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日军“瑞鹤”号航母上的舰载机
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在珊瑚海海战中，当美军机群飞临日舰队上空时，“瑞鹤”号航母立即向有雷雨的海域躲避，利用雷雨逃避了美军机群攻击。
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山本的担心不无道理，美国的反击是十分迅速而有力的。1942年4月18日，日本就受到了美国的小小警告，从“大黄蜂”号航空母舰上起飞的16架B-25式轰炸机袭击了日本，它们飞临东京上空，投下炸弹和燃烧弹后顺风直飞中国。这次空袭带给日本朝野不小的震动。正是由于这次对日轰炸的刺激，使山本更加坚定了要进攻中途岛的决心。
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4月28日，在其旗舰“大和”号战列舰上山本召开了海军高级将领会议。这次会议最终确定了进攻中途岛的具体作战计划：先派遣一支舰队进攻阿留申群岛，在该群岛的阿图岛、基斯卡岛登陆，以此为诱饵，将美军舰队的注意力引到北面去，然后主力舰队趁机夺占中途岛。作战日期初步定在6月初。
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5月5日，日本海军军令部发布了《大本营海军部第18号命令》，正式批准中途岛作战计划，并把这次行动命名为“米号作战”。而担任这次进攻的最高将领仍然是山本五十六。
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揭幕之战
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1942年5月7日黎明到5月8日黄昏，在新几内亚南面的珊瑚海，美日海军进行了人类战争史上的首次航空母舰交锋。珊瑚海海战是太平洋战争史上航空母舰编队在远距离以舰载机首次实施交战，也是日本海军在太平洋第一次受挫。日本海军由于损失的飞机和飞行员无法立即得到补充，被迫中止对莫尔兹比港的进攻。
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第一场战斗在5月3日开始，当弗莱彻将军接到日军正在图拉吉登陆的消息时，他说道：“这是我们等了一个月的消息。”此时“约克城号”航空母舰仍然在巴特卡普角以西160多千米的海面上。他立即中断加油，命令以每小时26海里的速度，向北驶往所罗门群岛中部。5月4日拂晓，约克城号到达瓜达卡纳尔岛西南约160千米的海面。航空母舰战斗机驾驶员向图拉吉附近海面上的敌人部队发动了一系列袭击，摧毁了水上飞机，发回了夸大事实的战斗报告。此时弗莱彻向珍珠港报告了胜利喜讯，随后美舰队也向西莫尔兹比港进发。
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5月6日，在密云的掩护下，弗莱彻同格雷斯海军上将的重型巡洋舰和“莱克星敦”号会合。与此同时，珍珠港方面还得到了最新情报：入侵莫尔兹比港的日本部队将在两艘航空母舰提供空中掩护的情况下于5月7日穿过卢伊西亚德群岛。然而向西直行到珊瑚岛的弗莱彻并不知道，自己已经被一架日本水上搜索飞机发现了。得知美军舰队正前往截击入侵莫尔兹比港的日本舰队的消息后，井上成美海军中将紧急命令运输船停止前进。当时，高木海军中将率领的“翔鹤”号和“瑞鹤”号正在瓜达卡纳尔以南加油，等到他认为合适的攻击距离出现的时候，日军舰队碰到了浓雾。于是，高木决定继续加油，待黎明再去追击美军舰队。
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5月7日，大约凌晨4点的时候，日机动编队派出了12架舰载机分为6组，在180°至270°方位之间，250海里距离内搜索敌人。未发现航空母舰的日突击机群很不情愿地对“尼奥肖”号油船和“西姆斯”号驱逐舰进行了攻击。“西姆斯”号被击中3颗250千克的炸弹，其中有2颗在机舱爆炸，不到60秒钟就沉没了。“尼奥肖”号被击中7颗炸弹，载着大火在海上漂了几天后沉没。
