飞轮，电容，电磁弹射和国运
上个月，中国高调宣传其第三艘航母“福建号”下水。这艘航母最醒目之处，是其装备了先进的电磁弹射装置。在下水时，电磁弹射装置被外包装盖住了，还不见真容，但这个装置引发了全世界专家非专家的大量兴趣。
美国有十一艘航母，只有最新的福特号，才配备了电磁弹射，但自从福特号2013年下水后，一直问题不断，直到2020年，还有风声，说有人建议把电磁弹射撤了。美国军方也有人说在未来新的航母中，可能还是使用成熟的蒸汽弹射技术。在技术历史上，出现一个先进的技术，因为不好用，又回到老技术的例子也层出不穷。美国电磁弹射经历的问题，说明这个新生事物还是有些不成熟之处，但也不能断言中国航母一定不行。作为一个电磁学外行，我在此凭着中学的一些电磁学知识，再加网上的收索，来理解一下电磁弹射技术。
通电后的线圈能在磁场中运动，其方向遵循左手或右手螺旋规则。电磁能带动飞机强力起飞，这从原理上没有问题。问题就是如何提供瞬间的强大电量。电脑的做功公式 W=UIt, 一架J-15 有近20吨重，起飞速度至少200公里每小时，起飞时动能=1/2MV^2, 那是个非常大的数，要在几秒钟的时间内实现，I（电流）的数量将是天文数字。
实现电量瞬间供能的技术，目前可行的是两种，飞轮和电容。飞轮，就是先用电加速飞轮，需用用电时，利用飞轮的动能驱动电机发电。美国航母就是采用这个技术的。电磁弹射将飞机弹射后，也需要马上减速到零，否则那么高的动能会造成损害。飞轮这时就充当了减速器，可以将减速时产生的能量，迅速转变为飞轮的动能，这样就充分利用了能量。
飞轮也是目前一种方兴未艾的储能技术。新能源如风，光发电，有很大的不稳定性，需要一个储能装置。最可靠的大规模储能技术是储电蓄水水库，但需要条件（近水源，有落差）也需要大量用地，不适合在城市使用。而化学电池的成本高，效率低，寿命短。飞轮非常便携，成本低，寿命长，充放电是物理过程不产生化学反应，快速有效。北京东奥会期间，就使用了大量的飞轮储电车，部署到用电场馆，效果非常好。
但是美国航母的飞轮主要作用是瞬间调节电量，而不是作为储电装置，航母是核电的，其电量巨大，足够供给电磁弹射所需。值得注意的是，中国排水量八万余吨的福建舰采用的是传统重油或柴油动力而非核动力，但它装备了三条电磁弹射轨道。电磁弹射在战机起飞的瞬间需要大量电力，福建舰预估可以装载五十架各式战机，其若高频次起降所需的大量电力从何而来，众说纷纭。
中国媒体观察者网说，福建舰最核心的技术就是以中国工程院院士马伟明带头研发的一整套综合电力系统。在这项系统支持下，由航母中央配电系统供电，布置了电磁弹射器以及配套的储能装置，并也布置电磁拦阻装置以及新型船载电子设备。其说法是，船舰的推进系统功率比电力系统强大很多，但只有在船舰加速或高速巡航时才会使用全部负载，平常不会用到；电磁弹射则只有在发射瞬间才需要非常强大的电能，平常也不需要。而马伟明的发明就是把这两个系统连接在一起，将引擎所发出的多余动力转移到船上的电能上，因而获颁中国军方最高级的“八一勋章”殊荣。
据说，福建舰使用的“船舰综合电力系统”是用直流电以电能形式集中整合船舰动力使用，跟美国用的交流电不同。而且这项技术比美国还先进，美军只有最新的福特号航母使用电磁弹射，但其为核动力航母，可以提供充沛电力，一般美军传统动力的军舰尚无法做到电磁弹射。
因此，听上去，中国的技术就是将航母平时的冗余能量都以电能储存起来，以资电磁弹射之用。用什么储能？现有的技术不外飞轮，化学电池等。化学电池不太可能，但如果用飞轮用于储能，而不是像美国航母那样仅仅用于瞬时作功的话，那需要的飞轮的量将是非常多的，好像也有一点不现实。
叛逃的前中国解放军海军司令部中校参谋姚诚在接受美国之音采访时表示，福建舰采用传统动力，它能以柴油发电推动八万吨的航母前进就不错了，如果还要储备很大的电能来保障磁弹射，他对此抱持怀疑。他认为马伟明在吹牛，实际上可行的是，专门再配备额外的发动机专门为了弹射器所用。但如果排除阴谋论的话，我认为可能中国在高容量电容技术上取得了突破。
电容设计上就是个储放电的装置，而且储放都是瞬间完成，如果电容能大量储电，那就会秒杀锂电池了，充电只要一秒钟，不但比锂电池快，比加油都快。但目前电容的缺点是电只能储存在其表面，因此是储电量是有限的，其常见的应用就是在电路中起调波的作用。但最近新材料的发展，发现一些材料能折叠式地形成巨大的表面积，而不需要相对应巨大的体积，一个易拉罐的体积，就可以储存亿万倍的电量。上海，北京等地已有电容公共汽车，车在站头上下客时充电，电量足以维持几十公里的运行。高热量电容已经被使用在一些电动车上，用于瞬间加速的调节。
