各有特點

鷹獅

電磁軌道炮和線圈炮的基本原理是法拉第電磁感應定律，利用電磁力將彈丸加速到所需的速度。但在具體的實現形式上，卻有著不同的路徑與不同的技術難點。

線圈炮

線圈炮是電磁炮的最早形式。將多個線圈組合起來，在將它們固定在一個軸上，稱為驅動線圈。從原理圖可以看到，這種模式中彈丸本身也是一個電磁線圈。它從軸的一端開始運動，控制系統給微觀上的各線圈依次通電。彈丸線圈通過這些加速線圈時，在洛倫茲力作用下不斷加速。線圈越多、電流越強，彈丸線圈的炮口初速就越大。

線圈炮有如下幾個優點：彈丸線圈就像磁懸浮列車，是不與加速線圈相觸碰的，所以也就不會受摩擦力的影響，電能利用效率較高，裝置磨損較小。線圈炮不需要兆安級的電流，更易控制和實現。能實現的洛倫茲力也較大，能量利用效率高，可發射大質量物體。

但是，從實用的角度講，線圈炮也存在不少問題。根據楞次定律，感應電流的磁場總要反抗產生感應電流。也就是說，在彈丸線圈經過加速線圈時，前半段是加速，后半段就是減速。如果想要一直加速，就需要在彈丸線圈經過加速線圈的后半段時，停止給加速線圈通電，或通反向電流。如此，只有交變電流可以做到。然而隨著彈丸的不斷加速，所需要的交變電流頻率會越來越高，如何控制是一個非常嚴峻的問題。

另一方面，由于線圈材料存在電阻，當加速線圈中通有電流時，必然會有部分電能轉化為熱能，進一步提高電阻，這極大地降低能量利用效率。此情況下就必然需要冷卻裝置。如果使用超導材料線圈，就更需要讓它保持在低溫狀態。而這樣的冷卻裝置體積龐大，在艦艇上使用尚有難度。所以目前各國的電磁炮試驗中，線圈炮是很少作為實用型號研究的。

但是，線圈炮原理也有其它實用途徑。它可以用來投射初速慢、質量大的物體，諸如重型彈藥、導彈、飛行器等。值得一提的是，美國“福特”號航母使用的電磁彈射裝置就是線圈炮原理。

軌道炮是目前各國電磁炮實用化研究的主要形式。軌道炮利用的是另外一種電磁力——安培力。如原理圖，在兩條平行的長直軌道中間放入導電彈丸，從其中一條軌道通入電流，電流經過彈丸，再從另一軌道返回。在這過程中，兩軌道之間會產生磁場，因此彈丸會受到安培力，電流越大，彈丸受力越大，軌道越長，炮口速度也就越大。

由于現在的各國的工學進展已經有能力為這種裝置通入兆安級的脈沖電流，所以，軌道炮需要的軌道很可以比以往電磁炮短得多。

然而，軌道炮也有許多難點：由于軌道炮需要彈丸和軌道一直接觸，所以摩擦力的存在必然會使一部分電能轉化為摩擦熱，降低了能量利用效率。同時，高速的彈丸會讓電磁炮的軌道迅速磨損，從而限制軌道炮的身管壽命。所以軌道炮發射時也會發生火焰。彈丸速度越大，對軌道的磨損就越嚴重。

需要通入兆安級的脈沖電流時，由于電阻的存在會對軌道產生很嚴重的燒蝕。這就需要研發更耐燒蝕的材料。同時由于大量的發熱，輻射出的能量很有可能被敵方探測到。

由于軌道炮發射的彈丸質量可能較小，導致其射程較近。現在美國試驗的軌道炮彈丸大概彈重是11千克，而127毫米火炮是32千克，這樣的質量差距顯然不利于實際應用。

綜上所述，軌道炮結構簡單，并且通入的電流很大，可以短時間內將投射物加速到極大的速度。它的小型化比較容易，適合投射低質量的彈丸，以高速度直接打擊目標物。

不過，就如傳統火炮需要更換炮管一樣，軌道炮軌道受使用壽命較短，彈丸在加速中也會受到燒蝕和磨損，需要開發更耐磨損和電流燒蝕的材料。所以目前軌道炮往往用于反導方面的研究。

重接炮

重接炮綜合了線圈炮和軌道炮的優勢。重接式發射裝置的概念是由美國桑迪亞國家實驗室的考恩等人于1986年提出的。1991年起，美國陸軍實驗室等單位進行了研究。

重接炮也可以被譽為一種特殊的線圈炮。它的基本原理是磁力線重接。

如原理圖，重接炮的一級由上下兩個線圈、彈丸、初始導軌組成，線圈的軸線與彈丸運動方向垂直。彈丸為非導磁的良導體，當彈丸以一定初速度進入兩線圈間隙，并當其完全遮蓋線圈口徑時，給兩線圈通電。此時兩線圈產生磁場，由于磁通在短時間內無法穿過良導體，所以兩線圈的磁場被封閉在各自內部。當彈丸往前移動時，其尾部不再遮蓋兩線圈之間的間隙。此時兩線圈中的磁通重接，使得原來彎曲的磁感線逐漸拉直，從而推動彈丸向前前進，則兩線圈磁場中儲存的磁能逐漸轉化為彈丸的動能。

