美军电磁发射技术发展综述

杨　艺

电磁炮是美国陆军为满足未来战斗车辆更具杀伤力、更紧凑、具有更强生存能力和更小后勤负担等需求而进行研制的新概念武器。美国国防科学委员会曾预言：“未来的高性能武器，必然以电能为基础。”美国陆军、海军和空军每年都有大量的研究项目涉及到电磁发射的原理、材料、仿真、电源和应用等技术，并取得了一系列研究成果。

美军电磁发射技术发展近况

美军电磁发射技术经过数十年的探索，取得了丰硕的研究成果，大部分关键技术问题已经得到解决。在超高速炮弹方面，设计完成了钨制锥形弹，飞行速度达到3000米，秒，其探杆因强度更大而具有更强的穿甲能力。新型超高速炮弹的制造采用了低寄生阻力物质，弹载制导、导航和控制电子器件经过了100千克过载的测试。在轨道炮管寿命方面，通过选择适当的材料消除了超高速刨削，在对电磁炮进行新颖设计后，去除了超高速起弧转捩，同时也避免了与绝缘体的接触和破坏。目前正在进行60发炮弹的轨道寿命发射试验。在发射征候方面，采用炮口偏转器将炮口火焰减少了3个量级。在脉冲电磁能量方面，通过仿真验证的新型脉冲交流发电机技术已从电机研制中心移交给工业部门。

美国陆军

美陆军电磁炮项目的研究工作从五个方面展开，即脉冲电源，发射轨道，炮弹、全尺寸超高速杀伤力试验以及系统分析。该项目在2007和2008财年完成了以下工作(见表)。

美国海军

2001年11月，美国海军高技术研究所(IAT)召开研讨会，讨论远程舰载轨道炮的可行性问题，会议得出结论，舰载轨道炮的发展已不存在科学或技术障碍。通过参数分析和建模仿真得到的概念型舰载电磁炮系统可以取代155毫米先进火炮系统。舰载电磁炮可以2500米，秒的速度发射20千克的弹丸，炮口动能为63兆焦，弹丸可在6分钟达到200海里的最大射程，以马赫数5的速度完成动能毁伤。

美国海军电磁炮的脉冲电源由通用电子公司牵头，德克萨斯大学机电中心和太阳神系统公司共同参与研制。2004年7月，美国海军成功进行了电磁炮的海上发射试验，演示验证了电磁发射器以超声速发射炮弹的过程。试验用弹丸及弹托及由美国海军地面战中心设计制造，试验系统尺寸是未来实际尺寸的1／8。最终的电磁轨道炮系统将以2500米／秒的速度发射电磁炮弹，射程达370千米。此前的2004年2月，美国海军进行过电磁发射系统接口的功能演示，并确认发射组件可承受发射过载，2004年3月进行过自由飞行演示，确认一体化发射装置可在膛口处分离，最终弹丸可稳定飞行。

2005年8月，基于可行性研究成果，美国海军研究办公室(0NP)与BAE系统公司签订了两份合同，一是研制32兆焦的实验室用发射装置，包括发射装置的详细设计、制造和安装。二是为海军战术军舰制造电磁样炮。实验室用样炮主要用于研究并解决身管寿命问题，以完成特殊身管和炮弹的设计。舰用样炮项目旨在寻求轻型化解决方案，使电磁炮可以安装在武器平台上。2008年1月31日，美国海军在海军水面作战中心成功地进行了电磁炮发射验，发射动能达到10.64兆焦，炮口初速为2520米／秒。

美军电磁发射技术发展计划

美国陆军

根据美国陆军财年计划，2009年电磁发射技术将完成以下任务：

在脉冲电源方面，演示可以减小脉冲交流发电机体积和重量的先进材料的性能，包括条带、导体和开关。在炮弹方面，利用电磁炮进行大口径(能量大于5兆焦)动能和多用途弹的发射演示验证。在全尺寸超高速杀伤力试验方面，演示动能大于5兆焦的多功能战斗部的杀伤力，并将该项目移交给陆军军械研究研制与工程中心。在系统分析方面，确定提高超高速命中概率的指导性和约束性参数。

另外，美国陆军军械研究研制与工程中心与柯帝斯·赖特公司签订了合同，要求建造可提供2～5兆焦炮口动能的电源。2007年5月，承研单位制造出第一台脉冲交流发电机，计划2008年完成交流发电机整体系统的设计。该电源系统体积为1.9米，重7000千克。根据计划，2010年后将研制出新一代脉；中交流发电机，可提供8～10兆焦的炮口动能，体积为1.5米，重4000千克。

美国防部先期研究计划局(DARPA)要求得克萨斯高技术研究所对电磁发射所具有的远程精确打击能力进行评估，计划将电磁炮用作非直瞄火力，射程预计为70千米，为常规炮弹射程的2--3倍。电磁炮发射的非直瞄动能弹将采用子母战斗部，通过控制抛洒高度来控制弹着区域。战斗部将采用惰性钨制杆，设计方案有三种，分别是200克杆28个、3.2克杆1750个和0.8克杆7000个。

美国海军

舰载电磁炮的发展将分为三个阶段，第一阶段完成时间为2011年。2005年8月，海军研究办公室启动了创新型海军样机项目，旨在用4-8年时间完成技术的成熟化，并转入全尺寸研究和研制阶段。电磁炮研究重点放在四个方面：发射装置、弹丸，脉冲成形网络以及与舰船的集成。

