【防务观察】“威力巨大之电磁轨道炮”为何终成南柯一梦 | 附电磁炮文章集锦
来源：观察者网，作者：席亚洲
据美国媒体报道，本周虽然雷西昂（雷神）公司新提交了一套海军电磁轨道炮的电力模块系统，但海军似乎已经对这个项目失去信心。这个曾经号称威力巨大、可以改变游戏规则的“超级武器”看来要被打入冷宫了。电磁轨道炮到底是什么东西？美国海军的电磁炮项目为何最后改弦更张？中国有没有可能“弯道超车”，在这方面走到美国前头去？本文我们来探讨一番。
此外，美国本周宣布要在地中海和南海同时展示双航母编队。稍后，日本又炒作“中俄联合舰队”进入钓鱼岛周边海域。然而，关于进入钓鱼岛海域的俄海军……有一段故事你不能不了解。
美海军“威力巨大之电磁轨道炮”终成南柯一梦
最近，美国媒体称，美国海军决定放弃2000年以来开始的用舰载电磁轨道炮攻击岸上（和海上）目标项目。
上世纪50年代人类发明核能以后，运用电磁力取代火药发射弹丸的武器就成了科幻作品中相当普及的幻想。原因很简单，核能用来发电，几乎就是“无穷无尽”，用电力发射弹丸就可以摆脱发射药的限制，仅此一条，就足以让世界各国军人对这种武器产生兴趣。
电磁炮的设想早在上世纪50年代就已经非常流行
1918年最早的电磁轨道炮设想图
阿诺德·施瓦辛格在90年代科幻电影《蒸发密令》中手持两把电磁轨道步枪
用化学发射药来发射弹丸，是通过爆炸产生的气体膨胀将弹丸送出炮口。气体膨胀速度有极限，因此化学能火炮的初速也就有了理论极限，即使再加长炮管，增加发射药，最终也很难让炮弹速度继续大幅度提高。但电磁炮，没有这个限制。
首先进入工程实用阶段研究的是电磁线圈炮。顾名思义，就是利用炮管周围的线圈对弹丸进行加速，每个线圈产生一定的加速度，积累起来就可以产生相当惊人的炮口初速了。
有资料提到，1978年苏联科学家成功用线圈在不到1厘米的距离内将一个2克重的金属环加速到5000米/秒。美国90年代在电磁线圈炮方面投入巨大的成本，尤其是美国海军计划用一种小型的线圈炮取代“密集阵”机关炮，用于拦截反舰导弹。
线圈炮原理示意图，这种结构和原理都比较简单的装置问题在于能量转换率太低，除非它的线圈能实现超导
美国海军最初计划用线圈炮来反导，最后造出来的却是这样一个巨大的装置，炮口动能仅1.7千焦
但发展到后来，线圈炮原理的电磁炮研制遇到障碍：能量效率低，体积庞大，要将弹丸加速到超高速需要很长的“炮管”……不过，电磁线圈炮的原理在另一个地方得到实用，这就是美国杰拉德·福特号航母上的电磁弹射器，中国正在研制的电磁弹射器也是采用线圈加速原理。
最后电磁线圈炮的研究成果被运用到航母电磁弹射器上，也算是修成正果了
线圈炮之外，还有一种电磁炮原理，就是电磁轨道炮。其原理比线圈炮更加“直接”：两根导 轨是两个电极，弹丸则是可滑动的电刷，当两个电极间通电时，根据右手定则，就会产生推动炮弹向前滑动的电磁力。如果要让炮弹产生巨大的加速度，可以用强大 的电磁脉冲，让能量在极短时间内集中释放出来。理论上来说，电磁轨道炮在较短长度内能够将弹丸加速到很高的速度，体积尺寸比线圈炮更小，能量效率更高。
早在1918年，电磁轨道炮的原理就已经被提出。1944年，纳粹德国设计了第一门计划用于实战的电磁轨道炮，它是被当做高射炮设计，要求初速达到2000米/秒，能够安装在128毫米高射炮的炮架上使用。当然，这门炮从未脱离图纸阶段。
