核动力还是常规动力的比较:GAO核子动力与常规动力航空母舰效费比分析报告(1998年)
GAO报告中,对常规动力航母以及核子动力航母的维护周期模型对比;核子动力航母包括冷战后期确立的「工程作业周期」(EOC)模型,以及冷战结
GAO报告中,对常规动力航母以及核子动力航母的维护周期模型对比;核子动力航母包括冷战后期确立的「工程作业周期」(EOC)模型,以及冷战结束后制订的「增量为修计画」模型(IMP)。
GAO报告中,对于由常规动力航母以及由核子动力航母执行全球部署任务时,每年对欧洲以及中央战区(中东、印度洋)的覆盖天数比例(西太平洋则永远有一艘航母部署在日本)。此表可见常规动力航母阵容大约可维持比核动力航母多9%的存在天数。
GAO报告中,对于由常规动力航母以及由核子动力航母执行全球部署任务时,对欧洲以及中央战区(中东、印度洋)达成年度覆盖天数比例(分别是100%、80%以及60%)所需的数量;就这些勤务量,核子动力航母永远需要比常规动力航母多一艘才能达成。
GAO报告中,CVN-67以及CVN-68搭载的舰载机联队的各机种与数量。
GAO报告中,对常规动力航母以及核子动力航母的寿命周期总成本(包含建造采办、维修升级、操作等)的比较。
GAO报告中,对常规动力航母(CV-67)以及三种主要护航舰艇(CG-47飞弹巡洋舰、DDG-51飞弹驱逐舰、DD-963驱逐舰)的续航力、油耗、续航天数的比较
GAO报告中,对1991年沙漠风暴作战期间(43天),六艘参战美军核子动力航母(CVN-71)与常规动力航母(CV-41、60、61、66、67)的平均每日出击架次比较。
GAO报告中,对1991年沙漠风暴作战期间(43天),六艘参战美军核子动力航母(CVN-71)与常规动力航母(CV-41、60、61、66、67)的总出击架次、每艘航母载机数、参战天数、平均每作战日出动架次、每架飞机平均每日出击架次的列表。
GAO报告中,对1991年沙漠风暴作战期间(43天),六艘参战美军核子动力航母(CVN-71)与常规动力航母(CV-41、60、61、66、67)接受补给的次数、在战区值勤天数以及每次接受补给间隔天数的列表。
在1997年,当时美国海军正在进行接替尼米兹级的下一代航空母舰CVX项目。为此,美国国会要求美国政府审计办公室(General Accounting Office,GAO),针对常规动力航母和核动力航母进行详细的分析评比;这份报告在1998年8月出炉,称为核子动力与常规动力航空母舰效费比分析(NAVY AIRCRAFT CARRIERS Cost-Effectiveness of Conventionally and Nuclear-Powered Carriers)。
此份报告中关于比较核子动力与常规动力航母的部分,是依照美国海军赋予航空母舰的三大使命:平时前沿部署存在(forward deployed peacetime presence)、应对危机(crisis response)、作战(war-fighting)等,针对几个领域,分析对比了核动力航母和常规动力航母的优势和劣势。这些包括:寿命周期的成本、航母编队航渡速度和时间、航母编队航渡时的补给需求、航母编队在战区的补给需求、维护周期、机队规模、淡水制造能力、航母加速性能。
GAO这份报告的分析作业中,常规动力航母的数据是美国海军最后一艘非核动力航空母舰──满载排水量82000吨的小约翰.甘迺迪号(USS John F. Kennedy,CV-67),核子动力航母的数据则取自美国海军第一种批量生产的成熟核子动力航母──满载排水量95000吨的尼米兹号(USS Nimitz CVN-68),两者的飞行甲板布局、航空操作设施以及机对规模都十分相近。第一代的核子动力航母企业号(USS Enterprise CVN-65)由于设计尚未成熟,所以不予考虑。
结论摘要
GAO报告对两种动力,核动力航母较占优势的领域包括:航渡速度和时间、航渡时的补给需求、在战区的补给需求以及加速性能。这是因为核动力航母本身的航行不需要补给燃料,所以编队相对较少依赖补给舰(只有伴随航母的船舰需要加油),而且反应器随时在开机状态所以加速较快。此外,核子动力航母船舰本身不需要燃油,舰内更多容积可以用来装载航空机所需的燃料,因此在战区作战时的补给需求也相对较少。
