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福特级航母历经三届政府研发成功
2022-10-05

2014年8月,美国海军学会根据美军面临预算危机的实际,针对高达129亿的设计建造成本,详细分析评估了福特级航母的研发建造历程,以期调整采购模式和建造计划,达到大幅削减建造和全寿命周期成本的目的,从而保证美军的航母换代计划顺利实施。

历经三届政府研发成功

福特级航母从立项到下水,先后经历了克林顿、小布什和奥巴马三届政府,以及106~112届共七届国会,最终,CVN-21未来航母计划获得批准,“福特”号、“肯尼迪”号和“企业”号(CVN-80)3艘超级航母开始建造。依照1970年代中期以来的研发基础,CVN-21最初曾有不少十分前卫、超越现今航母设计的构型,不过考虑到成本、风险与实用性,美国海军最后还是返璞归真,采用了从小鹰级到尼米兹级一脉相传的美国航母构型确定了设计方案。

航母在朝鲜战争、越南战争、伊拉克战争等战争中发挥了核心作用,为美军联合部队提供了空海战场控制权。对航母的严重依赖,是美军计划在2058年之前建造10艘福特级航母,取代尼米兹级成为美国海军舰队新骨干的根本原因。

目前的尼米兹级航母临近40年寿命周期,传统的航母构造也限制了作战能力的提升,比如,由于船体接近寿命周期,限制了加装新系统的能力,现有电力系统也无法支持额外的系统。此外,尼米兹级航母采取人力密集型运行模式,维护成本近年来不断增加,迫使美国换代新型航母确保海上霸权。作为升级换代的最新成果,福特级用现代化的电磁弹射系统替代原来的蒸汽弹射系统,核动力装置更加高效,具有更强的发电能力,整体电力系统采用新型电力分配结构,飞行甲板布局更加科学,并且增加了船体的冗余设计用于未来的升级改造,航母的整体作战能力得到了大幅提升。

备选方案分析确定设计方案

1996年,美军参联会批准了下一代航母的“任务需求声明”。随后,美军开始进行“备选方案分析”,研究论证建造成本,提供二选一的方案满足“任务需求声明”。备选方案分析阶段,美国国防部利用3年时间审查了75种设计概念,包括航母尺寸、推进系统和整体设计,1个多军种旗级监督团每季度举行一次例会,指导海军和国防部办公室的论证工作。“备选方案分析”评估了研发建造过程中的各种细节问题,并对以下3个最主要问题给出了结论。

一、核动力推进系统更加强大。核动力提供超长续航能力,不仅在应对危机时不必担心航程中的燃料问题,还能够节省更多空间用于装载航空燃油、弹药、补给和其他军需品,具有无可比拟的作战优势。但是,核动力也存在比非核推进成本高的劣势,因此美军在“备选方案分析”阶段并没有将核动力当作唯一的选择,而是详细评估了多种推进系统备选方案的效费比,包括现代化的燃油蒸汽轮机、柴油机和一种改进型核反应堆,最终确认了核动力的作战优势。福特级航母使用了两座新型A1B核反应堆,功率比尼米兹级增加25%以上,20万千瓦的供电能力提高了3倍,而高压阀等贵重零部件的数量比尼米兹级的A-4反应堆明显减少,操作人员也减少了一半,仅在燃料方面就比非核航母节省了10亿美元。总体来讲,核动力的采购与运行总成本比美军第一艘核动力航母“企业”号下降了约50%,比现役尼米兹级航母也下降了相近一半。

二、舰载机联队的作战能力。福特级航母的“备选方案分析”详细评估了10万吨级的巨型航母、7万吨级的中型航母和4万吨级的小型航母。结果显示,大型甲板保障飞机出动执行作战任务的效费比更高。比如,小型航母采购和运行成本是大型航母的四分之三,但是搭载的飞机只有大型航母的一半,中型航母成本是大型航母的90%,搭载飞机数量仅为四分之三。同时,大型甲板保障飞机起降的效率也比中型航母多了一半。因此,福特级航母加大了飞行甲板,改进了油料与弹药补给的动线,新一代舰载机队机型种类也比以往减少许多,由60架无人机、一个E-2“先进鹰眼”预警机中队和一个加油机中队组成,出击率得到了大幅提升,由每日最多160架次提升到220架次。

三、采购策略。美国海军在“备选方案分析”的最后一个阶段是确定福特级航母项目的采购策略。福特级航母采用新型电子分配结构、新型A1B反应堆、发电装置、全新飞行甲板布局、组合舰岛结构、新型作战系统,用电磁弹射系统替代现有的蒸汽弹射、液压拦阻装置、升降机和其他蒸汽驱动的辅助系统。由于全部应用上述这些研发将使航母成本至少增加50亿美元,美军设计了两种建造方案,一种是将所有新技术成果应用到一艘航母之上,另一种是在多艘待建航母上分阶段逐步换代舰载系统。“备选方案分析”结束之后,美国海军又对两种方案的细节进行了充实,以期在初始三艘航母建成后横向对比建造成本。