电磁轨道炮还有一个导轨寿命问题。因为它的炮弹必须和作为电极的导轨直接接触，如果要将炮弹加速到极高的速度，不可避免会导致轨道严重烧蚀。当然，经过战后这么多年的研究，现代人类在材料技术、能源技术等各方面取得长足的进步。尤其是科技上总体领先的美国，在上世纪90年代的线圈炮研究项目最终以奇特的方式进入实用后，开始打起了电磁轨道炮实用化的主意。
电磁轨道炮原理图，因为弹丸和导轨直接接触，轨道炮会遇到严重的导轨烧蚀问题
2010年，炮口动能32兆焦的90毫米电磁炮发射试验
BAE系统公司的全尺寸（32兆焦）电磁炮原型机，其后方为诺斯罗普公司的电源模块
本周美国雷西昂公司提交的新型电源模块，尺寸比原来大有缩小，能量效率据称已经超过30%以上
2000年，美国国防部评估认为现代技术条件下有制造实用化电磁轨道炮的可能性——由此，美国几家主要军工企业在美国海军委托下开始研制轨道炮。
该项目的目标是制造一种射程高达400多公里的武器，用于执行对岸火力支援任务。按照当时的目标，用电磁轨道炮发射的炮弹命中目标时仍有17兆焦的动能，因此虽然弹丸仅有20公斤重且不带装药，但只要能直接命中，也可以对目标造成可观的伤害。相比之下，美军在“朱姆沃尔特”级驱逐舰的155毫米主炮上使用的火箭增程制导炮弹重量高达175千克，命中目标时动能仅13.7兆焦，而且每艘“朱姆沃尔特”上仅能携带数十发炮弹，射速也十分缓慢。
美国海军甚至做过理论计算：如果这门电磁轨道炮的射速可以达到6-12发每分钟，对320公里距离上的目标实施攻击，那么与一个F/A-18舰载机航空联队飞机比较，在战斗最初的8小时内，电磁轨道炮投放的弹药数量是战斗机投放的2倍，撞击总动能是后者的三倍，打击目标的数量是后者的10倍。当然，今天看来，这已经成笑话了。
电磁炮项目引众多美国公司竞折腰，通用原子能公司提交的“闪电”小型电磁炮样机，但这个样机炮口动能仅2兆焦
与现役的155毫米火箭增程制导炮弹相比，电磁炮的弹丸确实小得多
电磁炮项目可能“药丸”，但为它研制的炮弹却进展顺利，155毫米口径和127毫米口径使用普通火炮发射的型号初速达到1500米/秒以上，其中制导系统能承受3万G的过载，这也是相当先进的，虽然作为一种炮兵武器，其威力实在是有点小……
2000年电磁轨道炮项目开始时，美国海军提出的计划雄心勃勃，要求2005年研制出炮口动能8兆焦的缩比样机，重点解决轨道烧蚀问题，同时开展一体化弹丸的设计工作；随后在2005-2011年间研制炮口动能32兆焦的原理样机，在此原理样机上，除弹丸重量比型号样机轻一般外，其余指标要达到型号样机的指标，包括初速要大于2500米/秒，身管寿命100发；2011年后，开展炮口动能为64兆焦的电磁轨道炮型号样机研制工作，最终要在2020-2025年装备电磁轨道炮。
2010年，BAE公司研制的轨道炮样机进行弹丸动能33兆焦的试验，也就是大家经常看到的那张拖着长长尾焰飞出的弹丸照片。
但从那之后，电磁炮研制工作进展寥寥，至今没能进行64兆焦的相关实验。
到现在，也就是2016年，美国海军电磁炮项目仍然停留在32兆焦炮口动能阶段。
据2011年的美国《海军内情》网站报道，当时负责研制工作的美国海军少将Nevin Carr在国会听证会上曾说过，“成本-效率曲线在32MJ处会出现一个拐点。由于在这个拐点之后，加速度会导致这种炮弹的研制很困难（美国目前研制的最先进的抗过载电子设备能抵御3万G的加速度，但再高就不行了，没有电子设备就没有制导，就没有电磁炮之前想定中的种种优势），出于种种理由考虑，轨道炮研究的重点应集中在20-32MJ的范围”。也就是说，炮口初速为7马赫，射程90-180公里，这已经根本无法和当初计划中64兆焦动能，射程360公里相提并论了（480公里就更别提了）。