常规动力航母的主要优势在于全寿期成本成本,不仅建造成本以及人事成本较低,整个寿期的总体维护时间较少(尤其是核动力航母需要执行昂贵耗时的核燃料重装填工程),能部署值勤的天数相对更多(能使用相对较少的数量涵盖所有勤务)。此外,核子动力航母除役后,核能装置拆除、核燃料处理储存也十分昂贵而耗时。
而在舰载机搭载数量、军机出动架次、航母弹药携带量、淡水制造量、最大航速、防护与生存能力,核子动力或常规动力并不会造成显著影响,因为这些主要都跟航母船体规模、设计与装备水平有关,而非动力型式。
GAO报告中,甘迺迪号(CV-67)常规动力航母与尼米兹号(CVN-68)核子动力航母的基本数据比较。这份报告以CV-67作为常规动力航母的常模,以CVN-68作为核动力航母的常模。
以下分别简述:
(一)航母编队航渡速度和时间
GAO报告中对核子与常规动力航母航渡所需的天数比较,依照三种部署距离以及三种常用航速。
GAO报告中,以美国海军航母编队从东岸、西岸出发往返地中海以及波斯湾的距离,和常用的三种标准航速(20节、24节、28节)进行分析,常规动力航母以甘迺迪号(CV-67)为准。GAO报告指出,由于航母编队其他船舰组合大致相同,无论是核动力航母以及常规动力航母都在相同的节点进行编队加油;主要的差别在于,常规动力航母本身需要加油(每次加油粗估花0.1天,约2.4小时),加油期间需将航速减慢到14节,因此比核动力航母编队多了一些耽搁。
1 .从东岸诺福克(Norfolk)基地到东地中海(距离4800海里):20节航速下常规动力航母无须加油,双方无差异;24节与28节时常规动力航母都需加油一次,比核动力航母晚0.1天到。
2.从诺福克到波斯湾(8600海里):20节与24节航速下常规动力航母需要加油一次,因此比核动力航母晚到0.1天。28节航速下航速下常规动力航母需要加油两次,晚0.2天(4.8小时)。
3.从西岸圣地亚哥(San Diego)到波斯湾(12000海里):20节与24节航速下常规动力航母需要加油二次,因此比核动力航母晚到0.2天(4.8小时);28节之下常规动力航母需要加油三次,比核动力航母晚0.3天到(实际上约6小时)。
值得一提的是,为了对应GAO的报告,美国国防部同样也委托兰德(RAND)智库机构做了一份相似的常规动力与核子动力航母报告。兰德的报告中,常规动力航母航渡的油耗数据与GAO报告差异甚大,这是因为兰德以现代的燃气涡轮作为估算常规动力航母性能的基准,而不是CV-67的蒸气涡轮:美国国防部反对使用旧的蒸气涡轮技术来论证常规动力航母的性能以及寿期成本才符合现实,因为如果要新造常规动力航母就不太可能回去用几十年前的蒸气涡轮。例如,以28节航行4800海里的情境下,兰德的报告认为光是常规动力航母本身就需要350万到400万加仑燃油,而若以28节航行12000海里,油耗需求更高达900万到1000万加仑,相当于三艘AOE的储油才能支持;而如果是计算整个航母编队的油耗,前述油耗数字还要再增加一倍。反观小鹰级航空母舰的数据,在30节航速下可以航行5000海里,但小鹰级的储油量只有240万加仑。
另外,兰德的报告指出,有时为了因应天候影响,舰船会在油量还剩50-60%的情况下就提前进行加油,如此常规动力航母在航渡途中的加油次数会再增加,到达战区的时间会比核动力航母慢更多(兰德的报告并没有列举实际案例,而GAO报告提出的几次海外快速航渡实例,并没有体现兰德报告说的情况)。兰德报告也认为,GAO报告并没有考虑到蒸气推进系统在28节航速的可靠性问题(常规动力航母持续高速航行的时间不如核子动力航母)。
以下分别简述:
(一)航母编队航渡速度和时间
GAO报告中对核子与常规动力航母航渡所需的天数比较,依照三种部署距离以及三种常用航速。
GAO报告中,以美国海军航母编队从东岸、西岸出发往返地中海以及波斯湾的距离,和常用的三种标准航速(20节、24节、28节)进行分析,常规动力航母以甘迺迪号(CV-67)为准。GAO报告指出,由于航母编队其他船舰组合大致相同,无论是核动力航母以及常规动力航母都在相同的节点进行编队加油;主要的差别在于,常规动力航母本身需要加油(每次加油粗估花0.1天,约2.4小时),加油期间需将航速减慢到14节,因此比核动力航母编队多了一些耽搁。
1 .从东岸诺福克(Norfolk)基地到东地中海(距离4800海里):20节航速下常规动力航母无须加油,双方无差异;24节与28节时常规动力航母都需加油一次,比核动力航母晚0.1天到。
