Niepewne losy „najnowocześniejszego” lotniskowca świata [ANALIZA]

Próby wielkiego okrętu wzbudzają ogromne zainteresowanie, ponieważ USS „Gerald R. Ford” jest pierwszym od czterdziestu lat nowym typem lotniskowca, jaki wprowadzany jest do służby w amerykańskiej marynarce wojennej. Pracami koncepcyjnymi oraz projektowaniem okrętu zajęli się zupełnie nowi ludzie, którzy w ogromnej większości nie byli członkami grupy tworzącej poprzedników CVN 78 - lotniskowców typu Nimitz (budowanych od 1968 r.). „Ford” jest też pierwszym lotniskowcem projektowanym całkowicie komputerowo w 3D. Używano m.in. oprogramowania CAD (computer-aided design), w tym programów CATIA i CAVE (Cave Automatic Virtual Environment).

Próby morskie lotniskowca USS „Gerald R. Ford” rozpoczęły się 9 kwietnia br., gdy okręt opuścił stocznię Newport i po odejściu holowników samodzielnie rozpoczął rejs testowy trwający do 14 kwietnia br. Takie próby mają się odbywać wielokrotnie, ponieważ wejście do służby nowego okrętu ma nastąpić w 2019 r., a więc ponad dziesięć lat po rozpoczęciu budowy (13 listopada 2009 r.). W rzeczywistości „Ford” może osiągnąć pełną gotowość bojową dopiero w 2021 r.

Tymczasem amerykańska marynarka wojenna coraz bardziej potrzebuje nowych lotniskowców. Szacuje się, że Stany Zjednoczone dla realizowania swojej globalnej polityki powinny posiadać co najmniej jedenaście takich okrętów. Tymczasem w US Navy jest ich obecnie już tylko dziesięć. Zbliża się także moment, gdy trzeba będzie wycofać pierwsze lotniskowce typu Nimitz, z których pierwszy (USS „Nimitz”) wprowadzono do linii 3 maja 1975 r.

Na przeszkodzie stoją jednak koszty. Za lotniskowiec USS „Gerald R. Ford” trzeba będzie wydać ponad 18,7 miliardów dolarów (z tego pięć miliardów przekazano na prace badawcze i projektowe). Tymczasem na razie nie wiadomo na co poszły te pieniądze. Na pierwszy rzut oka okręty typu Ford są wyglądem podobne do swoich poprzedników – lotniskowców typu Nimitz. Mają taką samą wyporność, nadbudówkę na prawej burcie, cztery katapulty oraz odchylony od osi okrętu pas lądowania.

Jest to jednak podobieństwo jedynie pozorne, ponieważ na „Fordzie” zastosowano rzeczywiście zupełnie nowe rozwiązania. Ich celem było przede wszystkim usprawnienie pracy pokładu lotniczego - zwiększenie częstotliwości startów statków powietrznych. Poprawiono dodatkowo możliwości samoobrony – m.in. wprowadzając nowej generacji system obserwacji technicznej i integrując go z systemami przeciwlotniczymi.

Jak się jednak okazuje koszty takich rozwiązań były na tyle duże, że drugi lotniskowiec typu Ford („John F. Kennedy” – CVN-79) wcale nie musi wyglądać tak jak pierwszy. USS „Gerald R. Ford” już od początku budowy cierpiał bowiem na tzw. „chorobę wieku dziecięcego”, tym bardziej, że zamontowano na nim wiele systemów niespotykanych nigdzie indziej na świecie. To m.in. właśnie z powodu tych „nowinek” jest już ponad dwuletnie opóźnienie w oddaniu okrętu, które w rzeczywistości wynika również z problemów z finansowaniem.

Nowe czy stare lotniskowce?