电磁炮INP项目又分为三个时间段，第一时间段计划完成时间是2008年第三季度，实际上，该时间段的工作已于2008年初提前完成。主要是竞争性地研发先进固定发射装置技术，附带进行了一些弹丸的相关研究，2008年1月底进行32兆焦发射装置初始能力演示。第二时间段主要有两项内容，一是使一体化系统的演示达到5～6技术准备级别，32兆焦发射装置应能发射多发炮弹，身管应能承受排斥力，并能解决热处理问题。二是在弹丸方面，主要研究弹丸的超高速制导飞行以及杀伤机理。波音公司和德雷珀实验室正在进行INP弹丸和一体化发射装置(ILP)的概念研究，内容包括ILP身管动力，飞行体和飞行热力特性、杀伤力、以及制导、导航和控制。如果项目进展顺利的话，2009年8月将进入第三时间段，2010财年底使用32兆焦发射装置进行100发身管寿命演示和先进固定结构演示。

舰载电磁炮第二阶段的工作将从2011年持续到2015财年，重点研究弹丸技术。如果工作顺利，舰载电磁炮将于2015财年在海军海上系统司令部的领导下，从科技领域转入到全尺寸研究。

第三阶段，将在201 6财年进行64兆焦炮口能量战术系统的海上演示。最终，美国海军舰载电磁炮将在2020年-2025年将形成初始作战能力。

美军电磁炮发展面临的问题

美国陆军

美国陆军对电磁炮直瞄能力的研究已有10年多的时间，从2006年开始，陆军又把研究领域扩展到未来电磁炮的非直瞄潜能上。电磁炮是美国陆军和海军共同开发的项目，作为合作者，陆军火力优势中心一直在利用其作战建模能力来帮助海军确定最适合电磁炮打击的目标类型和所需的杀伤力特性。陆军对非直瞄电磁炮的

研究将借助于海军的研究成果。陆军火力优势中心希望陆军在2008年底确定六个关键问题，这六个问题也被称为“第一代作战需求”。

首先，适合电磁炮攻击的目标是什么?陆军火力优势中心能力开发与一体化委员会的资深技术顾问萨姆，L.卡夫曼说，我们没有试图告诉每个人电磁炮是万能的。但我们的理念是，如果你拥有一种廉价、低后勤负担的快速反应系统，可以在更远的射程上，以更高的精度和更少的使用数量摧毁合适的目标，那么这种系统就非常具有使用价值。目前虽然像制导火箭弹和陆军战术导弹系统那样的武器系统具有远程精确打击能力，但这种能力却伴随着极高的费用和极大的后勤负担。

第二个关键问题是确定电磁炮发射系统的射程要求。这个问题在考虑需要多大脉冲电源时非常重要。当前的目标是20兆焦，是基于100千米射程的设想而定的，100千米是否就是正确选择7也可能更远一些。

第三个问题是需要什么样的杀伤力。除了进行第一代战斗部的创新设计外，电磁炮还将达到更高马赫级的速度，因为电磁炮可通过速度来获得一部分杀伤力。

第四个问题是在机动性方面有何需求。目前存在一种可能性，就是为了满足机动性的动力需求，需要在电磁炮旁边配备一辆脉冲电源车，为20兆焦的发射提供足够的能量。根据远期计划，2018年电磁炮发射车和电源车将达到技术准备级别(TRL)6级，车重40吨，能量为20兆焦。

第五个问题是系统的编制结构和编配级别，这个问题与机动性和射程问题密切相关。

第六个问题是明确电磁炮是否具有后勤负担。

美国海军

舰载电磁炮走出试验阶段还面临很多技术和工程上的挑战。

首先是炮管寿命问题。轨道在发射时承受的推力以及流经轨道和电枢的电流都是造成磨损的因素，这点与传统火炮弹丸和炮管的机械磨损相比是不同的。承研方认为，保持无损高电流滑动接触是一个技术难题。美海军近期目标是以2500米，秒的初速连续发射100发炮弹而不使身管受损。

第二个难题是解决轨道的分离。当轨道炮发射炮弹时会在轨道周围产生电磁场，使弹丸无须推进剂就可以获得很高的速度。电磁力在推进弹丸的同时也在两个轨道之间施加向外的推力，这种推力必须加以抑制，防止轨道分离。目前研究机构正在检验两种轨道固定方法。一种是使用重型、叠层钢质结构固定轨道。32兆焦实验室发射装置将采用这种固定方式。但是这种钢结构会使炮管重量过大无法满足战术应用。BAE系统公司正在探索使用先进复合材料和其他轻型、坚固材料固定轨道。

第三是电磁炮炮口和炮尾的处理问题。使用常规火炮时，火炮发射过程中推进剂排泄的气体在炮尾周围产生压力。使用电磁炮时，由于是电流推动弹丸，所以发射后炮口残留的电流必须进行处理。工程人员将重点研究电磁炮炮口。炮尾以及炮管供电、固定和安装等问题。

第四是电源问题。海军的备选方案有两种：电容器和脉冲交流发电机。电容器是较为成熟的技术，但其体积和重量较大，所以目前正在研制小型系统。脉冲交流发电机目前正在由通用电子公司进行研制，该发电机使用高速飞轮来产生几兆瓦特的能量。

最后，电磁炮的炮弹和制导系统应能承受巨大的加速度。从电磁炮中发射的任何部件将承受35000-40000g的加速度，实用型武器的加速度将在50000g。这个数值是常规火炮炮弹承受的加速度的2倍。