“電磁炮首次作為完整的武器系統(tǒng)搬上載具，是在海軍的兩棲登陸艦改裝的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上。海軍型電磁炮的實(shí)驗(yàn)獲得重大成功，但是小型化電磁武器系統(tǒng)卻遲遲沒(méi)有進(jìn)展。對(duì)于我們這個(gè)時(shí)代（2371年，作者注）的人來(lái)說(shuō)，很難想象在地球時(shí)代的技術(shù)水平下，電磁武器和電氣系統(tǒng)的小型化是一件多么困難的事情。這一切的突破口還要從陸軍科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系的微機(jī)電電容說(shuō)起。由張開(kāi)黎教授帶領(lǐng)的課題組用微機(jī)電方法生產(chǎn)的一種微觀電容，打破了高容量和高放電速率問(wèn)題上的不可能，為陸軍用電磁炮的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)上了最后一塊拼圖。”

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ————《O&B裝備命名規(guī)范簡(jiǎn)史》第792版，比鄰星同步軌道中央大學(xué)出版社

“坦克發(fā)展的一大突破，從“三機(jī)”到“三液”之辨可見(jiàn)一斑。然而由于“三液”在當(dāng)時(shí)技術(shù)條件下的可靠性不佳，未能投入量產(chǎn)。裝備發(fā)展中的挫折是常見(jiàn)現(xiàn)象，但這并不能阻擋技術(shù)革新的熱情。在各國(guó)的第四代主戰(zhàn)坦克定型服役，第四代主戰(zhàn)坦克的廣泛定義被提出后，關(guān)于第五代主戰(zhàn)坦克的理論研究也隨之走到臺(tái)前。

如果說(shuō)第四代主戰(zhàn)坦克的概念是：高信息化，高態(tài)勢(shì)感知，高生存性。

那么第五代主戰(zhàn)坦克則是完全不同的概念。

這一概念被稱之為三電，即電氣化系統(tǒng)，電磁武器，電磁裝甲。

這一切的一切都需要一個(gè)前置條件：電能的存儲(chǔ)和釋放?！?/p>

——《了解第四、五代主戰(zhàn)坦克》，《陸軍時(shí)代》雜志 2044年9月上刊，陸軍科技大學(xué)出版社

作者警告：本期內(nèi)容可能涉及大量現(xiàn)實(shí)尚未實(shí)現(xiàn)，甚至是可能與物理定律相悖的系統(tǒng)及概念，其中的大多數(shù)理念可能涉及技術(shù)路線之爭(zhēng)。由于本期內(nèi)容的特殊性，請(qǐng)執(zhí)著于技術(shù)可行性的讀者酌情閱讀，如出現(xiàn)不適，本文及本文作者概不負(fù)責(zé)。請(qǐng)牢記，這只是一則科幻作品。

電磁武器的原理從來(lái)就不是什么復(fù)雜的東西，早在20世紀(jì)的科幻作品中就已經(jīng)大量登場(chǎng)的電磁武器，直到21世紀(jì)初期才剛剛走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)靶場(chǎng)。究其根本還是人類對(duì)于電能的操縱，始終不如對(duì)化學(xué)能的操縱。人類能造出高密度的能材，卻始終沒(méi)法造出任何一種能同時(shí)比肩能材的能量密度和能量釋放速率的電子元件。對(duì)于新一代身管武器的發(fā)射原理，目前有兩條技術(shù)路線，電熱化學(xué)原理和電磁原理。

電熱化學(xué)原理比起徹頭徹尾改變能量轉(zhuǎn)換原理的電磁炮來(lái)說(shuō)更像是一種折中，然而正是結(jié)合了電熱和化學(xué)效應(yīng)的系統(tǒng)，對(duì)于控制的精度需求相當(dāng)高，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都處于一種原理可行，卻局限于復(fù)雜度，始終無(wú)法投產(chǎn)的情況。

而電磁原理則正好相反，關(guān)于電氣系統(tǒng)復(fù)雜度的問(wèn)題早已得到解決，唯一的問(wèn)題則是如何從原理上實(shí)現(xiàn)高能量密度和高能量釋放。

