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航空母舰（常简称为航母、航舰、空母[1]，美规常用代号为CV+其他字母以分类）是一种以搭载舰载机为主要武器的军舰，相当于海上的机动军用机场，舰体通常拥有供固定翼飞机起降的巨大飞行甲板、座落于左右其中一侧的舰岛、甲板下方的机库。航母是航空母舰战斗群的核心，舰队中的其它舰艇为其提供保护、供给，而航母则通过舰载机为整个舰队提供制空权、超视距空袭的能力。航空母舰是目前最大的武器系统，发展至今已是现代蓝水海军不可或缺的武器平台，也是海战最重要的作战列舰艇之一。
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航空母舰起源于第一次世界大战期间飞机作战能力实用化后的影响，在各国航空技术进步、进而使陆基飞机有能力攻击地面目标的同时，海军亦用飞机来进行侦查与攻击敌军侦察机，因此出现专门供水上飞机整备与其他双翼机起飞的水上飞机母舰。一战后，各大海军强国主要仍维持着崇尚排水量大、装载大口径舰炮的重甲军舰（特别是战列舰）的大舰巨炮主义，但即使如此还是有不少军事理论家提倡将飞机用于攻击军舰的作法，因此研制出多种形式的航空母舰、奠定未来海空兵力的发展。第二次世界大战爆发后，航母的重要性日益浮现，特别是太平洋战争中，在珍珠港事件、马来亚海战的结果中显示，大型军舰在飞机的空中攻击下十分脆弱，大舰巨炮主义也因此走向终结，到了战争后期各国不但赶紧将许多舰船改装成临时航母之外，还出现如菲律宾海海战此类的航母大战。
二战结束后，航空母舰的地位一度因为核武器的出现而产生争议与讨论，特别是在受到核攻击下的生存能力，但到了朝鲜战争后又恢复了其在常规战争中的重要性，世界形成以美国为首的航母武力对抗苏联水面舰艇部队的格局，航空母舰更是参与了世界各地的局部冲突与代理战争。冷战结束后，目前仅美国、中国、英国、印度、法国、意大利、俄罗斯、泰国共8国拥有航空母舰，其中美国海军更拥有世界上全部已服役航母总数的一半，而且全部是排水量超过10万吨的超级航空母舰。
未来的战斗将在空中进行，由于战列舰受到炮塔与舰桅的限制，战斗机无法自其起飞，战列舰一离开战斗机的保护就将会被摧毁。
——格伦·柯蒂斯[2]:4航空母舰的历史与飞机历史近乎相同地悠久，在莱特兄弟于1903年发明飞机后短短7年，法国人亨利·法布尔制造出了世界上第一种水上飞机，令飞机的起降范围自陆地延伸至海上[3]:16。1910年11月14日，美国飞行员尤金·埃利于停泊在港内的伯明翰号轻巡洋舰的木质甲板上驾驶柯蒂斯D式双翼机，成功离舰起飞，并在两个月后的1911年1月18日，成功降落到宾夕法尼亚号巡洋舰上，创下人类首次于军舰上起降飞机的纪录[3]:18-20。各国对未来空中力量抱有远见眼光的人士以各种方式促使军方建立海军航空兵，如美国的格伦·柯蒂斯，该人甚至进行了一场公开试验，亲自驾驶飞机投掷武器攻击港内停泊的靶船[2]:4。然而，受限于当时各国海军的建造配有大口径火炮军舰“无畏舰”的军备竞赛，建设海军航空兵仍算是非常前卫的思想。虽然如此，水上飞机的发明仍受到各国海军的瞩目，其中尤其是英国，建造了第一种专门整备水上飞机的舰船—“竞技神号”水上飞机母舰，并在1912年5月成立了世界上第一支海军航空兵，日本、意大利、德国、俄国也随之跟进发展水上飞机母舰。水上飞机为航空母舰的滥觞，在其诞生后不久，世界即发生了第一次世界大战，英国是唯一将其使用于海上作战的国家，并在传统大规模战列舰决战的日德兰海战后，提出水上侦察机有助战局发展的意见，并要搭配保护它的战斗机，因此，不能再只使用没有飞行甲板、无法供战斗机起飞的水上飞机母舰，必须重新设计另一种新军舰，这即是后来的航空母舰。
英国“大舰队”总司令戴维·贝蒂下令将“光荣级”战列巡洋舰“暴怒号”加装大型飞行甲板、改装成航空母舰[3]:51，做了一系列的试验，还在1918年7月实施了人类历史上首次的航空母舰空袭行动，7架战机从该舰起飞破坏了德国位于岑讷的空军基地并摧毁了德国2艘齐柏林飞艇。“暴怒号”的外型犹如巡洋舰与航空母舰的结合体（类似原始的航空巡洋舰），前方多座舰炮炮塔，后方则是长直的甲板，舰载机起飞并不成问题，但降落时会受到上层建筑气流影响而十分危险。为了解决此一问题，原先另一艘要建造为航空母舰的远洋邮轮“罗索伯爵号”（Conte Rosso）被下令改装去除掉所有上层建筑，变成“全通式”甲板，而后被命名为“百眼巨人号”[3]:81。1923年，英国建造了“竞技神号”，其为第一艘专为航空母舰来设计的船舰[4]:13，拥有许多现代航母的特点：全通式甲板、封闭式舰首以及位于右舷的岛式上层建筑。在此时期，世界另一边的日本与美国也拥有了航空母舰，前者的第一艘航母—凤翔号，是世界上第一艘服役、专为航空母舰来设计的船舰（原因是竞技神号工程进度缓慢，导致较晚开工建造的凤翔号较早下水完成[4]:9）；后者的第一艘航母则是由“朱比特号”运煤船改装而成，被命名为“兰利号”，同样拥有全通式甲板。美国海军在兰利号上发展许多新技术，如弹射器、降落指挥官制度、阻拦网等皆是。各国摸索出航空母舰的基本形式后，于1936年《华盛顿海军条约》期满失效之际，海军列强又展开了新一轮军备竞赛，英、美、日三国接连建造了一系列的主力航母—舰队航空母舰。在舰载机技术上，日本与美国发展蓬勃，反而英国因为军种恶性竞争（海军航空兵的飞机与飞行员皆由英国皇家空军所提供）而发展迟缓，为三者中最落后者。欧洲其他大国，如意大利、苏联受限于海军思想的不同而未有发展航母，前者凭借其地中海位置的优势而认为没有必要特地建造海上的移动机场，后者则因为其内战结束不久、海军力量不强而将其作战范围设限于近海；至于法国的海军航空兵发展迟缓，仍以战列舰和战列巡洋舰为海军主力，仅改装一艘改装自战列舰的“贝阿恩号”航空母舰，额外的造舰计划而后中断[5]。
第二次世界大战期间，在欧洲方面一共有4个国家分别兴建，操作或者是企图改装为航母：德国、法国、意大利和英国。其中只有英国具有较大规模的航母舰队与实际战果。
1935年，希特勒宣布德国将会兴建航空母舰以增强德国海军的实力，隔年两艘航母的龙骨在造船厂安置。在1938年公开的造舰计划—Z计划中，德国海军预计在1945年以前兴建4艘航空母舰，但是1939年时将数量减为两艘。1939年9月，第二次世界大战爆发，德国迅速地打败了波兰与法国，但是战争开始之后资源需求庞大，而德国在战前就已经面临资源缺乏的状况，使得德军的航母计划遂而推延。面对久战不下的英国，德国改采取潜艇攻击英国海上贸易线，封锁其战争物资。战争初期英国商船队损失惨重，在意大利参战后，英军航母兵力也随之分散到地中海与大西洋。经过几度挫折后，英国海军的航空母舰逐渐凸显其作用，在1940年11月突袭意大利塔兰托港、1941年5月围攻德国战列舰俾斯麦号和1942年8月援救马耳他岛的“基座行动”中均有杰出的表现[6]，其中尤以塔兰托的作战中，英军凭着20多架鱼雷机突袭，即获得三艘意大利战列舰丧失作战能力的巨大成果[6]。欧洲战场中，由于仅有英国海军拥有强大的航母兵力，故航母涉入的海战主要是德意两国的岸基飞机与其交手。到二战中期时，英美两国大量建造了成本低廉的“护航航空母舰”以及“商船航空母舰”，以其搭载少量飞机即可达到威胁德军潜艇之效，最终令盟军于大西洋的潜艇战中获得了胜利。法国的贝阿恩号于大战期间则都是在半封存的状态下，1944年美国将这艘船运回美国本土再度改装，这一次则是改为一艘运输舰，完成之后交给法国操作。