Amerykanie tak naprawdę nigdy nie mieli przerwy w budowaniu lotniskowców. Dziesiąty i ostatni w serii okręt tej klasy typu Nimitz – USS „George H.W. Bush” (CVN-77) był bowiem konstruowany od 6 października 2006 r. do 10 stycznia 2009 r., a symboliczną datą położenia stępki pod okręt USS „Gerald R. Ford” jest 13 listopada 2009 r. Dodatkowo prace nad tymi wielkimi okrętami za każdym razem były prowadzone przez tą samą stocznię Newport News Shipbuilding (NNS), wchodzącą w skład koncernu stoczniowego Huntington Ingalls Industries (należącego do koncernu Northrop Grumman).

W tracie tej wieloletniej produkcji poszczególne jednostki musiały się różnić między sobą chociażby ze względu na zmiany technologiczne, jakie w międzyczasie wprowadzano w dziedzinie elektroniki i informatyki. I być może to właśnie dlatego ostatni z Nimitzów - USS „George H.W. Bush” - jest często klasyfikowany jako oddzielny typ - Ronald Reagan. Wskazuje się również, że USS „Gerald R. Ford” jest po prostu rozwinięciem serii tych jednostek, które zapoczątkowała budowa pierwszego atomowego lotniskowa – USS „Enterprise”.

W rzeczywistości mamy tutaj do czynienia z zupełnie nowym okrętem, który posiada wiele nowych, niespotykanych na całym świecie rozwiązań. Do takich nowinek można niewątpliwie zaliczyć m.in.: nowe reaktory, katapulty elektromagnetyczne, pokładowy system hamujący, ścianowe radary obserwacyjne oraz zasilanie i ogrzewanie elektryczne.

Napęd atomowy

USS „Gerald R. Ford”, podobnie jak lotniskowce typu Nimitz, wykorzystuje dwa reaktory atomowe. Pomimo jednak, że zamontowano reaktory mniejsze i prostsze konstrukcyjnie typu A1B (oznaczenie: A – typ platformy - aircraft carrier, 1 - generacja urządzeń od danego producenta, B – producent – Bechtel), to są one według Amerykanów cztero-pięciokrotnie efektywniejsze jeżeli chodzi o wytwarzany prąd elektryczny od zastosowanych na poprzednikach dwóch reaktorów firmy Westinghouse typu A4W o mocy po 200 MW.

Dodatkowo są one lżejsze i mają być bezpieczniejsze. Moc nowych reaktorów nie została na razie ujawniona, ale z zapowiedzi wynika, że mogą one osiągać ponad 600 MW. Było to konieczne m.in., dlatego, że na pokładzie lotniczym zastosowano po raz pierwszy na świecie katapulty elektromagnetyczne, które z zasady potrzebują dużo energii. Dodatkowo mamy tu do czynienia z okrętem całkowicie elektrycznym, gdzie wyeliminowano turbiny parowe, a jednocześnie zachowano uzyskaną na Nimitzach i potrzebną podczas operacji lotniczych prędkość maksymalną – 30 w (wykorzystując cztery śruby o wadze 30 ton każda).

Katapulty elektromagnetyczne

Jednym z najważniejszych zadań, jakie postawiono przed konstruktorami nowego lotniskowca, było zwiększenie częstotliwości startów i lądowań tak, by w jak najkrótszym czasie wysłać w powietrze jak największą liczbę samolotów. W ciągu dnia ma to pozwolić na wykonanie 160 startów (w porównaniu do 140 na Nimitzach) z możliwością zwiększenia tej liczby nawet do 220 w przypadku działań wojennych. By to osiągnąć postanowiono przede wszystkim zastąpić wcześniej wykorzystywane katapulty parowe typu C-13 o wiele wydajniejszym elektromagnetycznym systemem startu EMALS (Electromagnetic Aircraft Launch System).

Za opracowanie katapulty elektromagnetycznej dla US Navy odpowiadał koncern General Atomics, który zaprojektował system startu samolotów pokładowych eliminujący większość wad dotychczasowych katapult parowych. Nie chodzi tu jedynie o małą wydajność i problemy w działaniu przy bardzo niskich temperaturach, ale przede wszystkim o brak możliwości dokładnego sterowania mocą przez cały proces wyrzucania statków powietrznych. W przypadku katapult parowych możliwość doboru siły ciągu jest bardzo ograniczona, natomiast w przypadku EMALS istnieje możliwość sterowania siłą ciągnącą wózek w sposób ciągły - zaczynając od małych wartości i później - odpowiednio ją zwiększając (dzięki temu następuje łagodniejsze przyśpieszenie do prędkości wymaganej podczas startu).

