李大光

電磁軌道炮是未來武器，其速度快、射程遠、抗電磁干擾能力強、戰(zhàn)場生存能力高，已成為未來作戰(zhàn)實施遠距離精確打擊的革命性作戰(zhàn)系統(tǒng)，將迅速開啟未來戰(zhàn)爭的“秒殺新時代”。今年5月10日，美國通用原子電磁系統(tǒng)分公司宣布，其研發(fā)的加裝了增強型制導(dǎo)組件的高超聲速炮彈成功通過測試，發(fā)射平臺為3MJ“閃電”電磁炮樣炮，炮口動能10MJ,試射過程中炮彈加速度超過30000g，創(chuàng)造新紀錄。

電磁軌道炮的發(fā)展與原理

軌道炮，或譯做磁軌炮、導(dǎo)軌炮，是電磁炮的一種。電磁炮是利用電磁力產(chǎn)生動能推進彈丸的一種先進的動能殺傷武器。與傳統(tǒng)的大炮將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同，電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場的作用力，其作用的時間要長得多，可大大提高彈丸的速度和射程。

軌道炮是由法國人維勒魯伯于1920年發(fā)明的。二戰(zhàn)中，德國和日本都進行了深入研究。因材料和電力等關(guān)鍵問題無法從根本上解決, 二戰(zhàn)后研究中斷。從20世紀70年代起，電磁炮的研制得以東山再起。德國、澳大利亞和美國先后進行了研究。1992年，美國已把一門口徑90毫米、炮口動能9兆焦的電磁炮推到靶場進行試驗。

電磁炮主要由電源、高速開關(guān)、加速裝置和炮彈四部分組成。其主體結(jié)構(gòu)由兩根長約6米相當于炮管長度的固定平行導(dǎo)軌和一個沿導(dǎo)軌軸線方向滑動的電樞組成，彈丸夾在兩條導(dǎo)軌之間。兩軌接入電源，電流經(jīng)一導(dǎo)軌流向彈丸再流向另一導(dǎo)軌產(chǎn)生強磁場，磁場與電流相互作用，產(chǎn)生強大的洛倫茲力推動彈丸沿導(dǎo)軌方向高速發(fā)射出去。根據(jù)結(jié)構(gòu)原理的不同，可分為三種類型：

一是軌道炮線圈炮。由加速線圈和彈丸線圈構(gòu)成。根據(jù)通電線圈之間磁場的相互作用原理工作。加速線圈固定在炮管中，當它通入交變電流時，產(chǎn)生的交變磁場就會在彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用，產(chǎn)生安培力，使彈丸加速運動并發(fā)射出去。

二是軌道炮。利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發(fā)射出去。它由兩條平行的長直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸。當兩軌接入電源時，強大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強磁場，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會以很大速度射出。

三是軌道炮重接炮。這是一種多級加速的無接觸電磁發(fā)射裝置，沒有炮管，但要求彈丸在進入重接炮之前應(yīng)有一定的初速度。其結(jié)構(gòu)和工作原理是利用兩個矩形線圈上下分置，之間有間隙。長方形的“炮彈”在兩個矩形線圈產(chǎn)生的磁場中受到強磁場力的作用，穿過間隙加速前進。這是電磁炮的最新發(fā)展形式。

電磁導(dǎo)軌炮發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀80年代初以來，電磁炮在未來武器的發(fā)展計劃中已成為越來越重要的部分。世界各主要發(fā)達國家對此投巨資進行研究，使其成為當前最具發(fā)展前景的新概念武器之一。

美國將磁軌炮視為未來一代核心的軍事創(chuàng)新性技術(shù)，在20世紀80年代列入“星球大戰(zhàn)”計劃。隨著美海軍啟動DDG-1000的研究深入，美海軍計劃把電磁炮安裝到該平臺上，并于2003年授予英國的BAE系統(tǒng)公司武器系統(tǒng)分部一份合同，進行為期6個月的將軌道炮合成到新型驅(qū)逐艦上的研究。2007年1月，美國海軍舉行新型電磁裝置交付儀式，將把這種電磁軌道炮作為轉(zhuǎn)型武器，通過發(fā)射投放高速彈丸對遠距離目標實施精確打擊來變革海上攻擊行動。

2012年2月，美國軍方宣布，美海軍成功試射第一部由軍工企業(yè)制造的電磁軌道炮原型，將開發(fā)這種具有超遠射程新型武器的工作推進了一步。這次試射的主要目的是評估原型炮的炮管壽命和整體結(jié)構(gòu)，將讓海軍距離未來的戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)更近一步。如果開發(fā)成熟，電磁炮將能大大加強海軍的多任務(wù)能力。

2014年，美海軍已完成電磁軌道炮的地面測試，并選定BAE系統(tǒng)公司的電磁軌道炮進行重點開發(fā)，加緊推動上艦部署的步伐。尤其是隨著在艦載電磁軌道炮研制上的不斷突破，美軍試圖通過高速彈丸對遠距離目標進行精確打擊。7月11日，美海軍已將兩套電磁軌道炮原型機安裝到“米利諾基特”號聯(lián)合高速船上。

