國(guó)外電磁軌道炮的發(fā)展現(xiàn)狀與作戰(zhàn)效能分析

伍尚慧

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是涵蓋多維度、多領(lǐng)域、全時(shí)域、高烈度的綜合較量。隨著科技的迅猛發(fā)展，戰(zhàn)爭(zhēng)樣式和作戰(zhàn)機(jī)理也在不斷演進(jìn)。在進(jìn)攻性電子戰(zhàn)裝備體系中。電子硬殺傷武器已經(jīng)成為越來越重要的組成部分。電磁軌道炮作為信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的新型武器裝備，具有速度快、射程遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力高等特點(diǎn)，已成為軍事強(qiáng)國(guó)研發(fā)的重點(diǎn)。尤其是美軍高調(diào)推出“第三次抵消戰(zhàn)略”，力求發(fā)展一系列“能夠改變游戲規(guī)則”的顛覆性技術(shù)和創(chuàng)新性戰(zhàn)法，把包括電磁軌道炮在內(nèi)的定向能武器視為“第三次抵消戰(zhàn)略”的關(guān)鍵。加速發(fā)展電磁軌道技術(shù)，爭(zhēng)奪戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)成為各國(guó)確立軍事高技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要舉措之一。

強(qiáng)大作戰(zhàn)效能引發(fā)各國(guó)關(guān)注

簡(jiǎn)單電磁軌道炮的主體部分由兩條平行的軌道和一個(gè)與軌道接觸良好且能夠沿著軌道自由滑動(dòng)的電樞組成。接通電源后，電流沿著其中一條軌道流動(dòng)，通過電樞，沿著另一條軌道流回。這時(shí)電樞在安培力的推動(dòng)下沿著軌道加速運(yùn)動(dòng)，從而獲得高速度。

電磁軌道炮是一種新概念武器，它通過磁場(chǎng)與電流相互作用，產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁能推動(dòng)彈丸，可以將彈丸以數(shù)馬赫的初速發(fā)射出去。利用強(qiáng)大電磁能將彈丸的速度加速到極高。可以大大超過火炮的射程，可以與一般導(dǎo)彈武器甚至中程導(dǎo)彈相媲美，如此強(qiáng)大的作戰(zhàn)效能引起了世界各國(guó)特別是軍事強(qiáng)國(guó)的關(guān)注。

由于電磁軌道炮是利用新機(jī)理形成殺傷的新概念武器，在使用上具有比傳統(tǒng)火炮明顯的優(yōu)勢(shì)，軍事用途十分廣泛，被稱為“革命性武器”。其特點(diǎn)為：第一，彈丸速度快、射程遠(yuǎn)、突擊能力強(qiáng)：第二，反應(yīng)靈敏高效，可控度較高，火力比較靈活;第三，彈丸穩(wěn)定性好精準(zhǔn)度高;第四，能量成本低，隱蔽性好，安全可靠;第五，毀傷力極強(qiáng)。

大國(guó)博弈需求加快實(shí)用化步伐

世界主要軍事強(qiáng)國(guó)一直將國(guó)防先進(jìn)技術(shù)視為大國(guó)博弈的戰(zhàn)略需要和提升國(guó)家科技創(chuàng)新能力的重要途徑，采取各種舉措積極謀劃、引領(lǐng)和推動(dòng)前沿技術(shù)發(fā)展，取得了一系列成果，為保持和增強(qiáng)各自的軍事能力提供了重要支撐。當(dāng)前，新概念武器和平臺(tái)技術(shù)加快實(shí)用化步伐，加速形成新質(zhì)作戰(zhàn)能力。

美國(guó)電磁軌道炮電磁軌道炮技術(shù)是美國(guó)海軍面向未來20年軍事需求而重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域之一，也是美國(guó)在“第三次抵消戰(zhàn)略”下重點(diǎn)開發(fā)的關(guān)鍵性、顛覆性和前沿性武器系統(tǒng)技術(shù)。無論是美國(guó)21世紀(jì)初正式啟動(dòng)電磁軌道炮項(xiàng)目之時(shí)的“由海向陸”的海軍戰(zhàn)略。還是目前的“第三次抵消戰(zhàn)略”或“分布式殺傷”作戰(zhàn)理論，都為美國(guó)電磁軌道炮的發(fā)展提供了行動(dòng)指南。2017年，美國(guó)召開定向能峰會(huì)，提出重點(diǎn)研究定向能武器作戰(zhàn)部署，美海軍為電磁軌道炮、超高速射彈和固體激光器項(xiàng)目申請(qǐng)的預(yù)算資金為30億美元;2018年，美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)了約24億美元用于對(duì)包括電磁軌道炮在內(nèi)的新型武器技術(shù)的研發(fā);在2019年陸軍預(yù)算申請(qǐng)中，美國(guó)國(guó)會(huì)2017財(cái)年為陸軍電磁軌道炮技術(shù)追加了2000萬美元的經(jīng)費(fèi)。在電磁軌道炮技術(shù)發(fā)展過程中，美國(guó)多措并舉，不斷推進(jìn)技術(shù)成熟度和實(shí)戰(zhàn)水平的演進(jìn)。