2.从诺福克到波斯湾(8600海里):20节与24节航速下常规动力航母需要加油一次,因此比核动力航母晚到0.1天。28节航速下航速下常规动力航母需要加油两次,晚0.2天(4.8小时)。
3.从西岸圣地亚哥(San Diego)到波斯湾(12000海里):20节与24节航速下常规动力航母需要加油二次,因此比核动力航母晚到0.2天(4.8小时);28节之下常规动力航母需要加油三次,比核动力航母晚0.3天到(实际上约6小时)。
值得一提的是,为了对应GAO的报告,美国国防部同样也委托兰德(RAND)智库机构做了一份相似的常规动力与核子动力航母报告。兰德的报告中,常规动力航母航渡的油耗数据与GAO报告差异甚大,这是因为兰德以现代的燃气涡轮作为估算常规动力航母性能的基准,而不是CV-67的蒸气涡轮:美国国防部反对使用旧的蒸气涡轮技术来论证常规动力航母的性能以及寿期成本才符合现实,因为如果要新造常规动力航母就不太可能回去用几十年前的蒸气涡轮。例如,以28节航行4800海里的情境下,兰德的报告认为光是常规动力航母本身就需要350万到400万加仑燃油,而若以28节航行12000海里,油耗需求更高达900万到1000万加仑,相当于三艘AOE的储油才能支持;而如果是计算整个航母编队的油耗,前述油耗数字还要再增加一倍。反观小鹰级航空母舰的数据,在30节航速下可以航行5000海里,但小鹰级的储油量只有240万加仑。
另外,兰德的报告指出,有时为了因应天候影响,舰船会在油量还剩50-60%的情况下就提前进行加油,如此常规动力航母在航渡途中的加油次数会再增加,到达战区的时间会比核动力航母慢更多(兰德的报告并没有列举实际案例,而GAO报告提出的几次海外快速航渡实例,并没有体现兰德报告说的情况)。兰德报告也认为,GAO报告并没有考虑到蒸气推进系统在28节航速的可靠性问题(常规动力航母持续高速航行的时间不如核子动力航母)。
(二)航母编队航渡补给需求
GAO报告中对核子与常规动力航母编队航渡阶段的补给需求比较,依照三种部署距离以及三种常用航速。
GAO报告中对核子与常规动力航母编队燃油消耗量以及剩余油量的估计,依照三种部署距离以及三种常用航速。
GAO报告的评估标准是:一艘配属于航母编队的AOE的储油量,是否能支持该航母编队抵达战区。这是依照每艘船舰燃油降至30%时就进行加油,且到达后所有船舰燃油还要不低于30%。两种编队唯一的区别,就是常规动力航母本身需要加油而核子动力航母不用。
在这项评比中,每个航母编队由一艘航空母舰、2艘提康德罗加级飞弹巡洋舰(CG-47型)、2艘伯克级飞弹驱逐舰(DDG-51型)、2艘史普鲁恩斯级驱逐舰(DD-963型),1条萨克拉门托级快速战斗支援舰(AOE)。因此这项计算的基础是依照一艘萨克拉门托级的燃油携带量。
1.从东岸诺福克(Norfolk)基地到东地中海(距离4800海里):无论是20、24、28节,核动力航母编队以及常规动力航母编队都能实现。
常规动力航母加满燃料后,以20节航速持续航行12天,燃料会剩下30%;因此,常规动力航母以20节航速,中间不需要加油就可以从东岸抵达地中海(需10天),抵达后还有40%的燃油存量,足以以20节航速再持续航行2天。而其余护航舰艇抵达后大约还会剩下53~90%的燃料,而AOE则会剩下约54000桶燃油(如果没有其他后勤船舰提供再补给)。
2 .从诺福克到波斯湾(8600海里):在一艘AOE支援且没有其他油船再补给的情况下,以20节航速航行,核动力航母编队以及常规动力航母编队都能实现。24节航速核动力航母编队能够实现,常规动力航母编队不能实现。28节之下两种航母编队都不能实现。
在这样的航程中,常规动力航母以20节航行,在中途加油一次的情况下,抵达波斯湾时(航行18天)约会剩下65%燃油,能以20节速率再航行6天。常规航空母舰这次加油会消耗AOE上船用燃油的1/4,其余3/4则分配给护航舰艇;如果AOE没有获得再补给,扣除为航母加油之外,还能为编队中的两艘DDG-51飞弹驱逐舰加油两次,但只为两艘CG-47型与两艘DD-963型各加油一次;抵达波斯湾阵位时,柏克级剩余燃料约会是80%,CG-47型剩余燃料约是30%,而DD-963型无法抵达。因此,AOE必须在路上由友军油船(如T-AO-187舰队油船)加油一次,或者由这艘额外油船直接对编队护航编队加油,如此整个编队都能达到波斯湾,护航舰艇平均剩余60%燃料,而AOE则还剩下超过55000桶燃油。