2015年2月，美海軍首次公開展出一種新式電磁導(dǎo)軌炮，時速可達到5400英里，相當于7倍音速，射程達到160公里，重量約10公斤。這意味著一艘軍艦?zāi)軌驍y帶更多的常規(guī)彈藥，而且每發(fā)彈藥的費用也會下降。美國通用原子電磁系統(tǒng)公司對外披露其正在研制“多任務(wù)中程導(dǎo)軌炮武器系統(tǒng)”，可安裝在“自由”級瀕海戰(zhàn)斗艦上，炮塔與BAE系統(tǒng)公司的57毫米艦炮系統(tǒng)類似。

在2016年5月的試驗中，美軍利用10米的電導(dǎo)體軌道加速發(fā)射彈丸，時速高達724千米，有效射程達200千米，可瞬間穿透7塊普通鋼板，并能發(fā)射高超速制導(dǎo)炮彈，執(zhí)行多種任務(wù)，包括攔截反艦的巡航導(dǎo)彈、彈道導(dǎo)彈，以及無人機、飛機等空中目標，對付敵方水面艦艇。

2017年5月10日，通用原子電磁系統(tǒng)分公司研發(fā)的“閃電”樣炮，加裝了增強型制導(dǎo)組件的高超聲速炮彈,試射過程中炮彈加速度超過30000g。此次測試增強型制導(dǎo)組件采用了新的電池，高功率密度電源的儲能密度達到每個電源箱模塊的含能量高于415千焦,是同類產(chǎn)品的2倍,減少了從電磁武器系統(tǒng)上發(fā)射炮彈或?qū)椝璧拿}沖電源箱數(shù)量，為未來海軍和陸軍電磁導(dǎo)軌炮的應(yīng)用提供了更大的靈活性。預(yù)計美國海軍最早將于2020年實現(xiàn)電磁軌道炮的實戰(zhàn)部署。

繼美國之后，俄、英、德、法、日等國相繼開展電磁導(dǎo)軌炮研制工作，但其研究水平與作戰(zhàn)理念設(shè)計均落后于美國。

軍事用途的優(yōu)勢與前景

電磁導(dǎo)軌炮具有獨特優(yōu)勢

電磁軌道炮被認為是自“冷”兵器發(fā)展到“熱”兵器之后的又一次武器革命。與傳統(tǒng)火炮相比，電磁導(dǎo)軌炮具有諸多獨特的優(yōu)勢。

一是彈丸速度快，精度高，射程遠，作戰(zhàn)威力大。彈丸約能在6分鐘內(nèi)飛行200海里，初始速度達到2500米/秒，比普通槍彈的速度快2至3倍。由于電磁炮的發(fā)射過程全部由計算機控制，彈頭又裝有激光制導(dǎo)或其他制導(dǎo)裝置，所以具有很高的射擊精度。帶有巨大動能的彈丸通過直接撞擊目標將其摧毀，作戰(zhàn)威力極大。極高的飛行速度可以減少炮彈的飛行時間，使炮彈不易受到干擾。

二是炮彈體積小，重量輕，射程遠，突防能力強。電磁炮沒有圓形炮管，彈丸體積小，重量輕，飛行時的空氣阻力很小，因而發(fā)射穩(wěn)定性好，初速度高，射程遠。電磁炮彈幾乎不使用推進劑，減少了裝藥量，體積只是傳統(tǒng)120毫米火炮炮彈的八分之一，重量是其十分之一。電磁炮利用電磁力作為發(fā)射能量，不攜帶推進劑，發(fā)射時不會產(chǎn)生強大的沖擊波和煙霧，具有良好的隱蔽性。

三是反應(yīng)靈敏高效。由于電信號響應(yīng)速度接近光速，電磁導(dǎo)軌炮的電控制與發(fā)射技術(shù)的響應(yīng)時間極短，可在極短時間內(nèi)完成彈丸裝填、捕捉目標、準確跟蹤目標、打擊周期。在理論和實踐中，電能比化學(xué)能更容易控制，因此電磁導(dǎo)軌炮可根據(jù)目標的性質(zhì)和距離，通過調(diào)節(jié)和選擇適當?shù)哪芰縼碚{(diào)整彈丸的射程，達到自由變換射程而不用改變射角的目的。

四是保障更加安全、可靠和方便，作戰(zhàn)耗費小。普通艦炮的射程只有20千米，而且準確度很差，巡航導(dǎo)彈的有效射程雖然超過了300千米，但造價昂貴，而且一艘艦艇最多只能攜帶70枚，由于無法在海上裝卸，補充時還必須返回港口。電磁軌道炮則具有射程遠、成本低、運輸及補充便利等優(yōu)勢，運輸和后勤保障更加安全、可靠和方便。

五是沒有存儲炸藥需求，生存能力強，海戰(zhàn)效力高。由于電磁炮彈沒有爆炸材料，炮彈幾乎不裝填炸藥，消除了生產(chǎn)、運輸、處理和存儲炸藥的需求，可減少炮彈在制造、運輸、儲存方面的安全隱患。超遠的射程、極短的飛行時間和高殺傷性都極大地提升了海軍未來遠程作戰(zhàn)的攻擊力。美海軍的電磁軌道炮已達到了超過7馬赫的速度發(fā)射彈丸，彈丸首先迅速進入外大氣層空間，進行無阻力飛行，隨后再次進入大氣層以5馬赫以上的速度打擊目標。