Dodatkowo każdy program startu można dobierać wcześniej i programować - w zależności od typu samolotu, a nawet ilości zabieranego przez niego wyposażenia (masy startowej). Nastawiając katapultę można więc uwzględnić rozmiar statku powietrznego, jego kształt (w tym zabierane wyposażenie zewnętrzne – np. zbiorniki paliwa i zasobniki), wagę, prędkość wiatru na pokładzie lotniczym, prędkość lotniskowca itd. Może to być np. przydatne przy starcie samolotów z lotniskowców innych państw (np. samolotów francuskich Rafale M) oraz przy wykorzystaniu lżejszych i bardziej delikatnych dronów (mniej odpornych na tzw. „kopnięcie” wózka katapulty).

EMALS to katapulta o długości 91 m pozwalająca na rozpędzenie samolotów o wadze 45 ton do prędkości 240 km/h. Składa się ona z czterech podstawowych elementów i pracuje jak typowe działo elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne działa na „wózek” aluminiowy o długości około 6,7 m ciągnący samoloty. Wózek ten spełnia identyczną rolę jak sabot w dziale elektromagnetycznym. Wzdłuż całej rynny katapulty umieszczono okablowanie i liniowe silniki indukcyjne utworzone przez wiele takich samych sekcji uzwojenia. Są one zasilane programowo aktywując pole elektromagnetyczne w miarę przesuwania się wzdłuż nich aluminiowego wózka. Silniki liniowe zaprojektowano bowiem tak, by móc stworzyć pole tylko w tym miejscu katapulty, gdzie jest to konieczne

Pomimo tego silniki te wymagają dużej ilości energii elektrycznej, którą trzeba dostarczyć w przeciągu kilku sekund, czego nie są w stanie zapewnić standardowe, okrętowe systemy zasilania. Dlatego EMALS to również specjalny system magazynowania energii elektrycznej, który po rozładowaniu podczas startu katapulty może się naładować w czasie nie dłuższym niż 45 sekund, a wiec szybciej niż w przypadku katapult parowych. Dzięki temu zwiększa się częstość startu samolotów, a tym samym zmniejsza czas tworzenia w powietrzu lotniczej grupy uderzeniowej.

Tak zaprojektowany system jest łatwiejszy w eksploatacji, zajmuje mniej miejsca na okręcie, jest prostszy w budowie i ma być bardziej niezawodny od katapult parowych (które podczas każdego startu zużywają do 614 kg pary).

Usprawnienia na pokładzie lotniczym

Kolejną zmianą usprawniającą działanie samolotów na nowym lotniskowców były kształt i usytuowanie nadbudówki, górującej nad pokładem lotniczym. Ta tzw. „wyspa” (island) jest krótsza od poprzednio stosowanych na lotniskowcach typu Nimitz i wyższa o około 6 m. Została ona dodatkowo przesunięta w kierunku rufy o 43 m i 0,6 m w kierunku prawej burty. Dzięki temu uzyskano więcej miejsca do obsługi statków powietrznych, co przyśpieszyło i uczyniło bezpieczniejszymi operacje prowadzone na pokładzie. Z drugiej jednak strony, z powodu zmniejszenia rozmiarów „wyspy”, trzeba było przenieść pod pokład lotniczy stanowisko sztabu grupy lotniskowcowej (liczącego nawet 70 osób).

Dodatkowym usprawnieniem było zoptymalizowane rozmieszczenie wind towarowych. Znajdują się one bezpośrednio nad miejscami, gdzie ładunki są składowane na okręcie Pozwalają one na szybszy transport materiałów paletyzowanych, eliminując czas potrzeby na rozładowywania palet i przenoszenie towarów na palety okrętowe.

