起飞和着舰训练的视频。这不仅是国产航母首度实现多型号先进舰载机的电磁弹射和阻拦着舰，而且在全世界首开第五代隐身战机通过电磁弹射从航母上起飞的先河。这不仅是一次装备更新，更是一场划时代的工程学胜利。为何蒸汽弹射器逐渐“力不从心”？电磁弹射器又为何被称作“未来之星”？其研发路上又有哪些“拦路虎”？让我们一同深入探寻。 问题重重的蒸汽弹射早期舰载机由于起飞重量轻、起降速度较低，无需外力相助即可轻松地从航母甲板上完成起降。随着舰载机起飞重量和起降速度的不断升级，航母甲板长度逐渐不敷使用。于是，人们便想着在舰载机起飞时从外部赋予其一定能量，助其“一臂之力”。实现这一目标有多种技术路径，其中最靠谱、综合效益最高、能令舰载机满油满弹从航母上起飞的，只有弹射器。

“福建”舰弹射技术首次实现领先 航母舰载机弹射器诞生之初，其动力源有燃气、压缩空气和液压动力之分。燃气弹射器主要以火药药包作为能量来源，虽然能量密度较大，但火药燃烧速度过快，导致弹射初期飞机及飞行员承受的过载太大，而在火药瞬间燃尽后推力又急剧下降，致使整体加速度不高。液压弹射器能让弹射过载变化较为平缓，但其能量密度有限，不足以支持起飞重量越来越大的舰载机。至于压缩空气弹射器，其能量密度就更低了。因此二战结束后，具备更高能量密度的蒸汽弹射器成为航母弹射器主流。 蒸汽弹射器靠高温高压的水蒸气推动活塞在气缸中作直线运动，从而赋予舰载机起飞能量。其工作原理虽简单，但工程实现却非常难。以美制C-13系列蒸汽弹射器为例，其标准型号总长约百米，在飞行甲板下布置了大量的蒸汽管路、蒸汽储存罐等部件。整条弹射轨道由20余个C形开口气缸连接而成。开口气缸作为核心部件之一，与活塞共同产生约束力，将高温高压蒸汽蕴含的热能转化为拉动舰载机前进的巨大动能。气缸之所以要开口，是为了让活塞上方的连接臂穿过缝隙，与甲板上牵引飞机的机构相连。由于每次弹射都要经历加压、减压的循环，气缸在反复受力过程中难免发生形变。因此必须确保20余个、每个长达4米左右的开口气缸加工精度、安装精度及工作时的变形量基本保持一致，才能令活塞在其中运动顺畅。

“空警-600”预警机从“福建”舰上起降 开口气缸的密封是一大工程难题。早年间，蒸汽弹射器用安装在气缸开口两侧的橡胶带形成“拉链”式密封结构。但橡胶制品容易磨损和老化，需要经常更换。如今的蒸汽弹射器多由活塞带动1 根柔性金属密封条实现密封。金属密封条平时紧紧地包裹住气缸开缝。当活塞的连接臂到达时，就像划开自封袋的封口一样开启金属密封条，将金属密封条推入气缸盖和气缸缝隙中完成密封，并让出连接臂通行的空间。待连接臂通过后，又立刻自动压合密封条，防止活塞后面的高压蒸汽泄漏。然而，C-13蒸汽弹射器工作时的蒸汽压力峰值高达约8.45兆帕，要在如此高压下实现完全密封极为困难，只能尽力降低蒸汽外泄量。 同蒸汽弹射器配套的储气罐属于大尺寸高压容器。虽然储气罐没有活动部件，结构也相对简单，但由于要承受高压，尺寸又大，并须满足使用次数、重量限制和耐高温等严苛要求，因此对制罐材料、制造设备和焊接工艺等方面提出了极高标准，其制造难度极大。 每部C-13蒸汽弹射器重量近540吨，还不包括为之配套的补燃锅炉、从主锅炉引出的蒸汽管道，以及为补偿在飞行甲板上开近百米长的纵槽后，必须对甲板结构补强所付出的重量代价。因此，即便是满载排水量达10万余吨的尼米兹级航母，也只能安装4部这样的蒸汽弹射器；而满载排水量仅4万余吨的“戴高乐”号航母，则只能安装2部缩短了动力冲程的C-13。 除自重较大外，蒸汽弹射器对淡水的消耗也十分可观。根据公开资料，C-13每弹射1架舰载机平均需要消耗数百千克的高温高压蒸汽，若算上系统各种损耗，每次弹射需要消耗近2吨淡水。