多项举措节约建造成本

1998年,美国启动了CVN-21“未来航母计划”,开始评估大型核动力航母的设计方案。2006财年开始建造第一艘舰时,评估成本为64亿美元,一次性设计和技术发展等研发成本约71亿美元。由于135亿美元的总成本超出了预算承受能力,美军从那时开始就进行了削减成本的诸多探索。

福特级航母节约成本的整体策略是减少部件或系统,但是增加部件的尺寸,保持或提升原有的功能。比如“企业”号航母共有8个反应堆、32个蒸汽锅炉、16部发电机,4个主引擎和弹射器有超过5000个蒸汽阀,尼米兹级航母的反应堆减少至2个,蒸汽锅炉和发电机减少到各8部,蒸汽阀减少到1500个。福特级航母同样设计了2个反应堆,蒸汽锅炉和发电机减少到各4部。

福特级航母甲板上层建筑也进行了缩减,采用DDG1000驱逐舰项目的S/X双频段多用途雷达,取代原来SPS-48、SPS-49、SPS-67、SPN-43、SPQ-9B和TAS.Mk23等6部雷达和4部北约“海麻雀”目标照射雷达的功能。此外,美国海军航空系统司令部对飞行甲板进行了重新设计,调整了舰尾舰岛、电磁弹射器和拦阻索、加油与武器挂载站的位置,减少了飞机升降机的数量,武器升降梯使用电磁系统替代了缆轴系统。通过减少航母部件数量,福特级航母实现了全寿命周期成本和人力维护成本的下降,操作人员将从尼米兹级的3190人减至2000人左右,预计每艘航母的全寿命周期成本将削减50亿美元。

但是,美国海军仍认为支付不起福特级航母135亿美元的总成本。2006财年的海军舰艇技术研发计划认为8年的研发期过短,大多数技术工艺的研发风险较大,因此,福特级航母项目办公室在多艘现役舰艇上吸取了改良方案,并成功应用到当时正在建造的尼米兹级航母的最后一艘舰“布什”号上。

2000年,美国批准了建造3艘航母的提案,从2001财年建造的“布什”号开始接收S/X双频段雷达,2006财年,第一艘新型航母CVNX1获得了新型核动力装置、电力分配系统和电磁弹射装置,以及“布什”号的雷达和一体化作战系统,当时评估的航母成本61亿美元,设计成本也降到31亿美元。2011年,美国开始建造福特级航母的第2舰CVNX2(后命名为CVN-79“肯尼迪”号),据称也将采用CVNX1(CVN-78)的技术,预计耗资69亿美元,新型飞行甲板、升降机、拦阻装置、舰载激光武器等新设计成本19亿美元。

然而,“布什”号航母建造合同签订不久,美国国防部就在2002年宣布没有为“布什”号准备好新型雷达,因此更改了建造方案。首先,“布什”号只在尼米兹级航母基础上进行了部分改良,双频段雷达推迟到2007财年在CVNX1上应用,由此节省40亿美元用于其他造舰项目,造成了CVNX1的成本上涨了4亿美元,达到了73亿美元。

唐纳德·拉姆斯菲尔德时代,美国国防部启动了许多国防项目替代计划,其中就包括当时的新型航母,该计划要求1998年通过鉴定的所有技术到2006年都要开始应用到CVNX1,实际操作中也是在2007年开始应用。美国国防部责成美国海军用18个月时间修改建造计划,为指定的某一艘航母重新设计应用新技术的方案,这也成为“福特”号建造的第二个里程碑。根据新技术应用方案,美军重新命名了CVN.21项目,CVNX1(即CVN-78号航母)成为项目的首舰, CVNX2 (CVN-79)和CVN-80成为超级航母项目低速生产阶段的第2和第3艘航母。

2008年,美国海军又对超级航母计划进行了进一步调整,“福特”号航母在2005年的采购成本已经上升至105亿美元,仅研发经费就高达23亿美元。与原来的成本评估相比,美国海军在2008年确定的成本为71亿美元,从2006年开始建造。为保证新航母使用具有相对成熟的新技术,美国海军与制造商谈判,签订了9∶1的成本追加合同,合同规定如果发生了额外成本,则由政府支付90%,合同商只需要分担10%。

那么,福特级航母项目成本为何大幅增加呢?2013年9月公布的政府预算报告GAO-13-396认为,福特级航母的双频段雷达比原计划晚了4年半,拦阻装置推迟了2年半,电磁弹射系统推迟了3年,造成了8亿美元的成本上涨。同时,造船厂建造首艘航母期间遇到了诸多难题,政府方面也造成了15亿美元的成本增加。目前,首舰“福特”号正在纽波特纽斯造船厂三号码头进行为期28个月的后续设备安装,美国海军认为在未来的海试过程中还会出现许多新问题,因此还会进一步增加成本。

但是,美国海军相信“肯尼迪”号和“企业”号建造时就可以根据定型的设计方案实施,纽波特纽斯造船厂也表示届时能够降低成本。通过严密的测试弥补所有缺陷并最终固定设计之后,美国海军将在“企业”号之后采取多舰同时采购的方式,并将前后两艘航母的建成时差缩短到5年之内,以期进一步降低成本。

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