这样的电磁炮与“朱姆沃尔特”的155毫米舰炮相比已经没有什么优势了，后者射程也是180公里。
与炮弹重量按吨算的战列舰主炮相比，仅10-20公斤重的新型脱壳弹就算能制导，其作战效果也很可疑
网传中国电磁线圈炮原理样机（2005年以前）传闻中国电磁炮将首先运用在舰载CIWS武器上，拦截来袭的反舰导弹，这个目标的技术难度相对较小
换句话说，美国海军电磁轨道炮的命运早在2011年第二阶段样炮研制成功并进行测试之后，就已经注定了。
更何况还有2012年开始美国大幅度削减军费的影响。
根据最新报道，美国海军开始为电磁炮项目准备善后。据悉，电磁炮的研制方向将从进攻转为防御，研究用32兆焦炮口动能的电磁炮进行反导的可能。这种电磁炮所发射的重10千克的炮弹将可能打到100公里的高度，且射速较快。
对比一下中国当年研制的反导大炮——“先锋”大炮的计划数据，140毫米口径方案的弹头重量为18千克，初速1600米/秒，射高74公里，射程130公里。
现在的32兆焦电磁轨道炮弹重23磅（10.45千克），换算下来，初速超过2500米/秒，射高约100公里，射程约180公里。
再考虑到电磁轨道炮的射速要大大超过当初计划中的先锋大炮，同时使用惯性制导，立靶密集度也会更高。那么它理论上完全可以拦截中程弹道导弹——当初先锋大炮曾计划进行拦截东风-3的试验。
这对于美国海军来说倒是一种非常有用的东西，尤其是在面对飞向舰队的中程弹道导弹时——朱姆沃尔特未来成为主力舰的机会就在这儿了，采用综合全电传动的朱姆沃尔特是美国海军可预见的未来唯一具备部署电磁炮可能性的舰艇，其他舰供电系统无法满足电磁炮系统80MW的供电需求。
卫星照片显示中国某地的电磁弹射器样机
另一方面，对陆攻击的任务就继续交给现有的舰炮，让它们发射为电磁炮研制的弹丸（ILP）。
据报道，美军为电磁炮研制弹丸时就准备好了“两步走”计划，即首先将这种弹丸用于常规火炮。
这种弹丸并不稀奇，在常规火炮上发射时，它就是一种脱壳弹，类似于坦克炮的尾翼稳定脱壳穿甲弹。据报道，使用127毫米舰炮发射时，ILP的初速达到1500米/秒以上，理论射程可能达到80公里左右。此外美军还计划让“朱姆沃尔特”的155毫米舰炮发射这种弹药，射程也是80公里左右；美国陆军的155毫米M198榴弹炮也能使用这种弹药，由于M198榴弹炮的身管较短，射程就只有40公里左右，不过这也比它发射普通炮弹时仅有22.4公里的射程要远不少。
与现役的制导炮弹相比，ILP的性能并不占优势，尤其是它的威力很小，由于命中目标的速度不高，并不足以直接通过动能杀伤目标；同时炮弹又轻只有10-20公斤，装药自然不多，威力比数十公斤重的127毫米、155毫米普通炮弹小得多。
美国32MJ电磁炮的部分性能与当年中国研制的640工程“先锋大炮”相似，或许美国人也会打算拿它去拦截中程弹道导弹
这么形容吧，这其实就等于用127毫米、155毫米舰炮发射射程80公里的85-100毫米炮弹——威力换射程罢了。至于什么比舰载机高几倍的攻击力？别做梦了。
美国海军计划未来在常规火炮发射ILP和电磁轨道炮反导项目的研制中再投入8亿美元，这“屁股”擦得可不容易。
