国外电磁轨道炮的发展现状与作战效能分析

伍尚慧

现代战争是涵盖多维度、多领域、全时域、高烈度的综合较量。随着科技的迅猛发展，战争样式和作战机理也在不断演进。在进攻性电子战装备体系中，电子硬杀伤武器已经成为越来越重要的组成部分。电磁轨道炮作为信息化战争的新型武器装备，具有速度快、射程远、抗干扰能力强和战场生存能力高等特点，已成为军事强国研发的重点。尤其是美军高调推出“第三次抵消战略”，力求发展一系列“能够改变游戏规则”的颠覆性技术和创新性战法，把包括电磁轨道炮在内的定向能武器视为“第三次抵消战略”的关键。加速发展电磁轨道技术，争夺战争主动权成为各国确立军事高技术优势的重要举措之一。

强大作战效能引发各国关注

简单电磁轨道炮的主体部分由两条平行的轨道和一个与轨道接触良好且能够沿着轨道自由滑动的电枢组成。接通电源后，电流沿着其中一条轨道流动，通过电枢，沿着另一条轨道流回。这时电枢在安培力的推动下沿着轨道加速运动，从而获得高速度。

电磁轨道炮是一种新概念武器，它通过磁场与电流相互作用，产生强大的电磁能推动弹丸，可以将弹丸以数马赫的初速发射出去。利用强大电磁能将弹丸的速度加速到极高，可以大大超过火炮的射程，可以与一般导弹武器甚至中程导弹相媲美，如此强大的作战效能引起了世界各国特别是军事强国的关注。

由于电磁轨道炮是利用新机理形成杀伤的新概念武器，在使用上具有比传统火炮明显的优势，军事用途十分广泛，被称为“革命性武器”。其特点为：第一，弹丸速度快、射程远、突击能力强；第二，反应灵敏高效，可控度较高，火力比较灵活；第三，弹丸稳定性好，精准度高；第四，能量成本低，隐蔽性好，安全可靠；第五，毁伤力极强。

大国博弈需求加快实用化步伐

世界主要军事强国一直将国防先进技术视为大国博弈的战略需要和提升国家科技创新能力的重要途径，采取各种举措积极谋划、引领和推动前沿技术发展，取得了一系列成果，为保持和增强各自的军事能力提供了重要支撑。当前，新概念武器和平台技术加快实用化步伐，加速形成新质作战能力。

美国电磁轨道炮 电磁轨道炮技术是美国海军面向未来20年军事需求而重点发展的战略高技术领域之一，也是美国在“第三次抵消战略”下重点开发的关键性、颠覆性和前沿性武器系统技术。无论是美国21世纪初正式启动电磁轨道炮项目之时的“由海向陆”的海军战略，还是目前的“第三次抵消战略”或“分布式杀伤”作战理论，都为美国电磁轨道炮的发展提供了行动指南。2017年，美国召开定向能峰会，提出重点研究定向能武器作战部署，美海军为电磁轨道炮、超高速射弹和固体激光器项目申请的预算资金为30亿美元；2018年，美国国会批准了约24亿美元用于对包括电磁轨道炮在内的新型武器技术的研发；在2019年陆军预算申请中，美国国会2017财年为陆军电磁轨道炮技术追加了2000万美元的经费。在电磁轨道炮技术发展过程中，美国多措并举，不断推进技术成熟度和实战水平的演进。

