20年研發，這項用於航母、核潛艇的技術僅中國能造，領先美國15年

如果說全世界海軍誰最強大，那毫無疑問的確是美國，美國的航母艦隊可以隨意馳騁四海，無人可敵。中國的航母起步較晚，到如今也僅僅只有兩艘。可是在航母、核潛艇等船艦綜合電力系統的核心技術上，我們卻成功超越了美國。這就是中國“電磁彈射之父”馬偉明院士耗費多年心血研發的中壓直流綜合電力系統。

馬偉明

馬偉明院士長期致力於獨立系統集成化發供電、電力電子、電力系統電磁兼容、艦船綜合電力系統技術等領域的研究。他創建並發展了十二相發電機供電系統的基礎理論體系，攻克了眾多國內外長期未解決的關鍵技術難題，研製出具有國際領先水平的十二相發電機整流供電系統。

在上個世紀 90 年代末，十二相整流發電機只在少數西方發達國家投入軍事應用，我國研製的新型常規潛艇，就必須花巨資購買這種高效能的發電機系統。在與外商的技術談判中，馬偉明敏銳地發現了該型電機系統存在“固有振盪”問題，對方卻不屑一顧，傲慢地聲稱他們的產品不存在問題。

馬偉明

這深深刺激到了馬偉明，讓他意識到如果自己沒有核心科技，就只能被別人牽著鼻子走。

馬偉明花費了僅有的3萬5千元，造了兩臺小型十二相電機，在洗臉間改造的簡陋實驗室裡開展研究。1800多個日日夜夜，馬偉明反覆試驗，拆了裝，裝了拆，測量、記錄、分析，僅實驗記錄和報告就堆了半間屋子。在對數十萬組數據綜合分析的基礎上，他終於查明原因，成功研製出帶整流負載的多相同步電機穩定裝置，發明了帶穩定繞組的多相整流發電機，從根本上解決了“固有振盪”難題。

要知道“固有振盪”難題在全世界都是難題，連歐美頂尖專家都束手無策，中國在這個方面的研究更是處於空白，馬偉明就靠著自己的摸索，在如此簡陋艱苦的條件下，成功攻克了這一難題。而當時，馬偉明也才30多歲。

當馬偉明再次赴該公司驗收設備，指出該類電機系統存在的設計缺陷時，外方首席專家卻還狡辯：“你的理論太離奇，我們聽不懂。”

頓時，一股熱血直衝馬偉明的頭頂，他憤怒地衝外國專家說道：“先生，我們是在討論科學。你不懂，我可以教你!我分文不收，免費教！”並且拿出了詳細的設計圖紙，外國專家一下子就懵了。

當他們從世界專利索引上證實在“帶整流負載的多相同步電機穩定裝置”的發明專利條目下赫然標註著：“中華人民共和國，海軍工程大學馬偉明等”的時候，對方馬上換了一副嘴臉，想私下用百萬購買這項專利，馬偉明當即就嚴詞拒絕了：“專利技術是有價的，它不僅屬於我個人，更屬於我的祖國！”。

這家公司不得不將原來視為核心機密的整套設計圖紙送過來審查，並花高價購買馬偉明的專利。

除此之外，在2008年，馬偉明團隊耗費 5 年的時間，終於研製成功小型樣機，接著又做出了1：1單元設備樣機，突破了全部關鍵技術，使中國成為世界上第二個掌握電磁彈射的國家。這耗費的時間，僅僅只有美國三分之一。

電磁彈射系統相比滑躍起飛，不僅能夠降低對飛機的損耗，還能在短時間內，起飛更多的艦載戰鬥機。這是美國花費20多年、耗資32億美元的科研項目。美國海軍在役的第11艘航母福特號航母，也是唯一一艘安裝有電磁彈射與攔阻系統的新型航母。它是美國海軍歷史上使用高新技術最多、戰鬥力最強的超大型核動力航母，以它為中心組成的航母戰鬥群，無疑是全球戰鬥力最強的航母戰鬥群。而福特號航母也是唯一一艘安裝有電磁彈射與攔阻系統的新型航母。

福特號航母

馬偉明院士也表示：已經決定在第三艘航母裝備成熟可靠的電磁彈射和電磁攔阻裝備，反超美國！

馬偉明院士最為突出的成就就是我們最開始提到的中壓直流綜合電力系統。我們都知道，隨著科技的發展，我們對船艦的噸位、機動性、安靜性和燃油經濟性等性能要求顯著提高。

燃油經濟性是指在保證動力性的條件下，船艦以儘量小的耗油量經濟航行的能力，其中航空母艦、巡洋艦多數採用蒸汽輪機、柴油機或柴燃聯合動力，少數採用核動力裝置，而潛艇則多采用AIP（系統動力），對石油的消耗量很高，但是隨著石油資源日益短缺，石油在艦艇上使用的成本越來越高。

軍艦柴油發動機的構造

如何探尋利用新的能源作為船艦的動力系統也成為了各國專家思考的問題。在這樣的背景下，船舶綜合電力系統應運而生。船舶綜合電力系統被譽為船舶動力的第三次革命。

“戴高樂”航母的核動力推進系統

艦艇綜合電力系統的最主要特徵就是艦艇日用電和推進用電由同一個電網提供，日用電和推進用電可相互調配使用。綜合電力系統成為了21世紀海軍艦船的重大技術變革之一。

船舶綜合電力系統將傳統船舶相互獨立的機械推進系統和電力系統以電能的形式合二為一，通過電力網絡為船舶推進、通信導航、特種作業和日用設備等提供電能，實現了全船能源的綜合利用。