美國(guó)電磁軌道炮的發(fā)展歷經(jīng)多年，開展了多項(xiàng)試驗(yàn)，為實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在“海軍創(chuàng)新原型”（INP）計(jì)劃下的電磁軌道炮項(xiàng)目實(shí)施之前，2003年美國(guó)海軍進(jìn)行了電磁軌道炮發(fā)射試驗(yàn)，系統(tǒng)尺寸是未來原型機(jī)的1/8，彈丸出口速度為馬赫數(shù)6，動(dòng)能7.25兆焦耳;2008年1月，美海軍在達(dá)爾格倫水面作戰(zhàn)研究中心試驗(yàn)了一種電磁軌道炮，出膛速度為馬赫數(shù)7，發(fā)射能量為10.68兆焦耳;2011年10月，美海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）實(shí)現(xiàn)大口徑電磁軌道炮樣機(jī)的1000次試驗(yàn)，達(dá)到關(guān)鍵里程碑;試驗(yàn)用電磁軌道炮長(zhǎng)6米，口徑50毫米，炮口能量為33兆焦耳：2014年3月，NRL建成并首次試射一臺(tái)新型小口徑電磁軌道炮樣機(jī)，口徑25.4毫米;2015年12月，成功進(jìn)行超高速射彈制導(dǎo)與控制系統(tǒng)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了正常發(fā)射機(jī)動(dòng)飛行;2016年5月，美軍進(jìn)行10米的電導(dǎo)體軌道加速發(fā)射彈丸試驗(yàn)，速度為724千米/小時(shí)，射速為10發(fā)/分鐘，有效射程達(dá)200千米，可瞬間穿透7塊普通鋼板，并具有多發(fā)同時(shí)彈射能力;2017年5月，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(qiáng)型制導(dǎo)組件的高超音速炮彈，試射過程中，炮彈加速度超過30000重力加速度，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，高功率電源的儲(chǔ)能密度達(dá)到每個(gè)電源箱模塊的含能量415千焦。

目前，美國(guó)正在加緊進(jìn)行電磁軌道炮的裝備研發(fā)，加速推進(jìn)未來計(jì)劃。BAE系統(tǒng)公司和通用原子公司分別牽頭實(shí)施海基和陸基型號(hào)研制項(xiàng)目，美國(guó)計(jì)劃2020年前部署炮口動(dòng)能32兆焦耳的電磁軌道炮為階段性目標(biāo)，2025年前部署炮口動(dòng)能64兆焦耳為最終目標(biāo)，未來美陸軍也可能采用BAE公司研制的陸基型號(hào)。

2018年3月，通用原子公司接受了美國(guó)陸軍為期3年的電磁軌道炮研發(fā)合同，將交付一系列原型機(jī)，開展系統(tǒng)集成和實(shí)驗(yàn)。針對(duì)另一個(gè)陸基電磁軌道炮項(xiàng)目EMRG，2018年美國(guó)將繼續(xù)開展該項(xiàng)目的研發(fā)工作，旨在2019年部署一臺(tái)原型機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。EMRG的主要指標(biāo)為：功率32兆焦耳、發(fā)射速率每分鐘10發(fā)、使用一種長(zhǎng)壽命炮管。

另外，通用原子公司電磁系統(tǒng)分部還在研究一種超高速射彈（HVP）。HVP是美國(guó)電磁軌道炮彈藥的衍生研發(fā)項(xiàng)目，由于性能出色，被認(rèn)為是促進(jìn)美國(guó)海軍艦炮和陸軍大口徑火炮性能提升的關(guān)鍵技術(shù)。該彈丸采用低阻、氣動(dòng)設(shè)計(jì)，具有速度快、機(jī)動(dòng)性高及到達(dá)目標(biāo)時(shí)間短的特點(diǎn)，由127毫米Mk45Mod4型艦炮發(fā)射，射程可超過93千米;從電磁軌道炮發(fā)射，射程可超過185千米。這些超高速?gòu)椡枰部墒褂?英寸的海軍大炮和陸軍155毫米榴彈炮發(fā)射。2018年，美海軍將加快127毫米艦炮的HVP研發(fā)，使其與海軍水面艦現(xiàn)有作戰(zhàn)系統(tǒng)集成。并計(jì)劃在新型朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦及所有海軍大口徑艦炮上使用HVP炮彈。美海軍未來將致力于電子器件小型化，及增強(qiáng)其硬度，使其能夠承受發(fā)射時(shí)的高溫和高壓。

俄羅斯電磁軌道炮俄羅斯作為傳統(tǒng)軍事強(qiáng)國(guó)，也致力于電磁軌道炮的研發(fā)。經(jīng)過多年理論探討和技術(shù)攻關(guān)，近年在電磁軌道炮技術(shù)研發(fā)上也取得長(zhǎng)足進(jìn)展。其研究重點(diǎn)集中在導(dǎo)軌型的電磁發(fā)射器和發(fā)射器電源方面。2016年7月，俄羅斯首次進(jìn)行電磁軌道炮發(fā)射測(cè)試，取得預(yù)期效果，并實(shí)現(xiàn)了由單發(fā)至連發(fā)跨越。該次試驗(yàn)的彈丸重2克，發(fā)射速度為3.2千米/秒，隨后兩個(gè)緊固銷從設(shè)備脫離。類似的軌道炮已能使重約1.5克彈丸達(dá)到11千米/秒的速度。由于實(shí)現(xiàn)如此高的速度需要極強(qiáng)的電流和能量，軌道炮的所有組件都會(huì)快速損耗和失效，因此，目前俄軍方在尋求能承受這些負(fù)荷的材料以及保護(hù)組件不被損耗的方式。2017年又進(jìn)行了多次測(cè)試，在2月進(jìn)行的新型電磁軌道炮測(cè)試中，速度達(dá)到3千米/秒;在12月測(cè)試中，采用一顆小塑料彈丸擊穿鋁板，速度為3千米/秒，達(dá)到了馬赫數(shù)8以上的速度。俄方專家表示，未來希望該子彈達(dá)到45千米/秒。

在電磁軌道炮應(yīng)用上，美國(guó)主要應(yīng)用于驅(qū)逐艦、巡洋艦、航母和濱海戰(zhàn)斗艦進(jìn)行作戰(zhàn)，而俄羅斯軌道炮則主要聚焦于航天應(yīng)用和科學(xué)研究。俄利用電磁軌道炮進(jìn)行情報(bào)收集、偵察監(jiān)控及宇宙探索。當(dāng)前，俄在該領(lǐng)域的研究還相對(duì)滯后，應(yīng)用于空間防御還有待時(shí)日，但發(fā)射高度已達(dá)20～100千米的臨近空間。

日本電磁軌道炮近年來，隨著日本軍事戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)移，不斷加強(qiáng)軍備建設(shè)。日本政府于2016年8月22日正式確立研發(fā)電磁軌道炮，并計(jì)劃未來裝備海上艦艇平臺(tái)。

日本的電磁軌道炮開發(fā)在20世紀(jì)80年代后期就達(dá)到活躍期，在90年代前半期，主要著眼于利用等離子體電樞實(shí)現(xiàn)超高速，當(dāng)時(shí)的研發(fā)成果有7.45千米/秒的記錄。之后，由于等離子體電樞的導(dǎo)軌燒蝕、脈沖電源等遇到技術(shù)瓶頸，實(shí)用化研究基本沒有進(jìn)行。2000年左右日本完成了簡(jiǎn)單的低速加速裝置，探討了利用固體電樞的性能。2010年，日本防衛(wèi)省開始著手研發(fā)用于近程防御的小口徑電磁軌道炮系統(tǒng)。該型電磁炮不使用推進(jìn)劑，利用電能而非火藥提高彈丸速度與殺傷力，通過高初速提高威力、射程及命中精度，其特點(diǎn)是：高初速，易于調(diào)整初速（用電能控制），且可以節(jié)省彈藥庫(kù)空間。

2018年，日本加速電磁軌道炮的研發(fā)。2018年8月2日，日本防衛(wèi)省陸上裝備研究所正式對(duì)外宣告其正在研制電磁軌道炮裝置——“電磁加速系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是電磁炮的技術(shù)試驗(yàn)原型機(jī)。該設(shè)備體積小，配套設(shè)施齊全，包括直線電磁推進(jìn)加速器、功率轉(zhuǎn)化器、脈沖式儲(chǔ)能裝置、電力分配控制、散熱裝置等子系統(tǒng)。從2010年-2016年該項(xiàng)目共投資10億日元，可以以2000米/秒的速度發(fā)射10千克的炮彈。電流驅(qū)動(dòng)為200萬安培，具有很強(qiáng)的軍事應(yīng)用前景。未來，日本計(jì)劃在摩耶級(jí)驅(qū)逐艦上實(shí)驗(yàn)電磁軌道炮和近防型固態(tài)激光發(fā)射器，在27DDG驅(qū)逐艦上配備電磁軌道炮等動(dòng)能武器，以強(qiáng)化艦艇的多任務(wù)作戰(zhàn)能力。當(dāng)前，日本還面臨許多關(guān)鍵技術(shù)的突破，距離定型裝備以及在實(shí)戰(zhàn)中運(yùn)用還為時(shí)尚早。

印度電磁軌道炮印度作為一個(gè)正在崛起的新興大國(guó)，也致力于電磁軌道炮等具有顛覆性效能的武器研發(fā)。印度研究電磁軌道炮可以追溯到1994年，并且當(dāng)時(shí)就已取得初步成果。

2017年11月，印度宣布其自主研發(fā)的電磁炮取得初步成功。該型電磁炮發(fā)射彈丸速度為馬赫數(shù)6，可以將3～3.5克的彈丸加速到2000米/秒的速度。印度目前研發(fā)的電磁炮彈丸直徑為12毫米，并為30毫米的軌道炮做準(zhǔn)備，目標(biāo)是用一個(gè)10兆焦耳的電容器組將1千克的彈丸加速到2000米/秒的速度。

先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)提升作戰(zhàn)效能

目前，電磁軌道炮的發(fā)展主要涉及到軌道的抗燒蝕技術(shù)、超高速、遠(yuǎn)程彈丸技術(shù)、脈沖電源技術(shù)、材料技術(shù)和發(fā)射裝置設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)。

軌道的抗燒蝕技術(shù)軌道的燒蝕問題一直是影響電磁軌道炮發(fā)展與應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。研究表明，在彈丸經(jīng)過的軌道電極表面燒蝕較為嚴(yán)重。燒蝕后軌道電極表面的形貌主要為弧痕、弧坑及懸掛在上軌道電極上的滴狀顆粒。燒蝕不但嚴(yán)重影響射管壽命，且彈丸前存在附著的金屬碎塊，可能造成發(fā)射的失敗。為了減少軌道表面的燒蝕，各國(guó)已開展了多方面的研究，如采用多級(jí)軌道和分段軌道結(jié)構(gòu)，分布儲(chǔ)能調(diào)節(jié)電流波形和復(fù)合材料技術(shù)。截至目前，雖在技術(shù)上已取得了重大進(jìn)展，但距離完全解決還有很大差距。

超高速、遠(yuǎn)程彈丸技術(shù)電磁炮彈丸初速高，承受的過載大，飛行距離遠(yuǎn)，彈丸的空氣動(dòng)力學(xué)特性需要特殊設(shè)計(jì);需要開展與電樞等機(jī)構(gòu)的組合及分離技術(shù)。

脈沖功率電源技術(shù)電磁軌道炮的發(fā)展與電源的進(jìn)步息息相關(guān)，電磁軌道炮工作需要高達(dá)幾十兆瓦或上百兆瓦的脈沖功率，普通電源無法滿足要求。目前，電磁炮所用電源首先將初級(jí)電源的能量傳遞給儲(chǔ)能系統(tǒng)，然后通過電力控制系統(tǒng)適時(shí)地把能量轉(zhuǎn)換到脈沖形成網(wǎng)絡(luò)。主要技術(shù)包括頻率能量存儲(chǔ)和脈沖形成網(wǎng)絡(luò)與負(fù)載的偶合。另外，由于電源在電磁炮的重量和體積上占有高達(dá)80%的比重，因此電源小型化技術(shù)也是電磁炮早日進(jìn)入實(shí)用階段的關(guān)鍵。

材料技術(shù)電磁軌道炮工作時(shí)，發(fā)射裝置將承受大電流和強(qiáng)載荷的沖擊，對(duì)軌道材料、絕緣材料、電樞材料和彈丸彈體材料均有極高的要求。問題的解決寄希望于新材料的研究，超導(dǎo)技術(shù)將可能在電磁軌道炮的研究與應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。目前，第二代高溫超導(dǎo)帶材的發(fā)展，為提高超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)奠定了材料基礎(chǔ)。

