以美國尼米茲級、福特級為代表的10萬噸級核動力航母，已經成為航母設計的標桿。中國的航母，顯然也是在走美國的路。
不過，大型航母不是一開始就是現在這樣的，這期間也是經歷過了半個多世紀的演化。本文就從設計、動力、噸位這3個維度，來回顧大型航母自二戰之後的前進演化史。
1.設計
當前的航母甲板，大致可以分為三個大區域：斜角甲板降落區、艦艏起飛區、右舷三角整備區。這三個區域互不幹擾，獨立運作，確保了甲板的使用效率。
航母甲板，主要分為這三大區域
不過，早前的情況不是這樣的。
一直到二戰結束，航母的甲板都還是一塊長長的矩形。前半部份用來停機，整備（加油、掛彈），後半部份用來降落。
戰機降落的時候，一旦沒有掛住阻攔索，就會直接沖到前甲板的機群裏，造成嚴重的事故。
為了解決這個問題，當時的辦法是在甲板的中間放一道阻攔網。一旦飛機沒有掛住阻攔索，那也能被這道網攔下。雖然這會對飛機造成一定的機械損傷，但比沖進機群好。
早前的航母是直通式甲板，降落和起飛都是一個方向
不過，到了噴射機時代，阻攔網的辦法不好用了。因為噴射機普遍更重，著艦速度更快，阻攔網根本拉不住。
英國人首先想到一個解決思路，既然拉不住飛機，那就讓飛機降落的方向不要對著甲板正前方不就行了？
1952年，英國在一艘舊航母凱旋號上，改裝了一個斜角甲板，用於測試飛機降落。經過大量的試驗，證明斜角甲板確實極大的改善了降落的安全性。因為斜角甲板避開了前方的停機區，著艦失敗的話，飛行員一推油門復飛就行了。
英國的方案示意圖
英國的這個改裝，是在原來的矩形甲板上畫出一條斜角降落區。美國則在這個基礎上做了改進，專門設計了一條伸出左舷外的斜角甲板。
1952年12月，第一艘完成了斜角甲板改裝的埃塞克斯級航母「安提坦」號（CV-36）出海。在之後的的連續500次的試驗中，「安提坦」號從未發生降落事故。
至此，斜角甲板作為現代大型航母的標誌之一，被確定了下來。
改後的「安提坦」號
在隨後對二戰時期的航母（比如埃塞克斯級中途島級）改裝工作中，除了加裝斜角甲板，美國還試驗了這個斜角到底多少度合適。
如果角度小了，無法完全避開前方停機區；如果太大，降落航線過於偏離航母的航向，降落難度提高。其中改裝的中途島號斜角達到13.5°，是迄今為止最大的角度。
經過多艘航母的驗證，美國海軍認為，10°左右的斜角，是最合適的。後來新建的佛瑞斯特級、小鷹級、企業級，斜角甲板都是10.5°，尼米茲級和福特級則是9.5°。
被改的奇形怪狀的中途島號，斜角甲板的角度確實很大
斜角甲板解決了降落和起飛的沖突問題，接下來就是 安全降落 的問題。
飛機在降落的時候，是帶一點迎角的。此時飛行員的視線並不好，很難看清並瞄準甲板。所以，需要在甲板上有工作人員，專門引導飛機著艦。
這個崗位，被稱為著艦指揮官，英文縮寫LSO。
早期的LSO，透過手勢來指揮，後來換成了訊號旗。因為旗幟會被風吹動，影響觀測，後來又被換成了訊號板。
這種訊號板上貼有不同顏色組合的布條，用於代表同的指示，以引導飛行員進場時的飛行速度、高度、角度，直至最終著艦。
如果是晚上的話，則用霓虹燈代替。不過，以前的飛機電子器材都不好，僅靠目視引導的話，著艦風險太高。所以，哪怕到了二戰時期，航母都盡量避免夜間著艦。
早期的人工引導著艦
二戰之後，艦載機進入噴射時代。由於飛行速度快了很多，過往的人工引導模式效率太低了。LSO稍微慢一點，再等飛行員響應，飛機可能已經飛行一兩百米了。
提高著艦引導的效率成了關鍵。
1951年，英國皇家海軍軍訓部的古德哈特，受辦公室女秘書使用口紅的啟發，發明了第一代鏡式著艦輔助系統（英國堪稱現代航母的技術源泉）。
這個系統的引導原理很簡單，這裏就用鏡子和口紅解釋一下。在一面鏡子中央畫一道口紅線，然後在鏡子前放置一個手電筒。手電筒照向鏡子，然後形成反光。然後觀察者（模擬飛行員）看向鏡子，如果看到手電筒的光正好在紅線上，此時就是合適的角度。如果光線在紅線上，則說明進場角度太大；管線在紅線下，說明角度太小。
