楊　藝

電磁炮是美國陸軍為滿足未來戰(zhàn)斗車輛更具殺傷力、更緊湊、具有更強生存能力和更小后勤負擔等需求而進行研制的新概念武器。美國國防科學委員會曾預言：“未來的高性能武器，必然以電能為基礎?！泵绹戃姟⒑＼姾涂哲娒磕甓加写罅康难芯宽椖可婕暗诫姶虐l(fā)射的原理、材料、仿真、電源和應用等技術，并取得了一系列研究成果。

美軍電磁發(fā)射技術發(fā)展近況

美軍電磁發(fā)射技術經過數(shù)十年的探索，取得了豐碩的研究成果，大部分關鍵技術問題已經得到解決。在超高速炮彈方面，設計完成了鎢制錐形彈，飛行速度達到3000米，秒，其探桿因強度更大而具有更強的穿甲能力。新型超高速炮彈的制造采用了低寄生阻力物質，彈載制導、導航和控制電子器件經過了100千克過載的測試。在軌道炮管壽命方面，通過選擇適當?shù)牟牧舷顺咚倥傧鳎趯﹄姶排谶M行新穎設計后，去除了超高速起弧轉捩，同時也避免了與絕緣體的接觸和破壞。目前正在進行60發(fā)炮彈的軌道壽命發(fā)射試驗。在發(fā)射征候方面，采用炮口偏轉器將炮口火焰減少了3個量級。在脈沖電磁能量方面，通過仿真驗證的新型脈沖交流發(fā)電機技術已從電機研制中心移交給工業(yè)部門。

美國陸軍

美陸軍電磁炮項目的研究工作從五個方面展開，即脈沖電源，發(fā)射軌道，炮彈、全尺寸超高速殺傷力試驗以及系統(tǒng)分析。該項目在2007和2008財年完成了以下工作(見表)。

美國海軍

2001年11月，美國海軍高技術研究所(IAT)召開研討會，討論遠程艦載軌道炮的可行性問題，會議得出結論，艦載軌道炮的發(fā)展已不存在科學或技術障礙。通過參數(shù)分析和建模仿真得到的概念型艦載電磁炮系統(tǒng)可以取代155毫米先進火炮系統(tǒng)。艦載電磁炮可以2500米，秒的速度發(fā)射20千克的彈丸，炮口動能為63兆焦，彈丸可在6分鐘達到200海里的最大射程，以馬赫數(shù)5的速度完成動能毀傷。

美國海軍電磁炮的脈沖電源由通用電子公司牽頭，德克薩斯大學機電中心和太陽神系統(tǒng)公司共同參與研制。2004年7月，美國海軍成功進行了電磁炮的海上發(fā)射試驗，演示驗證了電磁發(fā)射器以超聲速發(fā)射炮彈的過程。試驗用彈丸及彈托及由美國海軍地面戰(zhàn)中心設計制造，試驗系統(tǒng)尺寸是未來實際尺寸的1／8。最終的電磁軌道炮系統(tǒng)將以2500米／秒的速度發(fā)射電磁炮彈，射程達370千米。此前的2004年2月，美國海軍進行過電磁發(fā)射系統(tǒng)接口的功能演示，并確認發(fā)射組件可承受發(fā)射過載，2004年3月進行過自由飛行演示，確認一體化發(fā)射裝置可在膛口處分離，最終彈丸可穩(wěn)定飛行。

2005年8月，基于可行性研究成果，美國海軍研究辦公室(0NP)與BAE系統(tǒng)公司簽訂了兩份合同，一是研制32兆焦的實驗室用發(fā)射裝置，包括發(fā)射裝置的詳細設計、制造和安裝。二是為海軍戰(zhàn)術軍艦制造電磁樣炮。實驗室用樣炮主要用于研究并解決身管壽命問題，以完成特殊身管和炮彈的設計。艦用樣炮項目旨在尋求輕型化解決方案，使電磁炮可以安裝在武器平臺上。2008年1月31日，美國海軍在海軍水面作戰(zhàn)中心成功地進行了電磁炮發(fā)射驗，發(fā)射動能達到10.64兆焦，炮口初速為2520米／秒。

