“尼米茲”級航空母艦仍然是海上的“巨無霸”，其技術和作戰效能都處於絕對領先的地位，但美國海軍卻已急於開始建造下一代航空母艦——CVN-21級。CVN-21級航母的船體與目前的“尼米茲”級航母基本相同，但其內部設計卻和“尼米茲”級有著本質的不同。
“尼米茲”級航空母艦的首艦——“尼米茲”號於1968年鋪設龍骨，1975年開始服役，其設計定型到今天為止已經超過35年。在此之後，“尼米茲”級航母儘管也陸續進行了一些改進，例如“杜魯門”號(CVN75)艦體內鋪設了光纜系統，“里根”號航母(CVN76)的艦首設計成球根狀，以利於艦載機的彈射起飛。直至今天，“尼米茲”級航空母艦依然被證明是最強有力的海軍戰艦，它可以依靠蒸汽動力達到30節以上的航速，自持力長達90天，所搭載的近百架戰鬥機可以對數百千米以外的目標進行精確打擊。在過去的25年裡，“尼米茲”級航母一直被認為是海軍所有資產中的“無價之寶”，特別是在海灣戰爭和伊拉克戰爭中，它們都發揮了至關重要的作用。“尼米茲”級航空母艦也成為一種特殊的標誌，即美國海軍擁有向世界任何地方投射兵力的能力。
但是在美軍的眼裡，“尼米茲”級航空母艦又的確有些老了。航母的基本艦體、機械系統和電力系統等方面的設計沒有改變過：作為航母推進系統“心臟”的核反應堆是20世紀60年代設計的，蒸汽彈射系統與20世紀50年代後期的基本相同：艦上的許多操縱系統還是由蒸汽和液壓驅動的，而不是先進的電驅動方式……另外，隨著“尼米茲”級航母運行時間的延長，船體的腐蝕老化程度不斷加劇，陸續進行的改進也使航母的排水量不斷上升，這些都極大地影響著航母的穩定運行。尤其嚴重的是“尼米茲”級航母存在的電力受限問題，使得一些新系統、新技術無法順利集成到艦體中，例如當前美國海軍著重發展的電磁彈射系統、電磁炮等。
在意識到“尼米茲”級航母的這些缺陷後，美國海軍開始著手設計下一代航空母艦——CVN21級。這種新型航空母艦將沿用“尼米茲”級航母的船體，所不同的是，艦體的內部格局要進行大幅度調整，以增強武器系統的操作，提高艦載機和彈藥的存儲管理水平，飛行甲板要進行重新布置，理順飛機在甲板上的移動和操作，從而增加飛機的攻擊波次，採用新型推進系統，它所產生的電力將是“尼米茲”級航母的3倍，為將艦艇中蒸汽和液壓系統改進為電驅動系統、為更多新系統的整合提供了充足的電力。這些改進除了使CVN21級航母擁有更先進的操作能力和戰場生存力外，還將減少航空母艦的人力需求，降低航母的維護保養費用。目前美國海軍最新的計畫表明，他們期望能以平均每四年建造一艘CVN21級航母的速度，用50年的時間，構建一支全新的CVN21航母艦隊
武器，彈藥輸送系統更先進
“尼米茲”級航空母艦的武器彈藥操作流程是為冷戰時期執行可能的核任務設計的，武器彈藥要經過數次水平方向和垂直方向的輸送，才能從儲存區域運送到各層的集中堆放位置，整個過程不但耗費時間而且也非常消耗人力，甚至需要軍械人員用人力將彈藥擺放到小推車上。此外，目前“尼米茲”級航母武器彈藥電梯的位置與艦載機在飛行甲板上的運行流程也存在衝突的地方，其結果是，一方面在飛行操作期間，有些電梯不能使用：另一方面，艦載機的出擊次數降低。
