超凡脱俗的电磁炮

程醉

在《变形金刚》系列电影中，美军使用一款神秘的舰载炮，超远距离将爬在金字塔顶端的机器人打得粉身碎骨的场景，一定让大家记忆犹新。现在，这款在影片中被称为"电磁炮"的武器已经变成了现实。

电磁炮的原理

每一种新型武器的诞生或出现，其背后总会有一套相对的理论、原理作为支撑。电磁炮自然也不例外，并且人类对它的研究可以说是历史悠久。

这还得从19世纪英国科学家法拉第发现的“电磁感应定律”说起。电与磁，大致可以比喻成一对相生相克的挛生兄弟。电能够生磁，磁也可以生电，但千百年来人类就是看不见也摸不着它们。直到法拉第发现磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上也会产生电流，也就是磁场中的电荷和电流会受到洛伦兹力的作用。

从此以后，电磁技术便拉开了飞速发展的序幕。比如说发电机、广播、无线通信等，已经融入我们生活的方方面面。在二战时期，法国、德国、日本等国因为战争的需要都曾研究过电磁炮。其中，德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到每秒1.2千米的初速度。

电磁感应又称磁电感应现象，是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流的现象。这种利用磁场产生的电流叫感应电流。好莱坞大部分科幻电影中所谓的电磁炮，其实就是依据这种物理现象想象而来的。

那么，真实存在的电磁炮究竟是什么呢？

电磁炮是利用电磁力沿导轨发射炮弹的武器。简单地说，就是电源在经过升压电路之后，给电容充电，然后再控制电容对固定在炮管中的加速线圈放电，线圈在通电后就会产生磁场，其与感应电流的磁场相互作用就能產生电磁场力，从而吸引钢铁一类的物质加速运动，也就是发射出炮弹。

不过，这只是电磁炮中最原始也最简单的一种，被称之为“线圈炮”。而目前世界各国正在研制或者已经开始试射的电磁炮，一般采用的都是“轨道炮”的模式，也被称之为电磁轨道炮或导轨电磁炮。

电磁轨道炮由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一个电枢，电枢前放置弹丸。一般来说，使用时电流会从这个导轨的一侧开始通电，然后它会流经中间的电枢，然后再到导轨的另外一侧，从而形成一个闭环。由于强大的电流通过了两个导轨和中间的电枢，于是便产生了一个很强大的电磁推力，这个推力可以推动中间的电枢对其前面的弹丸加速并发射出去。

简单地说，我们大致可以把两根导轨看作是弹弓的弓架，中间的电枢看作是弹弓的皮兜，而电磁场则可看作是弹弓上的皮筋，由电磁场产生的电磁推力则可看作是弹弓上皮筋的伸缩力。

电磁炮的优势

先进的电磁炮虽然很神秘，也很科幻，但是它的威力却不容小觑。与常规火炮相比，电磁炮的优点是对于弹丸的作用时间长，因此炮口动能大。美军实验中的电磁炮炮口动能达到33兆焦，而美国的127毫米口径火炮的炮口动能仅10兆焦。

1兆焦大致相当于一吨重的汽车以每小时160千米的速度行驶所具有的动能。而美军电磁炮的威力就相当于一辆33吨重的卡车，以每小时160千米的速度撞击目标。我们不难想象其打击效果是何等惊人。

另外，从一段美国海军研制的电磁炮测试视频画面来看，其射出的炮弹不但可以轻易击穿水泥板、汽车，甚至还能一次击穿八块钢板。

而电磁炮另外一个引人瞩目的地方就是它的射速。据美军最新公布的实验室数据显示，其射速高达7倍音速，折算下来，其炮口初速度在每秒3000米以上。

我们知道，子弹的飞行速度在每秒700～800米，一般炮弹的飞行速度通常也不过每秒800～900米，即便是坦克发射的穿甲弹炮口初速度也只有每秒1500米。

实际上，炮弹在7倍音速的情况下，钢铁就如同豆腐。即便是炮弹里不装炸药，仅依靠动能就有破坏100千米以外三道混凝土墙或8厘米厚钢板的能力。

如果说炮口动能和射速是电磁炮威力惊人的两个重要表现，那么它的射程就能够让其称之为“革命性武器”了。比如说美国的127毫米口径火炮射程可以超过22～23千米，而电磁轨道炮由于初速度高，其射程可达180～ 200千米。

巡航导弹的射程虽然超过了300千米，但是其不但造价昂贵，一枚“战斧”导弹高达140万美元以上，并且一艘战舰的携带量也不会超过70枚。同时还无法在海上完成装卸，补充弹药时必须返回港口，这样使得它的作战效率大大降低。而电磁炮每发射一次的成本，大约在2.5万美元。

同时，电磁炮由于射速高，所以稳定性比较好，弹丸的飞行时间也比较短，受外界条件的影响比较小，因此通常来说它的命中精度也比较高。而在战争中，命中精度提高1倍，其破坏威力则要提高4倍以上。

所以，电磁炮以射程远、精度高、成本低，运输及补充便利等多项优势而被各国军方寄予了厚望。

电磁炮的应用

由于电磁炮较常规武器享有很大的优势，因此世界各国都在不遗余力地推进电磁炮的研发和试验。目前来看，电磁炮作为发展中的高技术武器，其未来在军事方面的用途应该说十分广泛。

从海军来说，电磁炮最直接的用途就是利用自身优势取代传统舰炮。从2019年开始，我国海军的“海洋山”号电磁炮舰频频出海测试。据报道，“海洋山”号上的电磁炮以每秒2500米左右的炮口初速度，打击了约200千米以外的目标。

从陆军来说，电磁炮是一款非常实用的反坦克利器。因为电磁炮的炮口初速度和飞行速度极高，所以它的穿甲能力也非常强。美军披露的数据显示，其使用电磁炮发射质量为50克，速度为每秒3000米的弹丸，就可穿透25毫米厚度的坦克装甲。

而对于空天部队来说，电磁炮不但可以代替高射武器和防空导弹，执行防空任务，还可以用于摧毁在临近空间飞行的低轨道卫星，也可以用来拦截敌方发射的各种导弹。

传统火炮属于化学能武器，而电磁炮则属于动能武器。化学能武器目前基本达到了能量的极限，已经不会再有飞跃式的提升。各种常规火炮为了提升炮弹动能，就只能是加大口径和增加弹药量。因此以电磁动能代替化学能的电磁炮，才被认为是颠覆未来战争的新式武器。

不过，由于受到各种技术的限制，比如说，电磁炮在发射时其电磁能的释放特征太过明显，几乎就相当于把自己的位置坐标暴露于大庭广众之下。因此，电磁炮要成为一款成熟的武器可能还有很长一段路要走。

（编辑文墨）