美言军事论坛-最新军事新闻

搜索
查看: 2980|回复: 1

剪水鹱:航母俱乐部的门槛

  [复制链接]
发表于 2017-3-15 15:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
http://blog.sina.com.cn/s/blog_777099070102x9oz.html




二战时期建造的CV-9埃塞克斯级舰队航母单价约8000万美元,大致是当时美国年度GDP的万分之4。开辟超级航母时代的CV-59福莱斯特号1955年交付,造价2.17亿美元。当年美国年度GDP为4417亿美元,福莱斯特号的成本是GDP的万分之5.2。




1.jpg


1943年5月,埃塞克斯号航向夏威夷,准备参与太平洋战争(本文所有图片均为大图,可点击右键放大)


CV-63小鹰级是福莱斯特级的改进型,其二号舰CV-64星座号是最后1艘由国有海军造船厂完成的美军航母。星座号造价2.65亿美元,是交舰当年美国GDP的万分之4.7。
紧随星座号交付的CVN-65企业号黑科技傍身,装有8台核反应堆与全球首套舰载双波段二维电扫描阵列雷达,造价高达4.51亿美元,约为1961年美国GDP的万分之8。以建造周期内的年均GDP为衡量基准时,CVN-68尼米兹级与CVN-78福特号的相对成本大致维持在企业号的水平。但目前美国制造业占GDP的比重已不足企业号下水时的1/2,福特号相对于制造业产值的建造成本相应达到企业号的2倍以上。


2.jpg

地球最速航母,CVN-65“企业号”,因为创下航母最高航速记录,获得了“八心八箭”的外号


舰载机价格的爬升速度要明显高于航母平台。过去70年间,舰载战斗机名义单价年均增长达12%。太平洋战争时,F6F单价3.5万美元,舰载航空联队的总价值相当于航母平台的4%。如今F-35C单价高达1.2亿美元,满编舰载航空联队的总价值与航母本身相差无几。满编状态下,福特号航母-舰载机系统的总成本相当于航母建造周期内美国年均GDP的万分之14。以GDP为衡量基准时,美军航母-舰载机系统的相对成本已膨胀至太平洋战争时期的3.5倍。如果以制造业产值为衡量基准,今日美军航母-舰载级系统的相对成本几乎比太平洋战争年代高出了一个数量级。


3.jpg

建造中的最后一艘尼米兹级航母,CVN-77“乔治·布什”号


工业生产增长乏力是航母-舰载机系统相对成本大幅度攀升的罪魁祸首。过去70年间,航母-舰载机系统名义单价年均增长约8%,挤掉通胀水分的实际增长率为每年4.5%,似乎不算很高。但同时期内美国GDP年均实际增长率只有3.2%,GDP构成也逐渐虚拟化。1950-1970年美国工业产值年均增长超过5%,1970-1990年下降到大约2.5%,1990年至今的年均增长率不到2%。与逐步滑落的工业产值增长速度相对应,美国海军作战舰队的规模自朝鲜战争以来呈三级阶梯状萎缩,从一千余艘降至目前的274艘,舰队航母总数从1953年的28艘下滑到现在的11艘。


4.jpg

运用了诸多新技术的CVN-78“福特”号在进度上已经比预定计划延迟了至少1-2年


不包括1970年在内,1950-1970年美国海军共签署10艘大甲板舰队航母的建造合同,接舰9艘。尽管里根政府大力强化军备,1970-1990年签约的舰队航母数量还是减少到7艘,接舰数量下滑至5艘。1990-2010年美国海军列装5艘尼米兹级核动力航母,接舰数量与上一个20年持平,但其中3艘的建造合同签署于里根总统任期之内。1990-2010年签约建造的航母只有CVN-76里根号,CVN-77布什号,以及尚未正式服役的CVN-78福特号这3艘。
1990-2016年,中国GDP年均增长9.8%,工业产值年均增长超过12%。持续的高速增长使中国成为全球名义GDP总量第二,工业产值第一的大型经济体,水到渠成地跨过了航母俱乐部高耸的门槛。每艘中国海军第一代航母及其载机的总价值大约等于中国2016年GDP总量的万分之5。无论以GDP总量还是制造业产值为衡量基准,我军航母-舰载机组合的相对成本都与国力全盛时期的美军航母-舰载机组合类似,在可负担性方面具有极大的优势。


5.jpg

从2005年4月26日被拖进大连造船厂0号干船坞开始计算,到2012年9月25日正式入列中国海军序列,“辽宁”号从开始改装到服役花费了7年,相比之下俄罗斯为印度改造的吨位更小的“超日王”号已经花去了10多年的时间,还没有弄利索


