電磁軌道炮：２１世紀(jì)戰(zhàn)場顯風(fēng)流

一艘大型驅(qū)逐艦獲得了300公里外敵軍指揮部的位置坐標(biāo)，不過它并沒有發(fā)射價值一百萬美元的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈來摧毀目標(biāo)，而是從炮管的超導(dǎo)電磁軌道中發(fā)射出一枚長約1米，重約20千克的炮彈，這種炮彈的動力來源既非火藥，也不是燃料，而是來自軍艦發(fā)動機(jī)為大炮注入的電能，炮彈以超過7倍音速的速度脫膛而出，飛出了地球大氣層，接著又在衛(wèi)星的指引下重返大氣層，徑直沖向目標(biāo)，目標(biāo)在瞬間灰飛煙滅。這并非科幻影片的情節(jié)，而是美軍正在研發(fā)的一種新式武器——電磁軌道炮。

電磁炮又稱脈沖電源電磁炮，是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)的動能殺傷武器。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，電磁炮又分為軌道炮和線圈炮兩種。與傳統(tǒng)的大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌姶排谑抢秒姶帕Πl(fā)射彈丸的一種“純”電能武器。由于其作用時間長，大大提高了彈丸的速度和射程，因而引起了世界各國軍事家們的廣泛關(guān)注。自20世紀(jì)80年代初期以來，電磁炮在未來武器發(fā)展計劃中，已成為越來越重要的部分。目前，美國陸、海軍將電磁軌道炮作為電磁炮合作研究的重點(diǎn)，計劃裝備“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”中的坦克／步兵戰(zhàn)車和下一代DD(X)驅(qū)逐艦。

電磁軌道炮的原理

傳統(tǒng)火炮要借助火藥來發(fā)射彈丸，其所用固體發(fā)射藥或液體發(fā)射藥都是以燃燒氣體膨脹做功形式賦予彈丸初速的。因此，增加發(fā)射藥量一直是提高彈丸初速的主要途徑。但火炮藥室尺寸的增大及炮管長度的加長均要受到限制，所以傳統(tǒng)火炮最大初速難以超越特定的物理限度。由于受原理上的局限，傳統(tǒng)火炮想進(jìn)一步提高性能便遇到難以逾越的障礙。而電磁軌道炮則完全擺脫了這一“瓶頸”的束縛。

電磁軌道炮的工作原理是利用軌道電流間相互作用的電磁力把彈丸發(fā)射出去。它由兩條平行的長直軌道組成，軌道間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸。當(dāng)兩軌接入電源時，強(qiáng)大的電流從一軌道流入，經(jīng)滑塊從另一軌道流回時，在兩軌道平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場，磁場與流經(jīng)電樞的電流相互作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁力(稱為“洛倫茲力”)推動彈丸沿軌道發(fā)射出去，這就是軌道炮的發(fā)射原理。彈丸安放在兩根軌道之間，當(dāng)強(qiáng)大的電流從一根軌道流入，通過彈丸從另一個軌道流出時，就會在空間形成一個巨大的磁場，將重量很輕的彈丸迅速地從軌道上推射出來。彈丸體積雖小，但由于初速特別高，所以具有很大的動能，足以穿透厚厚的鋼板。

電磁軌道炮的獨(dú)特優(yōu)勢

在軍事上熱兵器取代冷兵器，在兵器史上有過輝煌。但從發(fā)展來看，在新的世紀(jì)必將是新概念兵器稱霸的時代，而其中電磁軌道炮類電磁動能武器將異軍突起。電磁軌道炮與常規(guī)火炮相比，有以下優(yōu)勢。