就此問題，CVN21級航空母艦對武器、彈藥運作流程進行了重新設計，大大減少了武器彈藥在艦體內的水平運動。當前美軍的計畫是，將武器輸送電梯的位置從目前的彈藥存儲區轉移到專門的彈藥操作區。而位於各層的軍械員則負責用機動運輸車將武器和彈藥從儲存位置運送到電梯處。目前，正考慮使用直線電機來研製先進的武器電梯。當然，為了不妨礙艦載機在飛行甲板上的運行，這些電梯的具體位置還需要進一步設計。對武器、彈藥輸送流程以及武器輸送電梯位置的重新設計，不僅僅減少了航空母艦上的人力需求，重要的是這將大大增加艦載機作戰飛行的頻率。
飛行甲板設計更科學
CVN21的第二個新設計在於飛行甲板。在“尼米茲”級航空母艦上，現有飛機彈射裝置不能夠用來彈射滿載負荷的戰機，因為這樣戰機的機翼與飛行甲板之間的空隙將非常狹小，從而帶來安全隱患，而CVN21的甲板設計將彌補這一不足。此外，為了提高艦載機在飛行甲板上的存放、操作性以及調動的效率，CVN21級航空母艦還將做一些改善，包括將指揮島位置後移，使其體積更趨小型化，縮減艦載機調運電梯和機庫的數量，從“尼米茲”級的4個飛機調運電梯、3個機庫縮減到CVN21級的3個飛機調運電梯和2個機庫。
經過上述一系列改進後，艦載機所需的燃料加注、飛行前檢查、武器掛載所需的時間將明顯減少，戰機的出擊架次可以增加近15％。此外，由於減少了飛機調運和機庫的數量，採用體積更為緊湊的指揮島，航母的重量可減輕大約5％。由於理順了武器操作流程，減少了飛機在甲板上的運動，艦員的工作負荷以及航母的人力需求也明顯降低。
新生代匯聚新技術
CVN21級航空母艦將整合多項新技術，其中最重要的是新型核動力推進裝置、帶狀的電力分配系統、新型彈射／攔阻系統，這些都是無法在“尼米茲”級航空母艦上實現的。
新型推進裝置
目前，“尼米茲”級航母核反應堆產生的能量以及自身發電能力都是固定而有限的。而在“尼米茲”級航母改進過程中所增加的許多新技術都需要更多的電力。在目前的情況下，“尼米茲”級航母動力系統的電力載荷空間已經相當有限，無法滿足不斷擴展的電力需求。如果“尼米茲”級航母按照CVN21級航母的設計思想進行改進，即通過採用更多的電力設備來減少人力消耗和維修、保養的開銷，那么過高的電力負荷將會使核反應堆堆芯的壽命縮減11年。此外，電力的短缺也使目前以蒸汽為能源的艦上設施，如廚房、洗衣中心、水泵、加熱中心等，難以轉化為以電為能源的設施。目前，在“尼米茲”級航空母艦上有總長度近10千米的蒸汽管道，用以向各種艦上設施提供所需的蒸汽，這些管道需要更多的維護和保養。電力的缺乏也使很多先進技術無法整合到“尼米茲”級航母上，這些技術包括：動態裝甲、新型雷達、電磁彈射系統、定向能武器等。除了供電能力不足外，“尼米茲”級航母上的核反應堆非常龐大，系統過於複雜。在“尼米茲”級航母的反應堆中，有超過30種規格的管道、1200多個閥門，20多個主泵，在運行過程中，有60多個觀察站位的人員在反應堆室同時職守，人力耗費很大。
為CVN21級航母設計的新型反應堆克服了“尼米茲”級航母反應堆存在的諸多不足。通過提高反應堆堆芯能量密度、降低對泵供功率需求，CVN21級航母產生的電力大約是“尼米茲”級航母的3倍。足以滿足電磁彈射裝置和其他新系統的動力需求，也足以支持目前蒸汽動力設施向電動力設施的轉換。新的反應堆的結構將更加簡潔，組件更少，性能也更為可靠。與“尼米茲”級航母反應堆相比，CVN21的反應堆閥門、管道、主泵、冷凝器和發電機等組件的數量減少50％以上，例如其蒸汽產生系統中，閥門不到200個，管道規格也縮減到8種。新的反應堆將使用現代化的電子控制及顯示系統，這將使反應堆的觀察站位降低到大約20個。
