中美暗战电磁炮研发,间谍战如火如荼

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导读:中美暗战电磁炮研发,间谍战如火如荼



电磁炮的源起


1845年,查尔斯·惠斯通就制作出了世界第一台磁阻直流电动机,并用它把金属棒抛射到20米远。此后,德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造 “电气炮”的设想。而第一个正式提出电磁发射(电磁炮)概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰。他在1901年获得了“电火炮”专利。1920年,法国的福琼·维莱普勒发表了《电气火炮》文章。几乎同时,美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器。二战期间,在军事需求的刺激下,德国、日本都研制过电磁炮。德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里/秒的初速。1946年,美国的威斯汀豪斯电气公司建成了一个全尺寸的电磁飞机弹射器,取名“电拖”。


电磁炮的发展


到20世纪70年代,随着脉冲功率技术的兴起和相关科学技术的发展,电磁发射技术取得了长足的进步。澳大利亚国立大学的查里德·马歇尔博士运用新技术,把3克弹丸加速到了5.9公里/秒。这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推进到超高速度是可行的。他的成就1978年公布后,使世界相关领域的科学家振奋不已,并引起了各国军方的特别关注。许多国家纷纷建立实验室,投入大量人力财力进行研究。20世纪80年代美国国防委员会得出“未来高性能武器必然以电能为基础”的结论。1991年,美国防部成立了“电磁炮联合委员会”,协调军队、能源部、国防原子能局及战略防御倡议机构分散进行的电炮研究工作。1992年,美国已把一门口径90毫米、炮口动能9兆焦的电磁炮样炮推到尤马靶场进行试验。电磁炮从实验室到靶场说明,电源小型化技术已有所突破,电磁炮实用指日可待。


中国电磁炮研究


2006年8月,中国军方在内蒙古炮兵靶场对超高速电炮进行了首次实验,25公斤的弹丸被发射到250公里以外的预定区域,实验获得圆满成功。目前,中国设计师正在对超高速电炮进行改进,主要是加大弹丸的发射重量,以达到发射50公斤级以上制导炮弹的水平。


美国海军电磁炮舰


美国海军“海妖号(Leviathan)”三体战舰:海妖号三体战舰的最快航速可达32节(1节=1.852千米/小时);当它的速度减至30节时,6台燃气轮机节省下的6万千瓦剩余能量,足以驱动它的两门电磁炮对900千米外的敌军滩涂阵地进行一次暴风雨似的密集火力覆盖。三体设计使这艘军舰在水中行驶的动力效率比普通的单体船提高了20%,因而即使一部分能量被用于武器系统,它仍然能保持很高的航速。“海妖号”的航速只要从最高时的32节降低5%,发电机就能释放出一半的剩余能量,因此能同时保证推进系统和武器系统的工作。“海妖号”为它的电磁炮准备了12240发炮弹,在电磁力的作用下,弹丸能以10马赫(10倍音速)的速度被发射出去。虽然电磁炮的口径不大,但弹丸的超高速度使它的威力与衣阿华级战列舰的406毫米主炮不相上下。


美国陆军电磁坦克


美国陆军设想了一种外廓尺寸和M1坦克相似的超导坦克,即电磁坦克。这种坦克为无炮塔式结构,战斗全重45吨,主要武器为105毫米电磁炮,弹丸基数为80发,装弹采用自动装置,电磁炮的电源由6台超导线圈制成的单极发动机提供,车体中部的两侧为液氮容器,盛有冷却超导电感线圈的液氮。高温超导体的出现,也给坦克的高技术化开辟了一条新途径。


世界上威力最大的电磁轨道炮


2008年1月31日上午,美国海军在达尔格伦水面作战研究中心试验了一种号称“世界上威力最大的电磁轨道炮”。这种电磁炮酷似一个后部接满黑色粗线缆的矩形烤箱,它依靠电磁效应为炮弹提供能量,而不像传统火炮那样用火药的爆炸提供推力。在此次试验中,炮弹出膛速度达到7倍音速,发射能量高达创记录的10.68兆焦耳。按照美国海军将领的期望,电磁炮将成为美海军未来战舰的主力武器。但由于操作电磁炮需要提供极大的电力支持,因此军舰自身也必须换成全电驱动才能满足如此庞大的电能需求。


间谍战


美国一贯指责中国窃取美国尖端军事技术,在电磁炮方面也不例外。间谍战一直在如火如荼地进行。


电磁炮的原理


电磁炮是利用电磁力代替火药曝炸力来加速弹丸达到每秒3至50公里的高速和超高速的电磁发射系统,它主要由电源、高速开关、加速装置和炮弹四部分组成.目前,国外所研制的电磁炮,根据结构和原理的不同,可分为以下几种类型:


(一)线圈炮:线圈炮又称交流同轴线圈炮.它是电磁炮的最早形式,由加速线圈和弹丸线圈构成.根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的.加速线圈固定在炮管中,当它通入交变电流时,产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流.感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用,产生洛仑兹力,使弹丸加速运动并发射出去.


(二)轨道炮:轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去.它由两条平行的长直导轨组成,导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸.当两轨接入电源时,强大的电流从一导轨流入,经滑块从另一导轨流回时,在两导轨平面间产生强磁场,通电流的滑块在安培力的作用下,弹丸会以很大的速度射出,这就是轨道炮的发射原理.


(三)电热炮:电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮,是利用高电压、大电流的短脉冲电流产生高温等离子体,使高能、轻质的非爆炸工质燃烧产生高压电离气体把弹丸推出炮膛,又称“增燃等离子炮”。电热炮弹丸的最高速度每秒约3公里左右,传统火炮约每秒2公里。最简单的一种是采用一般的炮管,管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极,燃烧器安装在炮后膛的末端.当等离子体燃烧器两极间加上高压时,会产生一道电弧,使放在两极间的等离子体生成材料(如聚乙烯)蒸发.蒸发后的材料变成过热的高压等离子体,从而使弹丸加速.同常规火炮一样,电热炮也是靠气体膨胀作功使弹丸获得高初速,不同的是其气体分子量小,可吸引的功能少,弹丸功能小部分(20%以下)由电能提供,大部分由化学能提供。与常规火炮比,电热炮一是弹丸初速高,出口动能大,穿透目标能力强,炮弹重量重、威力大;二是射程远,可超过 50公里;三是火炮膛压可电控,改变射程不需改变射角,一门炮能在很短时间内连续发射多发炮弹攻击不同距离上的多个目标;四是结构上容易实现,将常规火炮炮栓略加修改,就可发射电热炮弹丸,同一门炮可发射两类炮弹,费效比很高;五是使用非爆炸性工质,可确保操作安全;六可实现自动装弹,能以2~5发/秒的射速连射,反应快速灵活。由此可见,电热炮目前比电磁炮更现实、更实用、更具竞争力。难怪电热炮起步虽晚,进展却非常之快。


(四)重接炮:重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置,没有炮管,但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度.其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置,之间有间隙.长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用,穿过间隙在其中加速前进.重接炮是电磁炮的最新发展形式。



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