未来战场上的“飞镖”——电磁炮

□ 陈效真

电磁炮概念是由法国人安德烈于20世纪20年代提出的，自70年代初开始，英国、加拿大和澳大利亚的科学家率先建立了电磁轨道炮模型，并通过试验证明了电磁轨道炮在理论上的可行性，随后世界各国尤其是美国持续地开展了研究。

电磁炮亦称电磁发射器，它是靠电磁力给弹丸加速，然后再以高达每秒几十千米的速度将弹丸从发射器中射出。电磁发射器由能源、加速器和开关三部分组成。能源要能发出峰值为上百兆焦的脉冲能量。而储存能量的手段主要是静电、电磁、电化学和机械4种方法。

电磁炮的分类

作为一种新式武器，电磁炮有着常规火炮无法比拟的优点：弹体速度高、射程远，可精确控制命中率高，穿甲威力大；弹体体积小、重量轻、无消极质量，可增加携弹量，便于实现自动供弹；弹体加速均匀，弹体质量范围大，可发射更复杂的弹体；火控系统简单，结构多变、可控性好、操作方便；性能优良稳定，成本低、运输和后勤保障容易；发射无烟雾、无声响，隐蔽性好，不易发觉，生存力强；能源简易无污染；直接命中动能杀伤，无需近炸引信破片杀伤。根据其发射装置的不同可分为四类：

2008年1月31日，美国海军进行电磁炮发射试验

轨道炮

电磁加速器的一种改型，是一台线性直流电机，其原理是利用带电流物体在磁场中受到的磁力作用加速物体。在强脉冲电流作用下可达到几万～几兆g的加速度、炮口动能可达常规火炮的几倍以上。

轨道炮适于发射质量不大的弹丸，可达到较高的速度和发射率。其主要优点是只需较短的炮管就可获得很高的发射速度，结构简单，工艺问题较易解决；缺点是高温等离子体电枢对轨道烧蚀严重，系统热效率低，只有10%左右。

电磁炮弹以5倍音速击中目标

线圈炮

线圈炮又称为质量驱动器，它是一种用移动波加速质量的交流线性同步电机。高压电流被引进线圈炮的静止线圈中形成强大磁场，被发射物体上安装的金属感应线圈由法拉第效应感应出电流，被发射物体线圈中的感应电流与静止线圈产生的强磁场相互作用推动被发射物体前进。

线圈炮可发射质量较大的弹丸。其优点在于它是一种无接触发射，可以克服轨道炮面临的导轨烧蚀问题；缺点是加速度只能达到100g～10000g。

连接炮

连接炮是一种无接触的感应式发射器，由两个中间有间隙的共轴线圈组成。弹体呈矩形，加速力是弹体垂直线圈轴线通过间隙后磁力线重新连接的结果。当弹体接近线圈时，线圈内没有电流；当弹体运动逐渐接近线圈时，弹体与线圈的耦合逐渐达到最大值，线圈内的电流开始增加，耦合时最大值将持续一段时间，这段时间内电流达到了峰值；当弹体的尾边开始掠过线圈孔径时，两个线圈的磁力线在弹体后面重新连接，磁力线的伸直使弹体产生了加速度，因为这一过程中弹体同两个线圈之间负的互感被两个线圈之间正的互感值所代替，这就相对增大了线圈的有效电感，这正是磁力线重接式电磁炮高效率和高加速度的原因所在。

连接炮的效率高于轨道炮，可达30%～50%，尤其在发射大弹丸时，其优点更加突出。这是一种无管炮，没有过热和烧蚀问题，是未来天基超高速炮的发展形式。

高速摄像机拍下的电磁炮弹发射瞬间

电热炮

这种电磁炮是利用电磁方法驱动一系列的等离子体环径向聚爆，选择合适的弹体形状可使等离子体的一部分径向动能推动弹体加速。

该炮的阴极和阳极呈盘状，盘中心有可以通过弹体的圆孔，在弹体到达之前的某一时刻，有一个高压脉冲加在阴阳两极之间，这个脉冲使稀薄空气弧光放电，产生等离子体环，并同磁场相互作用使其加速且等离子体不断积累和压缩。当弹体前沿大致与阴极共线时，等离子环与弹体相碰撞，弹体被聚爆径向动能和压力推动加速。

这个系统可用来将质量从几克到几千克的弹体加速到每秒10千米～100千米的高速。这种电磁炮的弹体可以用各种材料制成，发射器可以重复使用，由于弹体与发射器无直接接触，因此使用寿命长。

电磁炮的应用

战术应用

战术应用电磁炮可采用轨道炮和线圈炮两种发射方式。战术电磁炮在大气层内使用，为避免烧蚀损坏，除采用抗烧蚀弹丸材料外，一般速度不宜超过每秒4千米，即便如此，也是火炮弹丸速度的2～3倍，作战效果提高显著。

陆军应用：陆军应用主要在于电磁炮弹丸高速运动能带来的穿甲能力。美国的实验证明，重50克，初速度每秒3千米的弹丸能穿透25.4毫米的装甲板。在另一项实验中，弹丸穿透了模拟的苏联T-72和T-80坦克装甲。经计算表明，发展电磁坦克炮是可行的。