美国电磁轨道炮的发展历经多年，开展了多项试验，为实战应用奠定了基础。在“海军创新原型”（INP）计划下的电磁轨道炮项目实施之前，2003年美国海军进行了电磁轨道炮发射试验，系统尺寸是未来原型机的1/8，弹丸出口速度为马赫数6，动能7.25兆焦耳；2008年1月，美海军在达尔格伦水面作战研究中心试验了一种电磁轨道炮，出膛速度为马赫数7，发射能量为10.68兆焦耳；2011年10月，美海军研究实验室（NRL）实现大口径电磁轨道炮样机的1000次试验，达到关键里程碑；试验用电磁轨道炮长6米，口径50毫米，炮口能量为33兆焦耳；2014年3月，NRL建成并首次试射一台新型小口径电磁轨道炮样机，口径25.4毫米；2015年12月，成功进行超高速射弹制导与控制系统测试，实现了正常发射机动飞行；2016年5月，美军进行10米的电导体轨道加速发射弹丸试验，速度为724千米/小时，射速为10发/分钟，有效射程达200千米，可瞬间穿透7块普通钢板，并具有多发同时弹射能力；2017年5月，通用原子电磁系统分公司研发的闪电样炮，加装了增强型制导组件的高超音速炮弹，试射过程中，炮弹加速度超过30000重力加速度，创造了新的世界纪录，高功率电源的储能密度达到每个电源箱模块的含能量415千焦。

目前，美国正在加紧进行电磁轨道炮的装备研发，加速推进未来计划。BAE系统公司和通用原子公司分别牵头实施海基和陆基型号研制项目，美国计划2020年前部署炮口动能32兆焦耳的电磁轨道炮为阶段性目标，2025年前部署炮口动能64兆焦耳为最终目标，未来美陆军也可能采用BAE公司研制的陆基型号。

2018年3月，通用原子公司接受了美国陆军为期3年的电磁轨道炮研发合同，将交付一系列原型机，开展系统集成和实验。针对另一个陆基电磁轨道炮项目EMRG，2018年美国将继续开展该项目的研发工作，旨在2019年部署一台原型机进行试验。EMRG的主要指标为：功率32兆焦耳、发射速率每分钟10发、使用一种长寿命炮管。

另外，通用原子公司电磁系统分部还在研究一种超高速射弹（HVP）。HVP是美国电磁轨道炮弹药的衍生研发项目，由于性能出色，被认为是促进美国海军舰炮和陆军大口径火炮性能提升的关键技术。该弹丸采用低阻、气动设计，具有速度快、机动性高及到达目标时间短的特点，由127毫米Mk45Mod4型舰炮发射，射程可超过93千米；从电磁轨道炮发射，射程可超过185千米。这些超高速弹丸也可使用5英寸的海军大炮和陆军155毫米榴弹炮发射。2018年，美海军将加快127毫米舰炮的HVP研发，使其与海军水面舰现有作战系统集成，并计划在新型朱姆沃尔特级驱逐舰及所有海军大口径舰炮上使用HVP炮弹。美海军未来将致力于电子器件小型化，及增强其硬度，使其能够承受发射时的高温和高压。

俄罗斯电磁轨道炮 俄罗斯作为传统军事强国，也致力于电磁轨道炮的研发。经过多年理论探讨和技术攻关，近年在电磁轨道炮技术研发上也取得长足进展。其研究重点集中在导轨型的电磁发射器和发射器电源方面。2016年7月，俄罗斯首次进行电磁轨道炮发射测试，取得预期效果，并实现了由单发至连发跨越。该次试验的弹丸重2克，发射速度为3.2千米/秒，随后两个紧固销从设备脱离。类似的轨道炮已能使重约1.5克弹丸达到11千米/秒的速度。由于实现如此高的速度需要极强的电流和能量，轨道炮的所有组件都会快速损耗和失效，因此，目前俄军方在寻求能承受这些负荷的材料以及保护组件不被损耗的方式。2017年又进行了多次测试，在2月进行的新型电磁轨道炮测试中，速度达到3千米/秒；在12月测试中，采用一颗小塑料弹丸击穿铝板，速度为3千米/秒，达到了马赫数8以上的速度。俄方专家表示，未来希望该子弹达到45千米/秒。

在电磁轨道炮应用上，美国主要应用于驱逐舰、巡洋舰、航母和滨海战斗舰进行作战，而俄罗斯轨道炮则主要聚焦于航天应用和科学研究。俄利用电磁轨道炮进行情报收集、侦察监控及宇宙探索。当前，俄在该领域的研究还相对滞后，应用于空间防御还有待时日，但发射高度已达20～100千米的临近空间。

