超凡脫俗的電磁炮

程醉

在《變形金剛》系列電影中，美軍使用一款神秘的艦載炮，超遠(yuǎn)距離將爬在金字塔頂端的機(jī)器人打得粉身碎骨的場景，一定讓大家記憶猶新?，F(xiàn)在，這款在影片中被稱為"電磁炮"的武器已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí)。

電磁炮的原理

每一種新型武器的誕生或出現(xiàn)，其背后總會有一套相對的理論、原理作為支撐。電磁炮自然也不例外，并且人類對它的研究可以說是歷史悠久。

這還得從19世紀(jì)英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)的“電磁感應(yīng)定律”說起。電與磁，大致可以比喻成一對相生相克的攣生兄弟。電能夠生磁，磁也可以生電，但千百年來人類就是看不見也摸不著它們。直到法拉第發(fā)現(xiàn)磁場中的導(dǎo)線在通電時會受到一個力的推動，同時，如果讓導(dǎo)線在磁場中作切割磁力線的運(yùn)動，導(dǎo)線上也會產(chǎn)生電流，也就是磁場中的電荷和電流會受到洛倫茲力的作用。

從此以后，電磁技術(shù)便拉開了飛速發(fā)展的序幕。比如說發(fā)電機(jī)、廣播、無線通信等，已經(jīng)融入我們生活的方方面面。在二戰(zhàn)時期，法國、德國、日本等國因?yàn)閼?zhàn)爭的需要都曾研究過電磁炮。其中，德國的漢斯萊曾將10克彈丸用電磁炮加速到每秒1.2千米的初速度。

電磁感應(yīng)又稱磁電感應(yīng)現(xiàn)象，是指閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象。這種利用磁場產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。好萊塢大部分科幻電影中所謂的電磁炮，其實(shí)就是依據(jù)這種物理現(xiàn)象想象而來的。

那么，真實(shí)存在的電磁炮究竟是什么呢？

電磁炮是利用電磁力沿導(dǎo)軌發(fā)射炮彈的武器。簡單地說，就是電源在經(jīng)過升壓電路之后，給電容充電，然后再控制電容對固定在炮管中的加速線圈放電，線圈在通電后就會產(chǎn)生磁場，其與感應(yīng)電流的磁場相互作用就能產(chǎn)生電磁場力，從而吸引鋼鐵一類的物質(zhì)加速運(yùn)動，也就是發(fā)射出炮彈。

不過，這只是電磁炮中最原始也最簡單的一種，被稱之為“線圈炮”。而目前世界各國正在研制或者已經(jīng)開始試射的電磁炮，一般采用的都是“軌道炮”的模式，也被稱之為電磁軌道炮或?qū)к夒姶排凇?/p>

電磁軌道炮由兩條平行的長直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一個電樞，電樞前放置彈丸。一般來說，使用時電流會從這個導(dǎo)軌的一側(cè)開始通電，然后它會流經(jīng)中間的電樞，然后再到導(dǎo)軌的另外一側(cè)，從而形成一個閉環(huán)。由于強(qiáng)大的電流通過了兩個導(dǎo)軌和中間的電樞，于是便產(chǎn)生了一個很強(qiáng)大的電磁推力，這個推力可以推動中間的電樞對其前面的彈丸加速并發(fā)射出去。

簡單地說，我們大致可以把兩根導(dǎo)軌看作是彈弓的弓架，中間的電樞看作是彈弓的皮兜，而電磁場則可看作是彈弓上的皮筋，由電磁場產(chǎn)生的電磁推力則可看作是彈弓上皮筋的伸縮力。

電磁炮的優(yōu)勢

先進(jìn)的電磁炮雖然很神秘，也很科幻，但是它的威力卻不容小覷。與常規(guī)火炮相比，電磁炮的優(yōu)點(diǎn)是對于彈丸的作用時間長，因此炮口動能大。美軍實(shí)驗(yàn)中的電磁炮炮口動能達(dá)到33兆焦，而美國的127毫米口徑火炮的炮口動能僅10兆焦。

1兆焦大致相當(dāng)于一噸重的汽車以每小時160千米的速度行駛所具有的動能。而美軍電磁炮的威力就相當(dāng)于一輛33噸重的卡車，以每小時160千米的速度撞擊目標(biāo)。我們不難想象其打擊效果是何等驚人。