Windy dla uzbrojenia na „Fordzie” korzystają z ruchomych pól elektromagnetycznych zamiast okablowania, co pozwala m.in. na wykorzystywaniu elementów wind do zamykania poszczególnych magazynów. Z założenia ma to zmniejszyć koszty ich użytkowania i konserwacji.

Ważne są również rozmiary. „Ford” ma pokład lotniczy o powierzchni 20234 m², jest dłuższy od Nimitzów (337 m w porównaniu do 332,8 m) i szerszy zarówno na pokładzie lotniczym (78 m w porównaniu do 76,8 m) jak i na wysokości linii wodnej (41 m w porównaniu do 40,8 m). Wyporność w obu typach okrętów szacuje się podobnie – na około 100 000 ton.

Takie rozmiary pokładu lotniczego pozwoliły na zwiększenie powierzchni parkingowej i zorganizowanie osiemnastu oddzielnych stanowisk do tankowania i uzbrajania samolotów.

System hamowania samolotów AAG

Zupełną nowością na lotniskowcu jest turbo-elektryczny system hamowania na pokładzie lotniczym AAG (Advanced Arresting Gear). Ma on pomagać w „odzyskiwaniu” obecnych i przyszłych samolotów pokładowych, jest lżejszy i prostszy w obsłudze od starszego systemu oraz ma wprowadzone specjalne oprogramowanie kontrolne.

Umowa na opracowanie i rozwój AAG została podpisana z koncernem General Atomics. Zastosował on m.in. silnik elektromagnetyczny, który steruje linami hamującymi, zmniejsza ich maksymalne naprężenie i zmniejsza obciążenia szczytowe na haku oraz kadłubie statku powietrznego.

Jest to duży postęp w porównaniu do tradycyjnego rozwiązania z wielkimi, hydraulicznymi siłownikami umieszczonymi tuż pod pokładem lotniczym. Siłowniki te trzeba było „ręcznie” ustawiać, za każdym razem biorąc pod uwagę masę lądującego samolotu.

Ograniczone o 4 miliardy dolarów koszty eksploatacji lotniskowca

Efektem wszystkich zmian jakie wprowadzono na lotniskowcach typu Ford mają być nie tylko zwiększone możliwości bojowe (w porównaniu do Nimitzów), ale również ograniczone koszty eksploatacji. Szacuje się, że w ciągu pięćdziesięcioletniego życia nowego okrętu pozwoli to zaoszczędzić nawet ponad 4 miliardy dolarów.

Planuje się to uzyskać jednocześnie poprzez wprowadzenie nowych rozwiązań technicznych i organizacyjnych. Przykładowo, o ile na lotniskowcach typu Nimitz załoga okrętu i obsada grupy lotniczej może nawet liczyć 5680 osób (3200+2480), o tyle w przypadku okrętów typu Ford, dzięki przede wszystkim szeroko pojętej automatyzacji, załoga ma być mniejsza o około 700 osób, a grupa lotnicza nawet o 400 osób (licząc w sumie 4539 ludzi). O tym jak to jest ważne, może świadczyć fakt, że na lotniskowcu będzie się wydawało w sumie 15 000 posiłków dziennie oraz produkowało każdego dnia 1 514 200 litrów słodkiej wody.

Oszczędności planuje się również osiągnąć dzięki uproszczeniu konstrukcji. Amerykanie już obliczyli, że ograniczono np. o ponad 1/3 liczbę zaworów, wyeliminowano 70 przepustów słonej wody, zmniejszono z czterech do trzech liczbę wind lotniczych oraz z trzech do dwóch liczbę hangarów. Ulepszono klimatyzację na całym okręcie, zapewniając niższy poziom wilgotności i zabrudzenia i zmniejszając do minimum miejsca, gdzie prace muszą być prowadzone w podwyższonej temperaturze. Optymalne warunki temperaturowe urządzeń przekładają się od razu na ich większą niezawodność.

Na lotniskowcu zastosowano dodatkowo elektryczne podgrzewacze wody słodkiej, odchodząc od odgrzewania parą wodną. Wyeliminowano w ten sposób całą sieć rurociągów, która wcześniej pokrywała lotniskowce i zmniejszono koszty konserwacji.