日本电磁轨道炮 近年来，随着日本军事战略的转移，不断加强军备建设。日本政府于2016年8月22日正式确立研发电磁轨道炮，并计划未来装备海上舰艇平台。

日本的电磁轨道炮开发在20世纪80年代后期就达到活跃期，在90年代前半期，主要着眼于利用等离子体电枢实现超高速，当时的研发成果有7.45千米/秒的记录。之后，由于等离子体电枢的导轨烧蚀、脉冲电源等遇到技术瓶颈，实用化研究基本没有进行。2000年左右日本完成了简单的低速加速装置，探讨了利用固体电枢的性能。2010年，日本防卫省开始着手研发用于近程防御的小口径电磁轨道炮系统。该型电磁炮不使用推进剂，利用电能而非火药提高弹丸速度与杀伤力，通过高初速提高威力、射程及命中精度，其特点是：高初速，易于调整初速（用电能控制），且可以节省弹药库空间。

2018年，日本加速电磁轨道炮的研发。2018年8月2日，日本防卫省陆上装备研究所正式对外宣告其正在研制电磁轨道炮装置—“电磁加速系统”，该系统是电磁炮的技术试验原型机。该设备体积小，配套设施齐全，包括直线电磁推进加速器、功率转化器、脉冲式储能装置、电力分配控制、散热装置等子系统。从2010年—2016年该项目共投资10亿日元，可以以2000米/秒的速度发射10千克的炮弹，电流驱动为200万安培，具有很强的军事应用前景。未来，日本计划在摩耶级驱逐舰上实验电磁轨道炮和近防型固态激光发射器，在27DDG驱逐舰上配备电磁轨道炮等动能武器，以强化舰艇的多任务作战能力。当前，日本还面临许多关键技术的突破，距离定型装备以及在实战中运用还为时尚早。

印度电磁轨道炮 印度作为一个正在崛起的新兴大国，也致力于电磁轨道炮等具有颠覆性效能的武器研发。印度研究电磁轨道炮可以追溯到1994年，并且当时就已取得初步成果。

2017年11月，印度宣布其自主研发的电磁炮取得初步成功。该型电磁炮发射弹丸速度为马赫数6，可以将3～3.5克的弹丸加速到2000米/秒的速度。印度目前研发的电磁炮弹丸直径为12毫米，并为30毫米的轨道炮做准备，目标是用一个10兆焦耳的电容器组将1千克的弹丸加速到2000米/秒的速度。

先进关键技术提升作战效能

目前，电磁轨道炮的发展主要涉及到轨道的抗烧蚀技术、超高速、远程弹丸技术、脉冲电源技术、材料技术和发射装置设计等关键技术。

轨道的抗烧蚀技术 轨道的烧蚀问题一直是影响电磁轨道炮发展与应用的技术瓶颈。研究表明，在弹丸经过的轨道电极表面烧蚀较为严重。烧蚀后轨道电极表面的形貌主要为弧痕、弧坑及悬挂在上轨道电极上的滴状颗粒。烧蚀不但严重影响射管寿命，且弹丸前存在附着的金属碎块，可能造成发射的失败。为了减少轨道表面的烧蚀，各国已开展了多方面的研究，如采用多级轨道和分段轨道结构，分布储能调节电流波形和复合材料技术。截至目前，虽在技术上已取得了重大进展，但距离完全解决还有很大差距。

超高速、远程弹丸技术 电磁炮弹丸初速高，承受的过载大，飞行距离远，弹丸的空气动力学特性需要特殊设计；需要开展与电枢等机构的组合及分离技术。

脉冲功率电源技术 电磁轨道炮的发展与电源的进步息息相关，电磁轨道炮工作需要高达几十兆瓦或上百兆瓦的脉冲功率，普通电源无法满足要求。目前，电磁炮所用电源首先将初级电源的能量传递给储能系统，然后通过电力控制系统适时地把能量转换到脉冲形成网络。主要技术包括频率能量存储和脉冲形成网络与负载的偶合。另外，由于电源在电磁炮的重量和体积上占有高达80%的比重，因此电源小型化技术也是电磁炮早日进入实用阶段的关键。

