電磁炮，動能為王

有一種炮，能把一個“鐵坨坨”扔到400公里遠的地方，并且把一棟大廈夷為平地。

有一種炮，能用一個雞蛋那么重的彈丸輕松打穿2公分半厚的鋼板。

有一種炮，它發(fā)射的炮彈擁有第一宇宙速度，可以像洲際導彈那樣穿出大氣層，再人大氣層，在勢能和動能之間來回切換。

這不是科幻，這是美國陸軍實驗室制造的“超現(xiàn)實”。而根據(jù)英國軍事專家的預測，再等十年，我們就能看到安裝這種主炮的全電驅(qū)逐艦向視距外目標開火，就能看到安裝這種主炮的新型坦克用它撕裂對手的復合裝甲。

這就是電磁炮，動能為王。

我們正生活在電磁炮時代來臨的前夜。

用電的“巴黎大炮”

1918年3月23日7時20分，巴黎市民被一陣巨響驚醒了。這地動山搖的聲響伴隨著滾滾濃煙，每隔15-20分鐘就在塞納河畔響起，一直持續(xù)到下午。整個巴黎人心惶惶，人們并不知道，給他們送來死亡的是一門超級火炮。這就是戰(zhàn)爭史上赫赫有名的“巴黎大炮”。

“巴黎大炮”沒有改變戰(zhàn)爭的結局，但這并不妨礙它成為身管火炮發(fā)展史上的里程碑。36米長的身管，172的長徑比，375噸的全重，“巴黎大炮”付出了機動性與可靠性的沉重代價摸到了化學能火炮射程的極限。

90年后，2008年1月1日上午，美國海軍達爾格倫水面作戰(zhàn)研究中心，一門試驗型號的電磁把炮彈以7倍音速(約每秒2500米)“扔”了出去，炮口動能高達創(chuàng)記錄的10.68兆焦耳。根據(jù)計算，炮彈將在發(fā)射后一分鐘內(nèi)穿出大氣層，4分鐘后再人大氣層，以5倍音速擊中近400公里外的目標。

電磁線圈輕松突破了高能發(fā)射藥所無法企及的火炮射程天花板。7倍音速意味著什么?比傳說中的“曙光女神”高超音速偵察機更快，差不多是目前各國制式155毫米榴彈炮炮口初速的兩倍。在古龍的武俠小說里，有這么一句話：“有招皆可破，唯快不破”，電磁炮就是唯快不破的明日戰(zhàn)爭利器。

萬能武器

電磁炮簡直就是天生的“萬能武器”，且不說它利用電磁力所做的功作為發(fā)射能量，不會產(chǎn)生強大的沖擊波和彌漫的煙霧，因而具有良好的隱蔽性。單單它的多用途，就足以讓其他武器汗顏。

超高的炮口動能意味著更快的速度和末端存速，動能是擊碎坦克裝甲的最好武器。尤馬靶場的試驗證明，質(zhì)量僅50克、速度為3公里/秒的炮彈，可穿透25.4毫米厚的裝甲。如果換成質(zhì)量更大的長桿穿甲彈呢?計算機模擬已經(jīng)證明，電磁炮對復合裝甲和反應裝甲的穿透力幾乎“無解”。主戰(zhàn)坦克的噩夢就要開始了。

超遠射程使電磁炮成為曲射壓制火炮的最佳選擇。400公里的射程加上全程計算機控制，以及制導套件賦予的高精度足以使地面炮兵成為真正的“超視距火力支援者”。

電磁炮的高初速還使他成為反導武器的天然候選，尤其是考慮到它與“愛國者”相比成本是如此的低廉。一旦裝載在天基平臺上，那“天網(wǎng)”就不會只是一個美好的愿望。

美軍認為可用電磁炮代替高射武器和防空導彈遂行防空任務。他們正在研制長7.5米、發(fā)射速度為500發(fā)/分、射程達幾十公里的電磁炮，準備替代艦上的“密集陣”防空系統(tǒng)。

