電磁炮的發(fā)展史和發(fā)射原理如何制造等問題。
13世紀(jì)，歐洲改良了火槍，以火藥驅(qū)動的熱武器第一次走到前臺，它的登堂入室，也宣告了冷兵器時代的結(jié)束，如今以火藥驅(qū)動的武器，我們已經(jīng)使用超過了將近1000年。我們知道火藥存在的缺陷，所以一直想找能替代它的武器，電磁就是取代火藥最好的東西。
和火藥武器的發(fā)展軌跡一樣，電磁武器也是先從炮開始。而電磁炮會成為當(dāng)年火炮一樣的武器嗎？它能取代今天的火炮嗎？首先我們要搞清楚什么是電磁炮和它是如何工作的。
電磁炮是利用物理學(xué)中運動電荷或載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力(即洛倫茲力)
作用的基本原理來加速彈丸的。根據(jù)加速方式，電磁炮可分為導(dǎo)軌炮和線圈炮。
導(dǎo)軌炮
導(dǎo)軌炮的工作原理如圖1所示。主要
由一對平行導(dǎo)軌和夾在其間可移動的電樞及電源、開關(guān)等組成。當(dāng)開關(guān)閉合時，向一條導(dǎo)軌輸入強大的電流，經(jīng)過電樞沿另一條導(dǎo)軌流回。載流電樞在導(dǎo)軌電流產(chǎn)生的磁場中受到洛倫茲力的作用而被加速，將彈丸射出。電樞彈丸所受的力可表示為
F =L ′I 2/2,
(1)其中F 為洛倫茲力(N )、L ′為導(dǎo)軌電感梯度(H/m )、I 為電流強度(A )。彈丸的加速度則為
a =F/m
=L ′I 2
/2m ,
(2)式中a 為加速度(m/s 2)、m 為電樞與彈丸的質(zhì)量之
圖2
和(kg )。由(2)式可見，導(dǎo)軌中的電流強度越
大，彈丸的加速度就越大，彈丸的運動速度越快。
導(dǎo)軌炮的導(dǎo)軌有單一、串聯(lián)、并聯(lián)和多層等不同結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)導(dǎo)軌的形式，炮口截面可選用方形、圓形和橢圓形等。電樞主要有固態(tài)金屬電樞、等離子體電樞和混合型電樞等種類。提供脈沖功率的電源主要有電容器組、高性能蓄電池、各種單極發(fā)電機、脈沖變壓器、強制發(fā)電機和爆炸發(fā)電機，以及計劃研制的超導(dǎo)儲能系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人工操作比較困難，通常由計算機控制(見圖2)。
線圈炮工作原理
線圈炮 線圈炮的工作原理如圖3所示。主要
由感應(yīng)耦合的固定線圈、可動線圈、儲能器以及開關(guān)等組成。固定線圈相當(dāng)于炮身，可動線圈相當(dāng)于彈丸。當(dāng)固定線圈接通電源時，所產(chǎn)生的磁場與可動線圈上的感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生洛倫茲力，推動可動彈丸線圈加速射出。彈丸所受的力可表示為
F =I f ?I p ?d M /d x ,(3)其中F
為洛倫茲力(N )、I f 為固定線圈中的電流強
度(A )、I p 為彈丸線圈中的電流強度(A )、M 為固定與可動線圈的互感(H )、d M /d x 為互感梯度(H/m )。由(3)式可知，固定線圈中的電流強度越大，彈丸線圈中的感應(yīng)電流強度就越大，彈丸所受的電磁力就越大。
線圈炮的結(jié)構(gòu)有同軸式、扁平式、滑動接觸式和磁性加速體式等。電磁炮從原理上講主要有上述兩種類型，但在結(jié)構(gòu)上可以采用混合方式。
二、電磁炮的主要特點
超高速、大動能 采用物理學(xué)電磁推進原理的電磁炮，彈丸速度突破了普通火炮(彈丸速度在2000m/s以內(nèi))的性能極限，達(dá)到4000m/s，因而彈丸具有巨大動能，大大增強了對目標(biāo)的毀傷能力。?
穿甲能力強、命中精度高 穿甲公式為?
b=V1143m0175/K1143d1107,(4)其中b為穿甲厚度(dm)、V為炮彈著靶速度(m/ s)、m為炮彈質(zhì)量(kg)、K為裝甲抗彈系數(shù)、d為彈丸直徑(dm)。可見，彈丸速度增大將大幅度提高穿甲能力。另一方面，彈丸速度高可縮短交戰(zhàn)時間，增加對付快速目標(biāo)的有效性，減小橫向脫靶距離，從而提高命中率。?