而如果是核子动力航母编队执行这趟航程,AOE只需要为护航的船舰加油;两艘DDG-51飞弹驱逐舰在路上重新加油三次,两艘CG-47型飞弹巡洋舰以及两艘DD-963型驱逐舰都获得加油两次,DDG-51以及CG-47抵达波斯湾阵位时大约都会是满油状态,DD-963型剩余65%燃油。而AOE搭载的燃油基本上会完全耗尽。GAO认为在这样的航程中,AOE在途中无论如何都需要接受再补给,或者由另一艘满载油料的AOE在中途接手。
3.从西岸圣地亚哥(San Diego)到波斯湾(12000海里):在一艘AOE支援且没有其他油船再补给的情况下,无论是20、24、28节,核动力航母编队以及常规动力航母编队都不能实现。
在这样的航程中,单靠一艘AOE的燃料(没有再补给),常规动力航母以20节航行约花25天抵达,抵达时只剩25%的燃料,而其他的护航舰艇都无法抵达。而对于核子动力航母编队,依靠一艘AOE携带的油量(没有再补给),两艘CG-47巡洋舰抵达时会剩下40%燃料,两艘DDG-51驱逐舰抵达时只剩15%燃料,DDG-963会在中途耗尽燃料而无法抵达。
如果获得第二艘舰队油船(如T-AO-187)支援,常规动力航母抵达波斯湾时可剩余70%燃料,其余护航舰艇剩余燃料约40~70%,而两艘油船的储油会完全耗尽(如果没有经过再加油)。在这样的情况下,常规动力航母航渡期间接受的燃油补给大约是两艘油船载油量的35%。
核子动力航母编队执行相同航渡时,在两艘补给舰的支援下,编队抵达波斯湾阵位时,每艘护航舰艇约有40至85%的剩余燃料,两艘油船总共剩下约65000桶燃油。
因此评比结论是,除了从诺福克到波斯湾、24节航速航渡出现差别(核子航母编队能,常规航母编队不能),其余两者表现基本相当。
(三)航母在战区作业的补给需求
由于核子动力航母装载航空燃料的空间多于常规动力航母,因此停留在战区作业的时间占有优势。以甘迺迪号常规动力航母(CV-67)为例,船舰自用燃料携带量约2.4万加仑,航空燃料携带量1.8万加仑。而核子动力的尼米兹号(CVN-68)能3.5万加仑航空燃料,几乎是甘迺迪号的两倍;当然,CVN-68满载排水量比CV-67多13000吨,先天上舰内筹载容积就比较大。
GAO引用1991年波斯湾战争期间参战的核子动力以及常规动力航母数据进行比较,参与沙漠风暴战役(Operation Desert Storm)的航空母舰共有六艘,包括核子动力的西奥多.罗斯福号(USS Theodore Roosevelt,CVN-71),以及常规动力的甘迺迪号(USS John F. Kennedy,CV-67)、美利坚号(USS America CV-66)、游骑兵号(USS Ranger CV-61)、萨拉托加号(USS Saratoga CV-60)和中途岛号(USS Midway
CV-41):依照此次作战中的补给次数,参战的美军常规动力航母约2.7至3天需补给一次,核子动力航母平均约3.3天需接受补给一次。核子动力的西奥多.罗斯福号平均每天消耗舰载航空燃油的8%以及舰载航空弹药的2%,其他常规动力航母平均每天消耗舰载航空燃油的15%以及舰载航空弹药的5%。参战的航空母舰平均每3至3.5天就要接受一次补给。
GAO报告指出,作战时需要接受补给的最大制约因素,是舰载机弹药消耗量。在舰用燃料、航空燃料、航空弹药三大海上补给项目中,作战时航空弹药消耗得最快。航空弹药消耗关系到航空母舰上的航空弹药载荷、舰载机队规模、出动架次等;就这方面,舰体尺寸与设计的关连最为直接,而不是动力形式(当然动力型式也有一定的影响,核子动力航母不需要舰载燃油以及主机烟囱排烟道的空间,理论上有更多空间携带航空弹药与燃料)。第一艘核子动力航空母舰企业号(USS Enterprise CVN-65)舰体长度比甘迺迪号(CV-67)增加50英尺,航空弹药携带量增加60%。尼米兹级航空母舰的排水量比美国海军最后一型常规动力航母(即CV-67)增加10%左右;CV-67的筹载容量(storage capacity)是首批三艘尼米兹级(CVN-68~70)的75%,是第四艘以后的尼米兹级(CVN-71起)的80%(CVN-71起强化了防护能力,因而降低了航空弹药搭载量)。
