美军电磁轨道炮推至超高声速 将配于军舰上

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导读:美国海军在日前的试射中,将电磁轨道炮加速至5倍声速以上的超高声速,并击向200公里外的目标,射程为海军常规武器的10倍,且破坏力惊人。美军发言人称电磁炮利用强电流产生动能,将重3公斤的炮弹加速到每秒2.5公里,目前最大问题是要制造配备新型动力装置的战舰配合。通过此次试射,美国研发的强力武器——电磁轨道炮向成功再迈进一步。美军目标在8年内进行海上实测,并于2025年前正式配备于军舰上。 源于法拉第电磁感应定律的“军事杰作”   中国网报道,英国科学家法拉第19世纪发现,如果让导线在磁场中作切割磁力

美国海军在日前的试射中,将电磁轨道炮加速至5倍声速以上的超高声速,并击向200公里外的目标,射程为海军常规武器的10倍,且破坏力惊人。美军发言人称电磁炮利用强电流产生动能,将重3公斤的炮弹加速到每秒2.5公里,目前最大问题是要制造配备新型动力装置的战舰配合。通过此次试射,美国研发的强力武器——电磁轨道炮向成功再迈进一步。美军目标在8年内进行海上实测,并于2025年前正式配备于军舰上。


源于法拉第电磁感应定律的“军事杰作”


中国网报道,英国科学家法拉第19世纪发现,如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动,导线上会产生电流;而如果给位于磁场中的导线通电,则这根导线将会受到一个力的推动。这就是著名的法拉第电磁感应定律。正是根据这一定律,人们发明了现在广泛应用的发电机和电动机。电动机产生的强劲扭矩启示了科学家和军事家,如果把磁场中的这根导线换成一个导轨,上面再搁一枚炮弹,或者干脆把导线换作一枚可导电的炮弹,是否能把这枚炮弹发射出去?


挪威奥斯陆大学的克里斯廷·伯克兰教授1901年制造出了世界上第一台电磁发射器,他还特意为之申请了第一项电磁炮世界专利,并成立了一家名为“伯克兰的轻武器”公司来专门研究和制造电磁炮。伯克兰教授制造的最大电磁炮能够将10公斤的铁制炮弹加速到80-100米/秒。后来,伯克兰教授意识到他无法获得理想的动力——强大的脉冲电源,不得不放弃了他的研究。


上世纪60年代,美国和澳大利亚的科学家发现,通过瞬间释放高速旋转的飞轮所蕴含的能量,可以获得电磁炮所需的脉冲电源,电磁炮的研究和发展由此出现了契机。1980年,美国的研究人员在威斯汀 豪斯研究和发展中心用电磁炮成功地发射了一颗质量为317克的弹丸,其飞行速度达到了4200米/秒。一时间,电磁炮成了各个国家军事技术研究的热点,各种结构的电磁炮被纷纷试制出来。


走上“新概念武器”正轨的电磁轨道炮


电磁轨道炮又称电磁导轨炮,它的技术概念原理比较简单:主体部分由两条平行的轨道组成,弹丸夹在两条轨道之间;两轨接入电源,电流经一轨道流向弹丸再流向另一轨道产生强磁场,磁场与电流相互作用,产生强大的洛仑兹力推动弹丸,达到很高的速度(理论上可以到达亚光速,当然这是几乎不可能实现的)。它加速快,弹丸出口速度高,是一种典型而又独特的动能武器,可用于对抗反舰导弹、战术弹道导弹、空地导弹和反辐射导弹。


电磁轨道炮属于“不折不扣”的新概念武器,但这一发明起源较早,已经有了八九十年的历史。电磁轨道炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明。1944年,德国的汉斯勒博士研制出长2米、口径20毫米的电磁轨道炮,能把重10克的圆柱体铝弹丸加速到1.08千米/秒;1945年他又将2门电磁轨道炮串联起来,使炮弹速达到了1.21千米/秒。二战期间,日本也研究过感应加速式电磁轨道炮,并把2千克的弹丸加速到335米/秒。但由于材料和电力等关键问题无法解决,电磁轨道炮的研究陷入瓶颈。1978年,澳大利亚国立大学物理学家理查德 马歇尔和约翰巴伯等人使用5米长的电磁轨道炮将质量3.3克的塑料弹丸以5.9千米/秒的高速发射成功的突破性进展。


“冷战”结束后,随着美国和西方防御思想的转变,电磁轨道炮应用的研究重点也由战略和空间防御向常规战争和战术应用转移。为此美国陆军制定了一个焦点技术计划 (FTP), 要求大约用5年时间,投资5亿美元将初口动能提高到20兆焦,初速达到3-4 千米/秒,投资2.2亿美元,制造一种预研样机并使其具有一定的重复发射能力;然后再用两年时间进行试验和改进,进入全尺寸技术验证阶段,执行先进技术演示计划,从一般性武器化研究转向满足于防空、反导、反装甲和其它武器系统使用要求。除美国以外,西欧的英、法、德三国以及日本和俄罗斯都介入了电磁轨道炮技术的研究。英国研制电磁轨道炮的主要方向是装备未来的主战坦克。法国和德国决定联合研制电磁轨道炮,计划分为两部分;一是基础研究;二是设计、制造和试验。基础研究分为系统总体、电磁轨道炮、线圈炮、高速弹丸、电源和开关6个项目。设计、制造和试验的炮型就是上述3种炮的缩比演示器。