美軍電磁發(fā)射技術發(fā)展計劃

美國陸軍

根據美國陸軍財年計劃，2009年電磁發(fā)射技術將完成以下任務：

在脈沖電源方面，演示可以減小脈沖交流發(fā)電機體積和重量的先進材料的性能，包括條帶、導體和開關。在炮彈方面，利用電磁炮進行大口徑(能量大于5兆焦)動能和多用途彈的發(fā)射演示驗證。在全尺寸超高速殺傷力試驗方面，演示動能大于5兆焦的多功能戰(zhàn)斗部的殺傷力，并將該項目移交給陸軍軍械研究研制與工程中心。在系統(tǒng)分析方面，確定提高超高速命中概率的指導性和約束性參數(shù)。

另外，美國陸軍軍械研究研制與工程中心與柯帝斯·賴特公司簽訂了合同，要求建造可提供2～5兆焦炮口動能的電源。2007年5月，承研單位制造出第一臺脈沖交流發(fā)電機，計劃2008年完成交流發(fā)電機整體系統(tǒng)的設計。該電源系統(tǒng)體積為1.9米，重7000千克。根據計劃，2010年后將研制出新一代脈；中交流發(fā)電機，可提供8～10兆焦的炮口動能，體積為1.5米，重4000千克。

美國防部先期研究計劃局(DARPA)要求得克薩斯高技術研究所對電磁發(fā)射所具有的遠程精確打擊能力進行評估，計劃將電磁炮用作非直瞄火力，射程預計為70千米，為常規(guī)炮彈射程的2--3倍。電磁炮發(fā)射的非直瞄動能彈將采用子母戰(zhàn)斗部，通過控制拋灑高度來控制彈著區(qū)域。戰(zhàn)斗部將采用惰性鎢制桿，設計方案有三種，分別是200克桿28個、3.2克桿1750個和0.8克桿7000個。

美國海軍

艦載電磁炮的發(fā)展將分為三個階段，第一階段完成時間為2011年。2005年8月，海軍研究辦公室啟動了創(chuàng)新型海軍樣機項目，旨在用4-8年時間完成技術的成熟化，并轉入全尺寸研究和研制階段。電磁炮研究重點放在四個方面：發(fā)射裝置、彈丸，脈沖成形網絡以及與艦船的集成。

電磁炮INP項目又分為三個時間段，第一時間段計劃完成時間是2008年第三季度，實際上，該時間段的工作已于2008年初提前完成。主要是競爭性地研發(fā)先進固定發(fā)射裝置技術，附帶進行了一些彈丸的相關研究，2008年1月底進行32兆焦發(fā)射裝置初始能力演示。第二時間段主要有兩項內容，一是使一體化系統(tǒng)的演示達到5～6技術準備級別，32兆焦發(fā)射裝置應能發(fā)射多發(fā)炮彈，身管應能承受排斥力，并能解決熱處理問題。二是在彈丸方面，主要研究彈丸的超高速制導飛行以及殺傷機理。波音公司和德雷珀實驗室正在進行INP彈丸和一體化發(fā)射裝置(ILP)的概念研究，內容包括ILP身管動力，飛行體和飛行熱力特性、殺傷力、以及制導、導航和控制。如果項目進展順利的話，2009年8月將進入第三時間段，2010財年底使用32兆焦發(fā)射裝置進行100發(fā)身管壽命演示和先進固定結構演示。

艦載電磁炮第二階段的工作將從2011年持續(xù)到2015財年，重點研究彈丸技術。如果工作順利，艦載電磁炮將于2015財年在海軍海上系統(tǒng)司令部的領導下，從科技領域轉入到全尺寸研究。

第三階段，將在201 6財年進行64兆焦炮口能量戰(zhàn)術系統(tǒng)的海上演示。最終，美國海軍艦載電磁炮將在2020年-2025年將形成初始作戰(zhàn)能力。

美軍電磁炮發(fā)展面臨的問題

美國陸軍

美國陸軍對電磁炮直瞄能力的研究已有10年多的時間，從2006年開始，陸軍又把研究領域擴展到未來電磁炮的非直瞄潛能上。電磁炮是美國陸軍和海軍共同開發(fā)的項目，作為合作者，陸軍火力優(yōu)勢中心一直在利用其作戰(zhàn)建模能力來幫助海軍確定最適合電磁炮打擊的目標類型和所需的殺傷力特性。陸軍對非直瞄電磁炮的

