未來戰場上的“飛鏢”——電磁炮

□ 陳效真

電磁炮概念是由法國人安德烈于20世紀20年代提出的，自70年代初開始，英國、加拿大和澳大利亞的科學家率先建立了電磁軌道炮模型，并通過試驗證明了電磁軌道炮在理論上的可行性，隨后世界各國尤其是美國持續地開展了研究。

電磁炮亦稱電磁發射器，它是靠電磁力給彈丸加速，然后再以高達每秒幾十千米的速度將彈丸從發射器中射出。電磁發射器由能源、加速器和開關三部分組成。能源要能發出峰值為上百兆焦的脈沖能量。而儲存能量的手段主要是靜電、電磁、電化學和機械4種方法。

電磁炮的分類

作為一種新式武器，電磁炮有著常規火炮無法比擬的優點：彈體速度高、射程遠，可精確控制命中率高，穿甲威力大；彈體體積小、重量輕、無消極質量，可增加攜彈量，便于實現自動供彈；彈體加速均勻，彈體質量范圍大，可發射更復雜的彈體；火控系統簡單，結構多變、可控性好、操作方便；性能優良穩定，成本低、運輸和后勤保障容易；發射無煙霧、無聲響，隱蔽性好，不易發覺，生存力強；能源簡易無污染；直接命中動能殺傷，無需近炸引信破片殺傷。根據其發射裝置的不同可分為四類：

2008年1月31日，美國海軍進行電磁炮發射試驗

軌道炮

電磁加速器的一種改型，是一臺線性直流電機，其原理是利用帶電流物體在磁場中受到的磁力作用加速物體。在強脈沖電流作用下可達到幾萬～幾兆g的加速度、炮口動能可達常規火炮的幾倍以上。

軌道炮適于發射質量不大的彈丸，可達到較高的速度和發射率。其主要優點是只需較短的炮管就可獲得很高的發射速度，結構簡單，工藝問題較易解決；缺點是高溫等離子體電樞對軌道燒蝕嚴重，系統熱效率低，只有10%左右。

電磁炮彈以5倍音速擊中目標

線圈炮

線圈炮又稱為質量驅動器，它是一種用移動波加速質量的交流線性同步電機。高壓電流被引進線圈炮的靜止線圈中形成強大磁場，被發射物體上安裝的金屬感應線圈由法拉第效應感應出電流，被發射物體線圈中的感應電流與靜止線圈產生的強磁場相互作用推動被發射物體前進。

線圈炮可發射質量較大的彈丸。其優點在于它是一種無接觸發射，可以克服軌道炮面臨的導軌燒蝕問題；缺點是加速度只能達到100g～10000g。

連接炮

連接炮是一種無接觸的感應式發射器，由兩個中間有間隙的共軸線圈組成。彈體呈矩形，加速力是彈體垂直線圈軸線通過間隙后磁力線重新連接的結果。當彈體接近線圈時，線圈內沒有電流；當彈體運動逐漸接近線圈時，彈體與線圈的耦合逐漸達到最大值，線圈內的電流開始增加，耦合時最大值將持續一段時間，這段時間內電流達到了峰值；當彈體的尾邊開始掠過線圈孔徑時，兩個線圈的磁力線在彈體后面重新連接，磁力線的伸直使彈體產生了加速度，因為這一過程中彈體同兩個線圈之間負的互感被兩個線圈之間正的互感值所代替，這就相對增大了線圈的有效電感，這正是磁力線重接式電磁炮高效率和高加速度的原因所在。

連接炮的效率高于軌道炮，可達30%～50%，尤其在發射大彈丸時，其優點更加突出。這是一種無管炮，沒有過熱和燒蝕問題，是未來天基超高速炮的發展形式。

高速攝像機拍下的電磁炮彈發射瞬間

電熱炮

這種電磁炮是利用電磁方法驅動一系列的等離子體環徑向聚爆，選擇合適的彈體形狀可使等離子體的一部分徑向動能推動彈體加速。

該炮的陰極和陽極呈盤狀，盤中心有可以通過彈體的圓孔，在彈體到達之前的某一時刻，有一個高壓脈沖加在陰陽兩極之間，這個脈沖使稀薄空氣弧光放電，產生等離子體環，并同磁場相互作用使其加速且等離子體不斷積累和壓縮。當彈體前沿大致與陰極共線時，等離子環與彈體相碰撞，彈體被聚爆徑向動能和壓力推動加速。

這個系統可用來將質量從幾克到幾千克的彈體加速到每秒10千米～100千米的高速。這種電磁炮的彈體可以用各種材料制成，發射器可以重復使用，由于彈體與發射器無直接接觸，因此使用壽命長。

電磁炮的應用

戰術應用

戰術應用電磁炮可采用軌道炮和線圈炮兩種發射方式。戰術電磁炮在大氣層內使用，為避免燒蝕損壞，除采用抗燒蝕彈丸材料外，一般速度不宜超過每秒4千米，即便如此，也是火炮彈丸速度的2～3倍，作戰效果提高顯著。

陸軍應用：陸軍應用主要在于電磁炮彈丸高速運動能帶來的穿甲能力。美國的實驗證明，重50克，初速度每秒3千米的彈丸能穿透25.4毫米的裝甲板。在另一項實驗中，彈丸穿透了模擬的蘇聯T-72和T-80坦克裝甲。經計算表明，發展電磁坦克炮是可行的。

