國外電磁軌道炮的發展現狀與作戰效能分析

原標題：國外電磁軌道炮的發展現狀與作戰效能分析

現代戰爭是涵蓋多維度、多領域、全時域、高烈度的綜合較量。隨著科技的迅猛發展，戰爭樣式和作戰機理也在不斷演進。在進攻性電子戰裝備體系中，電子硬殺傷武器已經成為越來越重要的組成部分。電磁軌道炮作為信息化戰爭的新型武器裝備，具有速度快、射程遠、抗干擾能力強和戰場生存能力高等特點，已成為軍事強國研發的重點。尤其是美軍高調推出「第三次抵消戰略」，力求發展一系列「能夠改變遊戲規則」的顛覆性技術和創新性戰法，把包括電磁軌道炮在內的定向能武器視為「第三次抵消戰略」的關鍵。加速發展電磁軌道技術，爭奪戰爭主動權成為各國確立軍事高技術優勢的重要舉措之一。

國外電磁軌道炮的發展現狀

強大作戰效能引發各國關注

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

電磁軌道炮是一種新概念武器，它通過磁場與電流相互作用，產生強大的電磁能推動彈丸，可以將彈丸以數馬赫的初速發射出去。利用強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，可以與一般導彈武器甚至中程導彈相媲美，如此強大的作戰效能引起了世界各國特別是軍事強國的關注。

由於電磁軌道炮是利用新機理形成殺傷的新概念武器，在使用上具有比傳統火炮明顯的優勢，軍事用途十分廣泛，被稱為「革命性武器」。其特點為：第一，彈丸速度快、射程遠、突擊能力強；第二，反應靈敏高效，可控度較高，火力比較靈活；第三，彈丸穩定性好，精準度高；第四，能量成本低，隱蔽性好，安全可靠；第五，毀傷力極強。

2017年1月，美國海軍作戰部長約翰·理查德森參觀了正在測試中的首門電磁軌道炮原型

大國博弈需求加快實用化步伐

世界主要軍事強國一直將國防先進技術視為大國博弈的戰略需要和提升國家科技創新能力的重要途徑，採取各種舉措積極謀劃、引領和推動前沿技術發展，取得了一系列成果，為保持和增強各自的軍事能力提供了重要支撐。當前，新概念武器和平台技術加快實用化步伐，加速形成新質作戰能力。

美國電磁軌道炮 電磁軌道炮技術是美國海軍面向未來20年軍事需求而重點發展的戰略高技術領域之一，也是美國在「第三次抵消戰略」下重點開發的關鍵性、顛覆性和前沿性武器系統技術。無論是美國21世紀初正式啟動電磁軌道炮項目之時的「由海向陸」的海軍戰略，還是目前的「第三次抵消戰略」或「分散式殺傷」作戰理論，都為美國電磁軌道炮的發展提供了行動指南。2017年，美國召開定向能峰會，提出重點研究定向能武器作戰部署，美海軍為電磁軌道炮、超高速射彈和固體激光器項目申請的預算資金為30億美元；2018年，美國國會批准了約24億美元用於對包括電磁軌道炮在內的新型武器技術的研發；在2019年陸軍預算申請中，美國國會2017財年為陸軍電磁軌道炮技術追加了2000萬美元的經費。在電磁軌道炮技術發展過程中，美國多措並舉，不斷推進技術成熟度和實戰水平的演進。