整體來看，與“尼米茲”級航母相比，CVN21級航母的推進裝置有多項重大改進。與推進系統相關的人員將減少大約50％，維修站級維護需求降低近20％，這些將使CVN21級航空母艦在整體系統的維護費用上節約近20％
帶狀電力分配系統
CVN21級航空母艦有了新的推進裝置，而它的動力分配將依靠一個新的系統——帶狀電力分配系統。當前，“尼米茲”級航母上採用的分配系統是一個放射狀的體系結構，電力通過這個系統將動力傳遞到這個艦體的每一個地方。這種系統需要超過42千米長的電纜，從系統中心的環狀匯流排將電力分配到艦上各個應急動力和載荷中心。這種電力分配系統除了結構複雜外，在進行戰損修復和現代化更新時，電力線的重新布設將非常艱難。CVN21級航空母艦的帶狀分配系統不但將電纜長度減少了近10千米，而且通過將艦上各個電負荷中心集中到一個隔離區域，從而使結構體系更加緊湊
戰機的電磁彈射系統
在過去的40年裡，美國航空母艦一直沿用蒸汽彈射器對艦載機進行彈射。目前安裝在“尼米茲”級航母上的最新型蒸汽彈射器，可以每60秒內彈射1架飛機，如果“尼米茲”級航母的4個彈射器同時工作，那么平均每20秒就有一架艦載機起飛。現在使用的蒸汽動力彈射器是非常可靠的。每一個彈射器的平均可用率為74％，以此計算，四個彈射器中至少一個正常工作的機率則高達99．5％。這種蒸汽動力的彈射器也被證明是非常安全的：最近的10年內，在超過80萬次的彈射記錄中，僅出現30次部件故障，而這其中只有一次導致一架飛機損毀。儘管蒸汽彈射器非常可靠和安全，但它還是有一些不足的地方。現在採用的蒸汽彈射器在彈射飛機時提供的能量是7000萬磅－英尺，在這種情況下被彈射的飛機最大重量不能超過7萬磅(32噸)。除了對飛機有最大重量有限制之外，在低能量水平下，蒸汽彈射器彈射過程中最大作用力與平均作用力的比值相應增大(一般來說，這個比值約為1．25，最大可能到2)也就是說，在彈射過程中，輕型飛機受到的最大彈射力可能超出平均彈射力25％～100％，也因此，輕型飛機的彈射的難度反而會提高。過高的彈射力變化會使飛機的機體結構承受很大的衝擊，對於有人駕駛飛機來說，這種衝擊會降低飛機的疲勞壽命，對於無人機來說，則必須大幅度加強機體強度才能承受這種衝擊。事實上，目前的蒸汽動力彈射器不能夠用於彈射任何現役無人機，而這被認為是蒸汽彈射器的最大缺陷。信息技術突破性發展以及更輕、更靈巧武器的不斷出現，使無人機在“尼米茲”級航母退役之前就可能上艦執行戰鬥任務。而美國的政治領導層更希望使用無人機作戰，以把人員傷亡、被俘的風險降低到零。