不过，就好像90年代的电磁线圈炮研究项目发展到最后变成了福特号的电磁弹射器一样，如果电磁轨道炮反导和ILP脱壳增程弹药的研究能成功，那至少美国海军前面这5亿美元算是没全部浪费。不过，这也就是试图在技术上领跑世界的必然代价了，“试错”总是有代价的。
（原文链接：http://www.guancha.cn/XiYaZhou/2016_06_12_363628_4.sht）
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来源：学习时报，作者：宫春科
美国海军采办中心助理部长在提交参议院军事委员会的证词中给出了首艘级航母“福特”号服役的时间表。据该时间表，其“福特”号航母(CVN 78)计划于2016年9月交付。该航空母舰排水量达10万吨，长335.28米，耗资129亿美元，是美国迄今为止建造的最昂贵战舰。该型航母和其前辈最明显的不同就是，它将用电磁弹射系统取代传统的蒸汽弹射系统。其实，这个消息并不只是意味着弹射方式的新变化，还暗含着打击功能的新拓展，那就是和电磁弹射具备同一原理甚至可以使用同一装置设备的电磁轨道炮诞生之必然。此炮非彼炮，但实用性电磁炮的运用却意味着在海战中日益被导弹边缘化的舰炮的地位将发生根本变化，这将是海战史上又一次跨时代的革命，将影响推动战争形态的升级换代。
新型电磁弹射核动力航母是电磁炮实战部署的最佳平台
目前，电磁炮还存在耗电量大、炮管使用寿命短、轨道部件易受损坏、体积大、伪装、隐蔽困难等不足，机动不便等缺点，正因为如此，体积大、载重量大、机动性强、动力充足的新型舰船将成为其一展身手的首选。
由此，电磁炮上舰的工作，一直由美国海军紧锣密鼓的部署测试。美国海军海上系统司令部发言人马特·莱昂纳德则称，在2016年对电磁炮进行海上演示的计划还未取消。这其实并非什么秘密。最早计划装备电磁炮的当然是美国海军最新型驱逐舰“朱姆沃尔特”级驱逐舰(DDG 1000)。该型隐形战舰设计可提供78兆瓦的综合电力系统，具有给推进系统、传感器和武器系统供电的能力。长期以来，DDG 1000被视为电磁炮、激光武器等新型高能耗武器的理想平台。2015年12月，该型舰开始海试，其前甲板上有2门155毫米舰炮，第二个炮台位置未来可能安装电磁导轨炮。有消息人士称，美国海军正在考虑在第三艘“朱姆沃尔特”级驱逐舰“林登·约翰逊”号(DDG 1002)的2号主炮位置安装电磁炮，并以此作为电磁炮首次海上测试的优先选项。目前DDG 1002驱逐舰正在巴斯钢铁公司造船厂进行建造，该舰将在炮台位置安装2门155毫米口径先进舰炮系统。
虽然目前没有关于在福特号航母上安装实用性电磁炮最新消息，但可以肯定的是，福特级航母加装电磁炮不仅仅是因为体积更大，全电核动力电力更充足持续稳定，更值得关注的是，福特级航母将加装电磁弹射系统取代蒸汽弹射系统，这无疑给电磁炮进入福特级航母提供了更好的条件。因为电磁弹射与电磁轨道炮动力原理是完全相同的，从本质上讲，只是弹射的物体不同罢了，前者弹射的是飞机，而后者弹射的则是特种弹丸，电磁弹射系统的发展，完全可以实现一个系统两种作用，这是不需要加装电磁弹射的其他舰船所无法取代的优势。因此可以推测，伴随着电磁弹射系统在福特号航母上的广泛运用，电磁轨道炮很有可能率先在该型航母上形成战斗力，让新型福特航母在拥有先进战机这项击敌利器的同时，又多了一个更厉害的进攻型武器。
电磁炮将取代传统火炮成为新的战争之神
