美國研究了幾十年卻聲稱被中國超越，這種武器有多牛？

本文來源：「瞭望智庫」微信公眾號

作者：席亞洲 瞭望智庫特約國際觀察員

美國媒體聲稱，中國已超越美國，實現電磁炮上艦！

美國這麼多年都沒搞明白的電磁武器，會不會是一個「坑」？

其實，這事沒有美國人鼓吹的那麼「神奇」。

在武器裝備上應用電磁技術，一直以來處于軍工科技前沿，研發難度非常之大。

當前，世界上只有一艘裝備這種系統的軍艦——美海軍最新型航母「傑拉爾德·福特」號。

目前世界上最先進的航空母艦——美國「福特」級首艦「傑拉爾德·福特」號

然而，近年來，美國的電磁彈射系統不時發生一些狀況，特朗普甚至提出要在下一艘航母上恢復原來的蒸汽彈射系統。

而據CNN（美國有線電視新聞網）6月21日報道，中國正在打造裝備有電磁彈射系統的航母，可與美軍最先進航母相媲美。

次日，CNBC（美國全國廣播公司旗下知名財經媒體）網站稱，美國情報官員稱中國艦載電磁炮在2025年前將投入使用，並稱其為「最強大的艦炮」。

據傳，該炮發射的炮彈能達到7馬赫（7倍音速），相當於90秒從華盛頓打到費城。

美國媒體認為，在電磁炮研發方面美國已落後於中國。

有人發出質疑：美國這麼多年都沒搞明白的電磁武器，會不會是一個「坑」？這會不會又是美國炒作「中國威脅論」的一個噱頭？

那麼，這項技術到底有何威力？能夠對中國海軍的未來發展產生什麼樣的影響？

這事，還得從頭說起。

1

知易行難的「科幻武器」

電磁武器技術很先進，原理卻很「古老」。

說到底，電磁炮和電磁彈射器是同一樣東西，都是利用電磁力來對一個特定的物體進行加速。

從原理上來講，生活中常見的電動機和這兩種尖端武器也是同類——它們都是通過電磁力將其他形式的能量轉化為動能，區別不過是這種動能是以炮彈/飛機的直線加速形式還是以轉子的旋轉形式體現而已。

在實際應用中，電磁力帶來的動能遠超傳統方式。

舉個例子，電磁炮使得彈丸的速度和射程大大提升，無需裝葯爆破，只靠動能就可輕鬆擊穿摧毀目標。

所以，人類早就產生了電磁技術應用的思路。幾乎在電動機誕生的同時，就有人提出了「直線電機」的概念，並試圖將此技術運用到實際交通工具或者武器上去。

但是，知易行難，即便是這類產品中最簡單的磁懸浮列車，也是經過上百年的研究，在21世紀初才開始進行首次商業運行。

對於電磁炮，人們很早就有了種種構想，但是，看似希望就在前方，卻難以真正實現。

為什麼這麼難呢？

20世紀初到三四十年代，電磁炮和電磁軌道系統概念剛剛出現，發電系統無法提供電磁炮或電磁彈射器所需要的大電流，同時，也缺乏足夠強的磁場。

因此，二戰期間，雖然德、美等國都考慮過電磁炮技術，並提出了一系列設想，但是，直到大戰結束也沒有付諸實踐。

那時，電磁炮可謂「幻想中的武器」，只能停留在科幻小說中。

在海因萊因名作《月亮是個嚴厲的女人》（又譯《嚴厲的月亮》）中，宣布獨立的月球政府就使用一種投射礦物用的巨型「質量加速器」，實際上，它就是一門巨大的電磁炮，作為戰略武器向地球主要城市投擲小行星。

2

超大線圈炮衍生出電磁彈射器

到了上世紀七、八十年代，才出現真正具有實用意義的電磁炮。

1978年，蘇聯用感應線圈，在1厘米距離內，將2克重的金屬環加速到5000米/秒的速度。

這意味著，瞬時大電流、高強度瞬時磁感應等此前難以想像的技術，人類已經「摸到邊」了。

這一輪電磁炮的發展，主要是基於線圈炮原理，即通過讓炮彈經過很多線圈的加速來達到較大的速度。

線圈炮的特點是，可以將較輕的炮彈加速到很高的速度，但不大適合用來加速較重的彈丸。

因此，初期的電磁炮主要計劃用於防空攔截敵方導彈攻擊。

上世紀90年代，美國試圖開發的實用線圈炮武器設計是發射相當於20毫米炮彈的彈丸，用來取代「密集陣」機關炮，利用超高的彈丸初速和較高的射速攔截來襲的反艦彈道導彈。

線圈炮的問題也很明顯，因為其每個線圈給彈丸提供一定的加速度，所以需要多個線圈前後「接力」才能實現最高速度。現實中，線圈能提供的加速度有限，要把彈丸加速到很高的速度，就需要較長的軌道和大量的線圈。