首先是生存能力強(qiáng)、安全性高。與常規(guī)火炮相比，電磁軌道炮利用電磁力所作的功作為發(fā)射能量，因而不會產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波和彌漫的煙霧，能明顯減弱發(fā)射征候，具有良好的生存性。而且可見光與紅外特征信號強(qiáng)度也只有常規(guī)火炮的千分之一，聲信號強(qiáng)度只有常規(guī)火炮的十分之一，可實(shí)現(xiàn)隱蔽發(fā)射。同時，電磁軌道炮還可根據(jù)目標(biāo)的性質(zhì)和距離，調(diào)節(jié)、選擇適當(dāng)?shù)哪芰縼碚{(diào)整彈丸的射程。特別是其所用炮彈中不裝填炸藥，從而消除了炮彈生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和使用時的安全隱患。

其次，炮彈體積小，重量輕，射擊精度高。電磁軌道炮不使用推進(jìn)劑，省去了藥筒，所以炮彈的體積和重量只有傳統(tǒng)120毫米火炮炮彈的十分之一至八分之一，顯著地提高了武器系統(tǒng)的攜彈量，減輕了后勤負(fù)擔(dān)。由于彈丸體積小，重量輕，使其在飛行時的空氣阻力很小，因而電磁軌道炮的發(fā)射穩(wěn)定性好，初速度高，射程遠(yuǎn)。而且發(fā)射過程全部由計算機(jī)控制，彈頭又裝有激光制導(dǎo)或其它制導(dǎo)裝置，所以具有很高的射擊精度。

第三，發(fā)射成本低，可連續(xù)多發(fā)射擊。從發(fā)射能量的成本來看，電磁發(fā)射器能源簡易、成本低、便于控制發(fā)射，比起火炮和火箭所需的特制推進(jìn)劑要廉價得多。發(fā)射同樣動能的彈丸，其成本僅是火炮的1％左右。也就是說，常規(guī)火炮的發(fā)射藥產(chǎn)生每兆焦耳能量需10美元，而電磁軌道炮只需0．1美元。而用電磁發(fā)射器地對空定向發(fā)射大質(zhì)量的有效載荷，其成本僅是化學(xué)火箭成本的千分之一。特別是電磁發(fā)射器便于調(diào)節(jié)發(fā)射功率的特點(diǎn)使操作者只需控制供電電流就可調(diào)節(jié)電磁軌道炮的發(fā)射速度和射程。電磁發(fā)射器效率高，裝填和加速射彈靈活、簡便。其后膛多為敞開式，無需炮栓之類的封閉物件，因此裝填彈體極為方便，易于實(shí)現(xiàn)裝填自動化。常規(guī)化學(xué)發(fā)射器每次只能發(fā)射一枚射彈，而在電磁軌道炮的多級電磁發(fā)射器中，一次可發(fā)射多枚射彈，即第一枚射彈尚未出膛，還可陸續(xù)加速另一枚或多枚射彈，連續(xù)射出。

四是彈丸初速大、射程遠(yuǎn)、威力大。與普通固體發(fā)射藥火炮不同，電磁軌道炮靠電磁力推動彈丸運(yùn)動，理論初速達(dá)到6000～8000米／秒。帶有巨大動能的彈丸通過直接撞擊方式將目標(biāo)摧毀，威力極大。與此同時，極高的飛行速度縮短了彈丸的飛行時間，使彈丸受干擾較少，保證了較高的命中精度。特別是極高的初速和較大的動能，還使彈丸具有超遠(yuǎn)射程，因此電磁軌道炮除能有效對付各種地面目標(biāo)外，還將在防空和反導(dǎo)方面發(fā)揮重要作用。

如今有的國家，正加緊研制把1000克左右的電磁炮彈加速到20千米／秒，不僅可攔截空間的衛(wèi)星與導(dǎo)彈，也可打擊海面的戰(zhàn)艦和陸地上的裝甲戰(zhàn)車；在需要時，它還可以用來發(fā)射航天飛船和人造衛(wèi)星。