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中途岛海战中的美国“大黄蜂”号航母，甲板上正在准备起飞的是SBD-3“无畏”式俯冲轰炸机。
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5月7日上午，在日本牛刀杀鸡后，美日双方攻击舰队刚好处于相互攻击范围的边缘，但双方由于技术原因都没有发现对方，相互错过了先发制人的时机。美军犯的错误颇为危险，其出击的舰载机偏离了主要攻击方向达90°以上，但美军取得的战果却更大——敲掉了一艘航母。日本联合舰队犯的错误也很可惜。日军虽然知道对手的大致位置，但是想要挽回局面并不容易。当时的情况下，日军航空战队需要在4个钟头内（下午14时至晚18时）完成轰炸并保证返航，这是比较困难的。然而日军第五航空战队的原忠一海军少将依然在14时15分派出了12架轰炸机和15架鱼雷机直扑目标，但由于天气原因，日军到返航的时候才发现美军舰队，由于这些战机已经抛掉了炸弹，加上美军野猫战斗机的拦击，损失惨重。日军的突然出现，使得弗莱切意识到，日本海军航母就在附近，而决定这场海战结果的航空母舰之间的决斗必定在第二天进行。
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中途岛海战中的美国“大黄蜂”号航母甲板上正在降落的舰载机
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大黄蜂号航空母舰由纽波纽斯船厂建造。1942年开工，1943年8月30日下水，1943年11月29日服役。在1945年6月的台风中损坏了飞行甲板。1947年1月15日退役封存。
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5月8日，双方搜索的飞机几乎同时发现自己的目标。随后“约克城”号和“莱克星敦”号共起飞15架战斗机、46架轰炸机和21架鱼雷机共82架飞机扑向日本舰队。1小时零45分钟以后，美突击机队发现日军“翔鹤”号和“瑞鹤”号正向东南方向行驶，这两艘航空母舰之间相距12千米，各由两艘重型巡洋舰和驱逐舰护航。
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美国人利用宝贵的几分钟在团团积云里组织进攻的时候，“翔鹤”号趁机出动了更多的战斗机，“瑞鹤”号则躲藏到了下着暴雨的附近海面。面对真正的强敌时美国飞行员还是乱了阵脚。鱼雷机和俯冲轰炸机被零式战斗机冲散，彼此间缺乏配合，鱼雷大部分射进了海里，偏离目标很远，轰炸十分盲目。只有两颗炸弹击中“翔鹤”号，并使之因燃油泄漏而起火。十多分钟以后，虽然“莱克星敦”号上的飞机及时赶来，但难于发现云层底下的敌舰，进攻又受挫折。最后“莱克星敦”号这艘航空母舰也被日军的2枚炸弹和2条鱼雷击中，后引发大火，无法控制，最终美军不得不发射5条鱼雷将其击沉。
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美军参加中途岛海战的TBD-1“蹂躏者”式鱼雷攻击机
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1934年6月，海军航空部向各大航空机制造企业提出研制一种新型鱼雷轰炸机，以替代当时在各个鱼雷轰炸机中队服役的马丁BM-2和大湖TG-2两种双翼鱼雷轰炸机。道格拉斯公司的VT-VB最终赢得这一项目。作为一种不太先进的鱼雷轰炸机，TBD实际上是一种极不安全的战机，它飞行速度低，自卫能力差，因此战损率相较之同时服役的SBD“无畏”式俯冲轰炸机要高很多。在中途岛海战后TBD从一线部队中退役。
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绝密信息
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珍珠港事件后，罗斯福总统决定任命切斯特·尼米兹接替金梅尔出任美太平洋舰队总司令，他对尼米兹说：“到珍珠港去收拾败局，然后留在那里，直到战争胜利。”临危受命的尼米兹知道自己重担在身，他到任后不久，十分迅速地组织了只有4艘航空母舰及其护航舰的舰队。也正是这支舰队袭击了在中太平洋岛屿上的日军，紧接着还实施了轰炸东京这项震惊日本朝野的作战计划。