根據計算，如果要把線圈炮縮小到現有一般火炮水平、作為電磁炮使用，那麼，其線圈需要實現超導才能提供足夠的能量效率和加速度。

超導技術應用在武器裝備上難度實在太高，所以，雖然線圈炮原理已經相當成熟，但體積尺寸卻沒辦法再做得更小了。

上世紀90年代的美國科幻電影《蒸發密令》當中，一家公司研製的電磁軌道炮居然被縮小到可以當做步兵武器的程度。

片中就有一句台詞：「海軍的電磁線圈炮大得像一座山」，雖然只是嘲諷，但沒說錯。

不過，線圈炮原理在現代軍事領域仍然佔據著一席之地，在實踐中採用更傳統的電氣技術，如果退而求其次、不需要把彈丸加速到超高速，也就不需要把線圈做成超導。於是，這個技術就被轉移到了航母彈射器上。

電磁彈射器擅長發射低速重型物體，長一點、大一點無所謂，只要能將數十噸重的飛機加速到數百公里即可。

目前，中美兩國的電磁彈射器都採用了線圈原理。

3

走進現實的恐怖武器

上世紀90年代，線圈炮研製逐步走入死胡同，工業界提議另闢蹊徑，開始研製電磁軌道炮。

這個時期，人類在電磁領域的進步也到了一個新的水平。

隨著超級電容、先進自動化控制系統等技術的出現，比線圈炮要求更高的適應電磁軌道炮的電器元件已經具備了研製條件。

美國雷西昂公司為現在的32兆焦電磁炮所配套研製的脈衝電源裝置（PPC），能夠在一個標準集裝箱內，暫存足夠電磁炮發射23發的電量。這樣的高性能電力系統，不僅是電磁軌道炮，也是電磁線圈炮進入實用領域的重要技術前提。

進入21世紀後，電磁軌道炮原理重新佔據實用化電磁炮研製熱點位置，其具備小型化的潛力是很重要的一點。

電磁軌道炮的原理比線圈炮更加「簡單直接」，用兩根導軌，導軌間有個電刷，當兩個導軌通電時，洛倫茲力（運動電荷在磁場中所受力）就會把電刷推動向前。

理論上，其速度可以無限接近電磁脈衝度速度或者光速。當然，前提是電磁脈衝足夠強大。

2000年初，由美國海軍牽頭，多家企業開始研製實用化的電磁軌道炮，計劃製造出這樣一種武器：

射程400公里，彈丸20公斤重且無裝葯，命中目標時具有高達17兆焦的能量，足以摧毀任何堅固目標。

按照當時的計算，如果好夢成真，這門電磁軌道炮能以6-12發每分鐘的射速對320公里外的目標進行攻擊。

在戰鬥最初8小時內，其彈藥投放數量是一個F/A-18艦載戰鬥機航空聯隊（一艘航母上的所有載機）的2倍，撞擊總動能是後者投放彈藥爆炸當量的3倍，打擊目標的數量是後者的10倍！

一艘滿載航母約等於一門電磁軌道炮？這麼說並不誇張。

如此可怕的武器，只要是個國家都會動心。

4

美國無奈退而求其次

根據這個設計，炮口動能應該達到64兆焦以上。

做一個對比，德國萊茵金屬公司為擊穿俄羅斯T-14坦克而設計的130毫米滑膛炮，炮口動能約為19.5兆焦-23.4兆焦（因為炮還沒實際研製出來，所以炮口動能還只能是範圍推測）。