(四)航母操作、维护周期
GAO的报告比较了常规动力以及核动力航空母舰的寿期操作与维护周期。大致上,每一轮维护周期(maintenance cycles)以每次复杂翻修(Complex Overhaul,COH)作为间隔,期间包括在海军舰队里操作的作业周期(Operating Interval),以及中间时间较短的选择性受限可获得性(Selected Restricted Availability,SRA)等。其中,航母每次「作业周期」包含训练作业(包含航母本身以及与舰载机队、打击群编队的合练)以及在基地内维护,真正用于海外部署的时间大约只有6个月。一艘航空母舰的整个寿命周期中,会重复数个上述的「维护周期」。
美国常规动力航母大致以72个月(6年)为一个维护周期,其中包含三个各18个月(一年半)在舰队值勤的「作业周期」。前两次「作业周期」结束后各进行一轮为期三个月的SRA周期(不进坞),第三次「作业周期」结束后就进行为期12个月的COH。
尼米兹级核子动力航空母舰方面则是以102至108个月为一个维护周期,又称为「工程作业周期」(Engineered Operating Cycle,EOC),其中包含四次各18个月在舰队值勤的「作业周期」;第一次与第二次「作业周期」之间,执行一次为期三个月的SRA周期(不进坞);第二次与第三次「作业周期」之间,执行时间5.5个月的进坞选择性受限可获得性(Docking Selected Restricted Availability,DSRA)周期;第三次与第四次「作业周期」,执行一次为期三个月的SRA周期(不进坞);而第四次「作业周期」结束后执行COH;服役后第一次COH为18个月,而第二次EOC周期结束后的COH(COH 2)是24个月。一般而言,尼米兹级 每服役23年需要重新装填反应器核燃料,大约发生在服役后第三次COH或第四次DPIA之间,届时会合并所需的翻修工程一起进行,整个作业称为核燃料装填与复杂翻修(Refueling and Complex Overhaul,RCOH),周期长达32个月(2年8个月)。
除此之外,航空母舰寿期生涯会进行服役寿期延伸项目(Service Life Extension Program,SLEP),重建以及保存航母的任务能力,使之能继续在第一线作业;这些包括船体与轮机设备的翻修更新、舰上作战装备以及设施的现代化升级等,使之役期能延长到45年以上;依照 过去经验,每次航母进行SLEP周期约24到42个月。
GAO报告指出,冷战结束后美海军对尼米兹级核子动力航母提出新的维护周期计画来取代EOC,称为「增量维修计划(Incremental Maintenance Program,IMP),将每一轮周期缩短到76.5个月,包含三个各18个月的「作业周期」;第一次与第二次作业周期之后各进行一轮六个月的「计画性增量可获得性」维护周期(Planned Incremental Availability ,PIA),第三次作业周期结束后进行一轮为期10.5个月的「进坞计画性增量可获得性」(Docking Planned Incremental Availability,PIA)。IMP作业模型中,一艘核子动力航母在寿命周期中,可部署值勤的时间相对增加。
值得一提的是,美国海军之后澄清,EOC模型是尼米兹级最初期服役时的规划,到冷战后期时尼米兹级航母的维护计画就已经改成IMP。
GAO报告中,对于常规动力航母与核动力航母寿命周期的值勤时间与维修时间比重的列表。
依照GAO这份报告估算,如果一艘航空母舰寿命为50年,常规动力航母依照前述作业周期维运,每次72个月维护周期里有75%的时间可值勤,25%在维修;整个寿期生涯有74%的时间在值勤,26%在维修。核子动力航母方面是依照尼米兹级来计算(排除第一艘核子动力航母企业号),依照冷战时代的EOC模型,每次102至108个月的EOC周期里,有69%的时间可值勤,31%时间在维修。如果依照之后制订的IMP模型,尼米兹级每一轮IMP周期约有有71%的时间可值勤,29%时间在维修;整个寿期生涯有69%的时间可值勤,31%时间在维修。以上这些数据还不包括核子动力航母最耗时、最昂贵的RCOH工程。以上数据显示常规动力航母在整个寿期生涯中,可值勤的比例较占优势。