Zadbano nawet o oświetlenie. Zastąpiono np. żarówki występujące w latarniach źródłami światła LED. Pozwoliło to wielokrotnie wydłużyć czas eksploatacji oświetlenia zewnętrznego (na lotniskowcach Nimitz żarówki w latarniach trzeba wymieniać co około 100 godzin), jak również ograniczyć zapotrzebowanie na energię elektryczną. Takie same zmiany wprowadzono wewnątrz lotniskowca. Zastąpiono m.in. tradycyjne żarówki T-12 żarówkami T-8 – bardziej energooszczędnymi i o dwukrotnie większej żywotności. O skali oszczędności może świadczyć fakt, że na lotniskowcu wykorzystuje się nawet 44 000 punktów świetlnych.

Dużym osiągnięciem z punktu widzenia ekonomiznego jest wydłużenie do dwunastu lat okresu, po jakim lotniskowiec będzie musiał zostać postawiony do remontu na suchym doku.

Dwupasmowy radar obserwacyjny DRB i system naprowadzania

Bardzo ważną zmianą wprowadzoną na lotniskowcu USS „Gerald R. Ford” jest radar DBR (Dual Band Radar), który wykorzystuje osiem nieruchomych anten ścianowych rozmieszczonych na ścianach nadbudówki. Dzięki temu istnieje możliwość dookólnego przeszukiwania przestrzeni tylko z wykorzystaniem elektronicznego sterowania wiązką antenową.

Jest to więc rozwiązanie podobne do tego, jakie wykorzystuje się na niszczycielach i krążownikach AEGIS z tą różnicą, że na lotniskowcu (podobnie jak na niszczycielach typu Zumwalt) zastosowano radar pracujący w dwóch pasmach:

• w paśmie S – z większą anteną – dla obserwacji dalekiego zasięgu AN/SPY-4 (oznaczany również jako VSR - Volume Surveillance Radar)
• i w paśmie X dla potrzeb radaru wielofunkcyjnego AN/SPY-3 (pozwalającego m.in. na podświetlanie celu dla rakiet przeciwlotniczych ESSM i SM-2).

Zwiększa to odporność na zakłócenia radioelektroniczne, minimalizuje wpływ zakłóceń atmosferycznych i poprawia niezawodność systemu. Ta niezawodność jest tym większa, że producent radaru – koncern Raytheon - zastosował aktywne anteny ścianowe klasy APAR (Active Phased Array Radar) składające się z wielu identycznych modułów nadawczo-odbiorczych. Dzięki takiej konstrukcji anten Amerykanie uzyskali dodatkowo możliwość zmniejszenia rozmiarów i zwiększenia wysokości „wyspy”.

Wszystko to ma wspomóc działanie lotnictwa pokładowego, które ma liczyć ponad 75 statków powietrznych. Mają to być przede wszystkim dwa dywizjony po dziesięć-dwanaście samolotów wielozadaniowych F-35C JSF (joint-strike-fighter), dwa dywizjony po dziesięć-dwanaście samolotów wielozadaniowych F/A-18E/F Super Hornet, cztery samoloty nadzoru radiolokacyjnego i wczesnego ostrzegania E-2D Hawkeye, pięć samolotów walki elektronicznej EA-18G Growler, dwa samoloty transportowe C-2 Greyhound (które mają być w przyszłości zastąpione przez pionowzloty V-22 Osprey), osiem śmigłowców MH-60S oraz drony (np. MQ-25 Stingray).

Nowy radar ma pracować nie tylko na potrzeby grupy lotniczej, ale również dla systemu przeciwlotniczego okrętu. W jego skład wchodzą dwie wyrzutnie po osiem rakiet przeciwlotniczych krótkiego zasięgi ESSM (Evolved Sea Sparrow Missile), dwa zestawy rakietowe bardzo krótkiego zasięgu RAM (Rolling Airframe Missile) oraz cztery wielolufowe zestawy artyleryjskie kalibru 20 mm Mk-15 Phalanx CIWS (Close-In Weapon System). Wszystko to uzupełniają cztery karabiny maszynowe Browning M2 kalibru 12,7 mm do zwalczania zagrożeń asymetrycznych.