電磁導(dǎo)軌炮的軍事應(yīng)用前景可觀

火炮武器的發(fā)射能源主要分為三類：機械能、化學(xué)能和電能。能源的每次發(fā)展變化，都推動著火炮技術(shù)發(fā)生質(zhì)的飛躍，火炮技術(shù)的每次飛躍，都會在軍事科技領(lǐng)域掀起深刻的變革。新型電磁導(dǎo)軌武器與C4ISR系統(tǒng)相結(jié)合，在信息網(wǎng)絡(luò)的倍增器效果下，必將極大提高作戰(zhàn)效能乃至改變作戰(zhàn)樣式。

一是遂行天基反導(dǎo)作戰(zhàn)。電磁導(dǎo)軌炮由于初速極高，可用于摧毀低軌衛(wèi)星和導(dǎo)彈。在美國“星球大戰(zhàn)”計劃中，電磁軌道炮成為一項主要研究任務(wù)。美國國防部和空軍正在聯(lián)合主持一項名為“電磁導(dǎo)軌系統(tǒng)”天基動能武器研究計劃。實驗中，由安裝在模擬空間環(huán)境的真空室里的電磁導(dǎo)軌炮發(fā)射的小型彈頭速度已達80km/s，其中的第一代電磁炮能將1000～2000克重的炮彈，以每秒5～25km的速度射向2000公里外的目標，可用于攔截敵方飛行中的洲際彈道導(dǎo)彈和摧毀中低軌衛(wèi)星及航天器目標。還可為天地貨物運輸提供一個廉價、可重復(fù)利用的發(fā)射平臺。

二是用于防空系統(tǒng)參與末端聯(lián)合截擊。在戰(zhàn)術(shù)防御體系中,電磁導(dǎo)軌炮所發(fā)射的彈丸初速高,飛行時間短,可實施多管連續(xù)射擊，火力強、攔截面積大，對目標的毀傷性能高,可對敵臨空的飛機實施打擊，限制其空中兵力機動作戰(zhàn)，還可有效對抗敵高速飛行的常規(guī)炮彈和巡航導(dǎo)彈等空中來襲兵器，提高指揮所等重要目標戰(zhàn)場生存能力。美國正研制長7.5米、發(fā)射速度為500發(fā)/分、射程達幾十千米的電磁炮，準備替代艦上的“火神——方陣防空系統(tǒng)”，用它不僅能打擊臨空的各種飛機，還能在遠距離攔截空對艦導(dǎo)彈。

三是實施超視距快速打擊。按照美海軍的電磁導(dǎo)軌炮遠景規(guī)劃，到2030年，美海軍電磁導(dǎo)軌炮的火力打擊范圍將從近期設(shè)定的360千米進一步拓展至640千米。與常規(guī)動能武器相比,電磁導(dǎo)軌炮具有射程遠、反應(yīng)時間短等優(yōu)點,在登陸作戰(zhàn)中可為登陸部隊提供更遠、更強的火力支援。在地面進攻作戰(zhàn)中，可在戰(zhàn)役大后方實施火力準備，進攻中還可為地面部隊實施靈活快速的火力支援，或在戰(zhàn)術(shù)防御體系縱深對敵實施超視距打擊，形成火力遮斷，限制敵方機動作戰(zhàn)。隨著電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展，在普通火炮的炮口加裝電磁加速系統(tǒng)，可大大提高火炮的射程．美國利用這一技術(shù)，已將火炮射程加大到150km。

四是開啟新的艦炮作戰(zhàn)模式。電磁導(dǎo)軌炮能夠有效遂行海上反艦任務(wù)，超遠射程電磁導(dǎo)軌炮還可有效替代部分艦載短程導(dǎo)彈任務(wù)。電磁導(dǎo)軌炮采用電磁能發(fā)射機理，一旦規(guī)模列裝部隊并形成戰(zhàn)斗力，在衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)和戰(zhàn)場情報偵察監(jiān)視系統(tǒng)支撐下，必將開啟新的艦炮作戰(zhàn)模式，引發(fā)一場新的軍事技術(shù)革命。

五是協(xié)同開展反裝甲作戰(zhàn)。電磁炮具有很強的穿透能力，是非常優(yōu)良的反裝甲武器。美國的打靶試驗證明，電磁炮是對付坦克裝甲的有效手段，發(fā)射質(zhì)量為50克、速度為3km/s的炮彈，可穿透25.4mm厚的裝甲。電磁導(dǎo)軌武器因其極高的速度所蘊藏的巨大動能，使其具有較強的穿甲能力，可在一定距離上擊穿厚重的裝甲，是未來戰(zhàn)爭中一款理想的反裝甲武器。由于電磁炮初速度極高，還可以攔截由裝甲車發(fā)射的導(dǎo)彈。