美國電磁軌道炮的發展歷經多年，開展了多項試驗，為實戰應用奠定了基礎。在「海軍創新原型」（INP）計划下的電磁軌道炮項目實施之前，2003年美國海軍進行了電磁軌道炮發射試驗，系統尺寸是未來原型機的1/8，彈丸出口速度為馬赫數6，動能7.25兆焦耳；2008年1月，美海軍在達爾格倫水面作戰研究中心試驗了一種電磁軌道炮，出膛速度為馬赫數7，發射能量為10.68兆焦耳；2011年10月，美海軍研究實驗室（NRL）實現大口徑電磁軌道炮樣機的1000次試驗，達到關鍵里程碑；試驗用電磁軌道炮長6米，口徑50毫米，炮口能量為33兆焦耳；2014年3月，NRL建成並首次試射一台新型小口徑電磁軌道炮樣機，口徑25.4毫米；2015年12月，成功進行超高速射彈制導與控制系統測試，實現了正常發射機動飛行；2016年5月，美軍進行10米的電導體軌道加速發射彈丸試驗，速度為724千米/小時，射速為10發/分鐘，有效射程達200千米，可瞬間穿透7塊普通鋼板，並具有多發同時彈射能力；2017年5月，通用原子電磁系統分公司研發的閃電樣炮，加裝了增強型制導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，創造了新的世界紀錄，高功率電源的儲能密度達到每個電源箱模塊的含能量415千焦。

目前，美國正在加緊進行電磁軌道炮的裝備研發，加速推進未來計劃。BAE系統公司和通用原子公司分別牽頭實施海基和陸基型號研製項目，美國計劃2020年前部署炮口動能32兆焦耳的電磁軌道炮為階段性目標，2025年前部署炮口動能64兆焦耳為最終目標，未來美陸軍也可能採用BAE公司研製的陸基型號。

2018年3月，通用原子公司接受了美國陸軍為期3年的電磁軌道炮研發合同，將交付一系列原型機，開展系統集成和實驗。針對另一個陸基電磁軌道炮項目EMRG，2018年美國將繼續開展該項目的研發工作，旨在2019年部署一台原型機進行試驗。EMRG的主要指標為：功率32兆焦耳、發射速率每分鐘10發、使用一種長壽命炮管。

電影中的美國電磁軌道炮

另外，通用原子公司電磁系統分部還在研究一種超高速射彈（HVP）。HVP是美國電磁軌道炮彈藥的衍生研發項目，由於性能出色，被認為是促進美國海軍艦炮和陸軍大口徑火炮性能提升的關鍵技術。該彈丸採用低阻、氣動設計，具有速度快、機動性高及到達目標時間短的特點，由127毫米Mk45Mod4型艦炮發射，射程可超過93千米；從電磁軌道炮發射，射程可超過185千米。這些超高速彈丸也可使用5英寸的海軍大炮和陸軍155毫米榴彈炮發射。2018年，美海軍將加快127毫米艦炮的HVP研發，使其與海軍水面艦現有作戰系統集成，並計劃在新型朱姆沃爾特級驅逐艦及所有海軍大口徑艦炮上使用HVP炮彈。美海軍未來將致力於電子器件小型化，及增強其硬度，使其能夠承受發射時的高溫和高壓。

俄羅斯電磁軌道炮 俄羅斯作為傳統軍事強國，也致力於電磁軌道炮的研發。經過多年理論探討和技術攻關，近年在電磁軌道炮技術研發上也取得長足進展。其研究重點集中在導軌型的電磁發射器和發射器電源方面。2016年7月，俄羅斯首次進行電磁軌道炮發射測試，取得預期效果，並實現了由單發至連發跨越。該次試驗的彈丸重2克，發射速度為3.2千米/秒，隨後兩個緊固銷從設備脫離。類似的軌道炮已能使重約1.5克彈丸達到11千米/秒的速度。由於實現如此高的速度需要極強的電流和能量，軌道炮的所有組件都會快速損耗和失效，因此，目前俄軍方在尋求能承受這些負荷的材料以及保護組件不被損耗的方式。2017年又進行了多次測試，在2月進行的新型電磁軌道炮測試中，速度達到3千米/秒；在12月測試中，採用一顆小塑料彈丸擊穿鋁板，速度為3千米/秒，達到了馬赫數8以上的速度。俄方專家表示，未來希望該子彈達到45千米/秒。

在電磁軌道炮應用上，美國主要應用於驅逐艦、巡洋艦、航母和濱海戰鬥艦進行作戰，而俄羅斯軌道炮則主要聚焦於航天應用和科學研究。俄利用電磁軌道炮進行情報收集、偵察監控及宇宙探索。當前，俄在該領域的研究還相對滯後，應用於空間防禦還有待時日，但發射高度已達20～100千米的臨近空間。