重接炮有如下幾個優點：彈丸與線圈無接觸，無摩擦、無燒蝕且電熱損失小。每單位長度傳遞給彈丸的能量多。彈丸在飛行中的穩定性好，不用擔心俯仰和偏航的問題。發射效率較高，可以發射更大質量的彈丸。

盡管目前重接炮在理論和實踐上還不成熟，但潛力巨大。

未來之炮的優勢

從以上三種電磁炮形式的情況來看，電磁炮與傳統火炮相比，理論優勢是明顯的。

◎多任務能力較強

傳統火炮的射程和威力由其裝藥量決定，而電磁炮可以通過調整電流大小來控制，比傳統火炮更為靈活。電磁炮可以提供攔截空中或地面威脅的火力，攔截各類導彈或飛行器；或作為進攻性武器提供打擊能力，對抗地面或海上目標。

◎電磁炮的射程遠、速度快

傳統火炮利用火藥急劇膨脹推動炮彈。由于氣體膨脹速度有限，傳統火炮的實戰性能已經接近極限。目前最先進火炮的炮口初速不超過2千米/秒。而電能的效率遠遠大于火藥的效率，電磁炮的炮口初速可以達到第一宇宙速度甚至更高。炮口初速決定射程和威力，所以，電磁炮比傳統火炮的發展潛力大。

◎成本較低，運輸與后勤便利

傳統火炮彈藥需要炮殼、發射藥等零件，電磁炮卻不需要。對于核動力艦艇而言，電磁炮與其核動力系統可以良好結合，成本也比火藥低。并且電磁炮的彈丸相對傳統火炮來說結構簡單，批量生產后更便宜。若重接炮或線圈炮成熟，軌道的磨損問題不會特別嚴重，進一步降低了成本。

◎操作安全系數高

傳統火炮發射時伴隨著強烈的火焰、高溫、煙霧和沖擊波，這都威脅著操作人員的安全。電磁炮發射時的特征要小得多，有利于改善人員工作條件。并且由于其較遠的射程，操作人員可以遠離敵軍發射，生存條件更好。

困難依舊

但是，電磁炮依然有許多技術難關，除了前面討論過的燒蝕、冷卻、供電等，還有一些復雜的因素。在得到有效解決之前，很難投入實用化。

◎冷卻困難

電磁炮發射炮彈的過程可以理解為一個個電磁線圈組成的“接力比賽”，每個線圈產生的磁流和彈體產生的感應電流一步步將炮彈加速到滿足發射要求的炮口初速。這一過程中，電能不可能完全轉化為炮彈的動能，其中一部分會轉變成熱能（原理與電磁爐的渦流加熱類似），這可能把炮彈和滑軌“焊接”在一起。這在目前還是無法完全解決的。

為了防止炮彈和滑軌焊接，需要在兩者之間增加易蒸發介質，比如鋁。介質蒸發形成離子氣團，在炮彈和導軌電極之間起到“潤滑”作用，使炮彈正常滑行。所以，電磁炮同樣有較強的炮口焰，與之相伴的就是軌道燒蝕問題。除了電流產生的熱量，高速飛行的炮彈也會摩擦生熱，對軌道造成嚴重損耗。如果采用高效的冷卻系統，可以緩解軌道燒蝕。但同時帶來了系統設計的復雜和體積、重量的上升。線圈炮同樣也存在冷卻需求，大電流通過線圈時會產生高溫，不及時冷卻就會燒毀線圈。相比于傳統火炮幾百發乃至幾千發的身管壽命，如果電磁炮在實戰中需要頻繁更換軌道，優勢就很難體現。

◎彈丸的過載

電磁炮的彈丸初速高，承受的過載非常大，要求其自身結構、制導部件能夠抵抗如此高的過載。目前，已知最先進的抗過載電子設備能抵抗的加速度，可能還不能適應未來電磁炮高速彈丸的加速度水準。這可能會限制電磁炮使用制導彈藥的潛力。現代的電磁軌道炮本質上是動能武器。如果無法直接命中目標，那么即使炮彈動能再大，也無法對遠距離目標造成有效的殺傷。以目前的技術水平，也還無法在如此高速炮彈上實現精確制導，這一點對于電磁炮在空軍的實際應用會更加致命。

◎能量轉化率

另一方面，目前電磁炮的能量轉化效率還太低。美國的試驗炮電能轉換效率剛剛到達30%左右。在實驗室條件下，電磁炮的能源轉換效率也不過勉強達到50%，大部分能量都被轉化為熱能浪費了。如果能夠提高能源轉換效率，在降低對發電功率要求的同時，也能縮小儲能裝置的體積，并且降低對軌道和線圈冷卻的設計壓力，進一步實現平臺的小型化。

最后一個困難是研制成本高。對此美國海軍海洋系統司令部司令威廉·希拉瑞德曾表示：因為電磁炮需要巨大的能量，海軍起碼要30年后才能開始考慮取消戰艦上的常規火炮。但美國電磁炮炮彈的研發卻進展順利，在用127毫米傳統火炮發射電磁炮炮彈的試驗中，彈丸速度可達馬赫數3，雖低于電磁炮的馬赫數7，但這仍比現有的傳統火炮炮彈快一倍。未來，美國海軍考慮利用這個成果，把這種炮彈列裝到艦艇傳統火炮上。