電磁炮孕育發展已百余年 應用范圍涉及三軍


    電磁軌道炮結構原理示意圖

    電磁軌道炮結構原理示意圖

    電磁軌道炮發射裝置與電容器

    電磁軌道炮發射裝置與電容器

    7兆焦電磁軌道炮射彈圖像

    7兆焦電磁軌道炮射彈圖像

    32兆焦電磁軌道炮炮彈出炮口瞬間

    32兆焦電磁軌道炮炮彈出炮口瞬間

      ●冷兵器時代,利用原始機械拋射物體,速度只有每秒幾十米;

      ●熱兵器時代,利用化學能的火炮可以使彈丸初速達到1.8千米/秒;

      ●目前,利用電能的電磁炮可將彈丸加速到2.5千米/秒,這還遠非極限。

      且看海軍裝備研究院高級工程師張世英為您講述——

      【新聞提示】 去年底,美海軍再次成功進行了電磁軌道炮(下文簡稱電磁炮)試驗,標志著其發展電磁炮“三步走”計劃已實現了第二步目標。它還傳遞了一個信息:在不久的將來,電磁發射技術將再次改寫人類的兵器史、戰爭史;蛟S,傳統火炮將走向終結。以電能為動力的電磁炮必將讓“戰爭之王”煥然一新。

      了不起:速度超過5倍音速,射程達200公里

      去年12月中旬,美國海軍成功試射了。法新社報道,其速度超過5倍音速,射程達200公里。而最搶眼之處是,其炮口動能創造了一個新高,達到33兆焦耳。一兆焦耳的能量相當于一輛一噸左右重的車以160公里的時速撞向一堵墻。

      這一幕似曾相識。電影《變形金剛2》中有個情節,美軍最后動用了一件神秘兵器,從戰艦上發射了超高速炮彈,對金字塔頂的“大力神”予以毀滅性打擊。該武器就是新概念動能武器——電磁炮。

      這種新型武器的動力來自電流,其作戰原理是讓“非爆炸性子彈”沿著彈道超音速沖向敵方目標。據美聯社報道,裝備新型電磁炮可以讓美軍艦隊在更安全的海域射擊敵方目標,且具有極大的破壞力。

      外行看熱鬧,內行看門道。這次試射,足以令已有600多歲高齡的傳統火炮“坐臥不安”。

      多年來,傳統火炮一直在改進之中,但已沒有多少潛力可挖掘,特別是兩項重要指標——炮彈初速和炮口動能已近極限。由于它使用固體火藥,受火藥燃氣的膨脹速度限制,其炮彈初速度在理論上很難超過2千米/秒。而隨著新技術的發展,電磁炮輕而易舉地將這一紀錄改寫:目前試驗性電磁炮已可將彈丸加速到10.10千米/秒——這還遠非電磁炮的真正實力。

      其實,美國國防科學委員會早在25年前就“警告”傳統火炮:未來的高性能武器,必然以電能為基礎。

      這個說法當然有原因。與傳統火炮相比,電磁炮優勢明顯:

      炮彈速度非常高?梢园褟椡杓铀俚綆资酌棵氲某咚,而且射程可與導彈相媲美。這樣就大大縮短了炮彈飛行時間,提高了對運動目標的命中精度和摧毀能力。

      能量成本低。常規化學炮的化學能轉換效率大約只有20%左右,產生每兆焦耳能量需要10美元左右成本;而電磁炮只需要0.1美元左右,其電能與動能轉換效率理論上最高可達50%。

      炮管可以設計成方形、橢圓形等,并可采取靈活的炮彈結構形式,而且不像傳統火炮發射時炮口火焰、噪音及后坐力那么大,炮兵陣地隱蔽性更好。

      此外,電磁炮的炮彈尺寸和質量小,有利于增加彈藥基數;電能也比火藥更容易控制,使用更加安全可靠。

      這足以令傳統火炮相形見絀?梢灶A測,電磁炮將終結“傳統火炮時代”,賦予“戰爭之王”新面貌。

      人們更關注的不是電磁炮本身,而是隨之而來的電能武器時代,這必將開啟兵器歷史的新紀元。

      不新鮮:“孕育”發展百余年,歷盡艱辛仍未“長成”

      電磁炮不是“新生兒”,在動搖傳統火炮地位的過程中,它已積攢了百余年氣力。

      事實上,電磁炮的結構和原理并不復雜,與傳統火炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同,它是利用電磁發射技術制成的一種動能殺傷武器。本文所說的電磁軌道炮只是電磁炮的一個分支,但發展最為迅速,所以人們通常簡稱電磁軌道炮為電磁炮。

      電磁軌道炮通過給一對平行的長導軌注入脈沖電流,在導軌間產生磁場。導軌之間有一個可以沿軌道滑動的金屬體,它通電后在軌道間磁場作用下不斷加速,最后發射出去。

      然而,原理簡單卻不代表研制和使用簡單,電磁炮的研制已有100多年歷史了,經歷了比其他新生事物更艱難曲折的發展歷程。

      且不提啟蒙者和其他先驅,第一個明確提出電磁炮概念,并堅持長期試驗的是挪威科學家伯克蘭,他早在1901年就制成了第一個電磁線圈炮,把0.5公斤的炮彈加速到500米/秒。1903年,又把10公斤的物體加速到100米/秒。