64兆焦的炮口能量，對20千克彈丸而言，發射瞬間的加速度是非常可怕的，粗略估計應在60000g（g≈9.8m/s2）以上。

目前，世界上抗加速度性能最好的電子設備也只能抗30000g左右。

換言之，64兆焦的電磁炮，如果現在造出來，根本沒法研製出與之配套的、具備制導能力的彈丸。

2010年，美國進行32兆焦電磁炮發射試驗後，對電磁軌道炮研製進行了重新研究，認為「32兆焦是一個拐點，過了這個點後，能量更高的電磁炮會讓炮彈很難研製出來」。

美軍因此修正了其設計，將原來射程400公里的64兆焦電磁炮，修改為射程90-180公里、動能32兆焦、初速7馬赫。

然而，「縮水版」的電磁炮，也沒比155毫米常規火炮好到哪兒去。

後來，在採用火箭增程技術的前提下，「朱姆沃爾特」級驅逐艦上安裝的155毫米火炮射程可以達到180公里，而且，整體加長的炮彈威力也不比傳統同口徑炮彈降低。

相比之下，對於攻擊地下設施這類目標來說，32兆焦電磁炮的彈丸的動能幾乎沒有意義。

美國當初規劃64兆焦電磁炮時對巨大威力的美好構想完全落空了。

2016年，美海軍決定將電磁炮的研製方向退而轉為反導。

這還需要非常漫長的研製過程，過程中依然有很多困難。

美國規劃在這方面投入高達8億美元，表明這個項目絕非易如反掌。

5

中國可能後來居上

美國的電磁炮研究歷程，可謂「把坑踩遍」。

於是，我國在該領域可以避免走彎路，具備後來居上的可能。

實際上，中國早就有了自己的電磁武器。

據外媒報道，中國的電磁炮於2011年首次曝光；

2015年到2017年間，該武器經過校準後，擴大了射程且提升了殺傷力；

至2017年12月，這款電磁炮已被成功安裝在軍艦上；

今年早些時候，這款在我國海軍072型坦克登陸艦「海洋山」號艦艏安裝的大型電磁炮試驗平台進行海上航行試驗的消息，引發了廣泛關注和轟動。

這一門電磁炮，還不能表明中國在電磁軌道炮技術方面已經超過了美國——但至少這的確是世界上首次將電磁炮安裝到戰艦上的試驗。

同時，我國第二艘國產航母正在上海緊鑼密鼓進行建造的消息，也在近期不脛而走。隨著造船廠方中船重工的宣傳，該航母的一些細節廣為傳播。

其中最引人注目的就是彈射器，它是現代航母作戰能力的關鍵指標之一。

據軍事專家宋忠平分析，新型國產航母的平直甲板（我國此前的「遼寧「艦和正在舾裝的首艘國產航母都沒有安裝彈射器，而是採用滑躍甲板起飛）將讓電磁彈射系統成為可能——採用三部彈射器進行阻攔著陸，彈射速度快、戰機起飛頻度高、快速反應能力更強。

在我國第二艘國產航母上，如果真有這種配置，將讓中國海軍艦載航空兵一步到位、直接追趕世界最先進水平——使用電磁彈射系統的美國海軍「福特」級航母。

電磁彈射究竟對航母有什麼意義呢？

在航母上，要使用蒸汽彈射器，就要消耗大量蒸汽。對於航母這樣的大型艦艇，由於彈射器消耗的蒸汽量非常大，造成鍋爐壓力損失、動力下降的問題。相較而言，電磁彈射器就「省事兒」多了。

註：如美國「小鷹」號航母的C-13彈射器，每次彈射需要消耗625公斤蒸汽和1噸左右緩衝淡水。如果航母以每分鐘1架的速度進行彈射，那麼，連續彈射8架飛機後，蒸汽鍋爐就會損失20%，全艦動力下降32%，航速下降8節。我國正在研製的003型常規動力航母，如採用蒸汽彈射，也將面臨類似的問題。即便是動力近乎無限、補充蒸汽相對快的核動力航母，像法國的「戴高樂」號，在其服役後也多次對蒸汽發生器、動力系統進行修改，就是為了改善這個問題。

值得注意的是，美國的電磁彈射器問題頻發，其中最顯著的是漏磁。

去年，特朗普登上「福特」號視察期間，有水兵攔總統「御駕」告狀：「福特」號的電磁彈射器存在嚴重漏磁問題，而且，問題已經嚴重到飛機掛載彈藥被磁場吸引受到異常應力進而影響飛機壽命的程度。

目前，尚未看到關於美軍對此問題進行進一步調查情況的報道。但是，從特朗普要求海軍在下一艘航母上改回蒸汽彈射器的表態（當然，被美海軍專家否決，實際上應該很難實現）來看，這個問題恐怕還真不太好解決。

有了美國的前車之鑒，我國非常重視航母電磁彈射器漏磁問題，目前的彈射試驗中沒有檢測到相關問題。

防磁泄漏的先進屏蔽技術可進一步運用到其他領域，例如，就有外媒報道稱，中國已經開始在導彈垂直發射系統中應用這一技術。

註：目前的導彈垂直發射系統，要麼採用導彈直接在發射箱內點火升空的「熱發射」，要麼採用導彈下面安裝一個燃氣發生器（相當於炮彈的裝葯，火藥爆炸將導彈頂出去）這樣的「冷發射」。如果使用電磁發射，那麼由於整個線圈系統是安裝在發射箱外面，而不是內部，就不會如「冷發射」一樣，擠佔一部分發射箱內的空間；同時也可以避免「熱發射」所需要的，在發射系統內設置供高溫燃氣通過的通道。也就是說，使用該技術可以讓導彈發射系統更加緊湊，容納更大的導彈。這種裝置的研製目前正在進行。

在短短几年裡，中國之所以能迎頭趕上，除了要歸功於馬偉明院士這樣傑出的帶頭人，更得益於中國擁有當今世界上最大的電網和電力工業體系——巨大的實踐需求和龐大的產業體系，本身就是催生一項技術發生跨越式發展的最大動力。

再加上國家的巨大投入和學術界最傑出大腦們的貢獻，中國在軍用電磁領域取得進展是順理成章的，並沒有美國人說的那麼不可思議。

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