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在地球的另一边，太平洋则出现了海军史上最激烈的海空大战，交手的美军与日军皆拥有强大的航母舰队。1941年，日本帝国决定与英美荷三国开战。鉴于塔兰托的例子，日本帝国海军设计了偷袭美国珍珠港的行动，这是首次大规模集中使用航母武力的作战，于1941年12月7日实施。日军共将派出6艘航母、353架舰载机对港内的美军舰队施行轰炸，最终美军太平洋舰队有18艘水面舰艇受到攻击而重创或者是损失，其中两艘战列舰受损过重沉没或者是无法修复。虽然日本海军航空兵在本次行动中表现了近乎完美的对舰攻击，但由于美军港内并未停泊航母，使得日军虽然达成牵制美国太平洋舰队的目标，但是未能重创其海军航空兵力，实际上仅是终结了各国海军一度崇尚的大舰巨炮主义，往后航空母舰将取代战列舰成为海战中决定胜负的关键[7]:306。在1942年初的日军接连攻势中，航空母舰与飞机展现了强大的对舰打击能力。马来亚海战中，英国两艘战列舰与战列巡洋舰在缺乏空中武力保护的情况下出航，立刻被日军88架陆基飞机击沉，后者仅损失6架飞机；印度洋空袭行动中，日军再度集中航母对英军驻于锡兰港内的舰队施以空袭，将英国海军战力暂时性地自太平洋驱逐[8]。 不久，美军凭借航空母舰逐渐扭转了日美两国的海军情势。
1942年5月，发生了首次航空母舰间的战斗—珊瑚海海战，双方的船舰皆在彼此舰员视距外，全凭舰载机进行攻击与防御[9]:148；同年6月，中太平洋爆发的中途岛海战是航母间首度的大规模会战。此会战的关键时刻中, 日本航母的舰载机当时正在进行弹药换装作业，加上损害管制能力不足，因此大部分参与此战役的日军航母在美军轰炸机突袭之下被一举击沉。此后，日军于太平洋发动攻势的能力即大为减弱。1942年8月，日本再于南太平洋损失大量海军飞行员，美军在此期间争取到其将全国工业能力投入战争生产的时间，一批批新式航母下水服役、大量训练完的飞行员进入前线服役，而日军在人员与航母的损失均大于补充。最后，1944年6月与10月的菲律宾海海战、莱特湾海战更是将日军航母与飞行员消耗殆尽，除了自杀式飞机外，没有方法阻挡美国海军向其本土进逼，美国航母战斗群发挥了摧毁敌人海军以及封锁海上通商线的强大能力，进而促使日本最后的投降。
二次大战航母使用方式蓬勃发展，在起降、伤害管制和攻击方式方面皆有极大的突破，并于实战中充分获得使用之经验。
二次大战后，各国海军皆无实力可挑战美国海军的航母部队，当时其数量即为全世界其他国家航母总和之数倍，相关科技与使用经验也最为丰富。轴心国战败与核武器的出现而促使美国将大量航母封存，其中不乏为新造舰只。当时不仅美国、世界也流传核武器改变海军本质的观点，认为战争将决胜于空军轰炸机投掷的核武器，耗费巨资所建立的航母部队将会瞬间被消灭。除了核武器外，喷气飞机开始普及，令舰载机体积与重量大幅增加，因此美国开始着手设计巨型的航空母舰，为日后“超级航空母舰”标准之前身。在此时期，受到了核武优势论的影响，美国海军计划运用大型航母上的舰载轰炸机来投射核武，最终开始研制航母“美国号”，然而新成立的美国空军亦坚持战略轰炸机的决定性，最终在会议中航母方辩论失败，美国号计划也流产。
虽然二战后航空母舰的地位一度降到了最低点，但随后于1950年6月爆发的朝鲜战争，大量的喷气舰载机以其为基地投入战争，令航母的重要性又受到了重新的评价，也让直升机有了新的发挥空间。这个时期，英国研制出诸多航空母舰设计新技术——光学助降装置、蒸气弹射器与斜角飞行甲板，成为日后大型航母的典范，美国海军也结合上述技术特征建造了福莱斯特级航空母舰。此外，随着鹦鹉螺号核动力潜艇的核动力军舰试验的成功，美国海军也开始于航母上使用核动力，第一艘核动力航母“企业号”便于1960年下水服役。60年代初期，美国服役了第一批弹道导弹潜艇，美国海军不需要航母继续维持对预先设定的目标进行核武器的攻击计划，因此在1976年不再将航母列入《单一整合作战计划》中，而是担任核打击任务的预备部队[10]:226。同时美军也为了因应苏军潜艇的威胁，将大批的旧式埃塞克斯级改装为“反潜航空母舰”[9]:149-150。随着世界核技术的进步，核能舰艇的建造成本逐年下降，经过慎重考虑后，美国自1975年起开始建造新设计的“尼米兹级”航母，以替换大量旧式航母；随后30年，各艘尼米兹级航母接连完工服役。尽管每一艘尼米兹级与前一艘相比都有所改良，但基本设计始终不变。
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美国以外的航母拥有国——英国与法国，由于经历二战和殖民地纷纷独立而国力大减。英国将航母大量卖给其他中小型国家，这些旧式航母本身于二战期间赶着建造，其设计到了1950年代早已无法应付喷气舰载机的需求，很快就从他国中退役。由于国防预算不断地缩减，英国甚至一度想完全放弃建造航空母舰[2]:241，只有为因应苏联潜艇威胁与护航所需而建造了三艘轻型的“无敌级”航空母舰。无敌级其采用新式的“滑跳甲板”技术，并搭载垂直/短程起降战斗机与直升机作为主要战力，在1982年与阿根廷所爆发的福克兰群岛战争中，尽管无敌级因为没有搭载预警机而造成英军船舰的损失，还是证明了其存在价值，在阿根廷空军战机作战半径的边缘，为整个舰队提供部分保护[7]:326。无敌级日后影响了其他中小型、资源与成本较少的国家来发展类似的轻型航母，包括意大利、西班牙与泰国，同样建造了设有滑跳式甲板，也以直升机和垂直/短程起降机为舰载机的航母。法国则在二战后从英国与美国租借轻型航母，将其投入于法越战争中，而后于1950年代研制了两艘“克列孟梭级”中型航母。
至于美国于冷战的主要竞争对手——苏联的航母发展之路较为复杂。苏联领导人尼基塔·赫鲁晓夫执著于导弹与核武器，对航母抱持鄙夷态度并抵制其发展，一直到美军将核打击任务交付潜艇后，才发展舰载反潜直升机的军舰。到了1964年古巴导弹危机后，赫鲁晓夫才真正正视航母的价值，结合先前海军内部暗中研究出的设计，建造了“基辅级”航空母舰。基辅级除了搭载垂直起降战机与反潜直升机外，本身还有强大的对空、对潜、对舰武装，但与西方国家的航母相比，也只能说是重型载机巡洋舰。苏联较为常规的航母一直到1991年才出现，是为“库兹涅佐夫级”，采用大型滑跳式甲板，仍保有许多导弹武器，与西方设计思维有所不同。
冷战期间航空母舰主要参与了世界各地的军事行动与代理战争，包括朝鲜战争、第二次中东战争、越战、黎巴嫩内战、第三次印巴战争、福克兰岛战争、海湾战争等等，皆展现了其强大的远洋作战能力。
进入二十一世纪至今，世界上拥有航母的国家包括美国、中国、英国、印度、法国、意大利、俄罗斯、泰国八国，共21艘航母。
美洲共11艘，全部由美国所拥有，在本世纪完成了最后两艘“尼米兹级”的建造，自2009年最后一艘“小鹰级”退役后，美国所拥有的航母全数为核动力的超级航母，目前正在建造“福特级”以汰换“企业号”和“尼米兹级”，已完成一艘，在建两艘，规划最终将在2058年前实现。巴西于上世纪从英国购买的“米勒斯吉拿斯号”在2001年退役，于2000年由前法国“克列孟梭级”“福煦号”退役后收购的“圣保罗号”已在2017年退役[11]。
欧洲共5艘，英国在上世纪建造的三艘“无敌级”退役之后，建造了两艘“伊丽莎白女王级”。法国于2001年服役了除美国外唯一采用核动力的“戴高乐号”航母，正在设计“新世代”核动力超级航母，计划于2038年取代“戴高乐号”。意大利于上世纪建造的“加里波底号”轻型航母已于2024年退役，现拥有于2008年服役的“加富尔号”轻型航母。西班牙上世纪建造的“阿斯图里亚斯亲王号”轻型航母已于2013年退役。俄罗斯现留有一艘苏联时期建造的“库兹涅佐夫号”，但自2017年来一直处于维修状态。