GAO的报告进一步指出,由于常规动力航母在航时间比例高于核子动力航母,因此就各种想定的全球部署覆盖比率,要达成相同的全球部署勤务,核动力航母总是需要比常规动力航母多一艘才能满足要求(核动力航母无论采用EOC或IMP维护模型,所需的数量都相同)。此一想定是在西太平洋区永远保有一艘航母(即100%,部署在日本)的情况下,每年对欧洲区(European Command)以及中央区(Central Commands,含中东、印度洋)能部署航母的比例:在满足100%天数存在的条件下,常规动力航母总共需要12艘,核动力航母需要13艘;在满足80%天数存在(292天)的情况下,常规动力航母需要10艘,核动力航母需要11艘;在满足60%天数存在(219天)下,常规动力航母需要8艘,核动力航母需要9艘。整体而言,一支完全由常规动力航母的编队,相较于一支全核子动力航母编队,每年在欧洲区以及中央区的部署存在时间可以高9%(约32天)(在西太平洋区永远维持部署一艘)。
此外,常规动力航母更容易部署在欧洲盟国,因为欧洲境内许多盟邦禁止境内部署核动力船舰。而如果在欧洲部署航母,距离中东等主要战区比美国本土近得多,会比核动力航母从本土出发更有优势。
在2014年,因应现役航空母舰数量不足,美国海军推出了「舰队反应优化计划」,将航空母舰的「作业周期」从18个月延长一倍到36个月。以现役10艘核动力航母为例,原有增量维修计划(IMP)中,能立即部署的数量只有3艘,还有二艘航母能在30天内投入部署,另外一艘航母能在90天内投入使用;其余四艘则在维修和维护状态,短期内无法投入值勤。
(五)寿命周期程本
GAO报告对比最后一艘常规动力航母(CV-67)以及第一艘尼米兹级核动力航母(CVN-78)的建造成本:CV-67成本约20亿5050万美元,轻载排水量58268吨;CVN-68为40亿5900万美元,轻载排水量78741吨。因此,CV-57平均每吨成本3万5191美元,CVN-68平均每吨成本为5万1549美元。而船舰燃料方面,常规动力航母寿期总油费估计7亿3800万美元,平均每年花费1480万美元;核动力航母寿期核燃料(包含装填以及移除)总费用9.75亿美元,平均每年花费1950万美元。以上成本都由1997财年币值计算。
GAO报告中,常规动力航母(以CV-67为准)以及核子动力航母(以CVN-68为准)的造价、吨位以及平均每吨造价对比。
GAO报告中,对于常规动力航母与核动力航母寿命周期主要维修活动的成本估计。
GAO报告中,对于常规动力航母与核动力航母的寿命周期燃油/核燃料总成本估计
GAO报告中,对于核子动力航母寿命周期的核燃料产制、装填、替换、移除等的总成本估算。
人事成本方面,GAO分析指出,常规动力航母总共编制约3200人,核子动力航母总共编制约3400人;核子动力航母操作人员编制以及人事成本都比较高,主要就是因为核动力系统需要24小时不间断持续有人值班,而且操作核子推进系统需要更高程度的专业人员。依照GAO报告,核子动力航母推进系统部门,将近50%需要具备E-5(中士)以上等级的士官,而常规动力航母推进系统部门中75%都是E-4(下士)或以下的阶级。
GAO的报告指出,以50年寿期生涯中的总体采购、操作维护、升级翻修活动,核动力航母的总体寿期成本222.22亿美元,比起常规动力航母(140.94亿美元)高58%。在50年寿期生涯中,核子动力航母所有维护周期(以三轮EOC周期计算)的总成本是57.46亿美元,而常规动力航母(17次SRA加上6次COH)是41.3亿美元。而核子动力航母的寿命中期限代画的费用高达24亿美元,比常规动力航母(约8.66亿美元)贵三倍,这是因为重装填核核燃料等与核子动力相关的费用。以上数字都是依照1997财年币值计算。
(六)舰载机队规模与出动架次
GAO的报告认为,就航空母舰搭载飞机数量、甲板停放密度以及每日能起降的打击架次,直接关连的是船舰的尺寸大小、飞行甲板布局以及起降设施等,而不是动力形式。如果常规动力航母与常规动力航母搭载相同数量与组成的舰载机联队,并且拥有相同的飞行甲板布局与设施,则两者能支持相同的作战架次。
以美国最后一艘常规动力航母甘迺迪号(CV-67)和尼米兹级核子动力航母首舰(CVN-68)的吨位有差距,但两者的飞行甲板尺寸、布局以及起降设施(弹射器、升降机数量)大致相同;依照实际操作经验,两者可搭载相同规模的舰载机联队编制,差别极小。以1991年沙漠风暴战役为例,参战的甘迺迪号以及尼米兹级的罗斯福号(CVN-71)都搭载了78架军机。