以20系列渐次服役为标志,中国的国防现代化事业已基本渡过主战平台成本高速跃升的阶段,与经济发展类似地进入新常态。可预见的时间尺度内,中国GDP与制造业规模扩张的速度将至少等于,并有可能高于主战平台成本膨胀的速度。我军航母-舰载机组合的相对成本有希望长期维持在GDP总量万分之5的水平。中国的国力足以支撑航母兵力的爆发式增长。


6.jpg

俄罗斯为了更好的支援在叙利亚的作战,出动了“库兹涅佐夫”号航母,结果裤子一路冒着黑烟到了叙利亚,炸弹没扔上多少,飞机倒是掉了2架,返回俄罗斯后更是马上开始大修,俄罗斯航母部队的窘境体现的淋漓尽致


英国,法国,俄罗斯,意大利,西班牙,印度等中量级海军国家的制造业产值通常与中美两国相差一个数量级。其所能支持的航母兵力因此也与中美两国相差一个数量级。2001年以来法国海军只有戴高乐号这一艘航母,俄罗斯的库兹涅佐夫号更是从1996年起就唱起了独角戏。英国的伊丽莎白女皇级在金融危机爆发前签约开始建造,英国政府为了避免向承包商支付巨额违约金,被迫以削减水面战舰,攻击型核潜艇,舰载战斗机等的采购数量为代价咬牙坚持,以至于堂堂皇家海军的驱逐舰兵力只相当于中国海军的一个驱逐舰支队。随着维兰特号的退役,印度海军在短暂的兴奋后又回到了单航母国家的阵营,几乎没有国产部件的国产航母IAC-1维克兰特号在船坞与海水间几度穿梭,超支已达40亿美元,完工服役仍遥遥无期。


7.jpeg

维克兰特”号:“我不是在下水就是在下水的路上”


法国与印度的航母都是满载排水量4万余吨的小家伙,咋看之下似乎应该比较便宜才对。但规模效益的缺失与漫长的建造周期都极大地推高了造价。航母的价格与吨位之间也不存在线性增长的比例关系。
1961年交付时,CVN-65企业号前所未有的庞大体型与高昂造价不可避免地引起了国会山上铁公鸡们的反弹。然而美国海军的分析显示,排水量为企业号3/4,战斗力锐减的经济版核动力航母,成本将只比企业号下降7.3%。


8.jpg


9.jpg

经历了数次改装后的CV-41“中途岛”号已经与最初的模样相去甚远,当然改装费用也是很可观的


美国海军上世纪60年代后期对6万吨级的CV-41中途岛号进行大规模现代化改装时原拟投入8430万美元,到1970年1月31日该舰携2具C-13型蒸汽弹射器重新服役时实际上却已花费2亿多美元,相当于全新建造1艘配备4具弹射器,满载排水量8万余吨的常规动力超级航母所需开支的2/3。
卡特政府时期曾设想以CVV中型航空母舰取代二战末期建造的CV-41中途岛级。CVV满载排水量 6.3 万吨级,预期造价15亿美元。由于舰载航空联队规模仅为大型舰队航母的 2/3,CVV在携带2个中队24架F-14,1个中队10架S-3反潜巡逻机,为F-14提供空中加油支持的KA-6E,以及美军航母典型的空中预警与电子干扰机编制之后,基本已无力搭载其它固定翼机型。炸弹猫直到雄猫家族日落黄昏时才披挂上阵,CVV即使建成也将长期缺乏对陆打击能力,只能依靠配备捕鲸叉空舰导弹的S-3北欧海盗实施规模有限的反舰攻击。


10.jpg

CVV-中型航母设计图,仅装备有2个机库升降机


与CVV同时期建造的8.4万吨级CV-67肯尼迪号复刻版预期造价16亿美元,只比CVV高出不到7%。其舰载航空联队规模是CVV的1.5倍,弹射器和飞机升降机数量是CVV的2倍。与CVV同时期建造的CVN-68尼米兹级大型核动力舰队航母单价约22亿美元,相当于肯尼迪号复刻版的137.5%,成本增量主要来自核动力系统。CVN-65企业的造价几乎达到同时期常规动力超级航母的两倍。但这归咎于离谱的8具原子能茶壶动力系统与超越时代的双波段电扫描阵列雷达,代表不了普遍规律。