以色列正在研制化学与高温等离子体发射混合的电热炮，初速已达到每秒4千米。美国的电热炮计划目标为以2千米的初速发射12千克重的大口径炮弹。英国军方正在研制利用炸药泵的磁流体电机为40毫米～50毫米电磁轨道炮提供电力，安装在装甲车上作防空使用。由此可见，电磁炮不仅可用来作穿甲武器，陆军应用还包括防空和发展大口径远程电磁炮及制导炮弹。美国国防部高级计划局计划研究155毫米口径的电磁炮，发射带有末端制导系统的弹丸，使射程达50千米，作远程炮使用。

海军应用：海军目前面临最严重的问题是在高性能反舰导弹攻击下如何防卫的问题。目前的小口径速射火炮发展已趋于完善，但由于原理上的限制，其炮口动能不可能再有大的提高。用速射高速电磁炮代替小口径火炮进行防空反导，可以极大地增大防卫半径和杀伤概率。美国的计划表明美国海军对轨道炮用作舰空防御和对付掠海导弹非常重视。德克萨斯大学研制了以补偿式脉冲发电机为电源的三管速射轨道炮，能以每秒60发的发射率发射80克重、速度达每秒2千米的弹丸，每个点射10发。由于舰艇本身体积大，载重力强，为安装电磁炮提供了良好条件。

电磁炮发射装置

海军感兴趣的另一项应用是舰载电磁弹射装置，作为航空母舰上的飞机弹射器。美国卡曼公司从1982年开始研究电磁弹射器代替蒸气弹射器的可能性，认为原理上是可行的。另外，用电磁发射装置发射战术导弹和鱼雷，可缩短反应时间，减少对人员的可能伤害，降低发射时的红外特征。

空军应用：电磁发射装置可用来发射无人侦察机、滑翔运输机等。采用电磁加速器可以形成一种全新的野战机场和短程起降方式。另外，美国空军提出研制每分钟能发射500发炮弹的电磁炮作为机载武器和防空武器。

战略防御

用空基电磁炮拦截战略弹道导弹主要有以下两个优点：第一，用动能摧毁目标效果比较可靠。分析表明，电磁炮发射的初速达每秒10千米～20千米的小炮弹，投送到目标单位面积上的能量比强激光还大。这是由于能量转换成激光束的效率一般只有5%，目标吸收激光能量也只有10%，所以摧毁同一目标，用电磁炮所需能量少。计算表明电磁炮弹丸只要具有几兆焦耳的动能就有把握摧毁来袭导弹。第二，由于电磁炮采用射击弹幕来拦截目标，并可采用半主动制导炮弹，所以天基电磁炮反导平台对火控系统的要求要比强激光武器简单得多，容易实现。

以电磁发射装置为基础的空间动能武器系统可以发展成为空间平台的自卫手段，同时可以用来攻击敌方的卫星及空间站。

航天应用

美国海军展示被电磁炮打中的靶子

以军事用途为目的的航天发射占所有航天发射的很大比重。美国航宇局及部分专家对电磁发射技术用于空间发射的可行性和能力作过研究和估价，详细讨论了以每秒8千米速度穿过大气层的地面轨道炮发射系统的设备要求和设计中应考虑的因素。他们认为目前的直流电磁轨道炮达到的加速度水平和发射高速弹丸的性能可以满足空间发射的基本要求。研究认为，用电磁发射器代替运载火箭的第一级可以减少大量发射经费，有很高的效费比。轨道发射系统可以建设在地面，也可以建造在航天器上，以大大降低成本。

另外一项应用是可用单级电感加速器，以大电流在两个线圈中产生感应磁场，其中一个在强流产生的高温下气化并高速喷出，以此为动力推动航天器修正轨道。这一技术方案还可用于空间和在其他星球上的太空发射。

电磁炮的未来

美国正研制一种天基电磁炮。这种炮全长45米，设计重量达25吨～150吨左右，能将重达1千克～2千克的炮弹以每秒5千米～25千米的速度射向2000千米以外的目标。这种电磁炮能够用于拦截洲际弹道导弹和中低轨道的卫星。美国还在研制一种用于防空的电磁炮，这种炮长7.5米，发射炮弹速度可达每秒500发，可击中几十千米外的目标。

电热化学炮和电磁轨道炮技术在最近十多年来取得了重大进展。美国电磁发射技术研究已从演示验证阶段进入武器型号研制阶段。美国于1993年6月研制出世界上第一门60毫米电热化学炮，弹丸的炮口能量比固体发射药火炮提高35%。

电磁轨道炮被美国陆军看成是“2020年后陆军”战车主要武器的候选技术方案。2008年和2010年美国海军相继两次进行电磁炮的演示验证。

电磁炮疾如流星、快似闪电，再加上自动控制就变成“智能卵石”，它将成为弹道导弹、卫星、飞机等高速飞行目标的“克星”，还可作为防空、反坦克和炮兵武器使用，有广泛的发展前景。电磁炮采用非常规发射机理，不以物理燃料作为发射能源，置身于从古至今的热兵器之外，在速度、射程、精度、威力、效能、灵活性、安全性、生存能力和运输保障等诸多方面的优势，必将使其成为未来战场上的一支闪亮的“飞镖”。