依照美国海军战斗群作战准则(The Battle Group Policy ),每艘航母在开战第一天约出动170架次,之后的3至5天维持在140架次,以后逐渐维持在每天90架次。而CV-67以及CVN-68都能达成前述的出击强度。依照美国海军的操作经验,布置在甲板上的飞机密度为最大密度的75%~78%(47至50架)会达到最佳的操作效率,包含派遣作战架次升空、将飞机在飞行甲板与机库之间转换调度等;如果需要超过80%,则需要向指挥单位申请。
此外,CAO报告整理了1991年波斯湾战争中参战的六艘美国常规动力与核子动力航母的出击架次表现,实战中的出击架次与每艘航母舰载机对规模、航母部署阵位到目标区域的距离相关。这六艘航空母舰之中,唯一的核子动力航母罗斯福号(CVN-71)平均每日出击架次居冠。在战争期间,罗斯福号部署在波斯湾,而甘迺迪号部署在红海;由于罗斯福号位置距离目标区域较近,相对缩短了给机队加油的时间,每日的出动架次自然高于甘迺迪号。在沙漠风暴战役期间,罗斯福号平均每日出动106架作战架次,而中途岛号(CV-41)平均每日只有89架次;然而,这是因为中途岛号搭载的飞机较少,比罗斯福号低了22架。而就平均每架舰载机每日出动架次,在沙漠风暴期间表现最高的反而是中途岛号(总共有56架舰载机),平均每架出动1.59架次;其次是游骑兵号(CV-61,总共有62架舰载机),平均每日1.41架次;罗斯福号(搭载78架)排名第三。
(七)淡水制造能力
淡水制造能力是航空母舰重要的辅助设施机能:淡水在航空母舰上的需求广泛,包括蒸气锅炉给水、弹射器蒸气用水、消防、核生化消洗、日常饮用清洁等等。对蒸汽弹射系统而言,淡水生成能力十分重要。
GAO报告指出,常规航母与核子动力航母制造淡水的能力与动力系统无关。美海军四艘佛瑞斯塔级(CV-59~62)以及前两艘小鹰及常规动力超级航母(CV-63、64)平均每日能制造2万加仑淡水,最后一艘常规动力航母平均每天能制造5万加仑淡水;而核子动力的尼米兹号(CVN-68)平均每天制造4万加仑淡水,比CV-67还少。GAO引述建造航母的纽波特造船厂,淡水制造能力和动力类型无关。
(八)航母加速性能
美国海军无论是常规动力或核子动力航母,都具备超过30节的最大航速。然而在加速能力上,核子动力航母比常规动力航母占优。
美国海军官员表示,在某些情况下,例如风向、天候变化,或者舰载机突然发生故障时,航母需要能在短时间内加速,制造足够的「甲板风」(wind over deck,大气风速以及航母航向、航速的相对风力总和)来让舰载机安全降落。
核子动力航母由于反应器永远上线运作,因此随时都可以快速提高功率,产生更多蒸气给推进系统;依照美国海军提供的数据,核子动力航母能在1至1.5分钟内,从10节加速到20节,从10节加速到30节则需3至10分钟。而美国常规动力航母有八个蒸汽锅炉,八个锅炉必须全数工作才能加速到30节;如果只有四个锅炉上线工作,从航速10节加速到20节要花费2.5至5分钟之久;而将另外四个锅炉启用,从「冷炉」点火到蒸气压足以满载工作,需要1.5至2小时。
GAO审视了美国海军安全中心(Naval Safety Center)从1986年到1996年10艘核子动力与常规动力航空母舰的飞机降落资料,其中六艘常规动力航母共有545000次降落,另外四艘核动力航母共470000次的降落。美国海军安全中心并没有提供航母因加速性能差异造成著舰事故的数字;该中心表示,对于舰载机着舰安全性,甲板布局比航母加速能力更重要。另外,一位海军安全中心军官告诉GAO,并没有任何军机因为航母加速不足而在降落时师事的纪录。
GAO列举的美国航母作战航渡案例
GAO报告整理了先后参与1990、1991年第一次波湾战争的六艘美国航空母舰,抵达战区所花的时间。由于这些航母是先后抵达,而且出航后有些曾在中途停靠港口,通过苏伊士运河也会耽误时间(估计需要一整天),因此不能正确反应常规动力航母与核子动力航母编队的机动速率。唯一有参考价值的是常规动力的甘迺迪号(CV-67)以及核子动力的西奥多.罗斯福号(CVN-71)从红海航渡到波斯湾的时间(两舰都走相同的路径来到中东),这段距离3540海里的航渡两舰都花费7天且没有额外耽搁,净速率均为21节。