電磁編年史

19世紀，英國科學家法拉第發(fā)現(xiàn)，如果讓導線在磁場中作切割磁力線的運動，導線上會產(chǎn)生電流，而如果給位于磁場中的導線通電，則這根導線將會受到一個力的推動。這就是著名的法拉第電磁感應定律。今天，那些在尤馬靶場實驗電磁炮的美國科學家要感謝法拉第。

1845年，曾有人繞制了一些線圈，利用線圈的電磁力將一根金屬棒射出了近20米遠。1901年，挪威奧斯陸大學的克里斯廷·伯克蘭教授制造出了世界上第一臺電磁發(fā)射器，他制造的電磁炮能夠?qū)?0公斤的鐵制炮彈加速到80～100米/秒。但受制于當時的技術水平，他無法得到強大的脈沖電源，研究最終被放棄。

1944年，德國的漢斯勒博士研制出長2米、口徑20毫米的軌道炮，能把重10克的圓柱體鋁彈丸加速到1.08千米/秒，1945年他又將2門炮串聯(lián)起來，使炮彈初速達到了1.21千米/秒。二戰(zhàn)期間，日本也研究過感應加速式電磁炮。

上世紀60年代，美國和澳大利亞的科學家發(fā)現(xiàn)，通過瞬間釋放高速旋轉(zhuǎn)的飛輪所蘊含的能量，可以獲得電磁炮所需的脈沖電源，電磁炮的研究和發(fā)展出現(xiàn)了契機。電磁炮真正取得實質(zhì)性進展是70年代

的事。澳大利亞國立大學首次成功地將3.3克的彈體加速到5.9千米/秒。1980年，美國的研究人員在威斯汀·豪斯研究和發(fā)展中心用電磁炮成功地發(fā)射了一顆質(zhì)量為317克的彈丸，速度達到了4.2千米/秒。1982年，澳大利亞人又制成一門威力更大的電磁炮，把2.2克的彈體加速到10千米/秒，遠超常規(guī)火炮。

1987年，美國還研制成“雷電”電磁炮，將彈丸加速到6千米/秒。90年代，美國又研制成功機動型的多發(fā)電磁炮和反戰(zhàn)術導彈電磁炮。目前，艦載、(坦克)車載電磁炮都已進入試驗階段。包括中國在內(nèi)的一些國家都在進行電磁炮的研發(fā)。

電磁海軍

電磁炮的研究在多個國家同時鋪開，但我們必須承認，最接近實用的仍然是美國。美軍的電磁炮在兩個項目框架內(nèi)展開，一是海軍的全電驅(qū)逐艦項目；一是陸軍的FCS未來作戰(zhàn)系統(tǒng)。

美國海軍經(jīng)常對一些人們認為是陸軍和空軍的武器研制項目大力摻和，比如無人機，比如電磁炮。隨著蘇聯(lián)的解體，美國海軍越來越像一支對岸海軍，火力投射和壓制是衡量其作戰(zhàn)成果的重要內(nèi)容。電磁炮在遂行對岸火力投射方面的優(yōu)勢顯而易見，它可以將美國海軍目前117公里的艦炮打擊范圍擴展到400公里，加上精度可觀，幾乎能讓“戰(zhàn)術戰(zhàn)斧”陷于半失業(yè)狀態(tài)。同時電磁炮不需要火藥和其它含能爆炸物，提高了艦只的安全，并減少后勤保障的費用。最后，DDG-1000綜合電力系統(tǒng)艦也為電磁炮的研究打開方便之門。DDG-1000的額定電功率為80兆瓦，足以維持15～30兆瓦的軌道炮6～12發(fā)/分鐘的射速。美國海軍對電磁炮項目的興趣也就不難理解了。

2001年11月，美海軍高技術研究所通過參數(shù)研究和建模活動取得了新型電磁軌道炮系統(tǒng)的主要性能參數(shù)，還評估了脈沖形成網(wǎng)絡(PFN)能夠產(chǎn)生彈丸所需要的初始動能和速度。

2003年4月，美海軍在蘇格蘭柯爾庫布里都成功完成90毫米口徑電磁炮的海上演示驗證試驗。此次試驗是美海軍海上系統(tǒng)司令部與英國奎奈蒂克公司電磁炮工廠共同完成。包括羅伯特·耐特上將及海軍研究局局長杰伊·科恩少將在內(nèi)的諸多美國海軍高級官員到場觀看了試驗。這是為海軍火力改革和轉(zhuǎn)變新一代艦炮海軍水面作戰(zhàn)艦艇的角色而發(fā)展的電能武器所邁出的關鍵一步。

