【军武次位面】作者：风林火山
2010年12月10日，伴着强光和一声巨响，一枚10.4公斤的长方形钢制炮弹，以2500米／秒的速度飞出炮口，美国海军的电磁轨道炮创下33兆焦炮口动能新纪录。这一能量本身并不惊人，它最多与美国现役155毫米ACS先进舰炮相当。早在上世纪80年代美国的星球大战计划中，电磁炮就和激光等一大批先进原理武器一起成为未来战争的形象代言人之一。然而，从原理可行到实战武器的历程何时结来，始终悬而未决。那么电磁她的难度究竟在哪里？
要了解电磁炮的难度，首先必要澄清一个概念。实际上，电磁炮是电炮的一种。电炮采用电能代替或辅助化学发射药发射炮弹，根本目的在于突破化学发射药2000米／秒左右的初速极限，这个极限主要归因于气体膨胀速度的极限。电磁炮又可分为轨道炮和线圈炮。线圈炮，由环绕炮管的多个线圈依次加速炮弹，效率很高，因为炮弹与炮管没有摩擦，能发射较重的炮弹，可以达到很高的速度，但技术非常复杂目前进展很小。轨道炮，是利用电流流经2根平行导轨时产生的电磁力将炮弹推出，结构简单理论上初速可达6000－8000米／秒。电炮中还有一种电热炮、又可分为纯电热炮和电热化学炮，前者利用强大电流在炮弹内产生等离子体，使惰性工作流体急剧膨胀，推动炮弹。如果不用惰性工作流体，而采用碳氢化合物燃料加氧化剂，在等离子体作用下发生燃烧，发射炮弹，这就是电热化学炮，其最大的优点是可以用常规火炮改装，发射能量20％来自电能，80％来自化学反应，但速度潜力不大。
▲电磁轨道炮原理
▲电磁线圈炮原理
尽管没有常规火炮发射药爆燃时的天崩地裂之势，但电磁轨道炮的发射也绝不像有轨电车那般温文尔雅。弹丸发射时承受了巨大的力量，在以毫秒计的瞬间，气动阻力和百万安培的强电流一起，能将炮弹加热到1000℃，点燃崩出的铝粒子，在空气中迅速燃烧，在其身后留下一道火焰。当然，由于没有任何后坐力，电磁轨道炮发射时炮尾仍然敞开，研究人员有时甚至可以把照相机放在炮尾内进行拍摄。如同闪电划过空气一样，电磁轨道炮发射时的电弧也会发出爆裂声，并不是很多人想象的那样无声无息。虽然没有重大技术障碍，但电磁轨道炮的前途并不平坦。
▲DDG1000的最初设想就是用电磁炮执行对陆攻击
1993年前，德州大学先进技术研究所电磁材料和装置中心，为美国陆军创下炮口动能9兆焦的最高纪录时，每一炮300万安培的电流需求已达当时的技术极限。直到2008年1月31日，在弗吉尼亚的海军水面战中心，电磁轨道炮将一颗3公斤的铝制弹丸加速到2438米／秒，创下了炮口动能10.64兆焦的新世界纪录。按照BAE公司的设想、真正的舰载电磁轨道炮炮口动能将达到64兆焦，能将18公斤的炮弹在6分钟内打到370公里外，射程是现役Mk45型127毫米舰炮的10倍。CPS制导的炮弹将在大气中飞行约一分钟，在弹道顶点151公里的大气外飞行约4分钟，再用一分钟落到目标上，末速度约为5马赫。要达到64兆焦的要求，将需要600万安培的电流。当年参加过研制的机电专家乔恩·基茨米勒说：“要在一个电容器柜里储存多达64兆焦射击的能量，你得把一艘航母都装满电容器。好在还有别的解决办法：可以用脉冲交流发电机代替传统的电容器。BAE公司电磁轨道炮项目经理阿米尔・沙博基博土更有信心，根根据他的计算：全电推进的DDG－1000，如果安装64兆焦的电磁炮、每分钟发射6发需要16兆瓦电能，只需将航速降至10－18节就能保证。但是，更大的挑战是轨道炮本身的力量。巨大的电磁力在将炮弹推出炮管时，同样大的力和热效应也在撕扯着导轨。每发射三四发，导轨就会移位，海军水面战中心官员查尔斯·加内特说：能打上千次才能算一种武器。”炮弹制导系统也在承受着40000的加速度，是现有炮弹的2倍。美国海军计划2011年前完成100次试射，最后达到炮管寿命3000发的目标。目前看来，这个目标将寄希望于2020年前材料技术的重大突破。
自2005年8月启动电磁炮计划以来，美国海军每年投入2．7亿美元，一直持续到2011年，重点解决发射器本身、炮弹、脉冲形成网络和装舰集成4方面的关键技术，争取4－8年内使这项技术成熟，进人全尺寸样炮研制。计划的第一阶段主要集中在技术风险最大的发射器上，关键是先进约束发射器技术。现有的实验室发射器笨重而固定，有战术价值的电磁炮，既要能约束发射时巨大的电磁力，又要在尺寸、重量和重量分布上适合装入悬臂炮座，否则难以调节射向。要实现这一要求，还需要身管几何形状、先进材料、约束技术和制造工艺的研究。
中国电磁炮研究明显领先美国
总的来说，电磁技术领域近年也处于一个快速推进期，磁悬浮列车、飞机电磁弹射、全电推进舰艇都有实质性进展，材料、精确制导和超高速*伤机理等领域也有满意的技术储备。尽管具体时间不易预测，但十余年内，美国海军拥有实用化的电磁舰炮还是完全可以设想的。届时，海战的游戏规则或将随之改变。其实，电磁轨道炮对我们还有一层启示：新概念武器的概念往往并不新，在现代物理、化学和生物学形成的过程中，形形色色的新奇武器基本都已经设想出来了，但它的武器化和实用化，往往会历经几十年的徘徊，真正的突破，只能是包括民用技术在内的相关技术群，或者说一个国家的基础科学和应用科学实力全面地更上一层楼后，方能实现。
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