研究將借助于海軍的研究成果。陸軍火力優(yōu)勢中心希望陸軍在2008年底確定六個關鍵問題，這六個問題也被稱為“第一代作戰(zhàn)需求”。

首先，適合電磁炮攻擊的目標是什么?陸軍火力優(yōu)勢中心能力開發(fā)與一體化委員會的資深技術顧問薩姆，L.卡夫曼說，我們沒有試圖告訴每個人電磁炮是萬能的。但我們的理念是，如果你擁有一種廉價、低后勤負擔的快速反應系統(tǒng)，可以在更遠的射程上，以更高的精度和更少的使用數(shù)量摧毀合適的目標，那么這種系統(tǒng)就非常具有使用價值。目前雖然像制導火箭彈和陸軍戰(zhàn)術導彈系統(tǒng)那樣的武器系統(tǒng)具有遠程精確打擊能力，但這種能力卻伴隨著極高的費用和極大的后勤負擔。

第二個關鍵問題是確定電磁炮發(fā)射系統(tǒng)的射程要求。這個問題在考慮需要多大脈沖電源時非常重要。當前的目標是20兆焦，是基于100千米射程的設想而定的，100千米是否就是正確選擇7也可能更遠一些。

第三個問題是需要什么樣的殺傷力。除了進行第一代戰(zhàn)斗部的創(chuàng)新設計外，電磁炮還將達到更高馬赫級的速度，因為電磁炮可通過速度來獲得一部分殺傷力。

第四個問題是在機動性方面有何需求。目前存在一種可能性，就是為了滿足機動性的動力需求，需要在電磁炮旁邊配備一輛脈沖電源車，為20兆焦的發(fā)射提供足夠的能量。根據遠期計劃，2018年電磁炮發(fā)射車和電源車將達到技術準備級別(TRL)6級，車重40噸，能量為20兆焦。

第五個問題是系統(tǒng)的編制結構和編配級別，這個問題與機動性和射程問題密切相關。

第六個問題是明確電磁炮是否具有后勤負擔。

美國海軍

艦載電磁炮走出試驗階段還面臨很多技術和工程上的挑戰(zhàn)。

首先是炮管壽命問題。軌道在發(fā)射時承受的推力以及流經軌道和電樞的電流都是造成磨損的因素，這點與傳統(tǒng)火炮彈丸和炮管的機械磨損相比是不同的。承研方認為，保持無損高電流滑動接觸是一個技術難題。美海軍近期目標是以2500米，秒的初速連續(xù)發(fā)射100發(fā)炮彈而不使身管受損。

第二個難題是解決軌道的分離。當軌道炮發(fā)射炮彈時會在軌道周圍產生電磁場，使彈丸無須推進劑就可以獲得很高的速度。電磁力在推進彈丸的同時也在兩個軌道之間施加向外的推力，這種推力必須加以抑制，防止軌道分離。目前研究機構正在檢驗兩種軌道固定方法。一種是使用重型、疊層鋼質結構固定軌道。32兆焦實驗室發(fā)射裝置將采用這種固定方式。但是這種鋼結構會使炮管重量過大無法滿足戰(zhàn)術應用。BAE系統(tǒng)公司正在探索使用先進復合材料和其他輕型、堅固材料固定軌道。

第三是電磁炮炮口和炮尾的處理問題。使用常規(guī)火炮時，火炮發(fā)射過程中推進劑排泄的氣體在炮尾周圍產生壓力。使用電磁炮時，由于是電流推動彈丸，所以發(fā)射后炮口殘留的電流必須進行處理。工程人員將重點研究電磁炮炮口。炮尾以及炮管供電、固定和安裝等問題。

第四是電源問題。海軍的備選方案有兩種：電容器和脈沖交流發(fā)電機。電容器是較為成熟的技術，但其體積和重量較大，所以目前正在研制小型系統(tǒng)。脈沖交流發(fā)電機目前正在由通用電子公司進行研制，該發(fā)電機使用高速飛輪來產生幾兆瓦特的能量。

最后，電磁炮的炮彈和制導系統(tǒng)應能承受巨大的加速度。從電磁炮中發(fā)射的任何部件將承受35000-40000g的加速度，實用型武器的加速度將在50000g。這個數(shù)值是常規(guī)火炮炮彈承受的加速度的2倍。