艦艇綜合電力系統

使用艦艇綜合電力系統它將日常供電、電力推進供電和現代高能武器供電三者合而為一，由於取消了傳統的機械推進裝置，從源頭上降低了聲隱身（艦船聲隱身技術就是通過控制艦船的聲頻特性來降低敵方系統的探測距離和精度）問題的解決難度。

美軍研發新型艦載集成高能激光武器

使用艦艇綜合電力系統還比較容易地將高脈衝功率武器負載併入綜合電力系統，可使大量的功率瞬間從推進負載轉移至武器負載，而不會對艦的航行性能產生太大的影響，從而促進電磁炮、激光武器等先進武器裝備上艦。

畢竟在未來，武器將進入激光時代，激光的特點是敵人無法防禦，是極為強大的武器。如何將激光武器、高能武器完美適配船艦，也是讓很多國家軍事專家頭疼的事情。而艦艇綜合電力系統的使用，則可以較好解決這一個問題。

另外綜合電力系統統一協調分配日用電和推進用電，使各發電機組的原動機能以最佳油耗的工況運行，從而具有較好的經濟性。

而對於潛艇而言，如何降低噪音，具備更好的隱身性能也取決於動力系統，畢竟，既然是潛艇，你不可能還沒有靠近敵人，就因為噪音問題被敵人發現，最後被打成篩子吧！

綜合電力系統由於可不使用推進減速齒輪裝置和可調螺距螺旋槳，軸系較短。因此，潛艇武器裝備在佈置上有更大的靈活性，同時也降低了潛艇的內部噪音，提高了潛艇的隱身性。

美、英等西方發達國家自上世紀80年代就已經開始進行綜合電力系統研究，美國海軍於1980年建立了綜合電力驅動計劃，希望通過將船舶日用電力系統和推進電力系統合而為一，進一步提高戰船的性能。

21世紀以來，歐美海軍已經實現中壓交流綜合電力系統的工程應用。2009年7月服役的英國45型驅逐艦，是世界上首艘採用中壓交流綜合電力系統的水面主戰艦艇。

此外，英國CVF航母、美國DDG1000驅逐艦、法國“西北風”級兩棲攻擊艦等均採用了中壓交流綜合電力系統。

國外甚至已經開始在民用船舶中應用綜合電力系統。主要以中壓交流和低壓交流兩種電制形式為主，如美國‘亞特蘭蒂斯’號科考船、‘海洋綠洲’號郵輪、荷蘭‘藍色馬林魚’號半潛船等。

但是中壓交流綜合電力系統技術雖然成熟，但存在設備體積和重量偏大、系統效率偏低、供電連續性不高等缺點。

英國GVF航母

所以，為了在此核心技術上趕超美國，馬偉明院士用了整整 20 年的時間，終於研發成功了中壓直流綜合電力系統！

八九十年代我國早期的核潛艇，比如033型潛艇噪音、初期的039型潛艇噪音水平非常糟糕，曾被赤裸裸地嘲諷為“海底拖拉機”。

中國核潛艇

“只要一下海，遠在萬里之外的英國都能聽到”。

擁有更好靜音水平的潛艇，就像戰機擁有了隱身能力，對掌握進攻主動權具有重要的意義。

而美國目前的核潛艇依然還是中壓交流系統，依然需要變速箱和主軸帶動螺旋，這樣的話噪音還是會有一部分通過主軸傳到水中。

馬偉明院士經過 10 年攻堅，2001年，他終於研製出世界上首臺交直流雙繞組發電機系統，徹底摒棄了傳統機械推進軸，將噪音降低10%以上，完成了一次“潛艇靜音”的創舉。

在交直流雙繞組發電機系統基礎上，又花了十年的時間，2010年，他研發出“中壓直流輸電網”，中國也因此成為了世界上第一個在艦艇上實現中壓直流綜合電力系統的國家。這一技術水平，反超國外十五年左右！

中壓直流綜合電力系統相比起中壓交流，突破了系統頻率限制，降低了對原動機調速特性的要求，大幅減小了設備體積和重量，提高了系統效率和供電連續性，

馬偉明院士曾表示：“美國目前是中壓交流，還處於第一代水平，差我們一代。(他們目前)才開始做預研中壓直流，要趕上我們是十幾年以後的事情。(一項技術)領先不領先，先進不先進不是自己說的，需要世界同行評價，標準是客觀存在的。”

我國現役、在研的所有新型軍艦”均已使用中壓直流綜合電力系統，據此分析，這意味著包括055型驅逐艦、002型航母（預計今年將正式服役）、在研的003型航母以及095、096型核潛艇都將使用這項新技術。

除了軍事用途之外，中壓直流綜合電力系統也開始逐漸應用於全電化特種車輛、多電飛機、軌道交通、新能源發電等軍民通用技術領域。推動了社會、經濟的發展。

未來，等到我們成功研製完成十幾艘航母，搭載了中壓直流綜合電力系統的龐大的航母群必將馳騁四海。