11.jpg

美国第一艘核动力航母“企业”号和最后一艘常规动力航母“肯尼迪”号编队航行


预研福特级时,美国海军估计10万吨级航母可支持80架F/A-18E/F超级大黄蜂或F-35C闪电II级别的舰载机,8万吨与6万吨级航母的舰载机容量分别为60架和40架中型舰载机。三类航母的全寿命花销之比为100:89:80。
兰德公司的成本模型显示,美国海军大型核动力航空母舰造价的35%来自舰载设备,51%来自人力花销,14%来自材料费用。建造工时的相当比例用于安装调试舰载设备,上述成本模型因此可近似转换为:1) 包括材料费用与建造工时在内的基本平台30%;2) 包括安装调试费用在内的传感器,指挥控制,网络通讯,自卫武器,电子对抗,弹射器,拦阻回收装置,核动力系统等价值与平台吨位无关的舰载设备54%;3) 包括安装调试费用在内的航空燃油与航空弹药存储分配系统,飞机升降机,舰载机维护保障设施等价值与舰载机联队规模相关的舰载设备16%。


12.jpg

“尼米兹”级的舰员多达5000多名,人力资源开销占去航母日常费用的近一半


假设 1) 与平台吨位成正比,3) 与舰载机联队规模成正比,10万吨大甲板核动力舰队航母单价100亿美元 (30 + 54 +16),则同节奏建造时,8万吨与6万吨型号的单价将分别是90亿美元 (24 + 54 + 12) 和80亿美元 (18 + 54 + 8)。相同的舰载设备意味着相同的运作与升级开支。舰体维护费用与排水量成正比,舰载机服务设施的运作成本与舰载机容量成正比。全寿命开支与建造费用的比值因此基本固定。上述三类航母的全寿命花销之比按照吨位降序为100:90:80,与美军福特级预研结论高度吻合。显而易见,吨位比成本下降得要快,而舰载机数量比吨位收缩得更快。
由于动力系统价格相对低廉,常规动力航母的成本对吨位更加敏感,但大量复杂舰载设备继续存在,效费比随吨位减少而急剧下降的基本规律仍然适用。假设取消与核动力系统相关的防护结构节省平台成本2亿美元,10万吨级常规动力航母的价格构成为28 + 36 + 16 = 80 亿美元,则8万与6万吨型号的单价分别将是22.4 + 36 + 12 = 70.4亿和16.8 + 36 + 8 = 60.8亿美元,三者按照吨位降序的成本之比为100:88:76,与核动力版的 100:90:80 并没有实质性差异。


13.jpg

电磁弹射版“伊丽莎白女王”级设想图,最终英国还是选择了滑跃起飞的方案


以相同批量和节奏在美国船厂建造时,电磁弹射版伊丽莎白女皇级的单价据估计约为CVN-78福特级的70%,两者的卖肉零售价大体相当。然而这并不能证明航母的价格与吨位成正比。女皇级的柴燃联合动力系统实在比福特级的两台新型大功率舰用反应堆便宜太多,基本平台的抗战损能力,推进功率,电气功率等指标也远不及福特级。历史数据与相关分析显示大型航母采用核动力导致的成本增量在25%左右,核动力电磁弹射版女皇级的造价将达到福特级的7/8,载机数量则不超过福特级的5/8。根据30-54-16 成本模型,按照吨位7/10,舰载机数量5/8计算,核电弹女皇级的单价将达到福特级的85%。


14.jpg

正在进坞的“戴高乐”号


法国海军戴高乐号的造价与美国海军CVN-68尼米兹级相差无几,战斗力却天差地远。假如能实现批量生产从而压低成本,戴高乐级的单价据美国智库估计仍将达到尼米兹级的3/4,而两者的满载排水量之比约为2/5,航空燃油与航空弹药储量之比不到1/3。根据30-54-16成本模型,按照吨位2/5,舰载机数量1/2计算,量产版戴高乐级的单价应是尼米兹级的74%。
航空母舰的战斗力并不与舰载机数量成正比。负责执行空中预警,伙伴加油,反潜巡逻,搜索救援,急件快递等任务的支援飞机的最小数量,并不随舰载航空联队整体规模的下降而减少。假定维持全时覆盖需要预警机,加油机,搜救直升机各4架,则载机总数40,60,80架的航母,携带的舰载战斗机分别为28架,48架,68架,比例为1:1.7:2.4而非载机总数显示的1:1.5:2。


15.jpg

以CV-75“杜鲁门”号搭载的第七舰载机联队为例,该舰队下辖5个战斗机中队,1个预警机中队,2个直升机中队和1个运输机中队,舰载机包括48架F-18,4架E-2,4架EA-18G,11架MH-60R,9架MH-60S,2架C-2a