      他的這一小步,在當時已經相當了不起,讓人看到了電磁炮光明的未來,激起更多科學家和軍事家的興趣。只是后來,伯克蘭意識到無法獲得理想的動力——強大的脈沖電源,不得不放棄了研究。

      二戰期間,德國和日本都曾積極研制電磁炮。特別是德國,迫切需要新式武器扭轉戰局。1945年,漢斯勒取得了炮彈初速1210米/秒的成果。戰后,該電磁炮落在了美軍手里。但能源供應問題和軌道材料問題仍不好解決,研究陷入困境。

      上世紀80年代,美國提出了“星球大戰”計劃,其中電磁炮被指望用于摧毀對方的太空目標以及攔截彈道導彈。雖然隨著“冷戰”的結束,“星球大戰”計劃壽終正寢,然而電磁炮的研發計劃和技術進展,卻為日后美海軍電磁炮的快速發展奠定了基礎。

      2004年,美國海軍成功進行了電磁炮發射試驗;2008年的試驗以2500米/秒的速度發射了重約3公斤的炮彈,根據計算炮彈可擊中370公里外的目標,而傳統軍艦火炮射程只有幾十公里。

      當然,關注電磁炮的不只是美國一家。俄、日、法、德、以等國家都在投入人力、物力和財力進行研究?墒,仍有不少技術難點需要解決,有些還是制約其實戰化的關鍵。

      一是如何能重復使用。高發射速度和炮口動能對軌道的損傷是致命的,要求其軌道材料必須有足夠的強度和剛度,必須能承受強大電流。

      二是高功率脈沖電源技術。高功率脈沖電源的主要功能是為發射裝置提供能量,目前的主要技術瓶頸是小型化問題。

      三是開關問題。在極短時間內把存儲的能量釋放出來,一個關鍵部件就是大功率開關。

      此外,還要考慮制導炮彈發射后,彈丸的穩定飛行、制導與控制的有效性等關鍵因素?傊,電磁炮已經100多歲了,但至今還未“長成”。

      看未來:必將走入21世紀的主戰場,迎來自己的春天

      兵器的發展經歷了從冷兵器向熱兵器轉變的過程,帶來了革命性變化。而以電磁炮為代表的電能武器,將成為兵器發展史上又一革命性的里程碑。

      電磁炮以其獨特的發射方式,在高初速、遠射程和快速打擊等方面顯現出無可比擬的優勢,可承擔海上火力支援、陸上遠程火力壓制、反坦克(裝甲)和打擊臨近空間作戰平臺等使命任務,其應用范圍涉及到海、陸、空三軍。

      在陸軍方面,使用電磁炮作遠程打擊,即使只用3千米/秒的彈丸速度,也是常規火炮的2-3倍,可大大提高射程,把電磁炮作為坦克炮或反坦克炮前景都非常好。

      在海軍方面,艦載電磁炮可作為海上火力支援裝備,承擔對岸上目標的遠程精確打擊等戰術使命,還可用電磁炮對付高性能反艦導彈,用以防空和對付掠海導彈。利用其彈丸質量小、速度高、射速快的特點,可以大大提高防空效能。

      在航天發射方面,電磁炮可以替代運載火箭的第一級,發射衛星、航天飛機和星際探測器等。

      此外,它還具有一些潛在的戰略使用價值,如打擊位于臨近空間的作戰平臺目標等。

      2001年11月,美國海軍召開了電磁炮發展研討會,制定了一個三步走計劃:第一步(2005年前),研制炮口動能為8兆焦的樣機;第二步(2005~2011年),研制炮口動能為32兆焦的樣機,初速要大于2500米/秒;第三步,開展炮口動能為64兆焦的電磁炮型號樣機研制工作,為在2020~2025年裝備電磁炮鋪平道路。

      盡管曾經命運多舛,盡管前面的路途坎坷依然,電磁炮走入21世紀主戰場的步伐已不可阻擋,它必將迎來自己的春天。

      傳統火炮VS電磁炮

      炮彈初速度

      火炮很難超過2千米/秒,電磁炮可達幾十千米/秒

      射程

      火炮最遠為185千米,電磁炮為370千米

      炮口動能

      火炮為20兆焦耳,電磁炮為32-64兆焦耳

      產生每兆焦耳能量成本

      火炮需要10美元,電磁炮需要0.1美元

      能量轉換效率

      火炮化學能轉換效率僅20%,電磁炮電能轉換效率達50%

      飛行速度對比

      戰斧巡航導彈245米/秒

      聲音速度340米/秒

      一般步槍子彈 710米/秒

      一般艦炮彈丸 900米/秒

      電磁炮彈丸 2500米/秒

        (來源:解放軍報)

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