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改變海戰(zhàn)場(chǎng)的新技術(shù)——電磁能武器技術(shù)

    電磁能武器，是利用電磁系統(tǒng)中電磁場(chǎng)的作用力，發(fā)射彈丸或作戰(zhàn)平臺(tái)(如艦載機(jī)、無(wú)人機(jī))的武器系統(tǒng)。電磁能武器的技術(shù)原理并不復(fù)雜，完全可以用中學(xué)物理課本上的定理來(lái)闡述，自19世紀(jì)人類(lèi)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律后，就開(kāi)始有科學(xué)家嘗試使用電磁線圈來(lái)發(fā)射彈丸。但電磁炮很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)只存在于圖紙上，直到近年來(lái)，隨著新材料。新型電氣設(shè)備性能的不斷提高，電磁能武器的實(shí)用化進(jìn)程才出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。

傳統(tǒng)化學(xué)能火炮的極限

    自火炮發(fā)明至今，人們都是依靠化學(xué)能——火藥爆燃產(chǎn)生的能量來(lái)推動(dòng)炮彈出膛。經(jīng)過(guò)數(shù)百年的發(fā)展，傳統(tǒng)火炮的性能已接近極限，繼續(xù)改進(jìn)，挖掘潛力變得越來(lái)越困難。

    火炮以火藥為能量推動(dòng)彈丸前進(jìn)，但火藥的爆速是有限的。一般的鈍化硝化棉發(fā)射藥，其燃速約3000～4000米/秒，使用這種發(fā)射藥的火炮，彈丸初速最高只能達(dá)到2000米/秒左右，再往上提速困難重重，發(fā)射藥的效率急劇降低。此外，為了讓炮彈的初速更高，火炮的膛壓也日益提高，這使得火炮身管的制作工藝越來(lái)越復(fù)雜昂貴，身管燒蝕日益嚴(yán)重。以坦克主炮為例，上世紀(jì)70年代就已將初速提高到l800米/秒，時(shí)至今日，初速最高的坦克炮仍然是l800米/秒，只是彈丸比30年前重了一些，威力有所增加。而現(xiàn)代的海軍艦炮，其彈道性能與30年前甚至二戰(zhàn)時(shí)期的同口徑艦炮相比也沒(méi)有明顯的改善，主要的區(qū)別就是，現(xiàn)代艦炮依靠火箭增程彈藥、末制導(dǎo)技術(shù)等其他手段來(lái)提高艦炮的戰(zhàn)斗力。

    電磁炮以電磁力推動(dòng)炮彈前進(jìn)，炮彈不受火藥燃速的限制；以導(dǎo)軌和導(dǎo)體彈丸共同構(gòu)成電流回路，省去了精密、昂貴、笨重的身管；以電能作為發(fā)射能源，省去了易燃易爆的發(fā)射藥，彈藥庫(kù)更安全。美國(guó)海軍認(rèn)為，電磁炮理論上的初速完全可以達(dá)到第一宇宙速度(7900米/秒)，如果用電磁能技術(shù)來(lái)發(fā)射重量類(lèi)似于155毫米炮彈的彈丸，可以輕易達(dá)到l000米/秒的初速，且電磁炮身管壽命將是傳統(tǒng)火炮的十余倍，炮塔旋轉(zhuǎn)部分重量是傳統(tǒng)火炮的l/2，炮口沖擊波對(duì)艦體的震撼和破壞也會(huì)降低到“令新型戰(zhàn)艦的設(shè)計(jì)師們感覺(jué)非常愉快”的程度。

電磁炮的技術(shù)突破

    電磁炮是一個(gè)原理說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難，達(dá)到實(shí)戰(zhàn)部署階段更難的武器系統(tǒng)。

    早在19世紀(jì)20年代，研究電磁現(xiàn)象在歐洲就已形成熱潮。1845年，曾有人繞制了一些線圈，利用線圈的電磁力將一根金屬棒射出了近20米遠(yuǎn)。1901年，挪威物理學(xué)家,伯克蘭造出了世界上第—門(mén)電磁線圈炮，能把10千克的彈體加速到100米/秒。上世紀(jì)70年代，澳大利亞國(guó)立大學(xué)試制了一門(mén)電磁炮，首次成功地將質(zhì)量為3.3克的彈丸加速到5900米/秒，此后又經(jīng)過(guò)改進(jìn)，能將2.2克的彈丸加速到10千米/秒。

