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背靠一座三峡都不够用的电磁轨道炮,怎么装上船?

2、海量的功率:对供电系统功率的惊人需求

虽然电磁弹射和电磁轨道炮每次发射的总能量并不算高,但一旦讨论到其对供电系统功率的需求时,则完全是另外一回事了。因为这里加入了一个极其关键的变量:时间。

以电磁弹射系统为例,基于上面的例子,在90米左右的轨道上实现100m/s的发射速度,总的弹射时间约为2s。也就是说,上述203MJ的能量必须由供电系统在2s之内提供完成;2s换算一下大约为1800分之一小时,则在弹射期间供电系统的平均功率需要达到约100MW。这个功率需求,大约相当于四台原版的LM2500燃气轮机(每台发电功率24MW)。也就是说112、113两条舰艇停住不动,其上的燃气轮机全都用来发电,大约可以勉强满足一条电磁弹射器的电源功率要求。

如果说电磁弹射器的需求尽管极高,但还在可想象的范围内。一旦讲到电磁轨道炮,那就是吓死人的数值了。原因很简单,把电磁炮弹在10m的轨道内从0加速到2500m/s所需的时间,大约是0.008s!以上面32MJ的例子换算一下,在电磁炮发射期间所需的供电系统的平均功率,大约为26.6GW(26600MW)。为便于理解这个值有多大,咱们对比一下:三峡水电站作为中国也是世界上最大的单一发电厂,其发电满功率是约21GW!也就是说,整个三峡的发电功率,带不动一门发射能量为32MJ的电磁轨道炮!

所以,如果从对电源系统的功率要求角度来看,所有的电磁发射系统的需求都是海量。如果说理论上来说,核动力航母可以直接发电驱动电磁弹射器(比如尼米兹级的最大发电量据说可达190MW),这算是电磁弹射器只能搭配核动力航母这一说法的靠谱点的理由了。但在实际使用时,考虑到输变配电系统的一系列潜在问题,福特级上面的电磁弹射器也并非直连推动,也还是采用了基于储能的功率变换系统。而对于电磁轨道炮来说,除非能有歼星舰级别的黑科技,不可能有任何舰艇动力和电源系统可以直接与其适配。

3、储能放大:电磁发射系统的能源实现原理

既然直接由舰艇动力和电源系统直连驱动的路走不通,为了满足各类电磁推进系统对电源系统的超高要求,就需要有的放矢的针对其需求特点进行改进。其解决问题的基本思路,我个人总结为“储能放大”。首先,请看一下马院士论文中给出的结构图: