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电磁炮[现代军用武器]

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的洛伦兹力来对金属炮弹进行加速,使其达到打击目标所需的动能,与传统的火药推动的大炮,电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。

组成结构

电磁炮利用电磁力(洛仑兹力)沿导轨发射炮弹的武器。它主要由能源、加速器、开关三部分组成。能源通常采用可蓄存10~100兆焦耳能量的装置。当前实验用的能源有蓄电池组、磁通压缩装置、单极发电机,其中单极发电机是最有前途的能源。  

加速器是把电磁能量转换成炮弹动能,使炮弹达到高速的装置。主要有:使用低压直流单极发电机供电的轨道炮加速器和离散或连续线圈结构的同轴同步加速器两大类。开关是接通能源和加速器的装置,能在几毫秒之内把兆安级电流引进加速器中,其中的一种是由两根铜轨和一个可在其中滑动的滑块组成。  

发展沿革

美国海军研究部主任克隆德海军少将在一项军方科技圆桌会议上透露,“这已是真实的,不是科幻小说,你可以亲眼看它发射。” 克隆德将在华盛顿附近举行的海空宇航科技博览会上表示电磁炮将协助加强美国的空防、巡航导弹防卫及弹道导弹防卫,同时还具有成本低廉的优点。  

中国

美军电磁炮美军电磁炮

2013年11月20日出版的《简式防务周刊》报道称,卫星图象显示中国包头市西北方的一个所谓装甲设备与火炮测试中心,有两门火炮,它们分别长约26米和33.5米,这两门超级火炮各自被固定在混凝土基座上,这个混凝土基座曾与2010年9月至2012月12月期间现身,当时卫星图像首次捕捉到了这两门火炮的身影。  

而最新的卫星照片显示,这两门火炮2013年7月仍在原处。而在2011年拍摄的卫星照相中,尺寸更大的那门所谓火炮前方,有一系列似乎是靶标的物体。报道猜测,这显示该处正在对高速炮弹进行穿透力测试。  

性能特点

电磁炮结构电磁炮结构

电磁轨道炮是一种远程、高能、多任务的武器,其射速可达当前海军的舰炮的3倍。其射程可达100英里(约161千米)以上,以舰船上储存的电能为动力来源,利用电磁力(洛仑兹力)沿导轨将弹头加速到很高的速度发射出去。美国海军官员称,这是一种不太昂贵、具有高杀伤力和远程打击能力的攻击性武器。  

电磁轨道炮弹头重23磅(约10.43千克),可以从电磁导轨上发射,也可从海军127毫米甚至155毫米火炮系统发射。导轨炮采用指令制导,但在未来可能发展成自导式。  

除了在射程和毁伤力方面的优势,该炮还是一种相对廉价的海军火炮项目,每枚炮弹成本约25000美元。  

由于电磁轨道炮是一种具有高能量的武器,因此发热情况严重,需要有良好的冷却技术支持。电磁轨道炮并不仅仅是一个炮弹发射装置,而是由多个系统组成的。美国海军正在对多个冷却系统设计进行评估。  

(1)电磁推动力大,弹丸速度高。电磁发射的脉冲动力约为火炮发射力的10倍,所以用它发射的弹丸速度很高。一般火炮的射击速度约为0.8千米/秒,步枪子弹的射击速度为l千米/秒。而电磁炮可将3克重的弹丸加速到11千米/秒,将300克的弹丸加速到4千米/秒。有的专家甚至预言,将来的速度可达100千米/秒。速度对于天基反导弹系统来说尤为重要。因为拦截器速度越高,不仅拦截的效率高。而且可大大减少天基武器的数量。

(2)弹丸稳定性好。电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电磁力,这种力量是非常均匀的,而电磁推力容易控制,所以弹丸稳定性好,这有利于提高命中精度。

(3)隐蔽性好。电磁炮在发射时不产生火焰和烟雾,也不产生冲击波,所以作战中比较隐蔽,不易被敌人发现。而且,它采用低级燃料作能源,而不是常规火药,这有利于发射阵地的安全。

(4)弹丸发射能量可调。可根据目标性质和射称大小可快速调节电磁力的大小,从而控制弹丸的发射能量。

(5)比较经济。与常规武器比较,火炮发射药产生每焦耳能量需要10美元,而电磁炮只需要0.1美元。如果与其他太空武器相比,电磁炮就更经济了。

分类

线圈炮

线圈炮又称交流同轴线圈炮。它是电磁炮的最早形式,由加速线圈和弹丸线圈构成。根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的。加速线圈固定在炮管中,当它通入交变电流时,产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流。感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用,产生电磁场力,使弹丸加速运动并发射出去。

轨道炮

轨道炮(Rail Gun)或译磁轨炮、导轨炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明,是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去。它由两条平行的长直导轨组成,导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸。当两轨接入电源时,强大的电流从一导轨流入,经滑块从另一导轨流回时,在两导轨平面间产生强磁场,通电流的滑块在安培力的作用下,弹丸会以很大的速度(理论上可以到达亚光速)射出,这就是轨道炮的发射原理,轨道炮是电磁炮最常见的式样。电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器,与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力,其作用的时间要长得多,可大大提高弹丸的速度和射程。因而引起了世界各国军事家们的关注。自80年代初期以来,电磁炮在未来武器的发展计划中,已成为越来越重要的部分。

电热炮

电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮,其结构也有多种形式。最简单的一种是采用一般的炮管,管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极,燃烧器安装在炮后膛的末端。当等离子体燃烧器两极间加上高压时,会产生一道电弧,使放在两极间的等离子体生成材料(如聚乙烯)蒸发。蒸发后的材料变成过热的高压等离子体,从而使弹丸加速。

重接炮

重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置,没有炮管,但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度。其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置,之间有间隙,长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用,穿过间隙在其中加速前进。重接炮是电磁炮的最新发展形式。

主要问题

将电磁炮作为一种新型航天发射装置,还需要解决以下几个问题:首先,那台实验电磁炮的加速度太大,人无法承受。这个问题只有一个解决方法,那就是延长加速时间。然而这必须以采用更长的轨道为代价。由于人体只能承受大约15倍重力加速度的长时间加速,满足人体耐受能力的电磁炮所需的轨道长度(经计算,为达到第一宇宙速度,约需200千米)在技术上难以实现。

电磁炮原理电磁炮原理

第二,如果把电磁炮水平安装在地面上,飞出炮口后的炮弹仍然会在大气阻力下很快减速,难以顺利达到环绕地球轨道,为此,用于航天发射的电磁炮必须将出口设置在空气稀薄的高山之巅。

第三,电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大,这是加速能力不足造成的。加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比,要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体。用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术,但超导磁体需要冷却到很低温度(如液氦温度,约-269°C)才能发挥作用,这对于军事应用是个问题,因为会大大降低发射装置的灵活性,但作为固定使用的航天发射装置,基本上可以不必考虑这些,而且如果高温超导强磁体能够研制成功,对低温条件的要求也可放宽。

关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关,因为在磁场不够强的情况下,要想提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流。于是就产生了大电流发热和炮身烧蚀等麻烦。幸好这些麻烦对于航天发射不太重要,因为作为武器的电磁炮得严格限制长度,而作为发射工具,几千米甚至十几千米的炮身并不算问题,只是对建设施工时的作业精度要求较高罢了。此外,延长轨道也可使炮弹承受的加速度降低。经过计算,用5千米长的轨道使炮弹由静止加速到第一宇宙速度,加速度是重力加速度的600倍,这已经比普通迫击炮发射时的加速度还小了,可人显然还是无法忍受,而长1000千米的加速轨道在地球上几乎无法建造。

最后,建造公里级长度,配备强磁场的加速轨道不会有技术困难,实际上为数众多的粒子加速器、对撞机等多半具有几千米,甚至几十千米长的加速和聚能环。而且它们除了对环道施工的精度要求极高外,各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场。在建造宇宙电磁炮的基本技术方面,人们早已充分掌握了。真正的困难是,从来没谁把超级加速器放在高寒山区,而且青藏高原的交通条件布便利。

至于电磁炮的发射成本,如果不考虑产生强磁场的低温液体费用,仅仅是电和不可回收的炮弹壳体而已,日常维护成本也和同长度的高速地铁相仿,可以开口处一小段配备专职扫雪人员,或加个活动盖子就能解决。

作战用途

电磁炮作为发展中的高技术兵器,被世界各国海军所相中,把它作为未来新式武器,其军事用途十分广泛:

(一)用于天基反导系统:电磁炮由于初速度极高,可用于摧毁空间的低轨道卫星和导弹,还可以拦截由舰只和装甲发射的导弹.因此,在美国的“星球大战”计划中,电磁轨道炮成为一项主要研究的任务。

电磁炮电磁炮

(二)用于防空系统:由于电磁炮初速度高,射速也高。有美军军事专家认为可用电磁炮代替高射武器和防空导弹,执行防空任务。如美国正在研制一种电磁炮,其发射速度为500发/分,射程达几十千米的电磁炮,准备替代舰上的“密集阵防空系统”。用它不仅能打击临空的各种飞机,还能在远距离拦截空对舰导弹.英国也正在积极研制用于装甲车的防空电磁炮。

(三)用于反装甲武器:美国的打靶试验证明,电磁炮是对付坦克装甲的有效手段。发射质量为50克、速度为3km/s的炮弹,是非常优良的反装甲武器。

(四)用于改装常规火炮:随着电磁发射技术的发展,在普通火炮的炮口加装电磁加速系统,可大大提高火炮的射程。美国利用这一技术,已将火炮射程加大到150km。

(五)用于反坦克武器。由于电磁炮初速极高,所以,它的穿甲能力极强,能有效地穿过坦克装甲,成为反坦克厉器。美国曾进行过电磁炮打靶试验:电磁炮发射质量为50克、速度为3km/s的炮弹,可穿透25.4mm厚的装甲。有关资料还报道,用一种电磁炮做试验,完全可以穿透模拟的T-72、T-80坦克的装甲厚度。由此可见,电磁炮具有很强的穿透能力,是非常优良的反坦克武器。

(六)用于装备炮兵部队。电磁炮可望装备炮兵部队。美国海军陆战队也对电磁炮感兴趣。美国海军陆战队经常在海外执行作战任务,需要电磁炮这样的远程快速打击武器,对沿岸作战的士兵进行火力支援。美国陆军也在研发较小型的电磁炮用于陆战。

(七)用于装备海军舰艇。由于电磁炮具有的特点,它有望替代火炮,成为新型舰炮,装备海军舰艇。美国海军准备将电磁炮装备美国舰艇,美国的军事有专家认为,电磁炮有可能成为为未来美国海军新式武器。所以,美国前海军作战部长拉夫黑德上将称它为会带来“海军战法的革命。

最新进展

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总体评价

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