亚洲共5艘，印度从俄罗斯购买了进行了现代化改装后的“基辅级”“戈尔什科夫号”，命名为“维克拉玛蒂亚号”于2013年服役，上世纪从英国购买的“维拉特号”已于2017年退役，同时也计划建造两艘“维克兰特级”航母，目前一号舰“维克兰特号”已于2022年服役，二号舰“维沙尔号”在设计中[12]。泰国拥有上世纪从西班牙购买的轻型航母“却克里·纳鲁贝号”，但目前仅运行直升机。中国将苏联解体后停工的库兹涅佐夫级第二舰“瓦良格号”进行了续建改装，于2012年入役命名为“辽宁号”，并以其为基础建造了改进型“山东舰”于2019年服役，此外还规划了两型超级航母，“福建号”预计于2025年服役，核动力的“004型”也已完成设计[13] 。
现代的航空母舰基本由一具船体上平直的甲板和位于一侧岛式舰桥（舰岛）所构成，甲板下设有廊式夹层，并另有多个水密隔舱、机库、武器库和船员住舱，大型航母的甲板甚至可达6层之多，而舰体侧边则有二到四座升降机，用于将机库飞机升起与卸下甲板飞机。舰首则采用封闭式设计，从飞行甲板到船头皆一体成形[7]:147，以往二战时期的航母除了少部分如“列克星敦级”者外，皆是直接于上甲板再铺上飞行甲板，这种被称之为“开放式”舰首，有着防空机枪位置设立和起放船锚方便的优点，却有着强度的问题，像是埃塞克斯级的“大黄蜂号”就于1944年因为台风而使舰首一带的飞行甲板严重损毁[7]:148（因此后来美军在战后设计该级航母时借照“福莱斯特级”而全面采用封闭式舰首，往后也一直沿用下去[7]:147）由于改用封闭式舰首，起锚装置由舰首甲板改移到舰内操作[7]:149。自尼米兹级9号舰“里根号”起，美国航母舰首下方开始采用球形鼻首来建造，苏联基辅级、西班牙阿斯图里亚斯亲王级也采用此设计，据计算最高航速可相差一节，目前已成为航母的趋势[2]:318。航母侧舷通常为其供油处，大型的斜角式甲板航母之舷侧甲板下即设有额外的露天甲板进行作业，与补给船只补充船舰油料与航空燃料；舰尾则为舰载机维修与测试的地区，为开放式。
舰岛方面，现代航母力求其外型简洁以减少雷达反射截面积，但其中技术非常复杂，发展至今已实现了上层建筑的“集结化”，包括多功能相控阵雷达、封闭式桅杆（AME/S）、电磁辐射系统（MERS）和多功能射频系统（AMRFS）。早期的全通式航母因为设计还在摸索阶段而有省略过舰岛，如英军的百眼巨人号、暴怒号，但后来发现此规划对导航与航空管制不利而作罢。目前所有的航母舰岛皆配置于右侧，这是源于早期英国设计时基于大多数飞行员于起飞或是进行攻击时习惯往左弯的关系（这是因为飞行操纵杆为右撇子设计，设置于右侧，若要转弯，飞行员向左拉动远比向右要来的顺手）且飞机降落过程中要逆时针旋转（即左弯）进入环绕母舰的环型航线，在二战时期大部分战斗机追击轰炸机时亦是由右至左，直到今日也是飞机起飞后向左拐；还有一个重要原因是当时英军航母设计前预计使用的“骆驼式”舰载战斗机在右转时因为技术问题，机体会下栽，造成许多新人飞行员罹难[2]:35-36。日本海军的“飞龙号”即是极少数将舰岛配置于左侧的航母之。英国的伊利莎白女王级采则用双舰岛配置于同一侧的设计，前段舰岛负责航行，后段者则负责飞航管制，两座舰岛皆比单舰岛之设计来的低矮。
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机库为储存和整备航空母舰舰载机的地方，有分成“开放式”和“封闭式”两种。采用开放式结构的航母舰体为机库甲板上方再额外建造机库墙壁、甲板支撑柱等结构，再加上飞行甲板[9]:148。开放式机库的优点为通风良好、伤害管制佳、炸弹若击入机库中爆炸造成的冲击波会宣泄到外面、结构较轻、容纳飞机多以及可依舰载机尺寸作修正[9]:148，航母自启蒙时期一直到二战中期多为开放式。封闭式机库则为机库与船体结构整个一体成形，飞行甲板为强化结构。封闭式机库的优点有防御力强、结构坚固、核生化防护佳等[9]:148。由于封闭式机库容易累积易挥发的气体、受到攻击或者是意外而着火的舰载机不能直接丢入海中等问题，一度很难被船舰设计师所接受，然而当舰载机喷气化后，航空燃料变得相当安全，加上后来发展的消防灭火与监控装置协助，这样的设计因而成为目前的主流。机库内除了航空飞行联队的维修人员外，还有属于航母的“飞机中期维修部门”（AIMD），可负责进行较大工程的维修作业[14]:80，并分作“引擎部门”（维修舰载机的引擎）、“综合部门”（修补破损的机体结构或机翼）、“电子零件部门”（整备精密电子设备，如雷达、感应器）和“救难装备部门”（维修飞机驾驶员的安全设备）[14]:80，若是美国海军的航母，还可在机库内进行引擎喷气的试验[14]:80。
升降机则是将从舰载机自机库运输至飞行甲板的装置，早期配置于全通式甲板的舰身中线的前、中或后方，通常为2至3具，也是甲板上最脆弱的部分，如果升降机故障或是遭到破坏会导致航母飞机无法起降，进而丧失战斗力。此外，炸弹也可能被击穿升降机，直接进入机库中，该区又与堆积弹药与燃料的隔舱接近，一旦引爆将导致严重的后果，因此自“胡蜂号”起，美国海军将升降机位置调整到舰侧[15]:111，这除了不妨碍起降作业以及安全外，还有着飞机翼展超过升降机宽度时亦能使用的优点[14]:76。值得一提的是，第一代超级航母的“福莱斯特级”曾在斜角甲板前方设置一个升降机，为的是要让飞机降落后立刻收入机库，然而后来发现这样的机会其实很少，另外航母航行时泼上来的浪会波及到舰载机，故自将小鹰级起又将该处升降机位置调整至舰舷侧[14]:76。现代大型航母之升降机约宽20多米、深达15米、可负重100吨，升降速度约为一分钟自机库搬上一架飞机至甲板[7]:217。
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武器库是用来储备各式炸弹、鱼雷、导弹与火箭的区域，位于船舰底部、水线之下[7]:195，为船头尾各一处，中间则为机库，这些武器多以半组装方式收纳著。为了将其送至甲板，武器库有着比飞机升降机更小的专用升降机（以尼米兹级为例，共有九个武器升降机[14]:88，其外型如一个从甲板向上开启的门，若为不需用到的情况则可盖起来，成为甲板的一部分[7]:198），将武器从库中升到上一层甲板，由各层作业员进行阶段性的组装，再由该甲板的其他升降机往上送（部分通到机库），以防止弹药意外诱爆的情况，另外还有连结到舰岛右侧后方的一个武器集中区域，此处被称作“武器牧场”，若弹药爆炸可利用舰岛作遮掩、降低甲板上飞机的损害[14]:88。二次世界大战之后的美国航母，还需要另外设计与区隔存放与组装核武器的弹药库，被称为“特殊飞机维护储存区”（Special Aircraft Services Stores，简称“SASS”）这些弹药库虽然也能够存放一般弹药，然而，冷战时期基于核武器的机密和敏感性，这些弹药库的使用，人员进出管制与保安都有特别的处理和操作程序、没有受到相关训练验证或者是无关的人员，一概不得靠近。第一款安装SASS的航母是透过《27A改装案》来加装相关设备与空间的埃塞克斯级，在设计阶段就将SASS融入舰身结构的则是福莱斯特级[10]:186-193。
航母的一大特征即是巨大的平直甲板，供飞机起降之用，有“海上机场”之称。一般的陆基飞机如果起飞时速度不足，仅需延长起飞时间，但因为航母甲板上的空间十分有限，舰载机没有多长的跑道可以滑行，因此甲板设计对航母的战斗能力有至关重要的影响。最初，飞行甲板仅是在军舰舰尾处装上一条长直钢板，但因为跑道长度有限而起飞速度不足，加上甲板末端的舰岛构造亦产生不利于飞行的气流，这种设计很快被屏弃，因而出现“全通式甲板”，外观为长直的矩形，拦阻网将甲板分为前后两部分，前段为舰载机起飞区，后为降落区[16][16]:30，而舰桥构造设置于舰舷侧。全通式甲板一直到二次大战结束的1950年代初期是大部分航母的主流，但进入冷战后，由于喷气飞机时代的来临，以往可满足螺旋桨飞机起飞的前段跑道长度无法令其起飞，其自后段甲板起飞的跑道长度令其他舰载机在这时无法降落，降低起降效率，直通式甲板也存在着着舰失败会撞毁跑道飞机的问题。英国曾试过在甲板铺设橡皮的作法，让飞机在没有开动起落架的情况下降落，但这造成飞机降落后难以移动的问题。