鏡式著艦輔助系統簡單示意圖
第一代的鏡式助降系統還比較簡單，經過後續的不斷叠代，逐漸解決了強光幹擾、太陽光幹擾、鏡面起霧等問題，發展出現在的菲涅爾透鏡光學助降系統（以下簡稱菲涅爾助降系統）。
菲涅爾助降系統由5個豎狀排列的燈箱、橫向基準燈、警示燈等幾個模組組成。
艦載機進場時，觀察5個燈箱發出的光跟基準燈的高度關系：如果在基準燈上面，則說明飛機太高了；如果在基準燈下面，則說明飛機太低了；如果看到紅色警示燈亮起，則說明不允許著艦，需要飛行員復飛，重新進場。
遼寧艦上的著艦輔助系統
這些燈光都由LSO控制。在飛機近場時，這些LSO會觀察飛機的飛行姿態，並根據航母當前的情況，控制燈光。
比如，哪怕此時飛機姿態沒問題，進場角度合適。要是突然出現甲板入侵的情況（別的器材進入了降落跑道），那LSO會立馬控制紅色警示燈亮起，示意飛行員終止著艦。
而且，菲涅爾助降系統是有自穩裝置的。無論航母如何橫向或者縱向搖擺，燈光指向都不會有影響。
可以說，航母發展的現在，這類光學助降系統已經是其中必不可少的一個子系統了。航母可以沒有彈射器、沒有相控陣雷達，但是沒有這個助降系統。
中國海軍陸基模擬著艦訓練，左邊就是助降系統
解決了降落問題後，接下來是 起飛的問題 。
其實早前的航母也有彈射器，不過是液壓彈射器。這種彈射器的原理是利用壓縮空氣去驅動液壓油，進而推動活塞，最終帶動飛機。
這種彈射裝置，器材笨重，驅動力有限，推動活塞式飛機勉強很快，到了噴射機時代就不夠用了。
後來美國人還想過用火藥爆炸，產生的沖擊波來推動活塞，從而彈射飛機。但是在航母上儲存一堆炸藥，這不是作死麽？
又是英國人，在1950年發明了蒸汽彈射器 。這種彈射器，是從航母的鍋爐裏匯出一部份蒸汽，用來驅動活塞。優點是設計簡單、安全、驅動力足；缺點是需要分走鍋爐的蒸汽，降低航母發動機的功率。當然，如果鍋爐功率足夠，這樣不是什麽大問題。
1951年，英國的英仙座號航母，進行了 890 次彈射實驗，證明了蒸汽彈射器的可靠性。
於是，美國人立馬放棄了自己的火藥彈射器，選擇從英國引進蒸汽彈射器的技術。經過多次叠代，C13彈射器是美國海軍後續大型航母的的標準配置，一直到電磁彈射器出來。
除了美國，法國戴高樂航母用的彈射器也是C13。倒是發明蒸汽彈射器的英國，其2艘伊莉莎伯級航母，都沒有彈射器，而是滑躍起飛。
C13彈射器
尼米茲級之後的福特級，用的則是電磁彈射器。這種使用電磁力的新型彈射器，比蒸汽彈射的優點是彈射功率均勻分布（蒸汽彈射是一開始的力道大，後面隨著蒸汽壓力的降低，驅動力也會降低），對飛行員的抗荷要求低；系統更輕便、結構簡單等。
不過，福特級的電磁彈射器上艦後故障頻出，發展很不順。用了好幾年的時間，才算達到堪用狀態。
而中國這邊，則跳過的蒸汽彈射，直接使用電磁彈射器。具體效能如何，得033福建艦之後才見分曉。
關於彈射器的數量，美國二戰後的大型航母，從佛瑞斯特級開始，就是4條配置。這些年也一直有說4條彈射器和3條彈射器沒有區別，理由是只有艦艏的1號和2號彈射器可以並排擺放2架飛機，在短時間內一次升空。斜角甲板區的3號和4號彈射器是不能一起用的，那個位置一次只能擺放一架待出擊的飛機。
其實，彈射器的數量是由多個因素決定的，包括彈射器的故障率、對艦載機出動率的要求。
之前中船701所有一篇論文，是關於彈射器數量和對出動架次影響的。
航母的艦載機出動是波次的，比如第一波放飛10架飛機，然後間隔一段時間後（幾分鐘到幾十分鐘不等），再放飛下一波。
論文中提到， 如果波次間隔時間大於6分鐘，那麽3台彈射器和4台彈射器的出動能力是一樣的。如果波次間隔時間大於8分鐘以上，那麽2條彈射器和4台彈射器的效能是相同的。
這個好理解。如果每個波次間隔時間太短，對彈射器的消耗就大，那麽久需要更多的彈射器來輪流彈射。如果間隔時間長，彈完一波後，可以休整更長的時間，那麽就不需那麽多彈射器了。
