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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。
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切斯特·尼米兹对这次作战非常重视，他非常谨慎地安排了将领的人员设置和战略部署，另外对于情报工作的开展也不遗余力。在这次战争的胜负中美国的情报小组起到了不可忽视的重要作用。
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1942年4月和5月期间，在美军截获的日军通讯情报中，有一个“AF”名称出现的频率和次数明显增多。敏锐的美国少校罗奇福特预感到这可能是一个不寻常的绝密情报。于是在他的领导下，情报小组的成员日夜绞尽脑汁苦思冥想，皇天不负苦心人，终于在堆积如山的侦抄电文中找到一份日军偷袭珍珠港时的电报，电文曾提到“AF”，并说到一架日军水上飞机需要在“AF”附近的一个小珊瑚岛上加油。因此罗奇福特大胆推断，“AF”很可能是指中途岛。
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美国海军将领斯普鲁恩斯和其他将领在一起
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从左至右分别为美国海军将领雷蒙德·A.斯普鲁恩斯、中将霍兰德·史密斯、少将亨利·L.拉森以及海军陆战队司令罗伊盖格少将。
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为了进一步证实上述这一推断的准确性和真实性，驻中途岛的美军奉命用浅显的明码拍发了一份无线电报，以此来作为诱饵。电报谎称中途岛上的淡水设备发生了故障。果然，不久后美军截获了一份日军密电，电文中说：AF可能缺少淡水。这一下日本的绝密计划暴露了，情况立时真相大白。罗奇福特小组以此为突破口，很快就破译了反映日军舰队作战计划的所有通讯。就这样，尼米兹不仅清楚掌握了日军夺取中途岛的战略企图，而且还查明了其参战兵力、数量、进攻路线和作战时间，甚至连对方各舰长的名字都了如指掌。而这一切，自信满满的日本人还蒙在鼓里。
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5月28日晨，斯普鲁恩斯海军少将率领包括“企业”号、“大黄蜂”号在内的2艘航空母舰，6艘巡洋舰和9艘驱逐舰组成的第16特混舰队从珍珠港启航开赴待机海域。两天后，弗莱彻海军中将率领“约克城”号航空母舰、2艘巡洋舰和5艘驱逐舰组成的第17特混舰队也出航了，6月2日两队人马会合。他们都明确尼米兹给斯普鲁恩斯和弗莱彻的指示：“运用最有效的战术，给敌人以最大限度的杀伤。”
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中途岛海战
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6月3日晨，阿留申群岛附近的细萱舰队开始空袭荷兰港，企图诱使美军分兵驰援阿留申。尼米兹知其伎俩未予理睬。次日，日军再次空袭荷兰港，美军仍未上当。山本在声东击西后，立即下令细萱舰队停止进攻阿留申并迅速南下，协同主力准备与美军舰队决战。
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6月4日凌晨3时左右，山本在“大和”号旗舰上向各舰队指挥官发出了“准备战斗”的电令。此时，担任主攻的是南云中将，他的航空母舰均已处在中途岛西北方向240海里的水域上。
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4时30分，南云的参谋长草野少将下达了攻击的命令。“赤城”、“加贺”、“飞龙”、“苍龙”4艘航空母舰上做好了战斗准备，36架俯冲轰炸机、36架水平轰炸机和36架“零”式战斗机开始起飞，第一攻击波机群在永友文市海军大尉的率领下，风驰电掣般地向中途岛扑去。第一攻击波飞机刚飞行完毕，第二攻击波的飞机迅速从机库提升到飞行甲板随时准备出击，攻击可能出现的美舰队。
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