由于上述缘故，英国的丹尼斯·坎贝尔上校提出将甲板自舰身中心线左偏10度、前段甲板就可用来安全地停机和进行起飞的设计概念[2]:178，若飞机在斜角区降落失败也不会撞到起飞区与停机区之飞机。后来美军也于1952年5月26日至29日从“中途岛号”的斜角甲板上试验过起降螺旋桨与喷气飞机[17]，效果皆令人满意，因此在斜角式甲板概念得到发扬后，喷气舰载机才正式于1950年代中期大量使用，大量二战旧式航母如埃塞克斯级者也被改成斜角式[2]:182。现今只有轻型航母仍采用全通式甲板，并结合滑跳式甲板（见下述）的设计，舰载机为直升机与短距起降飞机的话仍可满足起降效率，通常舰身左侧为起飞区，右侧舰岛前后处为停机区[16]:30-31。中型乃至大型航母皆采用斜角式甲板，舰前方的直通式部分用于飞机起飞，长约70至100米，斜角式部分则位于主甲板左侧，用于飞机降落，约长220至270米，两部分夹角6至13度[16]:31-32。
为了让航空母舰发挥其功能，在作战期间时甲板上需要大量的勤务人员来加以操作，由于甲板上噪音声响大，人员必须带着安全帽与通信设备沟通，并以身着不同颜色的衣服和配件来区分彼此的工作。举例来说，现代美国海军甲板人员作业由舰桥“飞航管制室”的“航空长”（Air Boss）所指挥[14]:26、移动和整理停放之舰载机则交给“甲板指导员”（黄色头盔、黄色套衫）、“弹射组员”（绿色头盔、绿色背心）进行弹射器作业、“制动索长”（绿色头盔、黄色套衫）则控制制动索系统，除外，还有“制动组员”（绿色头盔、绿色套衫）、“燃料补给员”（紫色头盔、紫色套衫）、“武器工作员”（红色头盔、红色套衫）、“医疗救护员”（白色头盔、白色套衫）、“维修消防员”（棕色头盔、棕色套衫）、负责舰载机战备就绪的“飞机长”（棕色头盔、棕色背心）、“降落指挥官”（白色背心）等操作人员[7]:185-192。指挥甲板舰载机配置、作战、整备等各事宜于舰桥的“飞行甲板控制室”进行[14]:74。
甲板上除了停放的舰载机外，还有各式工作车辆、舰桥、弹射器、拦阻网、拦阻索、喷流挡板和弹射器综合控制系统等设备。
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负责舰载机战备就绪的“飞机长” -
负责供给舰载机燃料的“燃料补给员” -
装载武器的“武器工作员” -
防范危害品与火灾伤害等的“医疗救护员” -
弹射起飞前，“弹射组员”正将弹射杆固定于滑块中 -
控制室中虽甲板动态已经电脑化，仍保有实物以备不时之需。
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飞机起飞需仰赖升力，升力与飞机起飞之加速度成正比，在航母空间有限的甲板中如何让舰载机达到足够的速度即是一个重要的问题，以300米长甲板的航母来说，仅有100米能用于起飞，远低于绝大多数现代舰载机的滑跑距离。目前其起飞方式的方式分为三种：“自力起飞”、“弹射起飞”和“滑跳起飞”（滑跃起飞）。若以起降方式分类，舰载直升机与垂直/短程起降机以短程或垂直起降的航母，其起降形式称作垂直（短距）起降（V/STOL，若专指短程起飞、垂直降落则为“STOVL”），若借由飞机弹射器起飞与以拦阻索降落则称作“弹射起飞阻拦回收（CATOBAR）方式，若借由滑跳起飞甲板起飞与以拦阻索降落则称作“短程起飞/拦阻索回收（STOBAR）[14]:20-21。
1911年美国的西奥多·戈登·埃利森上尉发明了重锤与滑轮结合的加速弹射器装置，而后又改进为压缩空气推动活塞的弹射器，并于1915年10月装设于北卡罗来纳号装甲巡洋舰上，为最初实用化的弹射器[2]:55，而后又出现了油压式的弹射器。早期由于螺旋桨飞机重量轻和起飞速度不大的缘故，一般都以自力起飞，只有重量较重的水上飞机和无甲板空间可滑行的战列舰舰载机才需要用到弹射器。到了喷气飞机的时代，舰载机重量大幅提升（二战时美军主力舰载战斗机—“F6F地狱猫”重5.7吨，而近代美军舰载战斗机“F-14雄猫式”重达27.5吨），自力起飞和原先的弹射器设备已不足以应付其需求，于是1951年，英国皇家海军中校柯林·坎贝尔·米切尔提出将航母蒸气轮机的蒸气连动到弹射器上，进而发明了航母用的蒸气弹射器（值得注意的是，第一个发明以蒸气作为弹射器动力源的国家是德国，用于1944年发射V-1导弹之用[2]:180），并在伯修斯号航空母舰上首次安装试验，美国也于1960年研制出内燃式弹射器，但其效果不令人满意，日后被淘汰[16]:39。到了现代，弹射器形式分成两种：“拖索式”和“前轮牵引式”，前者是以钢索将舰载机挂载于滑块上，再以其快速向前移动，将飞机沿着甲板上的轨道拖曳加速，进而起飞，“克列孟梭级航空母舰”为此种弹射方式；后者则是将飞机前轮上的弹射杆挂载于甲板上弹射器的滑块中，经由弹射的拖曳达到加速之效，后者比前者省下大量的人力，弹射时间也更短，但舰载机需要经过专门设计，目前这种弹射法为主流[16]:35。
现代的弹射器一般以蒸气作动力，其管线铺设于飞行甲板下，并在甲板的沟槽上连结一滑块，在“前轮牵引式”的情况下，飞机会将弹射杆勾住于滑块，当弹射器充气完成后，甲板会立起阻挡热蒸气、保护甲板作业人员的“喷流挡板”（分成耐热砖和流水冷却式两种，目前新建航母采用前者，在不需进行弹射作业的情况下可盖起来成为甲板的一部分），飞机再借由蒸气的强大推力驱动滑块前进而起飞[18]，多余的蒸气再于管线末端排出，若天候恶劣、甲板勤务人员不好进行作业时，可以自甲板的“弹射器综合控制系统”操作，其为甲板上的一个半圆形透明操作室，可于该处操作弹射系统，不使用时可关闭而成为甲板的一部分。蒸气弹射器造价昂贵、设计、制造和安装技术均复杂、保养非常费工夫、占用航母空间过大和过重（以尼米兹级来说，4台蒸气弹射器重量就有2,280吨，体积则有2,265立方米[16]:40），一般大型航母上都有两部以上的弹射器[16]:40，可以在2秒内将飞机自0加速到每小时300公里[14]:34，大约每20秒即可让一架飞机升空[18]。目前世界上服役中的蒸气弹射器只有美国的C-13型，C-13型除了供给美国海军尼米兹级航空母舰使用外，法国海军戴高乐号航空母舰也使用此型。美国和中国目前已成功研制“电磁弹射器”，其原理与磁悬浮列车相同，使用一台直线电动机作为动力来源，目前已安装在福特级航空母舰和003型航空母舰上。
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另一种主流起飞方式为“飞机滑跳式”起飞，须借由特殊的“滑跳式甲板”。由英国的道格拉斯·泰勒（Douglas Taylor）所发明[19]，最早于1970年代应用在无敌级航母上。原理为飞机贴著甲板进行滑行加速时，经由向上抬升约4至15度的飞行甲板获得正轨迹角、俯仰角速度和一定的初始高度。滑跳式起飞和弹射起飞相比的优势是成本低、技术简单和维护方便等，缺点是飞机载重比弹射起飞者轻（载重中包括油料，影响其航程）和占用前部甲板空间等[16]。
目前除了美国、法国外，各国航母皆使用这种甲板，虽然垂直（短距）起降飞机有能力不借由滑跳甲板进行滑跑起飞或直接垂直起飞，但这样武器载重量和油量就会有很大牺牲，故一般作战时仍会尽可能以更多载重的状态进行短距滑跳起飞，等到弹药和燃油消耗完后再以垂直的方式着舰。[9]