2007年1月16日，美國海軍研究辦公室(ONR)在弗吉尼亞州海軍水面作戰(zhàn)中心達爾格倫分部舉行新型電磁裝置交付儀式。美海軍沒有采用剪刀剪彩這一傳統(tǒng)的做法，而是用一門90毫米口徑的試驗型電磁炮發(fā)射1發(fā)高速炮彈穿透了儀式彩帶。這再一次證實美海軍對高能電磁軌道炮充滿信心。

美海軍研究辦公室計劃在2010財年底進行32兆焦耳發(fā)射裝置炮管的100發(fā)射擊展示和32兆焦耳先進炮管密封狀況展示。海軍海上系統(tǒng)司令部可以在2015財年對電磁軌道炮進行全方位的研究和發(fā)展。64兆焦耳的電磁軌道炮的戰(zhàn)術系統(tǒng)的海上展示將會在2016財年進行，并有望在2020-25年裝備。

相比美國海軍的強力支持，陸軍的情況則要晦暗得多。電磁炮原本就只是美國陸軍未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)壓制火炮系統(tǒng)的遠期驗證研究計劃，陸軍的注意力更多的集中在用“十字軍戰(zhàn)士”榴彈炮替代早已老化的M－109。在整個“十字軍戰(zhàn)士”項目都因為經(jīng)費緊張被歡掉之后，盡管美國陸軍仍希望在2020年為主戰(zhàn)坦克裝上電磁主炮，但在金融風暴的影響下陸軍電熱化學炮項目的前景實在很難預料。

45000g，不可承受之重

電磁炮正面臨著從技術可行性研究到實用化過渡的關鍵階段，從理論上的明日之星到硝煙中的戰(zhàn)場皇后，電磁炮還要翻過幾座大山。

首先是電能供應，這是電磁炮存在的前提。盡管脈沖電源的小型化已經(jīng)取得了重大進展，戰(zhàn)艦體積的平臺已經(jīng)足以支持電磁炮發(fā)威，但要將它安裝到更小的平臺上——譬如主戰(zhàn)坦克，譬如防空炮乃至武裝直升機——電源體積還要壓縮。美國得克薩斯大學機電中心發(fā)明的補償交流脈沖發(fā)電機(CPA)是目前公認的相對有實用價值的電磁炮電源。它采用飛輪以機械形式儲存部分能量，其儲能密度可高達135兆焦/立方米，若想減輕重量和減小體積的話，CPA的飛輪轉(zhuǎn)速還需要提高很多。

實戰(zhàn)用電磁炮的軌道與實驗室里體積龐大的固定發(fā)射軌道的不同之處在于有嚴格的重量限制。電磁軌道炮的軌道是復合材料，對軌道材料要求嚴格，不僅要有足夠的強度和剛度，還要具有承受300～400萬安培強大的電流而不致?lián)p壞的性能。

由于電磁炮射程已經(jīng)可以達到400公里，地球曲率的影響迫使電磁炮必須進行空氣動力學的校正，炮彈在飛行途中也必須進行衛(wèi)星中繼制導。這也意味著電磁炮的炮彈實際上是一枚“靈巧炮彈”，制導套件必須存在，而這些靈敏的電子器件將要在膛口經(jīng)受高達45000g的重力加速度的考驗。

最后，還有一個不可忽視的問題——電磁場對操縱人員的健康影響。目前這方面的研究—直處于混沌狀態(tài)，各家研究機構眾說紛紜。比如同樣運用電磁效應的磁懸浮列車，德國規(guī)定軌道兩側(cè)應留有300米間隔帶，至于為什么是300米，德國人的回答是，多留點余地總是好的。可以肯定，未來的電磁炮平臺上，操縱人員會被裝進一個全封閉的電磁屏蔽網(wǎng)，但這個“屏蔽網(wǎng)”的任何破損(不可避免的)都將大大地降低電磁場屏蔽效果。