在發(fā)射能力上，電熱化學(xué)原理的武器仍然像傳統(tǒng)的化學(xué)能火炮一樣，發(fā)射能力只取決于裝彈機(jī)尺寸和機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度。而電磁炮則是一個(gè)取舍系統(tǒng)，要么以高功率發(fā)射低數(shù)量的炮彈，要么以低功率投射大量炮彈。這種取舍能力往往能使得電磁武器在面對(duì)不同等級(jí)的威脅時(shí)有一個(gè)更加靈活的表現(xiàn)，從而帶來(lái)一些意想不到的效果。

飛輪儲(chǔ)能是一種理想的解決方案，但是陸地載具的內(nèi)部空間并不足以放置一個(gè)巨大的飛輪。將飛輪變小可能會(huì)是一種解決方案，但是要多小，這是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。

為了解決這些問(wèn)題并最終推動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)“三電”的要求，海軍和陸軍總共進(jìn)行了三期實(shí)驗(yàn)，走了許多彎路，才最終實(shí)現(xiàn)想要的結(jié)果。

第一期實(shí)驗(yàn)：16cm級(jí)艦載電磁炮，分體式電氣系統(tǒng)可行性測(cè)試

從海軍實(shí)驗(yàn)平臺(tái)直接搬上陸地實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的陸基艦載電磁炮實(shí)驗(yàn)車則是使用電容交替放電的方式來(lái)解決問(wèn)題。其代價(jià)就是需要一個(gè)巨大的電容陣列，對(duì)電力系統(tǒng)的散熱也是一個(gè)巨大的負(fù)荷。

第一期實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將測(cè)試用的16cm級(jí)電磁炮搬上了一輛海山 HS5800 四軸特車底盤(pán)，備彈則直接儲(chǔ)存在炮塔內(nèi)，通過(guò)專門(mén)的傳遞口從外部填彈。由于電容組的巨大體積，該系統(tǒng)需要借助外接電源車的幫助才能對(duì)電磁炮進(jìn)行高效充能。海山特車的增程式全電驅(qū)動(dòng)倒是為電磁武器的電氣系統(tǒng)提供了一點(diǎn)便利，但僅憑HS5800本身的發(fā)電機(jī)只能滿足給電容散熱的需求，想要在短時(shí)間內(nèi)充滿一次全功率急速射的電能，又要讓HS5800能在路上跑，幾乎是天方夜譚。

不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f(shuō)，這樣的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)其實(shí)也恰好能滿足作戰(zhàn)需求。只需要在發(fā)射前連接電源車和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，充能完畢后就立馬斷開(kāi)連接，倒是勉強(qiáng)可以滿足快打快撤的需求。如果不考慮快打快撤，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就已經(jīng)可以作為一個(gè)實(shí)用裝備投產(chǎn)了。

只不過(guò)這樣的操作未免復(fù)雜了些，想要離實(shí)用更進(jìn)一步，還是需要將外接電源和載車整合。

理論上16cm級(jí)電磁炮可以兼容16cm以下口徑的所有彈丸，但是考慮到發(fā)射效果，彈丸口徑一般不會(huì)超過(guò)155mm，也不會(huì)低于100mm（脫穿除外）

在這一試驗(yàn)階段，陸基海軍電磁炮能夠使用的彈種只有以下兩種：

155mm高爆彈

152mm脫殼尾翼穩(wěn)定穿甲彈的穿桿（用于實(shí)驗(yàn)平射能力）

在這一試驗(yàn)階段，陸基海軍電磁炮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以作為一門(mén)榴彈炮或者岸炮使用。

第二期實(shí)驗(yàn)：16cm級(jí)艦載電磁炮，一體式電氣系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)測(cè)試

經(jīng)過(guò)了第一期實(shí)驗(yàn)，陸基艦載電磁炮的可行性實(shí)驗(yàn)基本完成。想要讓電磁炮的性能滿足實(shí)戰(zhàn)要求，一個(gè)武器和發(fā)電機(jī)一體式的載車成為了研發(fā)的首要目標(biāo)。畢竟電源車和彈藥車還不一樣，大腿粗的電纜的收放和快打快撤的需求基本是相悖的。