CVN21級航空母艦將使用新的飛機彈射裝置一一電磁彈射器，它將在很大程度上彌補蒸汽動力彈射器的缺陷。電磁彈射器實際上就是一個100多米長的直線感應電機，電機的電樞與飛機的起落架相連，在強大電流的作用下，電樞帶動飛機加速向前運動，使飛機達到所需的起飛速度一一其行進原理有些類似於磁懸浮列車。美國海軍對電磁彈射器制定的指標包括：最大彈射能量為9000萬磅－英尺，彈射速度範圍為100～400千米／小時，彈射間隔為45秒。電磁彈射器的功率可以根據彈射飛機的尺寸重量進行靈活調節，可用於彈射美國海軍現在以及未來的各種有人飛機或無人飛機。同時電磁彈射器彈射力非常穩定，彈射過程中，其最大力與平均力的比值僅為1．05，這就大大減輕了彈射過程中飛機機體結構所受到的衝擊，有研究表明，電磁彈射器的這一性能最大可使艦載機的機體壽命延長31％。此外，與蒸汽彈射器相比，電磁彈射器的尺寸、重量可降低50％，對人力的需求將減少30％，全壽命周期費用可降低20％，作戰可用度可提高20％。
其他一些新技術
CVN21級航空母艦還將運用其他一些新技術。與前面提到的新技術相比，這些新技術還可用於改進“尼米茲”級航空母艦。
首先是新型攔阻系統。當前“尼米茲”級航母採用的攔阻裝置只能用於有限幾種飛機的攔阻著艦，無法用於任何現役以及計畫中美軍無人機的回收，而且該攔阻系統仍然需要大量的維護工作。CVN21級航空母艦上的新型攔阻系統能夠適應未來不同尺寸、重量和動力的艦載機，包括重量很大的有人駕駛飛機和各種重量的無人機，其所需的維護保障也遠遠低於目前“尼米茲”級航母所使用的攔阻裝置。
其次，美國海軍還在考慮升級航空母艦上的防禦系統。二戰以來，航空母艦憑藉其機動性以及由艦載機和護航艦艇提供的多層防禦體系，一直未遭攻擊。但美國人認為，航空母艦的設計必須要跟上潛在威脅發展的步伐。目前，採用GPS制導的靈巧武器很可能已經擴散到美國的潛在對手手中，而且美國的航空母艦仍然需要在狹窄的海域執行作戰任務，例如，阿拉伯灣、亞得里亞海等，因此必須採取額外的措施，以應對靈巧武器的攻擊。為了防禦高速GPS制導的飛彈，航母需要更快速的防禦武器，如雷射炮、能量散逸防護系統(動態裝甲)等。由於CVN21級航空母艦具有充足的發電能力，包括電磁彈射系統在內，全艦其他系統耗電量僅占其電容量的一半，剩餘的電量足以支持這些新型防禦系統工作。
另外，新型飛機燃料加注系統和新型補給系統也將在CVN21級航空母艦上得到體現。前者可以以更快的速度為艦載機加注燃油，提高飛機的出擊速度，後者可以將目前航空母艦接受補給船補給的速度提高1倍。
喜憂參半來日路
綜上所述，眾多新技術的採用將使CVN21級航母擁有更為出色的作戰能力，其燃料及武器攜帶量可以進一步增加，艦載機的出擊次數可以增加15％以上。艦艇生存力進一步提高，各種新型防禦系統使航母有效抵禦各種飛彈、魚雷的攻擊。艦員數量也將進一步減少，據估計，CVN21航母的艦員規模可比“尼米茲”級減少500～800人，從而也有效改善了艦上的居住環境。新技術的採用也大大降低了航母的維護保障需求，從而降低其運行、使用費用，其全壽命成本將比“尼米茲”級降低11～20％。然而，翻開美國航母的建造史，不難發現，要以一艘新型航母代替一艘退役航母，在目前美國造船工業持續低迷的情況下，這將是一個深具挑戰性的任務。20世紀60年代，美國航空母艦的建造速度很快，在7年間總共建造了4艘，而到了現在，美國海軍最新的兩艘航空母艦一一“杜魯門”號和“里根”號，每艘的建造都花費了5年時間！保守估計，第一艘CVN21級航空母艦正式交付美國海軍應該在2014年9月。