另外，從一段美國海軍研制的電磁炮測試視頻畫面來看，其射出的炮彈不但可以輕易擊穿水泥板、汽車，甚至還能一次擊穿八塊鋼板。

而電磁炮另外一個引人矚目的地方就是它的射速。據(jù)美軍最新公布的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，其射速高達(dá)7倍音速，折算下來，其炮口初速度在每秒3000米以上。

我們知道，子彈的飛行速度在每秒700～800米，一般炮彈的飛行速度通常也不過每秒800～900米，即便是坦克發(fā)射的穿甲彈炮口初速度也只有每秒1500米。

實(shí)際上，炮彈在7倍音速的情況下，鋼鐵就如同豆腐。即便是炮彈里不裝炸藥，僅依靠動能就有破壞100千米以外三道混凝土墻或8厘米厚鋼板的能力。

如果說炮口動能和射速是電磁炮威力驚人的兩個重要表現(xiàn)，那么它的射程就能夠讓其稱之為“革命性武器”了。比如說美國的127毫米口徑火炮射程可以超過22～23千米，而電磁軌道炮由于初速度高，其射程可達(dá)180～ 200千米。

巡航導(dǎo)彈的射程雖然超過了300千米，但是其不但造價昂貴，一枚“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈高達(dá)140萬美元以上，并且一艘戰(zhàn)艦的攜帶量也不會超過70枚。同時還無法在海上完成裝卸，補(bǔ)充彈藥時必須返回港口，這樣使得它的作戰(zhàn)效率大大降低。而電磁炮每發(fā)射一次的成本，大約在2.5萬美元。

同時，電磁炮由于射速高，所以穩(wěn)定性比較好，彈丸的飛行時間也比較短，受外界條件的影響比較小，因此通常來說它的命中精度也比較高。而在戰(zhàn)爭中，命中精度提高1倍，其破壞威力則要提高4倍以上。

所以，電磁炮以射程遠(yuǎn)、精度高、成本低，運(yùn)輸及補(bǔ)充便利等多項(xiàng)優(yōu)勢而被各國軍方寄予了厚望。

電磁炮的應(yīng)用

由于電磁炮較常規(guī)武器享有很大的優(yōu)勢，因此世界各國都在不遺余力地推進(jìn)電磁炮的研發(fā)和試驗(yàn)。目前來看，電磁炮作為發(fā)展中的高技術(shù)武器，其未來在軍事方面的用途應(yīng)該說十分廣泛。

從海軍來說，電磁炮最直接的用途就是利用自身優(yōu)勢取代傳統(tǒng)艦炮。從2019年開始，我國海軍的“海洋山”號電磁炮艦頻頻出海測試。據(jù)報道，“海洋山”號上的電磁炮以每秒2500米左右的炮口初速度，打擊了約200千米以外的目標(biāo)。

從陸軍來說，電磁炮是一款非常實(shí)用的反坦克利器。因?yàn)殡姶排诘呐诳诔跛俣群惋w行速度極高，所以它的穿甲能力也非常強(qiáng)。美軍披露的數(shù)據(jù)顯示，其使用電磁炮發(fā)射質(zhì)量為50克，速度為每秒3000米的彈丸，就可穿透25毫米厚度的坦克裝甲。

而對于空天部隊(duì)來說，電磁炮不但可以代替高射武器和防空導(dǎo)彈，執(zhí)行防空任務(wù)，還可以用于摧毀在臨近空間飛行的低軌道衛(wèi)星，也可以用來攔截敵方發(fā)射的各種導(dǎo)彈。

傳統(tǒng)火炮屬于化學(xué)能武器，而電磁炮則屬于動能武器?；瘜W(xué)能武器目前基本達(dá)到了能量的極限，已經(jīng)不會再有飛躍式的提升。各種常規(guī)火炮為了提升炮彈動能，就只能是加大口徑和增加彈藥量。因此以電磁動能代替化學(xué)能的電磁炮，才被認(rèn)為是顛覆未來戰(zhàn)爭的新式武器。

不過，由于受到各種技術(shù)的限制，比如說，電磁炮在發(fā)射時其電磁能的釋放特征太過明顯，幾乎就相當(dāng)于把自己的位置坐標(biāo)暴露于大庭廣眾之下。因此，電磁炮要成為一款成熟的武器可能還有很長一段路要走。

（編輯文墨）