谈起新入役的“福建舰”，大家最喜欢谈论的就是电磁弹射器。说白了，电磁弹射器就是在弹射过程中用电磁力代替蒸汽的动力。
这听起来有点像未来科幻电影中的场景，但原则上这并不奇怪。 ——是一个“横卧”的巨大电动机。
图片来自参考[1]
这种电机与我们日常生活中常见的电机不同。和电动车上的电机一样，都是——旋转，通电后产生旋转力。
电磁弹射的原理是将旋转的电机沿径向切割、“压扁”，使原本绕圈旋转的磁力变成沿着跑道的强大线性推力！
11月5日，我国首艘电磁弹射航母福建舰升旗仪式在海南三亚军港举行。新华社记者李刚摄
具体来说，电磁弹射系统采用近百米的直线电机轨道，让一种名为“电机滑块”的装置在甲板上移动，拉动舰载机并帮助其飞向天空，就像我们扔出纸飞机一样，在很短的距离内获得起飞所需的速度。
电磁弹射的原理虽然听起来简单，但实践起来却极其困难，原因如下：
能量强大难驾驭弹射器百米轨道内，隐藏着瞬间爆发出数十兆瓦能量的恐怖能量。据公开资料显示，一架重量超过30吨的舰载机要想在短短三秒内从静止加速到时速250公里，所需的总能量可达120兆焦耳（含损耗）。
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弹射的瞬时峰值功率可达惊人的60兆瓦。 2025年7月7日16时55分，深圳电网用电负荷今年首次创历史新高，达到2371.86万千瓦[3]。
以此粗略估算，福建舰每次弹射飞机时，其瞬时功率最多可相当于深圳这样一个特大城市用电负荷的0.25%！
如果航母电网直接承受这样的“能量泛滥”，全舰的照明、雷达、火控系统将瞬间变黑，甚至可能导致灾难性的电网崩溃。因此，它不能直接从航母主电网获取电力，而必须启动巧妙的“能量缓冲系统”。
该能量缓冲系统采用“零存储和舍入”的方法设计了一种能量存储装置，可以以较小的功率长期吸收和存储船舶电网的能量。当储存的能量满足发射要求时，收到发射命令后立即释放能量。 [4]
电磁弹射系统的工作原理与——类似，它会在几十秒的弹射间隙中顺利地从航母电网“充电”，然后在短短三秒内一次性将储存的巨大能量“放电”。
一些常见储能方式的性能对比图片来自参考资料[1]
作为电磁弹射技术的先驱，美国海军的探索之路充满艰辛和曲折。
这个名为“电磁飞机发射系统”(EMALS) 的雄心勃勃的项目早在20 世纪90 年代末就启动了。其目标是为新一代“福特”级核动力航母配备革命性的弹射技术。
这也是美国海军在本世纪初决定停止蒸汽弹射器的研发，在其新一代航母上采用电磁弹射系统的原因。
作为主承包商，美国通用原子公司选择了当时看来最安全但也最复杂的“机电”混合技术路线。
其储能系统的核心，是四组巨大的飞轮储能器（FES）。每一组的核心是一个重达数吨的飞轮转子，被封装在真空罩内，通过电力驱动加速到每分钟 6400 转的高速。在短短45秒的充电时间内，飞轮中储存了巨大的动能。当弹射指令发出时，高速旋转的飞轮瞬间转换角色，变成一台大功率发电机，与复杂的变频器（Cycloconverter）配合工作，在3秒内将储存的机械能转换成高达6,400安培的强电流，驱动甲板下方的直线电机。
这一方案在实践中暴露出一系列棘手问题。
飞轮系统又大又重。最初的设计严重超重和庞大。虽然经过多次改进，但整个系统仍然极其庞大，占用了船内宝贵的空间。
而且，高速旋转的飞轮带来剧烈的振动、热量和陀螺效应，不断干扰航母的航行稳定性，其轴承和润滑系统也成为容易发生故障的区域。
为了解决体积超标问题，设计师做出了一个妥协——让四条弹射器共享电力电子变换模块。这会导致一个致命缺陷：如果任何喷射器发生故障并需要维护，则整个EMALS 系统必须关闭。这意味着在战斗中，电磁弹无法像蒸汽弹射器那样“破一用三”。某一部件出现故障，就可能导致整艘航母战斗力瘫痪。
从2010年陆地测试时发生的“往复式汽车反向碰撞”软件事故，到安装在船上后远低于设计指标的“平均无故障弹射次数”（MCBF），EMALS的可靠性问题一直困扰着福特号。
根据国防部作战测试和评估机构的报告，早期可靠性仅为目标（4,166 次任务）的十分之一左右，这意味着该系统几乎肯定会在高强度出动中失败。那么中国是如何解决这个问题的呢？
电磁弹射突破，来自理念更新和技术融合当美国为电磁弹射系统复杂的机械系统而头疼的时候，大洋彼岸的中国正站在关键的十字路口。