正常降落过程为舰载机先以平行于航母前进的相反方向之右舷飞行，再转弯进入进入顺风段，并放下阻拦钩与起降架，再沿着3.5°至4°下滑线进场着舰，以拦阻钩勾住拦阻索（若舰载机飞得太高会勾不到拦阻索，飞太低又会撞到舰尾），以其吸收飞机动能，起落架与尾部的拦阻钩同时放下，这时若为螺旋桨飞机要将油门减小，并采取平飞，而喷气飞机则以上两者动作都不需要[16]:47-48。
着舰通常会有以下四种情况：安全着舰、复飞(Wave Off)、逃逸(Bolter)和撞舰（例如撞到舰岛），这四种状况中，复飞占了40%至50%，指的是未接触甲板而着舰失败的情况，倘若油门功率、反应时间和纵向加速度许可，仍可重新进入降落程序；逃逸则指的是飞机已接触甲板，但降落失败的情形，通常是拦阻钩没有勾住拦阻索，这时飞行员必须于甲板着舰区加速滑跑，倘若该机短程起降和引擎加速性能不足很容易失败[16]:63-65。 舰载机降落技术远比起飞困难，失事率也比陆基飞机高的多。航母飞行甲板若为300米，一般仅有100米可腾出用于降落（若为斜角处跑道，约有200米，仅为陆基降落跑道长的1/10[16]:50），加上航母本身纵摇、横摇、上下起伏的运动、舰上干扰气流，如通过甲板表面而至尾部向下沉再往上升的“公鸡尾”气流和自右舷舰桥形成的乱流、风速限制（一般情况下，舰载机要降落必须要有25节以上的相对风，为了让降落顺利，航空母舰需要适时调整其航速）与可见度等都增加了着舰的难度，美国海军规定舰载机着舰时，航母纵摇不得超过2度，横摇不得超过7度，舰尾下沉不得超过1.5米[16]:28-29。
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早期，航母降落作业困难，发生事故伤亡多，因而最早在美军航母“兰利号”上出现了两种革命性辅助降落之制度：设置“降落指挥官”与使用拦阻网，前者于甲板上判断降落条件、飞机高度等来挥动旗帜打信号，一般由技术纯熟的飞行员担任，而后此制度传入英国。至于拦阻网则是让降落的飞机免于意外的一项保险，最初当飞机要降落时甲板人员要上前挂住钩索，而后进步成飞机降落时会开动下方的着舰钩来勾住甲板上并排的阻拦索，拦阻索两端连入甲板下的液压制动器，吸收飞机剩余的动能，进而让其在甲板上停下。如果没有挂到拦阻索，拦阻网可以避免飞机撞上甲板停放的飞机或是摔出飞行甲板，亦不会毁损机体，还可以调整降落位置，因此拦阻网的发明大幅提升了飞机的降落效率，在1923年未使用拦阻网时美国海军最佳的成绩是7分钟降落3架飞机，使用后则是4分20秒降落了6架[2]:55-56。
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进入喷气舰载机时代后，由于其速度过快、降落指挥官和飞行员皆反应不及，原先制度已不能保证安全降落[2]:176。50年代时，英国出现了由尼古拉斯·古德哈特中校所发明的光学助降装置（但值得一提的是，利用灯号装置来协助降落的方式于日本在建造“凤翔号”时就已采用[2]:56），其以一个凹面镜反射灯光至空中，为飞行员提供一个指示降落路线的光柱（与海平面夹角为3.5至4度[16]:54）。然而此装置仍受制于海面状况造成的舰体摇摆，新型光学助降装置彻底前者解决了光柱不稳定的问题，其外型为三种灯号组合而成，虽然会因型号而外观有所差别，但使用方法相同，中间直条灯号表示飞机目前位置过高或过低，让驾驶员将飞机调整为横条灯号位置，红色灯亮起表示飞机需要重新降落。菲涅耳式助降装置并非没有缺点，它有着易受天气云雾影响以及作用距离太短、以致于来不及调整误差的缺点[16]:60，后来于60年代还出现了自动着舰系统（ACLS），由电脑控制其甲板运动着舰误差修正和飞行高度[16]:49，并结合全天候型的雷达助降系统，其分别装载于舰载机和船舰上，以连动资讯来随时修正、调整为最适当的位置，由于其有着可能受电磁波影响的疑虑，因此现今航母降落装置多半是混合使用，包括光学装置、雷达助降系统以及降落指挥官，光学装置通常位于左舷，操作其装置的指挥官则在左舷后方。
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航母的轮机舱是整艘船的动力中枢，也是决定其重量与体积的关键之一，一般来说主机形式分作蒸气涡轮机、燃气涡轮机、柴油机，由于航母属高速大型舰船，以燃气涡轮或柴油机为主机动力不足，故现在大型航母多使用蒸气涡轮机，其蒸气来源可为核反应堆或锅炉，核反应堆也分作“压水式”、“沸水式”以及“游泳池式”，现在大部分使用压水式[7]:137-142，这些蒸气可用于推动主涡轮机、发电、灭火和注入蒸气弹射器等。
核动力航母相比传统动力者的优势极为显著，拥有后者难以比拟的航程，以尼米兹级来说就可连续航行约20年（单以舰上物资来看，自持力则有90天之久），一克的铀可产生两吨重油燃烧出来的热量，能量转换效率极高。核动力航母在其它方面也有许多优势，它去除了以往设计师需费工夫排设的烟囱与排气道等诸多管线，后者总是占去舰上许多宝贵的空间，除了令舰体本身强度降低外，也让排出的废气腐蚀了设备与伤害了乘员的健康，突出的烟囱也让航母雷达反射截面积增加[2]:195，其排出热流多少也会危及到飞机的降落，后者本身也成了红外线制导导弹的目标，也因为暴露于外的排气道令该舰的“三防”（防核子、化学、生物攻击）性能大打折扣[2]:195。核动力航母可制造大量的淡水和充沛的电能，可用于空调和大量电器品，改善乘员的生活环境，也因为排除管线和储存油料的舱房等空间而使可装载之物资（如航空燃油、补给品、炸弹）更多、人员起居空间变得更大、自持战斗能力更久[2]:196。
缺点方面，核反应堆造价极高，美军企业号仅八座核反应堆安装费用就要6,400万美金，运行三年后换一次炉心要价2,000万美金；1976年的尼米兹号则要价18.81亿美金、同级的后续舰里根号则要40亿美金[2]:197。
舰载机是航空母舰的主要武器，其性能决定航母的战斗能力，载机数量越多者实力也相对越强，航空母舰本身也是为了让飞机起降、维修以及使其能长期作战而存在，相较于传统最大攻击距离仅有40公里的战列舰舰炮武器，舰载机有着1,000公里以上的作战航程，还可以空中加油的方式延长航程，并能在攻击完后回到航母上装载弹药，再度起飞攻击，其作战持续性和任务多样的作战能力也是舰载机与巡航导弹在海战所扮演的角色最大的不同。舰载机由于其特殊而严苛的作战环境，在诸多设计上与陆基飞机截然不同，例如在机身材料选择上，必须考虑飞机长期置于甲板上，暴露于腐蚀性盐雾、污染物和高温辐射等条件复杂的环境下，材料必须慎选；在结构上，舰载机必须长期使用着舰钩降落、弹射起飞时将负担极大的纵向过载[16]:74，其整体强度必须高于陆基飞机，这也因此提升了机体重量；还有气动技术上必须严格要求低进场速度、高升力、失速控制和迎角飞行能力等等[16]:2-7。一般航母都必须驶往远方战场进行独立作战，这些舰载机兵力皆难以补充，上述直接影响其存活率的因素格外重要。
舰载机依用途可分作轰炸机、反潜机、运输机、攻击机、战斗机、预警机、电战机、侦察机等，其中以攻击机和战斗机为航母舰载兵力的核心组成部分；若以布局和起降方式为依据，舰载机还可分作直升机、传统起降机和垂直起降机。在现今军费缩减、航母空间有限的背景下为节约成本而让单一舰载机功能多样化，以多用途战斗机取代，专职的舰上轰炸机、攻击机则从航空母舰上消失。