因此，我假设中国新航母上，有一个系统在调节产电和储能，使用大量的飞轮把电力储存起来，也可能有备用的发电机。但用于电磁弹射的是一组高效电容，在弹射时提供高容量的电量，放电后能迅速从飞轮或发电机中快速充电，用于下一轮的弹射。
这套系统应该在地面上通过测试了，否则不会花那么多钱装到舰上。但在舰上测试时，因为海况千变万化，具体情况也瞬息万变，是否能真正好用还很难说。以前中国的尖端技术都是跟着别人的，但现在逐渐有些世界领先的创新技术。电磁弹射虽然不是首创，但确实和美国的有很大不同，而且美国的首创工作得不太好。如果中国的比美国的更好，更可行，那倒是一个能提振中国信心的好事！
但就算中国的电磁弹射比美国的好，说到中国因此就有好的国运，那也未必。军事的发展，只有在有经济效益的情况下，才是可持续的。自古以来，军队对外的主要目的就是侵略和掠夺。先民们很早就注意到，掠夺的利益极大。自己辛辛苦苦一年下来还不见得填饱肚子，但要是攻占了另一个村落，欺男霸女不说，别人的财物全是你的。因此，一支强大的武装是性价比极高的经济工具，成功的侵略战争是最有价值的经济活动。
一直到现代，军事侵略和占领的经济价值不减，两次世界大战本质上都是争夺殖民地的战争。但美国在二战后改变了方法，不是靠直接占领和掠夺，而是依靠经济的手段，美国因此收获了极大的利益。在打败和占领德日后，美国并没有去劫掠战败国，相反用马歇尔计划资助重建战后的西欧和日本（中国如果还在美阵营的话也可受惠），建立了以美元为基础的世界金融体系，和以科技和文化主导的价值链。通过这套体系美国是如何获利的呢？虽然其获利机制非常复杂，但简单地可以这样理解：因为美元是国际货币，美国人印的是纸，但得到的是各国的真金白银。为了维护这个体系，美国还是需要强大的军事力量的，任何体制都需要暴力作为强制执行手段，一个国家如此，国际也如此。
战后的苏联仍然沿用了传统的帝国方法，但它马上发现问题来了。为了维持与美国的均势，军事的成本是非常高昂的。在蒙古帝国时代，蒙古人平时为民战时为兵，平时游牧生活的技能战时直接转化为战斗力，其低成本的武备建设也是其军事成功的一个因素。大英帝国凭借相对于对手的技术优势，维多利亚时代其整个海军化费还不及冷战时期的一艘航母。相对于获得的经济利益，它们的军队的性价比是极高的，这保证了其很长时间的经济可持续性。但苏联为军事支出极大，而所控制的地区却不能如以前的殖民地那样予取予夺了。中国有支援越南，阿尔巴尼亚的切身体会，可能有点政治收获，但经济上得到了什么天晓得。苏联和其卫星国的关系与此类似，在经济上别说得益，少亏一点就谢天谢地了。如此，苏联的军事投入在经济上完全没有收益，是一笔纯支出。美国也有很大的军费开支，但一来军队支持了它的上述赢利模式，是有经济效益的；二来军费中很多部分真正支出的仅仅是印钱的纸墨费，所以在这场军备竞赛中美国的胜出是迟早的事！
邓小平很早就看出了这个问题，甚至把“绝不当头”作为他的政治遗训之一。但中国的爱国主义教育把大家都训练成一群苦逼脸，自认为一百多年都被人欺负（事实也不尽如此），现在阔了，再不受那鸟气了，也要感受一下虽远必诛的强者之风了。
中国现在的军费开支帐面上已达美国的三分之一，考虑到中国的军工行业都是国有的，实际支出还要更高许多。绝对数也绝对惊人，公布数差不多二万亿每年。想想一架J20需6亿（一亿美元），一辆军用轻装甲吉普车就要上百万（以前的北京吉普只要1万），还有训练维护费用，现代军事机器的代价惊人。世界上敢问津四代战机的国家不到20个，大多数国家军队还在用50-60年代的过时装备。
和苏联的问题一样，中国的军事投入目前是纯支出，分分钱都是中国人民的血汗钱。虽然中国也在模仿马歇尔计划搞“一带一路”，搞亚基行，但要成功实现并运作成美国那种赢利模式还需要时间。如果中国也玩成了，美国就要大损，这是动了它的“核心利益”。处于优势地位的美国必然要加以阻扰，其中迫使中国进行军备竞赛就会是很毒的一招。
有人总是说落后就要挨打，弱军就要亡国。这个逻辑听上去很壮烈，其实很因事因地不同并非普世真理。苏联一直到灭亡时军事依然强大，也没挨打，恰恰是穷兵黩武要了它的命。邓小平在中国面临苏越军事压力下仍然决定经济优先，理由很简单“世界大战打不起来，也没有国家敢于侵略中国”，而经济失败才可能搞垮中国。他是对的，中国有核武器，有深远的纵深，有强烈的民族主义，这三点基本保证了没有人敢侵略中国。而且时代毕竟不一样了，有联合国，有国际舆论，就算美国这样的强国也不是想干什么就干什么的，它要布置萨德不是还要韩国批准吗。在当代世界大规模地攻击一个核强国是不可思议的。
在保证国家安全的需求基本满足的情况下，大力发展军备的目的何在？我们总结苏联灭亡的教训时，不能光强调党建思想方面的教训，而忽视了国家战略失误方面的教训。是认真回味上世纪中国最伟大的战略家邓小平同志的遗训的时候了！