日本電磁軌道炮 近年來，隨著日本軍事戰略的轉移，不斷加強軍備建設。日本政府於2016年8月22日正式確立研發電磁軌道炮，並計劃未來裝備海上艦艇平台。

日本的電磁軌道炮開發在20世紀80年代後期就達到活躍期，在90年代前半期，主要著眼於利用等離子體電樞實現超高速，當時的研發成果有7.45千米/秒的記錄。之後，由於等離子體電樞的導軌燒蝕、脈衝電源等遇到技術瓶頸，實用化研究基本沒有進行。2000年左右日本完成了簡單的低速加速裝置，探討了利用固體電樞的性能。2010年，日本防衛省開始著手研發用於近程防禦的小口徑電磁軌道炮系統。該型電磁炮不使用推進劑，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，其特點是：高初速，易於調整初速（用電能控制），且可以節省彈藥庫空間。

2018年，日本加速電磁軌道炮的研發。2018年8月2日，日本防衛省陸上裝備研究所正式對外宣告其正在研製電磁軌道炮裝置——「電磁加速系統」，該系統是電磁炮的技術試驗原型機。該設備體積小，配套設施齊全，包括直線電磁推進加速器、功率轉化器、脈衝式儲能裝置、電力分配控制、散熱裝置等子系統。從2010年—2016年該項目共投資10億日元，可以以2000米/秒的速度發射10千克的炮彈，電流驅動為200萬安培，具有很強的軍事應用前景。未來，日本計劃在摩耶級驅逐艦上實驗電磁軌道炮和近防型固態激光發射器，在27DDG驅逐艦上配備電磁軌道炮等動能武器，以強化艦艇的多任務作戰能力。當前，日本還面臨許多關鍵技術的突破，距離定型裝備以及在實戰中運用還為時尚早。

印度電磁軌道炮印度作為一個正在崛起的新興大國，也致力於電磁軌道炮等具有顛覆性效能的武器研發。印度研究電磁軌道炮可以追溯到1994年，並且當時就已取得初步成果。

電磁軌道炮的強大作戰效能引發各國關注

2017年11月，印度宣布其自主研發的電磁炮取得初步成功。該型電磁炮發射彈丸速度為馬赫數6，可以將3～3.5克的彈丸加速到2000米/秒的速度。印度目前研發的電磁炮彈丸直徑為12毫米，並為30毫米的軌道炮做準備，目標是用一個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。

先進關鍵技術提升作戰效能

目前，電磁軌道炮的發展主要涉及到軌道的抗燒蝕技術、超高速、遠程彈丸技術、脈衝電源技術、材料技術和發射裝置設計等關鍵技術。

軌道的抗燒蝕技術軌道的燒蝕問題一直是影響電磁軌道炮發展與應用的技術瓶頸。研究表明，在彈丸經過的軌道電極表面燒蝕較為嚴重。燒蝕後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，可能造成發射的失敗。為了減少軌道表面的燒蝕，各國已開展了多方面的研究，如採用多級軌道和分段軌道結構，分布儲能調節電流波形和複合材料技術。截至目前，雖在技術上已取得了重大進展，但距離完全解決還有很大差距。

超高速、遠程彈丸技術電磁炮彈丸初速高，承受的過載大，飛行距離遠，彈丸的空氣動力學特性需要特殊設計；需要開展與電樞等機構的組合及分離技術。

脈衝功率電源技術電磁軌道炮的發展與電源的進步息息相關，電磁軌道炮工作需要高達幾十兆瓦或上百兆瓦的脈衝功率，普通電源無法滿足要求。目前，電磁炮所用電源首先將初級電源的能量傳遞給儲能系統，然後通過電力控制系統適時地把能量轉換到脈衝形成網路。主要技術包括頻率能量存儲和脈衝形成網路與負載的偶合。另外，由於電源在電磁炮的重量和體積上佔有高達80%的比重，因此電源小型化技術也是電磁炮早日進入實用階段的關鍵。