航空母舰的主力是舰载多用途战斗机。目前服役中的有美国的F/A-18E/F、AV-8B（西班牙也采用该机种）、F-35C、F-35B（英国与意大利也采用该机种）[20][21]，法国的阵风M，俄罗斯的Su-33、MiG-29K（印度也采用该机种）[22][23]，中国的歼-15[24]。
其他机种，有舰载直升机、运输机、预警机等。目前固定翼舰载运输机仅有美国C-2灰狗式运输机，另外还有V-22鱼鹰式倾转旋翼机，其他国家则使用运输直升机；固定翼舰载预警机有中国空警-600和美国E-2空中预警机（法国也采用该机种），其他国家则为预警直升机。一般来说，舰载直升机负责反潜、搜索、救援、运输和中程制导的任务，但不足以肩负对敌军战斗机或导弹的拦截行动，远程打击能力也不足[25]，作为预警机的能力也不如固定翼飞机，与陆基直升机相比，舰载直升机有着为了收纳至机库方便，体积更小、重量更轻，旋翼与尾梁皆为折叠式等特点，有些舰载直升机甚至能于水面起降。目前世界各国航母服役军用直升机有“SH-60海鹰式”、“卡-27”、“卡-31”、“灰背隼直升机”、“NH-90”、“直-18”、“直-20”等。
大部分现代航母的武装除了舰载机就只有保护自身最低限度的武器，包括各式防空导弹、近程防御武器系统以及电子战武器设施。之所以发展至如此，其肇因于航母角色的转换与雷达设备的进步，启蒙时期时，航母舰载机的对舰打击能力还在不明了的状态，定位为海上为战列舰侦查的工具，这样一来就无须太在乎甲板设计会影响到舰载机数量的问题，另外，由于当时舰载雷达尚未出现，航母会在无意间进入敌舰射程范围内，为了进行反击，航母上会配装舰炮。二战期间，舰载雷达蓬勃发展，航母可有效避开敌舰的突袭，加上舰载机的攻击能力已得到了证明，航空母舰本身就不需要防空火炮以外的武器，中大口径舰炮随即消失。尔后飞机进入喷气超音速时代后，传统防空炮根本无法应付，因此美国曾计划将防空任务全交由舰载机负责[9]:143。
然而到了1980年代，由于苏联海军强化了反舰导弹打击能力，发展了自潜艇、飞机与水面舰等多平台发射大量反舰导弹进行饱和性攻击，这种战法极可能突破由舰载战斗机与护卫舰艇组成的空中防护网，因此航母本身现在还是配备了防空导弹、近迫武器以及电子战等武器来确保自身的安全[9]:143，若是传统动力航母还可发射热焰弹来闪避红外线制导的导弹，以美国尼米兹级航母为例，即装有射程约50公里的进化海麻雀导弹、射程26公里的海麻雀导弹、射程9.6公里的RIM-116拉姆导弹、射程4.5公里的20毫米密集阵近防系统，还有干扰敌人雷达的反电战装置（ECM，例如SRBOC干扰丝发射系统）。苏联与俄罗斯航母算是个例外，由于其海军舰队防空网强度不足以及该国重视单舰作战能力，基辅级与库兹涅佐夫级舰本身火力比西方各国航母强上许多，包括反潜火箭、反舰导弹、防空导弹以及近迫防御武器[9]:143，意大利加里波底号也有类似的武装，后者也是目前唯一一种可以发射鱼雷的航空母舰[14]:120。另外，该国的加富尔号、法国的戴高乐号还有着垂直发射的防空导弹，反应时间比尼米兹级者更短。
除了对应敌军武器，航母上亦有完善的消防系统，前者使用了海龙、泡沫、蒸气、海水等复式灭火设计，并以甲板和机库为重点配置，可以在中央管制室或地区独立运作。
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航空母舰由于军事需求、成本和技术能力之考量，在历史上催生出数种航母类型、分类繁杂，时日至今，航母的类型已经少了很多。在早期各国未真正理解航母价值时，有将各艘巡洋舰或是战列舰改造为航母，这种被称之为“改装航母”，以日本来说，在太平洋战争后期由于缺乏大型航母，而将大和级战列舰的三号舰——“信浓号”改建为航空母舰，这种军舰由于本身设计并非为航母打造，常有整体强度不足、重心不稳、机库太小而载机量有限（如“信浓号”仅有50架上下，而“约克城号”则有90架之多）等问题。由于二战时航母甲板还很脆弱，甲板被击穿后容易使其下方弹药库爆炸，加上当时伤害管制措施尚不纯熟，出现采用在甲板上再铺设一层厚实装甲钢板的作法，此种被称为“装甲航母”，英军的“光辉级”航母就充分证明了装甲航母可有效防御日军自杀飞机的攻击，但这种设计会使得航母整体重心过高而导致稳定性不足、添加钢板也为升降机的设置带来了麻烦，另外由于添加钢板而压迫到了机库，使得载机量大为下降（如大凤号载机量仅有52架上下，比翔鹤号84架少上40％[7]:38），更严重的是，装甲甲板受到的攻击会造成舰体永久性的变形，伤害无法修复。虽然日美英皆曾有装甲航母，但设计理念上又大为不同，美军倾向以飞机起飞拦截敌人的攻击空中部队，施以主动防御，因此注重机库的载机量，而英军因为被空军把持着飞机，欠缺侦查机，只能以装甲承受敌人攻击的被动防御来保护航母[26]，二战结束后，由于喷气飞机体型大增，加上后来检查出的舰体内部伤害问题，装甲航母的设计就被全面屏弃了。
二战期间，为了对应德国海军的潜艇战，英国于商船上加装飞机弹射器与搭载单架飞机护航，称其为“弹射飞机商船”，而后采用廉价的商船改造成小型航母，搭载少量的飞机（一般为10～20架）进行空投深水炸弹的攻击，这种航母被称为“商船航母”[2]:161-162。之后，英军更是设计了专为船团护航的小型航母，并将此传至美国，由于美国的工业实力与该航母成本极为便宜，大量此种的“护航航空母舰”投入了战场，在二战1944年期间，美军卡萨布兰卡级护航航空母舰平均每一星期就有一艘下水服役[2]:164，它们虽然因为航速低而无法与主力舰队一同作战，但用于打击潜艇十分有效，在战后有一些被改装成了搭载直升机的登陆支援舰（两栖攻击舰）。
以能搭载、操作与整备飞机之特点来说，亦有其他军舰在广义上被归类为航空母舰的一种，如“两栖攻击舰”与“直升机航空母舰”两者。两栖攻击舰的外型为全通式甲板设计，搭载大量登陆载具与兵力、同时以垂直起降机与直升机作为掩护支援，遂行两栖作战，在执行各式任务能力与攻击力等诸多方面皆无法与常规航空母舰匹敌，但对于国力较弱的国家来说，建造一艘两栖攻击舰作为航母的替代品也是一种适宜的选择。目前拥有国家有美国、中国、法国、西班牙、意大利、日本、韩国、澳大利亚、土耳其、巴西、埃及。直升机航空母舰这个分类实际上于现今没有一个准确的定义，也有两栖攻击舰亦被冠上此名称，作战任务以反潜为主，也有自轻型航母或护卫航母改装而来，早期几种直升机航母皆只能搭载直升机作为舰载机，而后到了猎鹰式垂直起降机出现后纷纷成为该舰的战力，因此“直升机航空母舰”这个词汇的意义变得不完全。另外，有部分文献将可搭载攻击用飞机的潜艇分类为“航空潜艇”，如日本帝国海军的伊四百型潜艇[7]:335。
由于航空母舰的建造、人事与维护成本极高，各国曾多次尝试发展具有航母能力，但相对成本较小的船舰。例如美国就曾发展如“武库舰”、“制海舰”和“海上浮岛”等船舰来作为航母的代替品。武库舰为武装以导弹为主的低矮船舰，具有隐身性质，自动化程度高而舰上乘员少，其优势为建造成本、维护低，缺陷为导弹武器较舰载机的炸弹武器贵得多，且任务能力单一、协调能力低，最终也未发展出来[2]:346-347。制海舰则算是一种轻型航空母舰，以搭载直升机作为主要武器，以反潜作战为主要任务，虽然最终其与美国海军战略不符而被取消，但日后成为了其他国家发展小型航母的重要参考，如西班牙的“阿斯图里亚斯亲王号”。海上浮岛则是一个通过在公海或沿海水域部署来支持在本土海岸以外的军事行动的概念，本质上是一个多用途模块化自航式浮动平台，或多个相互连接的平台，可以执行海上基地的多种功能，包括打击、部署和后勤。能够以传统预置单体货船一半速度移动的抗风平台已经被研究和提出，但从未建造[2]:348。