電磁軌道炮的軍事用途及發(fā)展前景

作為發(fā)展中的高技術(shù)兵器，電磁軌道炮的軍事用途十分廣泛。目前，研制成功的電磁軌道炮已能將彈丸加速到8～10km／s(火炮僅2km／s)，是火炮的4～5倍。預(yù)計將來電磁軌道炮彈丸的速度將達(dá)到100km／s。由于電磁軌道炮諸多優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計在21世紀(jì)，電磁軌道炮終將逐漸淘汰常規(guī)大炮。

作為未來非接觸作戰(zhàn)的核心，各類偵察力量，包括空中的無人飛機(jī)、太空中的間諜偵察衛(wèi)星、地面上的機(jī)器人偵察兵，都將圍繞電磁軌道炮作戰(zhàn)。一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，電磁軌道炮就能以5～10馬赫以上的速度對目標(biāo)進(jìn)行迅雷不及掩耳的攻擊。

一是用于天基反導(dǎo)系統(tǒng)。電磁軌道炮由于初速度極高，可用于摧毀空間的低軌道衛(wèi)星和導(dǎo)彈，還可以攔截由艦只和裝甲發(fā)射的導(dǎo)彈。因此，在美國的“星球大戰(zhàn)”計劃中，電磁軌道炮成為一項主要研究的任務(wù)。在戰(zhàn)略防御方面，電磁軌道炮可以攔截彈道導(dǎo)彈和潛射導(dǎo)彈，在天基攔截助推段和中段的導(dǎo)彈，在陸基攔截末段或再入段的導(dǎo)彈。此外，微波傳輸電力技術(shù)、陸基電源及其機(jī)動性和天基小型化等關(guān)鍵技術(shù)的突破必將使電磁發(fā)射技術(shù)大放異彩。

二是用于防空系統(tǒng)。美軍認(rèn)為可用電磁軌道炮代替高射武器和防空導(dǎo)彈遂行防空任務(wù)。美國正在研制長7．5米、發(fā)射速度為500發(fā)份、射程達(dá)幾十千米的電磁軌道炮，準(zhǔn)備替代艦艇上的“火神—方陣防空系統(tǒng)”。用它不僅能打擊臨空的各種飛機(jī)，還能在遠(yuǎn)距離攔截空對艦導(dǎo)彈。英國也正在積極研制用于裝甲車的防空電磁炮。

三是用于反裝甲武器。美國的打靶試驗證明，電磁軌道炮是對付坦克裝甲的有效手段。發(fā)射質(zhì)量為50克、速度為3km／s的炮彈，可穿透25．4mm厚的裝甲。有關(guān)資料還報道，用一種電磁軌道炮做試驗，完全可以穿透模擬的T-72、T-80坦克的裝甲厚度。由此可見，電磁炮具有很強(qiáng)的穿透能力，是非常優(yōu)良的反裝甲武器。

四是用于改裝常規(guī)火炮。隨著電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展，在普通火炮的炮口加裝電磁加速系統(tǒng)，可大大提高火炮的射程。美國利用這一技術(shù)，已將火炮射程加大到150km。

五是用于航天發(fā)射。由于電磁發(fā)射器可將物體推進(jìn)到高速或超高速，因此，它在動能武器、航天、交通等領(lǐng)域極為重要。就航天發(fā)射而言，以往使用的固體或液體的化學(xué)推進(jìn)劑作能源，雖然也能將有效載荷推進(jìn)到第一、第二乃至第三宇宙速度，但必須使用多級火箭和攜帶大量的燃料，且火箭推進(jìn)劑是較高級的燃料，成本高，還不時出現(xiàn)爆炸危險。若使用電磁力發(fā)射某些航天器或航天飛機(jī)等，不僅能幫助航天器有效載荷達(dá)到超高速，而且上述弊病將得到有效克服，其重大意義不言而喻。