“戴高乐”号航母只能安装2部缩短了动力冲程的C-13弹射器 蒸汽弹射器在整个弹射过程中动力分布并不均匀。活塞刚开始运动时蒸汽压力很大，使得飞机在启动弹射的初期，过载接近6个G，因此舰载机承力结构必须大幅加强。也就是说，采用蒸汽弹射器，无论是航母还是舰载机都要付出不菲的代价。 此外，根据美国海军使用经验，C-13系列弹射器每弹射四五十次就可能出现一起明显的机械故障，必须将整套弹射器拆开检修，维修周期基本都在24小时以上。 以电换蒸大势所趋随着舰载机起飞重量越来越大，蒸汽弹射器受长度、气缸容积等条件限制已接近性能极限。加之其体积庞大、维护复杂、人员众多、污染严重等缺点，人们在不断寻求新方式替代，电磁弹射器由此应运而生。 早在19世纪初，就有人曾提出过电磁推进技术构想。二战期间，美国曾用感应电动机进行过飞机弹射研究，后因当时技术水平达不到要求而放弃。直到20世纪90年代，美国才重启航母电磁弹射器可行性研究。 电磁弹射器的核心原理，是利用直线感应电机带动舰载机加速到起飞速度。具体来说，当直线感应电机的初级（定子）通上交流电后，产生交变磁场，这种磁场在直线感应电机的次级（转子）产生感应电流，进而令次级变为有感应电流的导体。该导体在磁场中受到安培力的作用，从而向前运动。 形象地说，可将电磁弹射器看作是一台沿半径方向剖开、展平、拉长的感应电动机。其中，弹射导轨就是长达几十米乃至上百米的直线感应电机绕组，活塞就是电枢。给弹射导轨里面的绕组通上交流电，其产生的电磁力会驱动电枢沿导轨做直线运动，电枢带动弹射滑块，就能牵引舰载机一块向前运动。通过调节电流的强弱，便能对电磁力大小进行调节，进而精准地控制电磁弹射器输出的弹射力大小。 蒸汽弹射器系统组成极为复杂，有庞大的储气罐、气缸和海水淡化装置，有无数冗长的管线、气泵、电动机和控制系统。以美制C-13系列蒸汽弹射器为例，据说其每部重近540吨，体积达1132立方米。其管路系统像迷宫一样复杂，工作时灼热的蒸汽到处乱飘，油污遍地，得由数百人参与操作和维护保养。 电磁弹射器主要由轨道、直线电机、储能装置和控制系统等四大部分组成，结构比蒸汽弹射器要简单得多，尤其是没有复杂管路，维护很方便。据称，美国为福特级航母配套研发的新型电磁弹射器目标重量为225吨左右，目标体积为425立方米左右，分别为C-13蒸汽弹射器的42.5％和37.5％。所需操纵和维护保养人员也比C-13减少了30％左右，这在“寸土寸金”的航母上，显得弥足珍贵。

