超凡脫俗的電磁炮

程醉

在《變形金剛》系列電影中，美軍使用一款神秘的艦載炮，超遠距離將爬在金字塔頂端的機器人打得粉身碎骨的場景，一定讓大家記憶猶新。現在，這款在影片中被稱為"電磁炮"的武器已經變成了現實。

電磁炮的原理

每一種新型武器的誕生或出現，其背后總會有一套相對的理論、原理作為支撐。電磁炮自然也不例外，并且人類對它的研究可以說是歷史悠久。

這還得從19世紀英國科學家法拉第發現的“電磁感應定律”說起。電與磁，大致可以比喻成一對相生相克的攣生兄弟。電能夠生磁，磁也可以生電，但千百年來人類就是看不見也摸不著它們。直到法拉第發現磁場中的導線在通電時會受到一個力的推動，同時，如果讓導線在磁場中作切割磁力線的運動，導線上也會產生電流，也就是磁場中的電荷和電流會受到洛倫茲力的作用。

從此以后，電磁技術便拉開了飛速發展的序幕。比如說發電機、廣播、無線通信等，已經融入我們生活的方方面面。在二戰時期，法國、德國、日本等國因為戰爭的需要都曾研究過電磁炮。其中，德國的漢斯萊曾將10克彈丸用電磁炮加速到每秒1.2千米的初速度。

電磁感應又稱磁電感應現象，是指閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中就會產生電流的現象。這種利用磁場產生的電流叫感應電流。好萊塢大部分科幻電影中所謂的電磁炮，其實就是依據這種物理現象想象而來的。

那么，真實存在的電磁炮究竟是什么呢？

電磁炮是利用電磁力沿導軌發射炮彈的武器。簡單地說，就是電源在經過升壓電路之后，給電容充電，然后再控制電容對固定在炮管中的加速線圈放電，線圈在通電后就會產生磁場，其與感應電流的磁場相互作用就能產生電磁場力，從而吸引鋼鐵一類的物質加速運動，也就是發射出炮彈。

不過，這只是電磁炮中最原始也最簡單的一種，被稱之為“線圈炮”。而目前世界各國正在研制或者已經開始試射的電磁炮，一般采用的都是“軌道炮”的模式，也被稱之為電磁軌道炮或導軌電磁炮。

電磁軌道炮由兩條平行的長直導軌組成，導軌間放置一個電樞，電樞前放置彈丸。一般來說，使用時電流會從這個導軌的一側開始通電，然后它會流經中間的電樞，然后再到導軌的另外一側，從而形成一個閉環。由于強大的電流通過了兩個導軌和中間的電樞，于是便產生了一個很強大的電磁推力，這個推力可以推動中間的電樞對其前面的彈丸加速并發射出去。

簡單地說，我們大致可以把兩根導軌看作是彈弓的弓架，中間的電樞看作是彈弓的皮兜，而電磁場則可看作是彈弓上的皮筋，由電磁場產生的電磁推力則可看作是彈弓上皮筋的伸縮力。

電磁炮的優勢

先進的電磁炮雖然很神秘，也很科幻，但是它的威力卻不容小覷。與常規火炮相比，電磁炮的優點是對于彈丸的作用時間長，因此炮口動能大。美軍實驗中的電磁炮炮口動能達到33兆焦，而美國的127毫米口徑火炮的炮口動能僅10兆焦。

1兆焦大致相當于一噸重的汽車以每小時160千米的速度行駛所具有的動能。而美軍電磁炮的威力就相當于一輛33噸重的卡車，以每小時160千米的速度撞擊目標。我們不難想象其打擊效果是何等驚人。

另外，從一段美國海軍研制的電磁炮測試視頻畫面來看，其射出的炮彈不但可以輕易擊穿水泥板、汽車，甚至還能一次擊穿八塊鋼板。

而電磁炮另外一個引人矚目的地方就是它的射速。據美軍最新公布的實驗室數據顯示，其射速高達7倍音速，折算下來，其炮口初速度在每秒3000米以上。

我們知道，子彈的飛行速度在每秒700～800米，一般炮彈的飛行速度通常也不過每秒800～900米，即便是坦克發射的穿甲彈炮口初速度也只有每秒1500米。

實際上，炮彈在7倍音速的情況下，鋼鐵就如同豆腐。即便是炮彈里不裝炸藥，僅依靠動能就有破壞100千米以外三道混凝土墻或8厘米厚鋼板的能力。

如果說炮口動能和射速是電磁炮威力驚人的兩個重要表現，那么它的射程就能夠讓其稱之為“革命性武器”了。比如說美國的127毫米口徑火炮射程可以超過22～23千米，而電磁軌道炮由于初速度高，其射程可達180～ 200千米。

巡航導彈的射程雖然超過了300千米，但是其不但造價昂貴，一枚“戰斧”導彈高達140萬美元以上，并且一艘戰艦的攜帶量也不會超過70枚。同時還無法在海上完成裝卸，補充彈藥時必須返回港口，這樣使得它的作戰效率大大降低。而電磁炮每發射一次的成本，大約在2.5萬美元。

同時，電磁炮由于射速高，所以穩定性比較好，彈丸的飛行時間也比較短，受外界條件的影響比較小，因此通常來說它的命中精度也比較高。而在戰爭中，命中精度提高1倍，其破壞威力則要提高4倍以上。

所以，電磁炮以射程遠、精度高、成本低，運輸及補充便利等多項優勢而被各國軍方寄予了厚望。

電磁炮的應用

由于電磁炮較常規武器享有很大的優勢，因此世界各國都在不遺余力地推進電磁炮的研發和試驗。目前來看，電磁炮作為發展中的高技術武器，其未來在軍事方面的用途應該說十分廣泛。

從海軍來說，電磁炮最直接的用途就是利用自身優勢取代傳統艦炮。從2019年開始，我國海軍的“海洋山”號電磁炮艦頻頻出海測試。據報道，“海洋山”號上的電磁炮以每秒2500米左右的炮口初速度，打擊了約200千米以外的目標。

從陸軍來說，電磁炮是一款非常實用的反坦克利器。因為電磁炮的炮口初速度和飛行速度極高，所以它的穿甲能力也非常強。美軍披露的數據顯示，其使用電磁炮發射質量為50克，速度為每秒3000米的彈丸，就可穿透25毫米厚度的坦克裝甲。

而對于空天部隊來說，電磁炮不但可以代替高射武器和防空導彈，執行防空任務，還可以用于摧毀在臨近空間飛行的低軌道衛星，也可以用來攔截敵方發射的各種導彈。

傳統火炮屬于化學能武器，而電磁炮則屬于動能武器。化學能武器目前基本達到了能量的極限，已經不會再有飛躍式的提升。各種常規火炮為了提升炮彈動能，就只能是加大口徑和增加彈藥量。因此以電磁動能代替化學能的電磁炮，才被認為是顛覆未來戰爭的新式武器。

不過，由于受到各種技術的限制，比如說，電磁炮在發射時其電磁能的釋放特征太過明顯，幾乎就相當于把自己的位置坐標暴露于大庭廣眾之下。因此，電磁炮要成為一款成熟的武器可能還有很長一段路要走。

（編輯文墨）