以色列正在研制化學與高溫等離子體發射混合的電熱炮，初速已達到每秒4千米。美國的電熱炮計劃目標為以2千米的初速發射12千克重的大口徑炮彈。英國軍方正在研制利用炸藥泵的磁流體電機為40毫米～50毫米電磁軌道炮提供電力，安裝在裝甲車上作防空使用。由此可見，電磁炮不僅可用來作穿甲武器，陸軍應用還包括防空和發展大口徑遠程電磁炮及制導炮彈。美國國防部高級計劃局計劃研究155毫米口徑的電磁炮，發射帶有末端制導系統的彈丸，使射程達50千米，作遠程炮使用。

海軍應用：海軍目前面臨最嚴重的問題是在高性能反艦導彈攻擊下如何防衛的問題。目前的小口徑速射火炮發展已趨于完善，但由于原理上的限制，其炮口動能不可能再有大的提高。用速射高速電磁炮代替小口徑火炮進行防空反導，可以極大地增大防衛半徑和殺傷概率。美國的計劃表明美國海軍對軌道炮用作艦空防御和對付掠海導彈非常重視。德克薩斯大學研制了以補償式脈沖發電機為電源的三管速射軌道炮，能以每秒60發的發射率發射80克重、速度達每秒2千米的彈丸，每個點射10發。由于艦艇本身體積大，載重力強，為安裝電磁炮提供了良好條件。

電磁炮發射裝置

海軍感興趣的另一項應用是艦載電磁彈射裝置，作為航空母艦上的飛機彈射器。美國卡曼公司從1982年開始研究電磁彈射器代替蒸氣彈射器的可能性，認為原理上是可行的。另外，用電磁發射裝置發射戰術導彈和魚雷，可縮短反應時間，減少對人員的可能傷害，降低發射時的紅外特征。

空軍應用：電磁發射裝置可用來發射無人偵察機、滑翔運輸機等。采用電磁加速器可以形成一種全新的野戰機場和短程起降方式。另外，美國空軍提出研制每分鐘能發射500發炮彈的電磁炮作為機載武器和防空武器。

戰略防御

用空基電磁炮攔截戰略彈道導彈主要有以下兩個優點：第一，用動能摧毀目標效果比較可靠。分析表明，電磁炮發射的初速達每秒10千米～20千米的小炮彈，投送到目標單位面積上的能量比強激光還大。這是由于能量轉換成激光束的效率一般只有5%，目標吸收激光能量也只有10%，所以摧毀同一目標，用電磁炮所需能量少。計算表明電磁炮彈丸只要具有幾兆焦耳的動能就有把握摧毀來襲導彈。第二，由于電磁炮采用射擊彈幕來攔截目標，并可采用半主動制導炮彈，所以天基電磁炮反導平臺對火控系統的要求要比強激光武器簡單得多，容易實現。

以電磁發射裝置為基礎的空間動能武器系統可以發展成為空間平臺的自衛手段，同時可以用來攻擊敵方的衛星及空間站。

航天應用

美國海軍展示被電磁炮打中的靶子

以軍事用途為目的的航天發射占所有航天發射的很大比重。美國航宇局及部分專家對電磁發射技術用于空間發射的可行性和能力作過研究和估價，詳細討論了以每秒8千米速度穿過大氣層的地面軌道炮發射系統的設備要求和設計中應考慮的因素。他們認為目前的直流電磁軌道炮達到的加速度水平和發射高速彈丸的性能可以滿足空間發射的基本要求。研究認為，用電磁發射器代替運載火箭的第一級可以減少大量發射經費，有很高的效費比。軌道發射系統可以建設在地面，也可以建造在航天器上，以大大降低成本。

另外一項應用是可用單級電感加速器，以大電流在兩個線圈中產生感應磁場，其中一個在強流產生的高溫下氣化并高速噴出，以此為動力推動航天器修正軌道。這一技術方案還可用于空間和在其他星球上的太空發射。

電磁炮的未來

美國正研制一種天基電磁炮。這種炮全長45米，設計重量達25噸～150噸左右，能將重達1千克～2千克的炮彈以每秒5千米～25千米的速度射向2000千米以外的目標。這種電磁炮能夠用于攔截洲際彈道導彈和中低軌道的衛星。美國還在研制一種用于防空的電磁炮，這種炮長7.5米，發射炮彈速度可達每秒500發，可擊中幾十千米外的目標。

電熱化學炮和電磁軌道炮技術在最近十多年來取得了重大進展。美國電磁發射技術研究已從演示驗證階段進入武器型號研制階段。美國于1993年6月研制出世界上第一門60毫米電熱化學炮，彈丸的炮口能量比固體發射藥火炮提高35%。

電磁軌道炮被美國陸軍看成是“2020年后陸軍”戰車主要武器的候選技術方案。2008年和2010年美國海軍相繼兩次進行電磁炮的演示驗證。

電磁炮疾如流星、快似閃電，再加上自動控制就變成“智能卵石”，它將成為彈道導彈、衛星、飛機等高速飛行目標的“克星”，還可作為防空、反坦克和炮兵武器使用，有廣泛的發展前景。電磁炮采用非常規發射機理，不以物理燃料作為發射能源，置身于從古至今的熱兵器之外，在速度、射程、精度、威力、效能、靈活性、安全性、生存能力和運輸保障等諸多方面的優勢，必將使其成為未來戰場上的一支閃亮的“飛鏢”。