發(fā)射裝置設(shè)計(jì)發(fā)射裝置是電磁炮的核心部件，涉及到身管、供輸彈裝置、脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、電力控制系統(tǒng)及電樞、開關(guān)等。發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)首先要根據(jù)武器系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，確定采用何種發(fā)射原理和彈丸的動(dòng)能，然后進(jìn)行發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確保武器系統(tǒng)穩(wěn)定有效。發(fā)射裝置是一個(gè)集多種高新技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，如何將已經(jīng)取得一定發(fā)展的單項(xiàng)技術(shù)高效集成應(yīng)用到電磁炮中，需要用系統(tǒng)工程的理論和方法來進(jìn)行電磁炮發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)研究，以提高系統(tǒng)總體技術(shù)水平。

隨著科技的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和新材料的突破，電磁軌道炮將在作戰(zhàn)效能上比傳統(tǒng)火炮具有更大的優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)代軍事作戰(zhàn)的力量倍增器。

在作戰(zhàn)效能上，電磁軌道炮比傳統(tǒng)火炮具有更大的優(yōu)勢(shì)。第一。電磁軌道炮與傳統(tǒng)火炮相比，發(fā)射速度更高，打擊距離更遠(yuǎn)，攻擊力更強(qiáng)，精準(zhǔn)度和命中率也更高，毀傷效能更強(qiáng);第二，電磁軌道炮可發(fā)射多用途炮彈，炮彈飛行時(shí)間更短，遠(yuǎn)程作戰(zhàn)時(shí)的毀傷效能更強(qiáng)，既可提供反炮兵火力，又可執(zhí)行防空任務(wù)，此外還具備一定的近程彈道導(dǎo)彈防御能力。

隨著當(dāng)前電磁炮的研發(fā)進(jìn)展，在炮口動(dòng)能、射程和精確打擊能力等一系列作戰(zhàn)指標(biāo)上，電磁炮更是大幅度刷新著存在了近百年的記錄。與常規(guī)火炮相比，其特點(diǎn)是對(duì)于彈丸作用時(shí)間長(zhǎng)、炮口動(dòng)能大。第一。攻擊性更強(qiáng)。在炮口動(dòng)能上，威力更大。美軍最新研制的電磁炮炮口動(dòng)能為33兆焦耳，目標(biāo)為64兆焦耳，實(shí)際安裝到平臺(tái)上時(shí)，威力將會(huì)更強(qiáng)。相比之下，普通火炮一般只有十幾兆焦耳，最大不會(huì)超過20兆焦耳，與電磁軌道炮相比，威力相差將近1～2倍。第二，發(fā)射速度更高。在射速上，美軍電磁炮最新數(shù)據(jù)是7赫茲，電磁軌道炮的炮口速度通常要初速達(dá)到3000米/秒以上，相當(dāng)馬赫數(shù)7～8。而普通子彈飛行速度大約為700～800米/秒，常規(guī)炮彈飛行初速通常在800～900米/秒，即使是為了擊毀敵方防護(hù)裝甲而初速也只達(dá)到1500米/秒，由此可見，傳統(tǒng)火炮與電磁軌道炮相比在射速上相差甚遠(yuǎn)。第三，打擊距離更遠(yuǎn)。美軍電磁炮最新試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的射程是200千米，預(yù)期最終射程將達(dá)到400～500千米，美軍電磁炮一般最低也會(huì)超過100千米，從目前試驗(yàn)來看可達(dá)到180～200千米，甚至超過300千米。目前，世界上主要火炮系統(tǒng)口徑為127毫米和130毫米的艦炮，最大設(shè)計(jì)距離超過22～23千米，試驗(yàn)中大多不過20千米，且精度差。雖然普通艦艇的巡航導(dǎo)彈射程超過300千米，但其造價(jià)高昂，1艘戰(zhàn)艦攜帶不超過70枚，且無法完成在海上的裝卸，補(bǔ)充時(shí)必須返回港口，這大大降低了作戰(zhàn)效率。

綜上所述，電磁炮以射程遠(yuǎn)、成本低、運(yùn)輸以及補(bǔ)充便利等諸多優(yōu)勢(shì)而被各國(guó)寄予厚望?？梢灶A(yù)見，擁有如此高能量的電磁炮如果投入實(shí)戰(zhàn)，作為新型的進(jìn)攻武器，它所帶來的戰(zhàn)場(chǎng)攻防力量對(duì)比的確是顛覆性的。

結(jié)語

盡管電磁炮研制還有很多問題有待解決，離進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)還有待時(shí)日，但可以預(yù)見，電磁炮作為一種劃時(shí)代的武器，一旦研制成功，將憑借超高的射速、超遠(yuǎn)的射程和超強(qiáng)的打擊能力給未來武器帶來革命性的變化，甚至有可能終結(jié)“傳統(tǒng)的火炮時(shí)代”。

責(zé)任編輯：張傳良