    這些試驗(yàn)性質(zhì)的電磁發(fā)射裝置，嚴(yán)格意義上說(shuō)都不能稱(chēng)之為武器。要達(dá)到實(shí)戰(zhàn)部署，電磁炮的體積和重量必須小到可以安裝在作戰(zhàn)平臺(tái)(艦艇或坦克)，射速和射擊精度必須滿(mǎn)足要求。但這些試驗(yàn)裝置體積龐大不說(shuō)，其電容往往需要充電數(shù)小時(shí)乃至1天才能儲(chǔ)滿(mǎn)一次發(fā)射所需的能量，顯然無(wú)法達(dá)到實(shí)用水準(zhǔn)。

    20世紀(jì)90年代之后，技術(shù)的發(fā)展逐漸克服了之前看起來(lái)幾乎不可逾越的障礙。高效率、高能量?jī)?chǔ)存密度的電容的出現(xiàn)，使得電磁炮身后不必拖帶一個(gè)巨大的電容，電磁炮的發(fā)射機(jī)構(gòu)體積也縮小到了接近傳統(tǒng)127毫米艦炮炮塔的水準(zhǔn)。上世紀(jì)90年代，美國(guó)軍方首次將電磁炮當(dāng)作一個(gè)可行的武器系統(tǒng)進(jìn)行投資研發(fā)，開(kāi)始研制機(jī)動(dòng)型的速射型超高初速電磁炮，用于反彈道導(dǎo)彈，另研制初速不作太高要求(全功率發(fā)射時(shí)初速2500米/秒左右)，但彈丸重量較大的艦載電磁炮。

    2005年，電磁炮的研制取得突破性進(jìn)展。在2005年3月的未來(lái)炮兵年會(huì)(IQPC)上，美國(guó)得州大學(xué)費(fèi)爾博士發(fā)表報(bào)告，稱(chēng)有關(guān)脈沖電源技術(shù)以及電容器技術(shù)已經(jīng)成熟，只需要一個(gè)超大容積的電容器以滿(mǎn)足陸軍的需求。而海軍可以首選脈沖交流發(fā)電機(jī)，不僅可以降低相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，還可以確保提供一個(gè)大容量彈倉(cāng)。

    2008年初，美國(guó)海軍電磁炮原理炮在實(shí)驗(yàn)室發(fā)射成功，該炮成功地將一個(gè)大質(zhì)量彈丸加速到了2500米/秒以上的速度，已經(jīng)接近實(shí)用化。

電磁炮技術(shù)前瞻

    目前研制的電磁炮，根據(jù)結(jié)構(gòu)和原理的不同，可分為以下幾種類(lèi)型：

    電磁線圈炮  由加速線圈和彈丸線圈構(gòu)成，當(dāng)加速線圈通入交變電流時(shí)，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)就會(huì)在彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)力，推動(dòng)彈丸前進(jìn)。

    電磁軌道炮  由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置彈丸，彈丸是導(dǎo)體，構(gòu)成了整個(gè)電流通路，也就是一個(gè)直線感應(yīng)電機(jī)。當(dāng)兩軌接入電源時(shí)，彈丸在安培力的作用下射出。

    電熱炮  又稱(chēng)等離子炮，它仍然有傳統(tǒng)的火炮身管，炮管內(nèi)設(shè)置有接到等離子體燃燒器上的電極，當(dāng)?shù)入x子體燃燒器兩極間加上高壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一道電弧，使放在兩極間的等離子體生成材料(如聚乙烯)快速蒸發(fā)，蒸發(fā)后的材料變成過(guò)熱的高壓等離子體，推動(dòng)彈丸前進(jìn)。

    電磁重接炮  一種多級(jí)加速的無(wú)接觸電磁發(fā)射裝置，它利用兩個(gè)矩形線圈上下分置，有一定初速的“炮彈”在兩個(gè)矩形線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到強(qiáng)磁場(chǎng)力的作用，穿過(guò)間隙在其中加速前進(jìn)。

    電磁線圈炮是電磁炮的最早形式，它易于在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，但很難實(shí)用化。美國(guó)海軍2008年進(jìn)行試驗(yàn)的是電磁軌道炮。等離子炮和電磁重接炮目前還處于理論論證階段。

    作者：藍(lán)云