当中国航母工业迎来曙光之时，一个决定其未来方向的战略选择摆在我们面前：是否应该走美国的技术路线，先仿制蒸汽弹射器，再发展电磁弹射器？还是应该抓住技术变革的机遇，直接跨越蒸汽时代，向电磁弹射器发起冲击？
2022年福建舰下水命名仪式现场。新华社记者李刚摄
选择后者，关键人物是中国工程院院士、海军少将马伟明。他和他所带领的团队以惊人的远见和勇气，排除万难，发布了“中国必须研制自己的电磁弹射器”的军令状。
马伟明院士的信心并非源于冲动，而是基于更深层次、更具颠覆性的技术突破————船舶中压直流综合电力系统。
根据这一想法，电磁弹射器绝不应该是一个孤立的单元，而应该是未来船舶网络的一部分。
这个综合电力系统就像为航母构建了一个稳定、高效、灵活的智能电网，而未来的电磁弹射器、电磁炮、高能激光器等武器只是这个电网上的“高功率插件”。
图片来自参考[2]
在储能方面，推测中国工程师很可能绕过美国复杂的飞轮储能方案，直接采用更先进可靠的全电子路线，无需高速旋转部件，实现可靠性和安全性的质的飞跃。
2024年5月1日8时00分左右，我国第三艘航母福建号从上海江南造船厂码头离泊，起航前往相关海域进行首次航行试验。这是一艘拖船将福建轮拖离码头（无人机照片）。新华社发（濮海洋摄）
虽然电磁弹射器有很多优点，但当一个系统释放出数十兆瓦电力的能量时，哪怕只有几秒钟，它就不再只是一台将飞机弹射到天空的机器，而是一个巨大的电磁脉冲发生器。
电磁脉冲会带来一个大问题，那就是——电磁干扰（EMI）。
强大的瞬态电流会激发剧烈的电磁波。这些看不见的电磁噪音，有点像生活中让我们心烦意乱的噪音，影响周围电子设备的工作。
什么是航空母舰？它是一座武装到牙齿的浮动堡垒，拥有无数电子设备：相控阵雷达、卫星通信、导弹制导、飞行数据链……
这些设备对电磁环境有着近乎苛刻的要求。一旦弹射瞬间发生严重干扰，雷达屏幕上的目标可能会“瞬间消失”，通讯链路可能会暂时中断，甚至舰载机的无线电中可能会听到刺耳的尖叫声。
为了驯服这种电磁干扰，我们的工程技术人员从结构、材料到算法设置了多层防护，并提出了一整套复杂的电磁兼容（EMC）解决方案。福建舰的海试也充分验证了电磁弹射器与航母动力、舰载机等系统的适应性和兼容性。 [5]
精细控制，未来可期然而，电磁弹射器的真正意义远不止彻底改变航母的运作方式。电磁弹射并不是简单的“巨力飞砖”。电磁弹射始终处于精确控制之下。
在整个顶出过程中，控制系统可以精确控制滑块的加速度曲线。该系统使得弹射初期迅速但不剧烈，中后期平稳稳定。
这样，飞行员的体验就从蒸汽弹射器的“硬踢”体验变成了被强劲而温和的力量稳定地升起，对飞机机身结构的疲劳损伤也大大减少。
更重要的是，电磁弹射控制系统是智能化的。面对数吨重的无人机或30吨以上的重型战斗机，系统可以自动匹配最佳的“弹射方案”，这是蒸汽弹射器无法比拟的智能。这实际上代表的是一种在时间和空间上精确分配巨大能量的能力，而这种能力不仅仅可以用在航母上。
具体来说，同一个直线电机可以推动舰载机、高铁、弹丸甚至航天器。
假设我们可以在地面上建造一条长达数公里的超长电磁轨道，将空天飞行器水平加速到0.8马赫或更高，然后点燃自己的火箭发动机。这样可以节省大量的火箭燃料，每节省一公斤燃料就意味着可以多将一公斤有效载荷送入轨道。
福建舰电磁弹射器体现了社会各界的最新成果。未来，这些技术的结合，或许不仅能帮助舰载机在海上翱翔，还能帮助我们走向星辰大海。
参考文献
[1]马伟明，卢俊勇电磁发射技术研究现状及挑战[J].电气工程学报，2023，38(15)3943-3959。
[2] 马伟明，肖飞，马凡船舶综合电力系统研究进展及应用建议[J].电机工程学报，2024，176761-6774。
[3]https://www.xinhuanet.com/20250707/b9e90bb2cd914938b48811bf8763fbbd/c.html
[4]http://www.81.cn/jfjbmap/content/2020-11/20/content_276334.htm
[5]https://news.cnr.cn/native/gd/20251108/t20251108_527423502.shtml
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