发展前景广阔,作战和技术优势远超传统武器


美国电磁轨道炮的近期应用主要体现在战术弹道导弹防御和低空近程防空上, 它的应用将大大加强战术反导能力。目前,利用传统杀伤原理的导弹防御系统仍不能有效地在拦截助推段飞行的战术弹道导弹,主要是因为战术弹道导弹典型的助推段飞行时间是50-150秒。要实现助推段拦截,防御系统由探测到发射的反应时间一般不应超过10-20秒,这对于传统防御系统几乎不可能做到。电磁轨道炮的一个重要特点是初速快。假定射弹的初速能达到4 千米/秒,射弹飞行30-130秒,若大气阻力和飞行路径弯曲造成的距离损失因目标导弹迎着射弹飞行而能得到补尝,它大致可拦截120-520 千米以远处发射的仍处于助推段的战术弹道导弹。助推段反导要采用受控弹头,需要解决耐冲击负载,高速末段寻的,破坏机制等一系列问题。美国有这方面的技术储备,也许在21世纪初能形成助推段反导的电磁轨道炮演示能力。它除用于助推段反导外,还可攻击导弹发射架之类的地面目标。


电磁轨道炮用于低空近程防空,可采用电磁轨道炮发射无控射弹或电热炮发射受控弹头。拦截的目标包括各种战术导弹及其它飞行器。研究表明,采用无控射弹在命中概率保持不变的前提下,为了增加拦截距离,最有效的途径是提高射弹初速,而不是增加射弹质量,对出口动能的要求明显下降。因此,采用无控射弹进行低空近程防空时,一般用初速高的电磁轨道炮和质量小,形体小的重合金长棒形射弹。无控射弹用于低空近程防空,拦截距离不超过5千米,射弹初速3-4千米/秒,射弹质量约100克,一次连射不少于10-20发。


电磁轨道炮在发射时不产生火焰和烟雾,也不产生冲击波,不易被敌人发现。此外,电磁轨道炮可部署在远离主战场的地方。正如美国海军研究部门负责人卡尔所说的:“海军可在至少200公里的距离发射炮弹,让水手远离险境。”另外,电磁轨道炮只发射弹丸,省去了炮弹壳和火药,降低了成本和污染。它不需要坚固的炮管和复杂的发火机构,并且绝无“膛炸”的危险。此外,可根据目标性质和射程长短快速调节电磁力的大小,从而控制弹丸的发射能量。普通舰炮的射程只有20千米,而且准确度很差,巡航导弹的有效射程虽然超过了300千米,但它们造价昂贵,而且一艘舰艇最多只能携带70枚,由于无法在海上装卸,补充时还必须返回港口。电磁轨道炮则以射程远、成本低、运输以及补充便利等多项优势而被美国国防部寄予厚望。电磁轨道炮甚至还被美国陆军看成是2020年后陆军战车主要武器的候选技术方案。


军事应用直指太空,《变形金刚2》有望幻境成真


在美国科幻大片《变形金刚2》中,在影片结尾部分,美军从游弋在大洋上的战舰,使用一种神秘的大炮,将金字塔顶的“狂派”机器人摧毁,其精准度和威力惊人。很多人认为,这就是美军绝密武器“电磁轨道炮”。而就在12月10日,美国海军宣布成功试射电磁轨道炮,其初始动能达到33兆焦耳,弹丸初速达到5倍音速,射程远达200公里。事实上,美国在这部电影上映前就进行了大威力电磁轨道炮的发射试验,分析称美国人是迫不及待地通过电影来向世人展现这种超级武器的威力。


1980年,美国西屋公司为“星球大战”计划建造了实验电磁炮,若将这座电磁炮放在太空,它能把质量为300克的炮弹加速到8-10千米/秒。面对这种近30倍音速的电磁炮弹打击,太空中所有的航天器,小到几十公斤的卫星,大到几百吨的空间站,都将被撞击成为太空碎片。2004年7月,美国海军又成功进行了电磁炮的海上发射试验,下一步便将建造飞行速度2500米/秒,射程达370公里的电磁炮。可以预见,电磁炮将很快成长为现代战场强有力的杀伤武器。


成熟的电磁轨道炮其弹丸初速极高,能飞出地球,可用于摧毁低轨道卫星和导弹,还可以用它来拦截军舰发射的导弹。美国前总统里根在1983年提出“星球大战”计划时,就提到了用动能武器、粒子束等武器摧毁敌国来袭导弹。此外,美军实验数据显示,用炮弹初速为1300米/秒的高射炮打飞行速度为250米/秒或500米/秒的飞行器,其成功率分别是60%和20%,而用初速为4000米/秒的电磁轨道炮打,成功率可达100%。


据美国媒体报道,美国海军计划在2020-2025年内实现电磁轨道炮64兆焦耳的初能。而据俄罗斯媒体报道,美国海军已打算在DDG-1000型驱逐舰上装备电磁轨道炮。而舰载电磁轨道炮除具有全天候、GPS、精确和长时间饱和火力能力外,它还有助于提高舰船生命力,由于舰艇不需要弹药库,为简化及优化舰船结构提供了机会。未来,随着电磁发射技术的发展,在普通火炮的炮口加装电磁加速系统,可大大提高火炮的射程,这样,电磁轨道炮可望装备炮兵部队。


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