第二期實(shí)驗(yàn)平臺(tái)則采用了海山HS6800A五軸特車平臺(tái)作為載車。值得一提的是，HS6800A是為了這個(gè)系統(tǒng)專門(mén)制作的改型，因?yàn)殡姶排诘慕拥刈灞仨毧拷鹋诘淖?，因此第五條車軸被迫后移，與第三，第四條車軸分開(kāi)。考慮到海山特車都是增程式電力驅(qū)動(dòng)，每對(duì)輪子都有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)橋，移動(dòng)車軸根本不算是什么大改動(dòng)。發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，整合在了車體后部，第五條車軸上方，而電容的位置基本沒(méi)有變化，但是容量卻變大了。炮塔下面的空間增大了，一方面保證了裝彈機(jī)的效率，另一方面提供了備彈存儲(chǔ)的空間，現(xiàn)在可以從第三第四車軸中間的填彈口向裝彈機(jī)中填充炮彈，無(wú)需爬上車體。

巨大的發(fā)電機(jī)組不可避免的遮擋了火炮后半部分的射界，不過(guò)這對(duì)于一臺(tái)輪式電磁炮來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一個(gè)很好的結(jié)果了。一體化載車帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)除了方便快打快撤外，還能讓它作為一個(gè)獨(dú)立的戰(zhàn)斗單位活躍于戰(zhàn)場(chǎng)上。雖然讓如此巨大的載車當(dāng)突擊炮平射穿甲彈無(wú)異于自殺，但這門(mén)主炮依然具有緊急時(shí)刻發(fā)射穿甲彈的能力。作為艦炮，防空的能力算是基本要求之一。電磁炮提供了比化學(xué)能武器更大的射高，在發(fā)射大型高速對(duì)空彈藥時(shí)，可以保證對(duì)高空目標(biāo)的攔截性能。

電磁炮載車還可以接入防空數(shù)據(jù)鏈，以三車一組的方式，在雷達(dá)的統(tǒng)一指揮下打擊高空目標(biāo)。

在這一試驗(yàn)階段，陸基海軍電磁炮能夠使用的彈種變得豐富了起來(lái)：

155mm高爆彈

152mm脫殼尾翼穩(wěn)定穿甲彈的穿桿（平射）

155mm對(duì)空用炮彈，VT引信

155mm衛(wèi)星制導(dǎo)炮彈

在這一試驗(yàn)階段，陸基海軍電磁炮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以作為一門(mén)榴彈炮，岸炮甚至是機(jī)動(dòng)防空炮使用。

第三期實(shí)驗(yàn)：10cm級(jí)戰(zhàn)車用電磁炮，小型化電氣和電磁炮系統(tǒng)整合測(cè)試

艦載電磁炮使用的放電方式無(wú)外乎兩種，大規(guī)模電容組或飛輪。但想要把電磁炮搬上坦克這種尺寸的平臺(tái)，這兩個(gè)方法都行不通。10cm級(jí)電磁炮的最大動(dòng)能幾乎只有16cm級(jí)的一半，但這對(duì)于坦克尺寸的平臺(tái)來(lái)說(shuō)，還是相當(dāng)巨大的儲(chǔ)放能需求。

陸軍科技大學(xué)電子工程學(xué)系微機(jī)電課題組，張開(kāi)黎教授的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過(guò)微機(jī)電方法給出了一種解決思路。這種超級(jí)電容，與其稱之為一種電容，更像是一個(gè)微觀飛輪陣列。直徑約6微米的微觀飛輪在施加電壓的作用下高速旋轉(zhuǎn)，在停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)釋放動(dòng)能，從而達(dá)到高速充放和高能量密度。單個(gè)飛輪的能量可能不值一提，但當(dāng)微觀結(jié)構(gòu)累積成宏觀結(jié)構(gòu)，就能夠組成一個(gè)高容量的能量?jī)?chǔ)存器。

唯一的問(wèn)題是這個(gè)過(guò)程不可避免的會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)釋放熱量高到一定程度可能會(huì)燒毀超級(jí)電容。在高速放能后，必須強(qiáng)制制冷以保證超級(jí)電容的完整性。這一定程度上限制了電磁炮的發(fā)射能力。因此在實(shí)驗(yàn)型底盤(pán)上可以看到多處散熱口，用于給超級(jí)電容散熱。

解決了理論問(wèn)題，對(duì)于武器系統(tǒng)的可行性研究也搬上了臺(tái)面。

10cm級(jí)戰(zhàn)車用電磁炮實(shí)驗(yàn)載具使用引擎前置、增程式全電改造的七軸通用履帶底盤(pán)作為載車，無(wú)人炮塔中間偏后放置，戰(zhàn)斗室中置。