如果进一步假设完成基本的舰队防空任务需要24架舰载战斗机,则上述三类舰载航空联队可用于执行打击任务的舰载战术飞机数量分别是4架,24架,44架,比例为1:6:11。小型化航母的低效性显而易见。美国海军之所以在放弃重型远程舰载核打击飞机后仍坚持建造所谓超级航母,很重要的一个因素就是为了支持能够同时完成多样化任务的大型舰载航空联队。
历史数据显示空战交换比服从兰开斯特平方律,即战斗力与作战单位数量的平方成正比。如果舰载战斗机全部用于对空作战,上述6万吨航母的战斗力只有10万吨航母的17%,效费比仅为10万吨航母的21%,8万吨航母的战斗力与效费比分别达到10万吨航母的50%和55%。
若以单波次战斗力为衡量标准,假定每个波次固定出动4架支援飞机,最大单波次放飞数量为载机总数的1/2,那么10万吨航母每次可派出36架舰载战斗机,8 万吨级26架,6万吨级16架。6万吨航母的战斗力和效费比分别为10万吨航母的20%与25%,8万吨航母的战斗力和效费比分别为10万吨航母的52%与58%。


16.jpg

弹射器的无故障周期和弹射效率是大型航母战斗力的基本保障


信息化时代集中兵力的价值较机械化时代进一步提高。美国空军认为,网络化作战编队的整体战斗力可与其组成单位数量的三次方成正比。大型化航母的战斗力和效费比优势在数字化时代到来后不仅没有遭到削弱,反而随着武器平台信息化水平的提升而持续增强。
但航空母舰也不是越大越好。航母平台体型的增大将导致加速性能下降,回转半径增加。航母平台尺度越大,其码头,船坞等相关基础设施的尺度也需要相应增大,从而带来更高的基建成本。此外,舰队航母的吨位达到企业/尼米兹/福特级的水平后,继续大型化带来的性能收益开始显著下降。
由于起飞前需要进行发动机试车,排队等待的舰载机并不能充分利用甲板空间地密密麻麻挤作一团,否则高温排气相互春风拂面,分分钟可能开始疯狂大烧烤。


17.jpg

正在进行舰载机放飞作业的CVN-72“林肯”号


正确的列队方式是发动机喷管向外。这就意味着实施放飞作业时,大型/超大型航母飞行甲板上的舰载机停放数量由甲板长度而非甲板面积驱动。航母平台满载排水量增加50%只能换来甲板停机数量上升大约1/7。


18.jpg

“福特”级相比“尼米兹”级最大的改变来自飞行甲板布局的变化,从4个升降机缩减为3个,舰岛从右侧中部挪到后部,这一系列改动大大提升了“福特”级的飞行甲板运作效率,未来中国海军在建造大型核动力航母时,必然将从“福特”身上进行一定的参考


前面已经估算过福特级的单价约为核电弹版女皇级的8/7。以此为基准,15万吨级超大型航母的单价应当比福特级高出大约1/7,以单波次极限放飞数量为衡量标准时,二者的效费比旗鼓相当。在此情况下,绝对成本更低,对基础设施不造成额外压力的福特级毫无悬念地胜出。福特级的理论架次生成率已超过持续作战条件下飞行员与地勤人员生理承受能力的极限,继续加大航母尺寸以改善舰载机周转速度缺乏实际意义。
除非美国自愿放弃全球霸权,否则其海空军第六代超音速战斗机必将谋求凌驾于J-20之上的综合作战能力。我军J-20的后续型号相应地需要进一步强化低可观测,超音速机动,长距离超音速巡航这些后猛禽时代制空战斗机的核心性能要素,以求在西太平洋打造不可撼动的反介入/区域拒止体系。若无天顶星技术加持,这样的机型只会比J-20更大更重。


19.jpg

“辽宁”号目前装备的J-15与空军大量装备的J-11实际上同属于苏27系列家族


中国海军舰队航空兵的规模与政治能量都无法与美军海航相比,单独研制舰载战斗机的可能性微乎其微,只能选择与空军联合研制或使用空军衍生型号。尽管中国的军种竞争没有美国的血腥惨烈,但指望作为主要客户的空军迁就持股比例较低的海军仍极不现实。这就意味着新机型的舰载优化程度不可能太高。历史数据显示,对于依靠拦阻系统回收固定翼舰载机的常规起降大甲板舰队航母而言,航母满载排水量/超音速舰载战斗机满载起飞重量之比不得低于1800/1,最好高于2000/1。考虑到空海通用的J-20后续型号舰载优化程度预期将较为有限,突破2000/1律显然极不明智。
历史上试图抵抗技术规律,人为设定战术飞机重量上限的努力无不以斑斑血泪收场。美国海军依据福莱斯特与小鹰两级8艘常规动力航母的支持能力,将A-12复仇者II的满载起飞重量划界于8万磅/36288千克级以内,令研发团队穷极心力也未能实现预期性能指标。美国空军原本要求F-22的正常起飞重量不得超过 55000磅/24948千克。猛禽的体重实际上膨胀到了64840磅/29411千克,同时作战半径明显缩水。