材料技术 电磁轨道炮工作时，发射装置将承受大电流和强载荷的冲击，对轨道材料、绝缘材料、电枢材料和弹丸弹体材料均有极高的要求。问题的解决寄希望于新材料的研究，超导技术将可能在电磁轨道炮的研究与应用中发挥重要作用。目前，第二代高温超导带材的发展，为提高超导储能技术奠定了材料基础。

发射装置设计 发射装置是电磁炮的核心部件，涉及到身管、供输弹装置、脉冲形成网络、电力控制系统及电枢、开关等。发射装置的设计首先要根据武器系统的战术技术要求，确定采用何种发射原理和弹丸的动能，然后进行发射装置的结构设计，以确保武器系统稳定有效。发射装置是一个集多种高新技术于一体的复杂系统，如何将已经取得一定发展的单项技术高效集成应用到电磁炮中，需要用系统工程的理论和方法来进行电磁炮发射装置的设计研究，以提高系统总体技术水平。

随着科技的不断发展、生产工艺的改进和新材料的突破，电磁轨道炮将在作战效能上比传统火炮具有更大的优势，成为现代军事作战的力量倍增器。

在作战效能上，电磁轨道炮比传统火炮具有更大的优势。第一，电磁轨道炮与传统火炮相比，发射速度更高，打击距离更远，攻击力更强，精准度和命中率也更高，毁伤效能更强；第二，电磁轨道炮可发射多用途炮弹，炮弹飞行时间更短，远程作战时的毁伤效能更强，既可提供反炮兵火力，又可执行防空任务，此外还具备一定的近程弹道导弹防御能力。

随着当前电磁炮的研发进展，在炮口动能、射程和精确打击能力等一系列作战指标上，电磁炮更是大幅度刷新着存在了近百年的记录。与常规火炮相比，其特点是对于弹丸作用时间长、炮口动能大。第一，攻击性更强。在炮口动能上，威力更大。美军最新研制的电磁炮炮口动能为33兆焦耳，目标为64兆焦耳，实际安装到平台上时，威力将会更强。相比之下，普通火炮一般只有十几兆焦耳，最大不会超过20兆焦耳，与电磁轨道炮相比，威力相差将近1～2倍。第二，发射速度更高。在射速上，美军电磁炮最新数据是7赫兹，电磁轨道炮的炮口速度通常要初速达到3000米/秒以上，相当马赫数7～8。而普通子弹飞行速度大约为700～800米/秒，常规炮弹飞行初速通常在800～900米/秒，即使是为了击毁敌方防护装甲而初速也只达到1500米/秒，由此可见，传统火炮与电磁轨道炮相比在射速上相差甚远。第三，打击距离更远。美军电磁炮最新试验数据中的射程是200千米，预期最终射程将达到400～500千米，美军电磁炮一般最低也会超过100千米，从目前试验来看可达到180～200千米，甚至超过300千米。目前，世界上主要火炮系统口径为127毫米和130毫米的舰炮，最大设计距离超过22～23千米，试验中大多不过20千米，且精度差。虽然普通舰艇的巡航导弹射程超过300千米，但其造价高昂，1艘战舰携带不超过70枚，且无法完成在海上的装卸，补充时必须返回港口，这大大降低了作战效率。

综上所述，电磁炮以射程远、成本低、运输以及补充便利等诸多优势而被各国寄予厚望。可以预见，拥有如此高能量的电磁炮如果投入实战，作为新型的进攻武器，它所带来的战场攻防力量对比的确是颠覆性的。

结 语

尽管电磁炮研制还有很多问题有待解决，离进入实战还有待时日，但可以预见，电磁炮作为一种划时代的武器，一旦研制成功，将凭借超高的射速、超远的射程和超强的打击能力给未来武器带来革命性的变化，甚至有可能终结“传统的火炮时代”。