美国海军炸自家航母，原来是为了保证未来不被炸沉

　　随着按下引爆按钮，美国最新型“福特”号航母旁的海面上出现了一片巨大的白色区域，随后海面上掀起了高达几十米的巨型水花，同时伴有巨大的轰鸣声。

　　这是当地时间2021年6月18日下午，位于佛罗里达海岸100英附近试验海域进行的“福特”号航母第一次全舰级抗冲击试验的场景。试验将相当于5000千克TNT当量的炸药放置在距“福特”号航母100米远，50米水深的地方引爆，爆炸引发的冲击波相当于3.9级地震，场面相当壮观。后续美海军又在当地时间的6月21日与8月8日开展了第二、三次的抗冲击试验。试验结束后舰员们对航母的各系统，子系统及其航行能力进行了检查，以确保该舰在返回位于弗吉尼亚州纽波特纽斯造船场厂时能够全区前进，并在船厂内进行数月的维护工作。

　　美国海军航空母舰杰拉尔德·R·福特号 (CVN-78) 于8月8日在大西洋进行中，成功完成了全舰冲击试验的第三次也是最后一次预定爆炸。这次测试的距离比前面两次更近，爆炸当量为18吨炸药。

　　美海军为什么会对服役不久的新航母进行这么大规模的“蹂躏”呢?原来这都是战场上用无数鲜血与生命换来的宝贵经验教训，即一定要重视舰船的抗水下爆炸能力。在第一、二次世界大战中，被鱼雷、水雷击沉的舰船分别占被击沉总数的49%与38.5%。二战中被潜射鱼雷击中的航母共计达19艘。二战后美海军75%的舰船损失案例是由鱼、水雷造成的。1988年美海军“罗伯茨”号导弹护卫艇在海湾地区触碰到一枚苏制M08水雷，造成船体左舷被炸出8m的破口并引起了近7小时的大火。1991年海湾战争中美海军“的黎波里”号两栖攻击舰触碰水雷，右舷被炸出约9m的破口。美海军使用MK48重型鱼雷对“伐夫”号和斯普鲁恩斯级驱逐舰DD-973进行了打靶试验，其中“伐夫”号也被折为两段，但由于其良好的抗沉性设计而并未沉没，而DD-973号则直接被巨大的爆炸冲击力折成两段后沉没。

　　美海军在网上公布了2016年9月，“杰克逊城”号(LCS-6，独立级三体战舰的3号舰)濒海战斗舰进行“全舰抗冲击测试”(FSST)的视频，该测试是“交付前海试”中的重要项目。图为“杰克逊城”号进行抗冲击测试水下爆炸瞬间。

　　上述案例充分证明了，水下爆炸对于舰船巨大的毁伤能力，使得舰船的设计师们从最初的方案设计阶段就要考虑舰船的抗水下爆炸能力，并对其设计结果进行检验，这样的试验全称为：全船抗冲击试验(简称FSST)。

　　全船抗冲击试验是美国海军新型舰船服役时都要开展的传统项目。1987年导弹巡洋舰“移动湾”号、1990年两栖攻击舰“黄蜂”号、2008年“圣安东尼奥”级两栖运输船坞“梅萨维德”号、2016年的“杰克逊”号和“密尔沃基”号濒海战斗舰也分别进行过相关测试。这也是美海军时隔34年，再次开展航母全船抗冲击试验。1987年“罗斯福”号作为尼米兹级航母改进型的首舰，承担起了检验该型舰船抗冲击性能的任务。那么同样作为福特级航母首舰的“福特”号，其身上背负的历史使命自然不言而喻。

　　那么为什么水下爆炸的威力如此强大呢，这就与爆炸发生时所处介质“水”的属性密不可分了。水的密度约为空气的770倍，而且水的可压缩性较空气小很多。当炸药爆炸时，剧烈的化学反应将产生大量的高温高压气体，并急速推动周围的流体从而形成剧烈的冲击波。在爆炸冲击波不断向四周传播的同时，由高温高压气体所形成的气泡其内部压强远高于周围流体的压强，使得其不断膨胀;另一方面由于膨胀惯性，使得当气泡在达到其最大半径时内部的压强又小于周围流体的压强，气泡又开始收缩。同理当气泡缩小到最小半径时内部压强又大于周围流体的压强且将再次膨胀，同时向外产生二次脉动压力，如此循环的过程称为气泡脉动。且气泡在收缩过程中将会吸引周围的物体，巨大的吸引力甚至可以将舰船拦腰折断：此外气泡破灭时所产生的高速运动的流体被称为“射流”，当冲击到船体上时同样会造成巨大的损伤。冲击波、气泡脉动以及射流，就是水下爆炸对舰船毁伤的“三板斧”。

　　完成一次全船抗冲击试验的费用，约为舰船建造费用的5%~10%。“阿利·伯克”级驱逐舰做一次相关试验需要花费1亿美元，而“福特”级航母的试验费用大约在13亿美元，也只有“财大气粗”的美国海军才能做的起花费如此巨大的试验。巨大的投入带来的回报也是相当丰厚的：美海军舰船的抗冲击水平处于世界领先水平，且远超其他国家。美海军的水面舰船能够承受龙骨冲击因子(一种描述爆炸剧烈程度的方法，该值越大爆炸越剧烈)为0.66的水下非接触爆炸攻击而不丧失完全战斗力;潜艇能够承受壳板冲击因子为1.32的水下非接触爆炸攻击而不丧失完全战斗力;航母能够承受14枚鱼雷接触爆炸而不沉;大型水面舰能承受3枚鱼雷接触爆炸而不沉，承受3枚对海巡航导弹攻击并保持航行能力。1969年美海军“企业号”上的F4战斗机挂载的阻尼火箭遇热爆炸，引发大火并使得6枚Mk82 500磅炸弹接连爆炸，但由于其良好的损管以及优秀的抗冲击设计，仅用数小时就恢复了除飞机起降外的全部功能。这也间接说明美海军航母优秀的抗打击能力。

　　总体而言，舰船抗水下爆炸能力的提升需要材料学、力学、数学、化学等基础学科研究水平以及工程设计实现能力的不断进步。随着现代水下武器毁伤能力的不断进步，“毁伤”与“防护”这对矛与盾也将不断发展进步。

　　作者：航天三院水下总体部周鹏