由于第一次波斯湾战争的六个航母编队都没有体现高速航渡,GAO还列举1990年代其他美国航母在实战部署的航渡案例;这几次航渡都没有中途进港,平均净速率多在20节以上。
1.亚伯拉罕.林肯号(USS Abraham Lincoln CVN-72)核动力航母以及美利坚号(USS America CV-66)常规动力航母在1993年支援索马利亚战事的航渡:
林肯号在1993年10月7日在波斯湾阵位执行伊拉克禁航区的南方守望(Operation Southern Watch)时,接获命令调往索马利亚,10月8日向南通过霍姆兹海峡(Straits of Hormuz),四天后(10月12日)抵达索马利亚外海摩加迪休(Mogadishu)的阵位,估计这段渡航(1800海里)的持续速率是19节。
在1993年10月27日,原本在地中海执行波士尼亚与赫塞哥维纳(Bosnia-Herzegovina)执行维和任务的美利坚号接获命令调往索马利亚接替林肯号。美利坚号花费2天时间从原本在亚得里亚海(Adriatic Sea)的阵位经地中海抵达苏伊士运河(约1040海里),持续速率约22节,在10月30日通过苏伊士运河(约花费2天),通过红海后在11月4日抵达索马利亚外海阵位并接替了林肯号。从通过苏伊士运河到索马利亚外的航渡是2400海里,约花费5天,因此美利坚号持续速率约是21节。GAO估计如果航渡途中,美利坚号没有接受任何再补给,抵达索马利亚时燃料还剩60%。
2.乔治.华盛顿号(USS George Washington CVN-73)核子动力航母以及美利坚号(USS America CV-66)常规动力航母在1994年到1995年对伊拉克的任务:
在1994年10月初,美国发现两个伊拉克共和卫队旅从幼发拉底河往科威特推进,为了防止伊拉克再次入侵科威特,美国总统柯林顿下令美国军方部署回应,称为警惕战士行动(Operation Vigilant Warrior)。当时距离中东最近的乔治.华盛顿号打击群在1994年10月7日接获命令,从原本的亚得里亚海阵位前往中东,在10月10日通过了苏伊士运河抵达红海,在10月14日抵达波斯湾阵位。依照海军作战中心(Center for Naval Analyses)的估计,扣除花费在苏伊士运河(含待机以及航渡)的时间,乔治.华盛顿号这段航程的平均航渡速率25.6节。
而在1995年12月,在波斯湾执行任务的美利坚号走了与华盛顿号相似的航渡,然而是走反方向。因应1995年12月巴尔干半岛和平协议的签署,美利坚号在12月2日从波斯湾的阵位上启航,在10月9日通过苏伊士运河,在12月11日和平协议签署时抵达亚得里亚海阵位。扣除在苏伊士运河花费的时间,美利坚号大约以22节的平均速率航渡4200海里。GAO估计,如果美利坚号使用跟华盛顿号相同的26节持续航速,估计抵达亚得里亚海阵位时燃料只剩33%;而如果美利坚号在中间加油一次(期间降速到14节),会比华盛顿号晚2小时抵达,但抵达阵位时会是满油状态。
3.1997到1998年,尼米兹号(USS Nimitz CVN-68)核子动力航母与独立号(USS Independence CV-62)常规动力航母前往波斯湾执行伊拉克南部禁航区的任务:
1997年10月1日,伊拉克军机违反联合国安理会决议,飞入伊拉克南部设立的禁航区;当时柯林顿总统下令尼米兹号部署到波斯湾。当时尼米兹号刚结束香港访问,接获命令后取消了原订停靠新加坡的期程,直接以最佳速率航渡到波斯湾阵位。依照美国海军的资料,尼米兹号在11天内完成了这段5500海里的航渡(在10月11日抵达),平均速率约21节;而GAO再审视细节资料,尼米兹号这段航程中,约39%的时间以27节以上的速率航行,其中最长一段以27节以上持续航行约9小时。美国海军的报告指出,在11天的航渡期间,尼米兹号有六天起降舰载机执行任务。
在1998年1月23日,在日本的独立号接获命令前往波斯湾接替尼米兹号值勤,而尼米兹号接着就返回美国执行排程的核燃料装填与复杂翻修(RCOH)工程。依照GAO的分析,独立号在这段航渡期间,平均速率24节,其中70%时间航速在27节以上,包含几段在27节以上的连续航行(持续42小时、31小时、27小时)。此外,在航渡期间,独立号至少有5天起降舰载机执行任务,最后一次是在1998年2月4日晚间进入波斯湾前夕;然后,独立号减速到14节以内进行燃料补给,并改变航速、航向以执行舰载机起降。