2017年，美國海軍有過一個內部論證，福特級當前的4彈射器版本，可以做到日均160架次的出動能力，而3彈射器版則是140-160架次去，其實相差無幾。但是多一條彈射器也只是多了1.6億美元。多一點點錢，就可以讓航母多一條備份，是劃得來的。
所以，當下003福建艦3彈射器的設計，並不會影響其出動能力。倒是甲板其他的設計問題，比如1號彈射器和1號升降機互相幹擾、2號彈射器距離降落區太近，影響著艦後的飛機滑回停機區，更有可能影響甲板排程效率。
接下來看航母的 三角整備區 。
所謂三角整備區，是指斜角跑道右側、艦艏彈射器後方和航母右舷組成的一個三角區域。這個地方既不影響起飛，也不影響降落，所以用來停放飛機，並做起飛前的整備（加油、加彈、加氣等）。因為呈三角狀，所以叫做三角整備區。
在整備區，包含的設施有艦島、彈藥升降機和飛機升降機。
從上到下，依次是佛瑞斯特級、小鷹級、福特級和尼米茲級
上圖是美國航母從佛瑞斯特級開始，一路到福特級，三角整備區的演化，主要有兩點變化：
1. 艦島的位置越來越靠後
2. 右舷的升降機從3座變為2座
從戰後第一代大型航母佛瑞斯特級開始，甲板整體布局就已經確定下來了——4條彈射器（艦艏2條、左舷2條）、4部升降機（右舷3左、左舷1座）、斜角甲板。後續的型號，改動最多的就是艦島和升降機。
佛瑞斯特級的右舷3部升降機，艦島前面1部，後面2部。這樣一來，離艦艏2條彈射器最近的距離，就只有1部升降機伺候。
所以，後來小鷹級開始，就把艦島往後移了一段距離，右舷升降機變為前2後1。這個布局一直延續到企業級和尼米級這兩型核動力航母上。
不過美國經過多年的航母的使用經驗，發現右舷最後方的升降機使用頻率太低，大部份時候艦島前的2部+左舷1部已經足夠用了。於是到了福特級，把右舷的升降機砍掉了一座，艦島進一步後移。
這樣一來，整個三角整備區就連成了一片（以前中間還隔著艦島），甲板排程效率更高。
福特級的艦島、三角整備區的設計，應該就是最優解了
左舷那部升降機，佛瑞斯特級是設計在斜角甲板的盡頭。後來發現這會與降落中途，於是就移到了左舷的後部。不光是避開了降落區，在航母左後方還能形成一個小的三角整備區。這個設計，一直保持到福特級都沒有變。
佛瑞斯特級的左舷升降機在降落跑道的前端
這裏就得說一下003福建艦的升降機設計。
受制於動力系統的限制（這個下文再解釋），003的艦島沒辦法進一步後移，2部升降機一前一後布局，倒也無可非議。但是，左舷沒有升降機，不得不說是個缺陷。
一來，003使用3號彈射器的時候，飛機必須從右側升降機從右舷提上來，然後穿越整個甲板。這是影響甲板排程效率的，如果左舷有升降機，那走這裏出來就行了。
二來，左右都有升降機的話，就等於多一層保障。如果出現意外情況（比如中彈進水，導致艇身傾斜），可以保證至少有一邊可以用升降機。但是003只在右舷有升降機，如果船身傾斜導致右邊沒法升降飛機，而左邊又沒有升降機可用，那其只能幹瞪眼了。
三來，003在接受補給的時候，物資也是從右舷傳輸過來的。此時右舷的升降機沒法使用，左舷右沒有升降機，整艘航母都沒法在機庫和甲板間作排程。
所以，下一艘004航母，不管彈射器是3條還是4條，左舷的升降機一定得安排上。
可以透過這張圖，仔細看一下003甲板設計的不足
2.動力
航母的動力衍化相對沒那麽復雜。
第一代佛瑞斯特級，第二代小鷹級，都是常規動力。以小鷹級為例，其動力系統為4台蒸汽輪機，由8台鍋爐驅動，總功率達到28萬馬力。
第一型核動力航母企業號（CVN-65），主動力還是4台蒸汽輪機，不過換成了核反應堆來驅動。
企業號用的是西屋公司的A2W核反應堆，單台功率只有3.5萬馬力。為了保證航速，企業號不得不裝了8台A2W。每兩台並聯在一起，驅動1台蒸汽輪機。
這樣的設計使得企業號的艦體中斷被輪機器材占滿，十分臃腫。為了給其他器材和物資（比如彈藥、航空燃油等）留夠空間，企業號航母被放大到了342.3米，比小鷹級（323.6米）長了近20米，比後來的尼米茲級（332.8米）也長了10米，是迄今為止最大的航母。