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现代航空母舰的作用大致可以分作对地攻击、舰队防空、投放与发射核武器、反潜作战、反舰作战、航空管制、空中警戒、两栖登陆支援、电子战、战地指挥等。航空母舰在执行作战任务时不会单独行动，一般会组成一支“航空母舰战斗群”。2004年后，美军将其战斗群改编为“航空母舰打击群”[14]:102。航空母舰舰队的组成会依照其任务、作战规模和威胁程度而有所不同，一般来说该舰队共有三层保护：“外防区”（或称“纵深防御区”）、“中防区”（或称“区域防御区”）和“内防区”（或称“点防御区”）。外防区由航母舰载机承担，中防区则是护卫舰艇提供保护、内防区则是由航母本身的近防武器与舰载直升机完成[2]:331-332。
一支航母战斗群会有以下编制：一艘航空母舰（为舰队打击力之核心，负责所有作战指挥）、二至三艘潜艇（于航母前方潜航，进行侦查）、四至六艘巡洋舰与驱逐舰（没有巡洋舰的国家则以驱逐舰代替，为舰队提供反潜防空的火力，也能发射巡航导弹攻击沿岸目标。另外，美军的数种巡洋舰和驱逐舰都有搭载宙斯盾系统，可监视打击群半径500公里之上空[14]:104）、一艘高速战斗支援舰（负责补给和运输食物、燃料、弹药），近代最大的航空母舰攻击群行动是1991年的海湾战争，动用了6艘航空母舰来进行“沙漠风暴行动”[14]:106。
一般来说，航空母舰会搭载数种舰载机，组成各个航空联队，以美军来说，一艘航母就有一支“航空母舰航空联队”，配有：F/A-18F“超级大黄蜂”战斗攻击联队—1（14架）、F/A-18E“超级大黄蜂”战斗联队—1（14架）、F/A-18C“大黄蜂”战斗攻击联队—2（各12架）、E/A-18G 咆哮者电子战攻击联队—1（4架）、E-2C“鹰眼式”空中预警联队—1（4架）、SH-60F与HH-60H海鹰式反潜联队—1（7架）、C-2A“灰狗式”运输联队一分队（2架）[14]:108[27]。
以一艘航母上50架作战飞机来计算，一天可以进行150架次的攻击任务。在1991年沙漠风暴行动中，一艘航母平均一天能够攻击160个左右的目标，到了2001年进攻阿富汗的行动中，采用精确制导武器下，一艘航母一天可以攻击的目标上升到700个左右。正常状况下，航母上储存大约4000枚各类炸弹以供使用。[28]
作为后来者，中国的航空母舰配置舰队也参考了美国的“航空母舰打击群”舰队配置，例如：2016年日本统合幕僚监部对辽宁号航空母舰的舰队群监测，确认除本舰外，还包括2艘052C型导弹驱逐舰、1艘052D型导弹驱逐舰、2艘054A型导弹护卫舰、1艘056A型导弹护卫舰、1艘903A型综合补给舰组成，[29][30]山东号航母母舰的舰队群也将配备包括055型导弹驱逐舰、052D型导弹驱逐舰、052C型导弹驱逐舰、054A型导弹护卫舰、093A型核潜艇、901型综合补给舰在内的主力战舰[31]。之后辽宁号也是用类似山东号的舰队配置[32]。
对地、对舰攻击是二次大战中航空母舰的主要任务。航空母舰可自视界外让载有穿甲弹与鱼雷的轰炸机起飞，飞往数百米乃至数公里之外对敌攻击。航空母舰的远程攻击能力完全超过了曾为海军主力的战列舰，后者因而被其取代，海战由水面舰炮交火扩展至空中。进入冷战时期后。由于主要假想敌的苏联海军主要以弹道导弹潜艇作为主力，故航母往反潜发展，传统鱼雷武器也因为射程与准度皆不如兴起的反舰导弹而被取代原本用于攻击水面舰的地位。苏联解体后，大规模海战发生几率变得极低，航空母舰的功用再度回到以往的对地攻击任务、倾向于近岸地区作战，并以投送力量（尤其靠近海岸的目标）、支持两栖作战为主。以美国海军为例，在进行攻击任务前会先以预警机进行空中管制，再让攻击部队起飞，最前方3组电战攻击机与护航的战斗攻击机，后面再跟着4至6组携带炸弹和护航的战斗攻击机，进行全力攻击时约派出共50架的机群[14]:110。航空母舰上的空中加油机还可以延伸其战斗攻击机打击距离，并达到战术奇袭之效，反之缺乏、无法使用空中加油机、攻击机航程因而不长的航母多将攻击机用于压制敌军反登陆火力、掩护登陆舰为主（如海猎鹰式短程/垂直起降攻击机，其受限于垂直/短程起降而导致装载燃料有限，航程相当地短，故以其作为舰载攻击机之航母多任务定位于此，搭载A-4攻击机的巴西“圣保罗号”亦然[14]:126）。
在近来航母以支援登陆作战为主要任务的理念下，其本身的设计必须尽可能让作战飞机出勤率与回收率提高，因此储存燃油、弹药库、舰载机的空间必须增大，补给速度必须增快[25]:145，也会有装载海军陆战队人员和登陆武器装备的空间。举例来说，欧洲目前最新的一艘航空母舰—“加富尔号”即是被要求拥有突出航空战斗能力以及能肩负两栖作战行动而设计的多用途航母，也是第一艘在设计阶段就特别关注其两栖攻击能力的航母[25]:148，与先前的加里波底号相比，它的机库面积增大23％、载机数量增加80％、弹药储备量增加15％、燃料储备量增加57％、排水量却仅增加25％[25]:146，并能搭载325名海军陆战队成员[25]:148，且为了弥补大量用于进行登陆支援的直升机、而不能搭载制空战斗机的问题则以配备强大的舰对空垂直发射导弹来弥补[25]:149，这些性质皆专门考量到支援两栖作战而设计，而不同于以往航母仅是兼任该任务的角色。
即便非为两栖作战所设计，航母在登陆战的行动中也有充分的价值。两栖战本身即是军事行动中极为复杂的一种任务，两栖远征部队从自军港口出发到抢滩行动，无不充满潜在的危险。例如，英军在福克兰群岛战争中迅速组成特遣舰队从本土往该岛进发，由于阿根廷海军的航空母舰“五月二十五日号”不具备远程打击大西洋航线上英军能力，以至于后者利用时间、于航行时彻底完成作战的准备。加上后来英军潜艇击沉阿军的巡洋舰后，后者航母即畏战而不出港，阿军不得不以岸基飞机攻击福克兰群岛周围的英军，变成了实质的远程作战[7]:324，英军则有航母可作海上机场来整备其战力、以逸待劳，因而使后来的空战结果英军大胜，确保了福克兰岛四周的制空与制海权，完成部队的登陆，并成功封锁了阿军的补给线。其他如登陆前对岸轰击、舰载直升机垂直空降登陆、扫除登陆地点之潜艇威胁等等，皆是航母在两栖战中重要的功能。
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二次大战结束后，世界形成了分别以苏联和美国为首的共产主义与资本主义阵营。英美两国着眼于欧陆上苏联极占优势的传统兵力威胁[33]:18，在柏林封锁事件中更是受到后者的强大压力[10]:23。然而相对来说，苏联海军实力并不高，因此英美的航空母舰在二战结束后的任务主要是围绕在反潜与攻击陆上目标两个方向上[34]:44。另一方面，由于战争结束，美军开始大量的复员，多余的军舰也纷纷变为封存舰。美国海军内部普遍相信，美国空军（以及尚未独立前的美国陆军航空军）将运用原子弹来增强其军种的影响力，成为美国未来最主要的国防力量。然而，在1946年美国参谋长联席会议提出的一份报告中指出，美国未来的国家安全将基于军队可以执行核子与非核子攻击任务[10]:23。当美国空军在1947年成为第三军种之后，军种之间为争夺预算和影响力（空军觊觎海军航空兵，陆军想要囊括陆战队）的冲突开始白热化，而核武器与航空母舰正好是冲突的焦点。美国空军在成立“战略空军司令部”之后，企图将空中投掷核武器的能力全部纳入该指挥架构下，这个企图直接威胁到海军航母与航空兵力的存续[10]:26。空军数位将领，包括卡尔·史巴兹与詹姆斯·杜立德都曾先后发表过“航母无用论”的说法[10]:27，指出“未来的战争不仅仅是由空军担任主角，而且是由战略轰炸机来赢得。[33]:19”在此同时，美国空军与海军分别有着准备大量服役的“B-36轰炸机”和将要设计建造的“美国号航空母舰”案子，两者为争得预算而起了激烈的争执。