“福特”号航母电磁弹射依然故障频发 以C-13为典型代表的蒸汽弹射器最大输出能量约101.69兆焦，已接近这类弹射器的物理极限。据美媒披露，美国为福特级航母配套研发的电磁弹射器储能装置由盘式发电机和自由飞轮组成。巨大的飞轮以6400转/分的转速高速旋转，每个转子可储存约122兆焦的弹射能量，比C-13蒸汽弹射器高出约20％。这些能量可在2至3秒钟内快速释放，自动控制系统能根据不同类型舰载机的实际情况，以及气象环境、航母状态等各项参数变化，精确控制弹射输出功率，既满足舰载机弹射需求，又能将电磁弹射器工作时对电源和储能系统的冲击降到最低限度。 由于蒸汽弹射器在工作过程中，不可避免会有大量高温高压蒸汽白白泄漏，所以其能量利用率仅有4％至6％。电磁弹射器则无此类浪费，通过对能量的精确控制及合理分配，其能量利用率可高达60％至70％，较蒸汽弹射器提高一个数量级，同时也大幅节约了宝贵的淡水储备。 在推力控制方面，由于蒸汽弹射器中的高温高压气流不易控制，所以其产生的推力很不均匀。在弹射启动阶段推力过大，但随着活塞运动速度和气缸容积的增加，高温高压蒸汽将绝大部分能量消耗在蒸汽自身的加速膨胀上，其所能产生的推力迅速减少。在整个弹射过程中，蒸汽弹射器应力峰值与平均值之比往往在1.25至2之间，以至于一些结构相对脆弱的舰载机，弹射寿命相当有限，弹射小型无人机时，也极易造成其结构损坏。 相形之下，电磁弹射器的自动控制系统可通过调整电流大小来精准调节推力，动力输出均匀，能令舰载机加速平稳，不会出现蒸汽弹射器那种在弹射过程中“虎头蛇尾”的情况，其产生的应力峰值与平均值之比能控制在1.05以下，这就大大降低了弹射起飞对舰载机结构及飞行员身体造成的损伤。据估算，改用电磁弹射器后，舰载机机体寿命能延长30％以上，综合效益相当可观，而且更加安全。 在弹射范围方面，蒸汽弹射器利用阀门通过控制蒸汽流量的方式来控制弹射器功率输出，调节范围比较窄，很难满足弹射轻型舰载无人机的要求。电磁弹射器功率输出由自动控制系统通过调节电流大小来控制，因此调节范围较大，而且还能在满足舰载机弹射起飞要求的同时，最大限度地降低其工作时对舰上电源和储能系统产生的冲击。

歼15T重型战斗机在“福建”舰上起降 据美军统计，C-13蒸汽弹射器的平均无故障间隔为405个工作周期左右。美制电磁弹射器平均无故障间隔的设计目标是C-13的3倍以上。按设计，电磁弹射器自带的自检系统能及时向维修人员提示故障信息及故障部位，令维修保养变得更加简单。美军曾估算，福特级航母采用4部电磁弹射器后，理论上每24小时可弹射250至270架次舰载机，为拥有4部C-13蒸汽弹射器的尼米兹级航母同等时长内弹射架次的1.32至1.59倍。由此可见，电磁弹射器对航母战斗力的加持效果十分显著。 工程实现门槛极高不过，电磁弹射器所具备的诸多优越性，最终仍取决于工程实现能力。作为跨学科复杂大系统工程，电磁弹射器技术复杂、指标要求高，面临多项瓶颈技术难题，其中尤以脉冲储能技术、脉冲直线电机技术、脉冲电能变换技术、检测与控制技术和高速高过载控制技术最为关键。 超大功率储能装置是电磁弹射器的能量源泉，占据了全系统大部分体积和重量，是制约电磁弹射器实用化和小型化的关键。目前，美制电磁弹射器采用飞轮储能方案，即通过电动机加速飞轮盘，将电能转化成机械能存储，放电时再由发电机将机械能转换成电能输出。该路径技术成熟度较高，具有释能范围宽、能量转换效率高和寿命长的优点，但飞轮的体积与重量十分可观。 除了飞轮储能外，超级电容具备作为电磁弹射器储能装置的潜力。这是一种电化学性能介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能装置，主要由电极、电解质、集流体和隔离物4个部分组成，具有工作电压高、输出电流大、充放电时间快、配置灵活等优点，同时具有大范围能量和频率输出特性一致性好的特点。其瞬间放电能力远超自然界的闪电，但要解决好超级电容瞬间放电时所产生的人造电弧的安全防护问题，难度不小。 直线电机是电磁弹射器的核心执行机构，涉及的关键技术主要包括大推力直线电机设计技术、长行程直线电机串联分段供电与开断技术、多物理场强耦合建模技术、强边端效应和强饱和下电机精确建模技术、结构集成化设计技术、连续发射下电机冷却技术、发射动力学技术等。 为满足直线电机在短距加速过程中瞬时大电流的需要，目前有两种技术实现途径。一种是通过中高压大容量电力电子变换技术，将超大功率储能装置输出的直流电调制成频率和幅值协调变换的交流电，从而实现直线电机加速所需的瞬时功率。其技术难度主要在于现阶段相关元器件的功率上限不足以满足需要，只能采用串、并联方式，从而增加了系统的复杂度，降低了系统的可靠性。另一种路径是采用金属薄膜电容储能、晶闸管/二极管构成开关组件的脉冲单元，多个脉冲单元组网输出脉冲大电流，并对电流波形进行调节，从而实现系统能量的高效转换。若选择这条路径，就必须攻克紧凑型脉冲电流调波技术、高压大电流瞬时脉冲开关技术、脉冲成形网络控制技术、脉冲成形保护技术等一系列难题。