從發(fā)展前景看，經(jīng)過20多年的努力，電磁軌道炮技術(shù)的研究已取得相當(dāng)大的進(jìn)展。以往，普通艦炮的射程只有20千米，而且準(zhǔn)確度很差。巡航導(dǎo)彈的有效射程雖然超過了300千米，但它們造價昂貴，一艘艦艇最多只能攜帶70枚，由于無法在海上裝卸，補(bǔ)充時還必須返回港口。電磁軌道炮則以射程遠(yuǎn)、成本低、運(yùn)輸以及補(bǔ)充便利等多項優(yōu)勢而被美國國防部寄予厚望。電磁軌道炮甚至還被美國陸軍看成是2020年后陸軍戰(zhàn)車主要武器的候選技術(shù)方案。

但是，電磁軌道炮最主要的缺點(diǎn)是消耗功率大，發(fā)射時要耗費(fèi)很多的電能，假如以3km／s的速度發(fā)射1．0千克重的彈丸，就需要200萬千瓦以上的功率，因而需要較大的儲能設(shè)備。通常是將發(fā)電機(jī)(或蓄電池)輸出的電能貯存在一個特殊的容器中，而在發(fā)射炮彈時將電能集中釋放到感應(yīng)線圈中，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的脈沖磁場。正是借助于這個強(qiáng)大的磁場產(chǎn)生極大的推力，將炮彈發(fā)射出來。這種電磁炮被稱為“電容器貯能軌道炮”，美國目前正在加大力度發(fā)展。另一類是“強(qiáng)制貯能電磁軌道炮”，它的動力源是由一種被稱為強(qiáng)制貯能系統(tǒng)提供的，不需要使用貯能電容器，也不需要為獲得平穩(wěn)的動力脈沖而設(shè)計的線圈。這種電磁炮美國現(xiàn)也在研制。再一類是“高效線圈電磁炮”，炮管本身就是一個線圈，并增加了導(dǎo)向裝置。據(jù)報道，這種線圈炮發(fā)射的能量是軌道炮的100倍。

不過電磁發(fā)射在技術(shù)上的研究工作可能還要持續(xù)20多年，因為目前還沒有哪艘軍艦?zāi)墚a(chǎn)生并且儲存開炮所需的電能。在過去，驅(qū)逐艦上90％的能量都用于供給推進(jìn)系統(tǒng)。除此之外，面臨的挑戰(zhàn)還包括：確保準(zhǔn)確命中目標(biāo)的高精度控制技術(shù)，炮彈對巨大加速度的承受能力等。由于距離目標(biāo)超過了300千米，所以這種炮不能像普通槍管一樣去瞄準(zhǔn)，而需要空氣動力學(xué)的校正，炮彈到了空中也必須由來自衛(wèi)星的指令對其運(yùn)行方向進(jìn)行修正。同時，炮彈在出膛時的加速度會達(dá)到地球重力加速度的45000倍，炮彈上攜帶的電子器件必須經(jīng)受得住這種加速度。此外，要使轉(zhuǎn)子在炮管中高速運(yùn)動也很困難。

據(jù)有關(guān)報道，美國海軍正與英國國防部一道研制這種電磁軌道炮，他們準(zhǔn)備把驅(qū)逐艦變成一個超長的機(jī)關(guān)槍，在一分鐘內(nèi)就可以發(fā)射12發(fā)這種廉價的炮彈。位于英國柯爾庫布里的一家工廠已經(jīng)在2003年按1：8的比例生產(chǎn)出了這種電磁軌道炮的樣品，并在試驗中射出了以6倍音速穩(wěn)定飛行的炮彈。不過據(jù)美國海軍海洋系統(tǒng)司令部的羅杰·麥金尼斯上校估計，美國的電磁軌道炮最早也要到2015年才能交付使用。

盡管目前電磁軌道炮離真正在戰(zhàn)場上使用還有一段距離，但隨著對電磁炮研制的逐步完善，可望在21世紀(jì)早些時候出現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)型的電磁軌道炮。預(yù)計在不久的將來，快如流星的電磁軌道炮終將取代傳統(tǒng)的火炮，成為新世紀(jì)的主力大炮，在未來戰(zhàn)場上發(fā)揮神威。