Na maszcie wykonanym z kompozytów znajduje się jeszcze skierowany ku rufie, radiolokacyjny system precyzyjnego podejścia i lądowania JPALS (Joint Precision Approach and Landing System), którego działanie opiera się przede wszystkim na lokalnie zarządzanym systemie GPS.

System ten został już sprawdzony z udziałem samolotu F-18 Super Hornet, który latał nawet w odległości około 150 m. od okrętu. Jest to rozwiązanie podobne do tego, jakie zastosowano na lotniskowcach typu Nimitz, z tym że na USS „Gerald R. Ford” uwzględniono zmianę w lokalizacji „wyspy” na pokładzie lotniczym.

Problemy

Lotniskowiec USS „Gerald R. Ford” może rzeczywiście zwiększyć możliwości US Navy, ale jednocześnie może też Amerykanów niemile zaskoczyć. Ten kosztowny okręt ma bowiem rozwiązania, które sprawdzały się w warunkach laboratoryjnych i polowych, ale nie wiadomo jak będą się zachowywały na morzu, obsługiwane przez użytkowników, a nie twórców i inżynierów.

Szczególny niepokój wzbudzają katapulty elektromagnetyczne i system hamowania samolotów. Wszyscy bowiem pamiętają, że jeszcze w 2013 EMALS zabudowany na lądzie zawiódł 201 razy na 1967 próbnych startów, co stanowiło aż 10%. Przeciwnicy tego rozwiązania twierdzą, że ten poziom niepowodzeń może być większy podczas działań na morzu, gdy dojdą jeszcze złe warunki atmosferyczne oraz czynnik ludzki. Raport opracowany w 2015 r. wprost stwierdzał, że EMALS stanowi bardzo niepewny elementem lotniskowca.

Podobne trudności może sprawić system hamowania AAG, który podczas pierwszych 71 prób zawiódł aż 9 razy. Później udało się zejść do poziomu: „jedna awaria na 20 lądowań”, co było wynikiem 250 razy gorszym niż założono na początku.

Zupełnie inne problemy dotyczą radaru dwupasmowego DBR. Rozwiązanie to okazało się bowiem tak kosztowne, że być może zostanie zastosowane jedynie na pierwszym okręcie w serii - USS „Gerald R. Ford”. DBR stał się tak kosztowny przede wszystkim z powodu ograniczanych planów okrętowych. Radar ten był bowiem opracowywany w pierwszej kolejności dla niszczycieli typu Zumwalt (DDG-1000). Amerykańska marynarka wojenna planowała zbudować w sumie 27 takich okrętów ale ostatecznie zamówiono jedynie trzy.

To dlatego zadecydowano, że na kolejnych lotniskowcach będzie montowana jedynie prostsza i tańsza stacja radiolokacyjna EASR (Enterprise Air Surveillance Radar). Według amerykańskiej marynarki wojennej jej zastosowanie może przynieść nawet 180 milionów oszczędności.

Początkowo planowano ją zastosować dopiero na trzecim lotniskowcu („Entreprise” CNV-80), który ma być wprowadzony do linii w 2027 r. oraz śmigłowcowcu desantowym LHA-8. Postępy prac nad radarem EASR są jednak na tyle duże, że być może otrzyma go również druga jednostka typu Ford – „John F. Kennedy” (CVN-79), która ma być wprowadzona do US Navy w 2025 r. Zmniejszenie ceny będzie możliwe tym bardziej, że ma być to wspólna stacja radiolokacyjna dla kilku klas okrętów amerykańskich. Dodatkowo EASR ma już niedługo zastąpić wykorzystywane na lotniskowcach typu Nimitz przestarzałe radary AN/SPS-48 i AN-SPS-49.

Jak potoczą się przyszłe losy rozwiązań zastosowanych na USS „Gerald R. Ford” przekonamy się jednak dopiero tak naprawdę za dwa lata – po zakończeniu wszystkich testów i prób morskich.