拆局:中国高调展示电磁炮意味着什么

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2009年上映的美国好莱坞大片《变形金刚2》中,美国海军阿利伯克级驱逐舰基德号(DDG-100)使用搭载的电磁炮,轰击正在金字塔顶挖掘太阳毁灭器的霸天虎大力神一击必杀的画面令人印象深刻。如今这种仅存在于科幻电影中的“大杀器”变为现实,中国官媒近日公开了由中国航天科工集团第二研究院研制的“电磁发射灭火弹装置”,虽名为灭火装置实际就是一款民用版电磁炮。

火炮被誉为“战争之神”,历史学界有一种说法,火炮的诞生轰塌了欧洲封建贵族的城堡,加速了欧洲封建制度的解体与资本主义的发展。不过,经历数百年时间的洗礼,火炮虽仍老而弥坚,为了对抗中国就连长期被空中支援“宠坏了”的美国陆军最近又开始加码炮兵,但传统火炮技术的发展早已陷入停滞。

事实上,上世纪七十年代世界各大军事强国就开始探索下一代火炮技术,比如从弹药入手发展的精确制导炮弹,通过提高命中精度换取打击效能的提高,美国陆军搭载全球定位系统(GPS)的M982神剑精确制导炮弹就是其代表;从火炮发射药入手通过提高炮口初速度与动能来提高火炮射程与威力,比如曾经也属显学的电热化学炮,通过电能激发推进剂发射弹丸。

美国电影《变形金刚2》中的出场的电磁轨道炮。(《变形金刚2》截图)

然而,无论是传统发射药还是电热化学炮的推进剂,本质上都是利用化学能发射弹丸,目前化学能发射药领域早已陷入瓶颈,新体制的电磁炮由此诞生。电磁炮直接抛弃传统的发射药或推进剂,抛弃已经发展到瓶颈的化学能,用电能产生的磁力发射弹丸,从而实现炮口的高动能与高初速度提高打击效能。

电磁炮又分为两大技术路线,一是中国此次公开展示的线圈炮,一是《变形金刚2》中展示的电磁轨道炮。线圈炮由一个或多个沿炮管排列的线圈组成,线圈以精确的时间打开或关闭,从而使弹丸通过磁力沿炮管加速,口径大者为炮、小者为枪。早在19世纪电磁线圈枪的雏形就被发明出来,上世纪三十年代美国人维吉尔·里格斯比(Virgil Rigsby)开发了一种固定式线圈枪,希望能像机枪一样使用,但从未引起军方的兴趣。

中国民用版电磁炮测试画面曝光(点击查看大图):

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也正是因为电磁线圈枪早已诞生多时,电磁线圈炮入门的技术门槛并不高,在这一领域中美都已有所成,比如中国此次展示的电磁发射灭火弹装置、美国的线圈迫击炮。当然,入门技术门槛低只是其下限低并不意味着上限也低,无论是中国的电磁发射灭火弹装置还是美国的线圈迫击炮炮口初速度都较低,就算是在传统火炮中都较为一般,而各国发展电磁炮的目的在于提高炮口初速度乃至达到高超音速,以突破传统火炮性能瓶颈,中美当前展示的电磁线圈炮更多的是秀肌肉。

相比电磁线圈炮,电磁轨道炮的技术门槛就高太多。以美国为例,其电磁轨道炮项目炮口初速度目标为6马赫即6倍音速、每秒超过2,000米,相比线圈迫击炮的炮口初速度音速以下提升巨大,技术难度呈几何倍数增加。也正因为技术难度高,当2018年土耳其公开电磁炮测试视频时,外界多认为其是线圈炮而非轨道炮,仅中美两国在这一领域有所成。

土耳其公开电磁炮测试画面(点击查看大图):

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电磁轨道炮以电流产生的洛仑兹力加速弹丸使其沿平行的导轨移动:弹丸夹在两个导轨之间,电流由导轨通过弹丸流向另一个导轨,在这一过程中产生强大磁场,磁场与电流相互作用加速弹丸。电磁轨道炮的概念最早于上世纪初由法国科学家提出并制造出小型工作模型,二战时德国军械专家曾提出第一个理论上可行的轨道炮,但从未建成。

1980年代,美国陆军位于马里兰州阿伯丁实验场的弹道研究实验室开始轨道炮理论与工程研究,并列入长期研究计划,随后美国海军与国防高级研究计划署加入其中。自2005年以来,美国海军至少测试了两种不同的电磁炮,分别来自英国BAE系统公司与美国通用原子能公司。

美国海军一度还曾计划为朱姆沃尔特级驱逐舰配备电磁轨道炮但未能如愿,蹊跷的是美国海军2022财年预算中与电磁炮相关的两项研究预算为零,称“所有电磁炮技术将被升级,以最大限度地提高其技术可持续性,并促进其未来的潜在用途”。通俗地讲就是,目前技术难度太大搞不定,等将来技术进步了再说,这意味着美国海军暂停了电磁炮项目。

此前网络上流传的中国海军登陆舰搭载电磁炮测试的照片。(微博@超大骇客)

中国的电磁轨道炮最早因一张搭载测试炮塔的登陆舰曝光,显示中国正以登陆舰平台测试电磁轨道炮。另据英国《简氏防务周刊》报道,中国在2018年就成功完成了电磁炮的初步测试。2018年,一名中国国防科研所工程师也曾向中国《科技日报》透露,正在研发把磁轨炮和导弹综合体结合起来的系统。

总体而言中国电磁轨道炮仍处于高度保密之中,研发进度如何未知。不过,从中国第三艘航母搭载电磁弹射系统来看,全球唯二掌握电磁弹射技术的中美,同样也是全球电磁轨道炮研究领域的第一梯队,电磁弹射器实质上就是一个低阶电磁轨道炮。此外,从中美电磁弹射器上舰来看,两国均已攻克了电磁炮上舰所需技术比如舰船综合电力系统,只待电磁炮成熟就可以上舰实装。

美国国家航空航天利用电磁炮向太空发射载荷想象图。(NASA)

相比电磁炮在军事上的用途,中美之所以大力研究,还在于其在航天领域的应用,比如用电磁炮直接将卫星送入太空轨道、为空间站发射补给物资等等,比起现在的火箭发射其便利性成倍提升。当然,由此带来的瞬时电力需求、高载荷条件下的防护问题以及电磁炮本身的工程技术问题,也将成倍提升。

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