为了厘清这些争议，美国国会对此展开听证会，海军与空军在听证会中各持己见，当时参与作证的陆军将领欧马·布莱德雷则以他所指挥的两大登陆战（西西里与诺曼地）都未见航母的出现为理由，来陈述支持空军的意见[10]:29。而空军认为他们是未来主要作战力量来源的说法主要是在两方面上：海军航母在核武器的攻击下，生存力与持续作战能力堪虑（一枚核武器即可能摧毁建造成本高昂的航母舰队），以及当时舰载机载弹量和航程的限制，使得航母很难安全的发起攻击并且回收这些飞机。此外，空军也声称一架B-36和平缔造者轰炸机的载弹量，可以抵得过12到18架美国号航母上轰炸机的能量[33]:19；同时，1950年代以前的核武器在体积和重量中都需要较大型的飞机来携带，连带使得航空母舰的甲板面积与排水吨位都需要大幅提高，显示航母舰队需要的预算将比以往来的高。时任美国国防部长的路易斯·阿瑟·约翰逊同意空军的论点，于1949年4月中旬下令停止并且拆除已经安放龙骨的美国号航母，还进一步的削减海军现役的航母数量。到1950年朝鲜战争爆发前，美国海军仅有8艘现役航母（3艘中途岛级，5艘埃塞克斯级），航空母舰的生存面临严重的考验[33]:20。
然而，两项先后发生的国际事件，让航空母舰在美国海军的地位起死回生。第一个事件是1949年苏联成功试爆了原子弹，使得美国军政高层极度忧心苏联的扩张和可能的战争。另外一件是就是朝鲜半岛的冲突在1950年爆发，最短时间内抵达该地区并且开始投入支援的并非美国空军的轰炸机，而是海军的航空母舰[34]:44。随着日后美国成功将核武体积微量化、轻量化的进步，就连普通的轻型舰载机亦可装备，如A-4攻击机、SH-3海王直升机、S-3维京式反潜机皆可装备B57核弹[35]，美国也在50年代于航母上试验可装载核弹头的巡航导弹—“RGM-6”，而到了60年代，美军将核打击任务交给了潜艇，便仅在航母上装配少量的战术核武。进入80年代后，美军舰上的核武数量急速缩减，冷战结束后许多的空射核弹头开发计划也跟着取消，而到了1994年，美国国防部依据舰内维护核武器成本高昂、战略方针而决定将船舰上所有搭载的战术核武器撤除[14]:124。
二战结束后海军规模世界第二的英国是世界上最早发展核武器的国家之一，但在二战结束后美国政府欲独占其核武技术而通过《麦克马洪法案》，终止给予英国的核技术支援[36]:107。在这样的背景下，英国还是全力发展原子能科技，美国鉴于其将可能成功研制后一改态度，重新打开英美两国合作关系，另外1949年苏联成功试爆了原子弹的事实冲击了美英法三国，美国加速研制氢弹、英国也加速其进度，最终于1952年试爆成功，当时英国导弹技术尚未成熟，故投射平台依赖轰炸机[36]:111、121，在1966年服役的WE177核弹被用于英海军航空队中，为其舰载机，如海猎鹰攻击机、海王式直升机都增加了对潜、对海、对地等多用途的战术核打击能力[36]:120，60年代后，英国积极发展潜射弹道导弹的核武战力，航母舰载机与空军施行核打击的角色被取代。即使如此，英国在福克兰群岛战争中还是有挂载反潜型WE177核弹来防止苏联潜艇介入该区的战事[36]:135。到了1998年，英军裁减全部战术核武，并仅以潜射平台进行核打击[36]:140-141。
苏联在发展航空母舰的过程较为曲折，一直到基辅级所装备的雅克-38攻击机才拥有投射核弹的能力，而库兹涅佐夫号航空母舰的“P-700”反舰导弹亦可装有威力50万吨TNT的核弹头[37]，但现阶段俄国航母上已无核武器<[38]。与英美合作不同的是，法国则走上国防自主发展的路，在夏尔·戴高乐主导下，法国于1960年成功完成“蓝色跳鼠”核试爆，1968年再成功研制出氢弹[36]:163。法国首先建立战略轰炸机作为核武投射平台，之后又先后建立了陆基与潜射弹道导弹的战略吓阻武力，而到了1972年法国开始开发战术型核武来辅助传统武力，成果即是中程空对地导弹“ASMP”，可携带爆炸当量10至30万吨TNT核弹头，如专为空军与海军舰载攻击机“超级军旗”所研制的核炸弹“AN-52”[36]:178。到了2008年，法国总统尼古拉·萨科齐发表其国防方针，将以新一代的阵风战斗机逐步取代超级军旗作为海军核武载具，以AMSP改良型作为主要武器，其目前装备的核弹头为“TN 80”与“TN 81”核弹头[36]:231。
现阶段，法国的戴高乐号航空母舰是全球唯一可运用舰载核武器的航空母舰[14]:124，其他国家不是已卸除就是不具备此类武器[36]:218。
航空母舰的反潜作战是利用舰载机上安装或者是投放的设备探测、识别与定位敌军潜艇，再以反潜武器进行攻击的行动，也是航空母舰的主要任务之一。专司其职的“反潜机”除了攻击外，还可以执行包括设置反潜障碍、反潜巡逻、护航与警戒等任务。相比于传统以舰艇或是潜艇进行对潜战斗，反潜机能够利用速度的优势，在第一收敛区以外的区域活动，拥有快速布署、攻击范围大、火力强、不易被潜艇所反击等优势[16]:140-141，最早起源于二战中利用轻型飞机、舰载机、水上飞机发射机炮、投掷深水炸弹或是火箭弹进行防御。
由于潜艇特有的隐蔽性，反潜机驾驶员发现目标不是件容易的事，在第二次世界大战末期时，是否发现潜艇全倚赖于飞行员目视，由于当时的潜艇由于以柴油机驱动，下潜一段时间就必须浮上水面，在飞机上加装探照灯来搜索依靠夜间掩护，在水面充电的潜艇，使得反潜机借由航母弥补了陆基飞机无法抵达的海上范围，也同时提高了发现目标的机会。等到空载雷达的波长降低到毫米级之后，利用雷达得以增加在远距离发现潜望镜或者是其他细小结构的机会。然而在二战结束后，潜艇动力方式出现了核动力，可长期待在水下执行作战，加上武器增添了导弹，无论是突袭能力或是攻击能力都有相当的提高，而反潜科技也日益进步，诸如声纳浮标，沉浸声纳，磁性探测仪等系统陆续成为反潜机不可或缺的设备，发展至今已是结合网络、整合资讯的多平台一体化反潜战体系[16]:140-141，对敌方可能出现潜艇之海域分区搜索，或是进行跟踪时传递目标讯息至水面反潜艇艇，追踪目标的方式有投放声纳（可以由舰载机拖曳、吊放或是以浮标布阵等方式）、利用潜艇的磁性、废热、核辐射或者是螺旋桨搅动改变海水特性等方式来追踪。发现后进行攻击，使用武器包括航空鱼雷、航空水雷、航空深水炸弹和反潜导弹（此仅有俄罗斯海军航空母舰才有）[16]:157。
航空母舰是一个巨大的海上移动式机场，本身要掌握其作战范围内的制空权，以往都是由舰上专职的战斗机来进行空战，而宙斯盾战斗系统诞生后，舰艇的防空能力大幅提升，战斗机护卫其舰队空域的任务需求量大减，现今多交由战斗攻击机或舰队中其他的护卫舰艇来应付。
航母执行任务时除了要控制其战斗空域，还必须获得远程地区的资讯。由于地球曲率的影响，舰载雷达会有一定的视界死角，而舰载预警机即无此问题，可在远方进行侦查、指挥，以及为归航、起飞攻击飞机通信与制导（亦可制导自军导弹，提高其命中率与评估攻击成果[16]:179），可为舰载机群的空中指挥中心。现代的预警机已能全天候、大范围海空与纵深地带快速搜索与监视（直升机巡逻覆盖面积约为舰载雷达之15倍[16]:179），其探测距离可达400公里左右[16]:184，同时可对多目标跟踪，故航空母舰无论是攻击还是防御，对于航空管制极为重要的预警机是必不可少的。英军在福克兰群岛战争时由于缺乏预警机而在战争初期受到阿根廷空军猛烈的导弹攻击而损失惨重，特别是“谢菲尔德号”驱逐舰因为舰上雷达未发现超低空反舰导弹的来袭而被击毁一事最为出名[16]:179。
- 航母作战体系
- 航母装备及技术
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