歼35A在“福建”舰上弹射起飞 电磁弹射器是一个非线性、多变量的电-磁-固-热多物理场耦合的复杂大系统，为保证系统中各部件协调一致完成发射任务，需要通过信息流对能量流进行实时精准控制。只有攻克检测与控制技术，才能实现对系统的能量转换控制、状态监测、故障诊断和预测、冗余控制和保护，还能接入武器系统实现多平台协同作战及数据资源共享。 有别于传统机电能量转换装备，电磁弹射器受极高功率、极短时间、极大电流，以及上述物理量极高变化率等极端条件的共同耦合作用，其材料的电磁、温度、应力等物理量的变化率与峰值极大，产生极端的电磁、热、力冲击环境，在材料上形成巨大的磁场梯度、温度梯度和应力梯度，以及多种高度非线性的瞬时耦合物理效应，因而对制造材料各方面性能提出了极高要求。而现有材料往往存在核心指标之间相互制约的情况，因此必须借鉴复合材料的原理来解决材料的强度和导电性协同提高的难题。这非常考验研发国的基础工业水平和技术积累。 在这方面，自20世纪90年代中期便开始“脱实向虚”的美国，如今已尝到了苦果。据悉，其采用的是飞轮储能的技术路线，仅飞轮就重达数百吨，加之一系列外界尚不清楚的原因，最终导致这款电磁弹射器自身重量高达630吨左右，较目标值超重180％。 为此，“福特”号航母被迫让4部电磁弹射器共用3套储能装置，并共用1套电力电子变换系统。如此折腾一番，体积与重量超标的问题终于得到缓解，但付出的代价是4部电磁弹射器中只要有1部需要断电维修，其他3部均无法正常使用。据美媒披露，“福特”号的电磁弹射器平均无故障间隔一度仅能达到设计指标的4％左右。2020年，“福特”号进行第18次海试时，2部电磁弹射器发生2种不同故障，导致全舰3天无法弹射舰载机。如今，经技术攻关，“福特”号电磁弹射器的可靠性有所提升，但仍未达到理想状态。根据公开报道，在“福特”号进行第二次实战部署期间，其舰载机日均起降为43架次，明显低于其接替的“林肯”号航母（属尼米兹级）56架次的频率。

美军“林肯”号航母的蒸汽弹射可靠性依然高于“福特”号航母的电磁弹射 综上所述，电磁弹射器取代蒸汽弹射器，是技术更新迭代的大势所趋。福建舰上的电磁弹射器成功弹射三款不同类型的舰载机，说明人类是可以攻克电磁弹射器各项技术难关的。美国电磁弹射器迄今未达到理想状态，只能说明其整个科研和工业生产体系出了大问题，可能连最初确定的技术实现路径都选错了。这反过来映衬了中国科研人员的卓越能力，以及中国科研生产体系的成功。