电磁炮较之于传统火炮，如同近现代的坦克和古代的马拉战车，虽然形似，但作战机理和功能作用却发成了质的变化。传统火炮要借助火药来发射弹丸，其所用固体发射药或液体发射药都是以燃烧气体膨胀做功形式赋予弹丸初速度的，因此，增加发射药量一直是提高弹丸初速的主要途径。但火炮药室尺寸的增大及炮管的长度均要受到限制，所以传统火炮的最大初速难以超越特定的物理限度，因此，传统火炮想进一步提高性能便遇到难以逾越的障碍。电磁炮是利用电磁力，即洛仑磁力推进弹丸或其他投体，用强大的脉冲电流使金属等离子化，在炮身引起超高药理而把弹丸发射出去。
和普通火炮相比，电磁炮具有多项优点：首先，它完全摆脱了传统火炮最大初速无法超越特定物理限度的“瓶颈”束缚，此外，它还具备射速快、动能大、射程远、距离可调，弹体运行可制导、精度高、成本低廉等特点，摆脱了对火药的依赖让电磁炮射击时无炮口焰、雾、炮声小，不用担心炸膛或弹仓被击中引爆等后顾之忧，隐蔽性好，安全性更高，是能够有力杀敌并有效防护的新兴利器。电磁炮可以安装到陆基、海基、空(天)基等各种作战平台，对各种类型的导弹、地面装甲目标、海上舰船、空中飞行器乃至大气层外的卫星空间站也能构成强有力打击反制能力，并可作为己方飞行器的发射装置，适应性比传统火炮更强，应用领域比普通火炮更加广泛。中国、美国、日本等多国科学家经过一个多世纪的研究和实验，电磁炮技术已经取得长足地发展进步，先后发展成线圈炮、轨道炮、重接炮等多个炮种。美国海军成功试射超电磁，其炮弹速度达到5倍音速，射程远达110海里(204公里)，产生电能达330万焦耳，创下新的世界纪录。
电磁舰炮实战运用将实现战争形态又一个螺旋回转
相对于传统火炮，电磁炮还是成长中的新事物，现存的各种短板和缺陷只是成长中的烦恼，根本无法阻止它从开始取代传统舰炮到完全取代传统火炮而走向未来战场，成为新的战争之神的步伐。历史总是似曾相识但本质突变的螺旋式上升的。早在战国时代被赵武灵王用胡服骑射建立骑兵淘汰的战车在一战二战中以加装火炮装甲机枪和履带的坦克样式实现螺旋上升式回归。同样，曾经舰炮称王的大舰巨炮时代在飞机、航母和反舰导弹的兴起中退出中心地位，但依旧是军舰区分于民用船只的基本标志，发挥着其他舰载武器不能替代的辅助作用。实用型电磁炮将取代火炮成为未来新型军舰舰炮，将对舰船、飞机导弹甚至是卫星构成巨大威胁，从而唤醒复活战列舰，让海域空天重回大舰巨炮的时代，有着划时代的意义。
在这个看似回归，实乃质变的螺旋上升过程中，我们一定要用全面发展辩证的观念去看待这一新生事物暂时的短板缺陷和发展趋势，要以满清萨尔浒战役成功后的保守自骄为诫。满清在入关以前的萨尔浒战役中，利用弓箭采取大仰角发射的办法，战胜了射程不足的明军火器部队——神机营，侥幸地赢得了胜利，并以此为转折点最终入主中原。自始至终不重视火枪火炮发展的八旗兵和绿营部队最终在洋枪洋炮中惨败而亡。对待电磁炮等新概念武器，从观念到行动上都要能够以史为鉴，汲取清朝政府的教训，既要有鉴别发现创造新事物的能力，又要有宽容辩证看待全面看待新事物成长阶段不足的耐心，更要能够博采众长、敢于尝试、舍得投入，不惧挫折的实际行动和承受力。在具有中国特色的新军事变革中承接传统、顺势而为、大胆跨越、勇于创新，以科技装备技术的创新发展、跨越式发展为牵引，带动作战思想、指挥理念、战略战术的转变，推进体制编制的优化组合，进一步提高捍卫主权和领土完整的能力。
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