材料技術電磁軌道炮工作時，發射裝置將承受大電流和強載荷的衝擊，對軌道材料、絕緣材料、電樞材料和彈丸彈體材料均有極高的要求。問題的解決寄希望於新材料的研究，超導技術將可能在電磁軌道炮的研究與應用中發揮重要作用。目前，第二代高溫超導帶材的發展，為提高超導儲能技術奠定了材料基礎。

發射裝置設計發射裝置是電磁炮的核心部件，涉及到身管、供輸彈裝置、脈衝形成網路、電力控制系統及電樞、開關等。發射裝置的設計首先要根據武器系統的戰術技術要求，確定採用何種發射原理和彈丸的動能，然後進行發射裝置的結構設計，以確保武器系統穩定有效。發射裝置是一個集多種高新技術於一體的複雜系統，如何將已經取得一定發展的單項技術高效集成應用到電磁炮中，需要用系統工程的理論和方法來進行電磁炮發射裝置的設計研究，以提高系統總體技術水平。

隨著科技的不斷發展、生產工藝的改進和新材料的突破，電磁軌道炮將在作戰效能上比傳統火炮具有更大的優勢，成為現代軍事作戰的力量倍增器。

在作戰效能上，電磁軌道炮比傳統火炮具有更大的優勢。第一，電磁軌道炮與傳統火炮相比，發射速度更高，打擊距離更遠，攻擊力更強，精準度和命中率也更高，毀傷效能更強；第二，電磁軌道炮可發射多用途炮彈，炮彈飛行時間更短，遠程作戰時的毀傷效能更強，既可提供反炮兵火力，又可執行防空任務，此外還具備一定的近程彈道導彈防禦能力。

隨著當前電磁炮的研發進展，在炮口動能、射程和精確打擊能力等一系列作戰指標上，電磁炮更是大幅度刷新著存在了近百年的記錄。與常規火炮相比，其特點是對於彈丸作用時間長、炮口動能大。第一，攻擊性更強。在炮口動能上，威力更大。美軍最新研製的電磁炮炮口動能為33兆焦耳，目標為64兆焦耳，實際安裝到平台上時，威力將會更強。相比之下，普通火炮一般只有十幾兆焦耳，最大不會超過20兆焦耳，與電磁軌道炮相比，威力相差將近1～2倍。第二，發射速度更高。在射速上，美軍電磁炮最新數據是7赫茲，電磁軌道炮的炮口速度通常要初速達到3000米/秒以上，相當馬赫數7～8。而普通子彈飛行速度大約為700～800米/秒，常規炮彈飛行初速通常在800～900米/秒，即使是為了擊毀敵方防護裝甲而初速也只達到1500米/秒，由此可見，傳統火炮與電磁軌道炮相比在射速上相差甚遠。第三，打擊距離更遠。美軍電磁炮最新試驗數據中的射程是200千米，預期最終射程將達到400～500千米，美軍電磁炮一般最低也會超過100千米，從目前試驗來看可達到180～200千米，甚至超過300千米。目前，世界上主要火炮系統口徑為127毫米和130毫米的艦炮，最大設計距離超過22～23千米，試驗中大多不過20千米，且精度差。雖然普通艦艇的巡航導彈射程超過300千米，但其造價高昂，1艘戰艦攜帶不超過70枚，且無法完成在海上的裝卸，補充時必須返回港口，這大大降低了作戰效率。

綜上所述，電磁炮以射程遠、成本低、運輸以及補充便利等諸多優勢而被各國寄予厚望。可以預見，擁有如此高能量的電磁炮如果投入實戰，作為新型的進攻武器，它所帶來的戰場攻防力量對比的確是顛覆性的。

結　語

儘管電磁炮研製還有很多問題有待解決，離進入實戰還有待時日，但可以預見，電磁炮作為一種劃時代的武器，一旦研製成功，將憑藉超高的射速、超遠的射程和超強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「傳統的火炮時代」。

版權聲明：本文刊於《軍事文摘》雜誌。作者：伍尚慧。如需轉載請務必註明「轉自《軍事文摘》」。

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