企業號
但是，核動力帶來的優勢是顯而易見的。近乎無限的燃料，讓艦長在航行時不用考慮消耗，只要有需要，隨時可以全速狂奔。
嘗到核動力航母的甜頭後，美國再也不想建造常規動力的航母了。
後一型航母就是尼米級。此時西屋公司有7萬馬力的A3W和反應堆和13萬馬力的A4W核反應堆，可以選擇。從技術角度考慮，使用4台A3W可以保證尼米茲級跟前面幾個型號一樣有28萬的馬力。
但是當時的時任美國國防部長麥克拉馬拉的堅持下，處於成本考慮，尼米茲級選擇了2座A4W，總功率26萬馬力。
這也導致尼米茲級的最大航速降到了30節，不及企業號的35節。
最新的福特級，適用的是貝蒂斯核子動力實驗室的A1B反應堆，單台功率達到了16萬馬力。福特級使用2台A1W，總功率達到了32萬馬力，所以最高航速可達32節。
核動力的的優勢，除了可以提供澎湃的動力，還有個好處就是讓艦島擺脫討厭的煙囪。
常規動力航母燒油，需要長長的煙道把油煙排出去，排出口就是艦島上的煙囪。有眼囪的存在，常規動力航母的艦島就不能大振幅移動位置。因為發動機的位置在航母中部，煙道也差不多從中間伸出來，那煙囪也得在附近。
這就是我們前面說的，為什麽003航母的艦島不能像福特級那樣放在很後面，讓右舷的2部彈射器都處於艦島前方，以提高三角整備區的排程效率，就是因為被煙囪限制了。
而且，有煙囪在，艦島就要做的更大，占據更多的甲板面積。所以我們看核動力航母，艦島都小的多。
註意，無論是常規動力還是核動力，本質都是燒開水，區別就是燒油還是燒核原料。常規動力航母是透過燒重油加熱鍋爐，產生蒸汽來推動輪機。而核動力則是透過可控核分裂產生熱量來加熱鍋爐，從而產生蒸汽來推動輪機。
福特級和戴高樂級，艦島位置的兩個極端，都是為了增加三角整備區的面積
3.噸位
美國在二戰之後發展的兩代常規動力航母（佛瑞斯特級、小鷹級），滿載排水量都在8萬噸左右。中國海軍003福建艦，也是8萬噸多一點。
那麽，這是個巧合嗎？
美國海軍在50年代對二戰期間建造的埃塞克斯級航母和中途島級航母按照現代航母的標準進行了改造，主要包括裝上蒸汽彈射器（艦艏2條）、設計斜角甲板、擴大機庫和甲板面積。
透過與佛瑞斯特級、小鷹級的對比，美國海軍發現，常規動力航母的最佳噸位就是8萬噸。
如果噸位太小，比如只有6萬噸（中途島級），那麽航母的關鍵效能就會不足。尤其是航母最核心的指標——出動能力。
中途島級改造完成後，每日平均出動能力是55架次。而佛瑞斯特級和小鷹級，每日出動可到80~100架次。
如果噸位太大，比如放大到9萬噸以上，那麽就需要更強勁的動力，導致成本上升。但是更大艦體增加的航空彈藥和攜帶燃油量又有限（大部份被動力系統占據了），得不償失。
所以，8萬噸是常規動力的最佳答案。
如果噸位降到7萬噸以下，那出動數據就會大大降低
待到後面發展的三代核動力航母（企業號、尼米茲級、福特級），得益於核動力的提供的澎湃動力，航母噸位被放大到10萬噸。
加上進一步最佳化的甲板設計，讓尼米茲級的每日出動能力達到了120架次，福特級更是達到了140架次。
不過，美國內部有聲音認為，福特級的指標有點浪費。
2017年美國蘭德對福特級的評估報告裏提到，現代航母作戰，30天日均80架次已經能滿足要求。畢竟海灣戰爭時羅斯福號（CVN-71）在39天的時間裏，在這種強度下，也就每天出擊96架次，而尼米茲級的設計指標是120架次。
所以，福特級的140架次這個指標完全沒有意義，徒增成本。
如果美國這份報告沒有忽悠嫌疑的話，那就意味著在美國海軍眼裏， 10萬噸級就是核動力航母的最佳答案。
4.總結
以上基本都是以美國航母的發展為脈絡梳理的，畢竟美國是二戰後使用大型航母經驗最豐富的國家。對於中國來說，當下發展航母也是摸著美帝過河。
後續有時間，再梳理一下法國、蘇聯和英國的航母發展。尤其是蘇聯的航母發展，畢竟是中國航母事業的源頭，確實值得研究一下。
