威力巨大之电磁轨道炮为何终成南柯一梦

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NevinCarr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。