【中国軍事技術の普及科学】航空母艦の電磁カタパルト技術はどれほど強力か？

周知のとおり、航空母艦の戦闘力は各種の艦載機に依存しており、艦載機の離陸能力と効率が航空母艦編隊の戦闘力を大きく左右します。

将来の航空母艦の「標準構成」

現在、艦載機の離陸方式には、艦尾の上昇甲板上で直接加速して揚力を得て離陸するローリング離陸方式など、主に3つの方法があります。下向きの高温高速気流を利用して上向きの反力を得る直接離陸方式。カタパルトで航空機を押し上げてより高い加速を得るカタパルト離陸方式。中でもカタパルト離陸は総合性能が最も優れていることから各国で広く採用されています。近年、電磁カタパルト発射システム（EMALS）が登場し始めており、将来の航空母艦の「標準構成」と見なされています。

電磁カタパルトシステムは、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換し、さらにペイロードが物体を特定の速度に素早く到達させるために必要な運動エネルギーに変換するシステムです。電磁カタパルトはリニアモーターによって駆動されます。このシステムは強い電流を流してコイルに磁場を発生させ、磁気モジュールに接続された「往復運動体」にエネルギーを与えて加速させ、戦闘機をより速く離陸させる。

電磁カタパルトシステムは、主にリニアモーター、エネルギー貯蔵システム、制御システム、パワーエレクトロニクスシステムで構成されています。このうち、エネルギー貯蔵システムは、一定時間内に航空母艦の配電システムから十分なエネルギーを取得して貯蔵し、その後、非常に短時間で放出します。パワーエレクトロニクスシステムはパルス放電を制御し、リニアモーターを制御するために使用されます。制御システムは、さまざまな情報を総合的に処理し、各デバイスの正常な動作を確保します。これらのデバイス システムは連携して動作し、最適な排出効果を実現します。

電磁カタパルトは航空母艦の戦闘力を大幅に向上させることができる

米軍は電磁カタパルトの分野の先駆者である。 1940 年代に、米国海軍は電磁誘導モーター技術を使用して、電磁航空機発射システムを設計、製造、テストしました。しかし、第二次世界大戦の終結とシステムの高コストのため、プロジェクトは中止されました。その後、米海軍は艦載機用電磁カタパルトの実現可能性をさらに検証するため、1982年に研究プロジェクトを再開し、1988年には電磁カタパルト、ブレーキと回復、システム性能と電磁放射の試験を実施した。1990年代には、米海軍は次世代航空母艦（CVN-21）の設計時に全電化艦の概念を提案した。最も重要な技術革新は、蒸気カタパルトを電磁カタパルトに置き換えたことでした。 CVN-21計画の実証過程で、航空母艦用の電磁カタパルトシステムの開発が正式に決定された。

電磁カタパルトシステムの技術的ハードルは非常に高いため、現在、米国以外では中国だけが完全な研究開発と製造能力を備えている。例えば、中国が自主開発した2番目の航空母艦「福建」は、電磁カタパルトシステムを採用している。

電磁カタパルトのユニークな利点

蒸気カタパルトと比較すると、電磁カタパルトの利点はより顕著です。

まず、電磁カタパルトはエネルギー範囲が広いです。電磁カタパルトの最大エネルギー振幅は蒸気カタパルトより20％高く、より速い速度で重い航空機を離陸させることができます。細かく正確な制御により、小型で軽量の航空機（ドローンなど）を同時に発射することができます。蒸気カタパルトを使用する場合のように、力が大きすぎて航空機に損傷を与えたり、力が小さすぎて航空機が離陸できないことを心配する必要はありません。これにより、航空母艦はより多様な航空機モデルを搭載できるようになり、現在の航空母艦の戦闘能力が大幅に拡大します。さらに、適切な射出力は離陸時のパイロットの負傷の可能性も減らすことができ、パイロット自身の健康維持に非常に有益です。

現在、電磁カタパルト技術を習得しているのは中国と米国だけだ。

第二に、電磁カタパルトは空母搭載航空機の展開効率を向上させます。米国の統計によれば、大型航空母艦に蒸気カタパルトが4基装備されている場合、通常1日あたり最大200回の発艦が可能となる。電磁カタパルトを使用すれば、その数は1日あたり約270回に達する。
同時に、蒸気カタパルトと比較して、電磁カタパルトの性能はより安定しています。電磁カタパルトには、カタパルトの加速のピーク対平均比をより一定にし、航空機の離陸速度の変動範囲を小さくすることができる高度なフィードバックおよび閉ループ制御システムが備わっています。さらに、蒸気カタパルトを使用する場合、まず海水を真水に変換し、次に真水を蒸気に変換する必要があり、運用コストが非常に高くなります。電磁カタパルトに電気を使用するとコストがはるかに低くなります。
さらに、電磁カタパルトシステムは蒸気カタパルトシステムに比べて大幅に軽量かつ小型であるため、油圧油、真水、蒸気など、船舶に大量の補助設備を設置する必要性が減ります。各コンポーネントのレイアウトがより柔軟になり、航空母艦の内部レイアウトの最適化を最大限に高め、航空母艦設計の柔軟性を高め、航空母艦の生存性を潜在的に高めることができます。

著者プロフィール: Lan Shunzheng は、宇宙戦略、軍事戦略、国際関係に関する研究と理論的執筆を専門としています。陸軍に勤務中に、彼は最初の軍事理論書『陸軍軍曹の国防に関する考察 - 国境を越える兵士たち』を編集し出版した。彼は国際関係学部で修士号取得を目指しながら、宇宙戦略を専攻しました。現在はオンラインメディアや軍事雑誌などで関連記事を頻繁に発表している。さらに、彼の2番目のモノグラフ「震星定海 - 中国の将来の宇宙軍事戦略の構築」も出版されました。

制作：中国科学普及協会

制作者：光明オンライン科学部

著者：藍順正（軍事科学ライター）

科学レビュー：フェイ・ボーユ（上級軍事コンテンツ編集者）

企画：金和