武器系統(tǒng)采用尾艙裝彈，由于不需要發(fā)射藥，彈藥的體積大大減少，全部的彈藥都可以儲(chǔ)存在尾艙內(nèi)。用于發(fā)射的超級(jí)電容組呈輪盤(pán)式布置于炮塔吊籃內(nèi)。車長(zhǎng)周視鏡和信息桅桿采用升降式，以在運(yùn)輸過(guò)程中降低車高。由于該武器系統(tǒng)僅為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，炮塔和車體均只有基本的裝甲防護(hù)，也沒(méi)有安裝煙霧彈，對(duì)抗裝置和攔截裝置。

在全局儲(chǔ)能方面，除用于電磁炮發(fā)射的超級(jí)電容外，車體內(nèi)還有多處電池組，以在發(fā)電機(jī)全力為電容供能時(shí)維持車輛的正常運(yùn)行。電池組選用在軍用/民用車輛上已經(jīng)十分成熟的低燃性高密度鈉電池，在被擊穿后的起火概率很低，且燃燒可控，就算起火也能被車內(nèi)滅火系統(tǒng)及時(shí)撲滅。

在電能管理策略方面，發(fā)電機(jī)將優(yōu)先為超級(jí)電容組供能。電容組滿載時(shí)，則優(yōu)先滿足載具的驅(qū)動(dòng)需求，再為電池組充電。電池組優(yōu)先為發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛系統(tǒng)供能，其次是電容組的冷卻系統(tǒng)，在電池組耗盡后，發(fā)動(dòng)機(jī)將強(qiáng)制優(yōu)先維持載具的機(jī)動(dòng)和系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，使用功率冗余為電容組緩慢充能。這一電能管理策略最終將沿用至第五代坦克的電力管理系統(tǒng)。

10cm級(jí)戰(zhàn)車用電磁炮使用以下的幾種彈藥（括號(hào)內(nèi)為發(fā)射功率）：

長(zhǎng)100mm高爆彈（中，低）

152mm級(jí)，125mm級(jí)脫殼尾翼穩(wěn)定穿甲彈（高，中）

100mm反工事炮彈（中，低）

100mm炮射反坦克導(dǎo)彈（低）

電磁炮本身的發(fā)射功率可控，因而比起化學(xué)能火炮對(duì)不同的彈種有更好的適用性。

在發(fā)射過(guò)程中不充能的情況下，10cm級(jí)戰(zhàn)車用電磁炮在不同發(fā)射功率下的發(fā)射能力分別為：

高功率發(fā)射，20r/m 4發(fā)隨后8r/m 3發(fā) 或 12r/m 7發(fā)，受制于散熱速率

中功率發(fā)射，20r/m 10發(fā)隨后10r/m 4發(fā) 或 14r/m 14發(fā)，受制于散熱速率

低功率發(fā)射，20r/m

在高功率發(fā)射先進(jìn)鎢合金脫殼尾翼穩(wěn)定穿甲彈的情況下，預(yù)計(jì)穿深可以達(dá)到1700mmRHA。

在中功率發(fā)射穿甲彈時(shí)，其穿深基本與當(dāng)今最先進(jìn)的穿甲彈齊平，約800mmRHA。

完

陸基艦載電磁炮的一體式載車還參與了月球危機(jī)，用于攔截月球的碎片，你信嗎。

neta一下教過(guò)我微機(jī)電課的教授

后日談：

聲明一下，超級(jí)電容器的原理完全是我瞎編的，和咱教授的研究方向半毛錢(qián)關(guān)系也沒(méi)有。

最終版超級(jí)電容器的原理其實(shí)和初版完全不同，初版只是用微觀方法提高高速放電電容器的容量，但本質(zhì)上還是繞不開(kāi)RLC電路的公式。也就是說(shuō)電容原理的放電速度是被牢牢掐死的。

不過(guò)我也不是學(xué)電路的，如果電容式的高容量高充放電子元件理論上真的存在，那我也不過(guò)是改改原理的事情。專業(yè)的東西如果涉及太多，肯定會(huì)出問(wèn)題的。

微機(jī)電原理做微觀可動(dòng)部件是真的可行的，只不過(guò)拿來(lái)做飛輪儲(chǔ)能行不行，我就不知道了。