20.jpg

虽然只是单发战斗机,实际上舰载型F-35C的最大起飞重量已经超过双发的F-18EF(分别为31752kg和29937kg),已经是不折不扣的重型战机


陆基重四/五的满载起飞重量已达8万磅/36288千克级,性能指标更为严苛的陆基重六势将进一步增肥。舰载战斗机需要对抗高盐高湿的恶劣环境并承受舰载起降的巨大结构负荷,还必须增设陆基型没有的机翼折叠系统以节省停放面积,性能指标相同时总是比陆基型号更重。这就意味着舰载六代机的满载起飞重量最低限度需要达到40吨级,远远超过6-7万吨级中型航母安全支持能力的极限。我军国产航母二代舰如果将满载排水量局限于7万吨以内,很可能服役仅10余年就将面临性能过时的尴尬局面。
中型舰载机不仅在性能方面完败于重型机,而且是对国家资源的巨大浪费。按照美国的消费水平计算,6万吨航母与10万吨航母的单价差值约为20亿美元,中型舰载机的研发成本则不低于200亿美元。鉴于全新研制的中型机需要独立于重六的后勤支持体系,又无法依靠海空军联合采购形成的生产批量压低制造成本,即使不考虑研发开支,全寿命费用仍很难低于海军版重六。中国海军第二代航母的满载排水量因此至少需要向CV-59福莱斯特与CV-63小鹰级看齐,站上8万吨大关。


21.jpg

很显然,本文作者剪水鹱是非常支持J-20上舰的,图为著名CG画师高山所作的J20舰载型号想象图


中等海军国家面临的斗争环境远不及中国海军严酷,选择舰载战斗机时可以接受相对宽松的性能指标。但能够独立研制舰载战斗机的国家屈指可数,多数中等国家海军的舰载战斗机需要外购。现役常规起降型舰载战斗机中,J-15与Su-33满载起飞重量33000千克,F/A-18E/F超级大黄蜂满载起飞重量29937千克,F-35C闪电II满载起飞重量31752千克,阵风M满载起飞重量22200千克,F/A-18C/D满载起飞重量23542千克,MiG-29K满载起飞重量24500千克。


22.jpg

已经确定将于今年下水的中国首艘国产航母,中国在建造这艘航母上体现出来的能力完全不像是一个第一次自主建造航母的国家,这其中既有改造“ 辽宁”号所获得的经验帮助,同样还是中国造船业整体实力的体现


显然,即使不考虑兼容J-15,Su-33,F/A-18E/F,F-35C这样级别较高的机型,大甲板舰队航母的满载排水量仍须达到4-5万吨以满足2000/1律。2艘这样的航母才能保证其装备国随时有1艘航母处于战备值班状态。以本国制造业产值为衡量基准时,2艘4-5万吨级航母对中等海军国家造成的负担,已超过10艘10万吨级航母对美国造成的负担。航母俱乐部的门槛高不高,归根到底取决于观察者的视角。对于工业强国而言,那只是一道门槛。在工业弱国眼中,那却是用尽全力也无法翻越的高墙。


评分

1

查看全部评分

发表于 2017-3-16 09:02 | 显示全部楼层
中国海军需要8艘标准排水量6万吨以上的航空母舰和30艘标准排水量1.1万吨以上的驱逐舰。
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则

QQ|美言APP(手机客户端)安装|小黑屋|Archiver|美言军事网 ( 联系方式:QQ64237762 周一至周六 8:30-17:30 

本站声明:本网站所有转载之内容只代表作者本人之观点,本网站纯粹只是出于传递更多信息之目的,并不意味着本站赞同其观点或证实其内容的真实性。本站转所转载之内容,无任何商业意图,如本网站转载稿件涉及版权、著作权等问题,请您来函与本站管理员取得联系(联系方式: (只收手机短信) 周一至周六 8:30-17:30 或者电子邮箱meyet@sina.cn)。 360网站安全检测平台 网站地图sitemap

GMT+8, 2017-3-30 06:55

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表