操作安全簡便、系統(tǒng)效費比高 電磁炮彈丸的初速和射程可通過改變電流強度的大小來控制。在發(fā)射過程中，彈丸加速均勻，幾乎沒有火焰、煙霧、響聲和后坐力，利于隱蔽作戰(zhàn)。整個系統(tǒng)由計算機控制，操作簡便、安全性好。電磁炮幾乎全部發(fā)射重量都是有效載荷，其主要能源一般是采用低級燃料的燃?xì)廨啓C或柴油機，發(fā)射能量轉(zhuǎn)換率相對較高，使得單位能量成本較低，加上彈丸價格便宜，因而整個系統(tǒng)的效費比較高。 （資料來源于黃強，郭東橋，卞光榮）
鑒于電磁炮具有上述特點，在穿甲時，彈丸能在爆炸反應(yīng)裝甲爆炸前將裝甲擊穿，并可穿透復(fù)合裝甲，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦痛┘孜淦鳌?
三、電磁炮的發(fā)展現(xiàn)狀?
自上世紀(jì)80年代以來，電磁炮技術(shù)的研究取得了多方面進展，應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣闊。?
美國于1982年研制成功實驗級導(dǎo)軌炮，彈丸質(zhì)量317g、初速4200m/s。1992年夏，美國研制成功世界上第一套完整的9MJ靶場導(dǎo)軌炮，并在陸軍尤馬試驗場進行了發(fā)射試驗，邁出了電磁炮走出實驗室的第一步。該炮是一個連續(xù)發(fā)射系統(tǒng)，全重25t，能以2500～4000m/s的初速齊射9發(fā)彈丸，炮口動能9MJ。2006年7月，英國BAE系統(tǒng)公司與美軍方簽約，為美國海軍設(shè)計和制造32MJ實驗室型發(fā)射裝置，旨在為下一步發(fā)展64MJ戰(zhàn)術(shù)型電磁軌道炮奠定基礎(chǔ)。圖4為計劃制造的32兆焦實驗室型發(fā)射裝置的外形圖，圖中右邊部分為身管截面圖。與此同時，美國還進行了電磁炮發(fā)射超高速動能彈的研究。內(nèi)容包括彈道陶瓷的處理，新型合金的研制與鎢、貧鈾的加工方法，開發(fā)輕質(zhì)高強度金屬陶瓷等。?
盡管電磁炮的研究取得了很大進展，已完成從基本原理到可行性的論證工作，但是要將電磁炮轉(zhuǎn)化為實用的武器系統(tǒng)仍存在諸多難題，比如怎樣減小電磁炮體積和重量、降低能耗、提高效率和解決炮管易損等。?
四、電磁炮的發(fā)展趨勢?
目前，以美國為代表的許多發(fā)達(dá)國家正在針對電磁炮研究中存在的問題，有計劃地開展電磁炮實用性研究和野外試驗。具體的研究方向有以下幾個。?
能源小型化 體積和重量是電磁炮武器化和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的主要障礙之一，而這兩者主要由脈沖功率源及功率調(diào)節(jié)裝置的能量密度和功率密度所決定。要減小體積、降低重量，必須實現(xiàn)能源小型化。因此，今后將進一步開發(fā)高能量密度和高功率密度材料，以研制小型輕質(zhì)脈沖功率源。新研制的盤式交流發(fā)電機經(jīng)整流可直接向電磁炮供電；高能量密度電池已研制出面積為113cm2、功率密度達(dá)755kW/ kg的樣品。采用先進的線圈炮技術(shù)以提高能量密度和功率密度，減小系統(tǒng)的體積和重量，也是重要的研究發(fā)展方向之一。?
采用高新技術(shù)、提高系統(tǒng)效率 高新技術(shù)的發(fā)展為電磁炮的研制提供了條件，將超導(dǎo)材料用于電磁炮是新的發(fā)展趨勢。超導(dǎo)材料的電流密度和儲能密度極高，儲能效率達(dá)60%～90%，將其用于儲能線圈、發(fā)電機、磁體和開關(guān)等，不僅有利于電磁炮小型化、提高射速，而且可減小能量損失、大大提高系統(tǒng)效率。另外，采用多級、多層、多段(節(jié))和分布電源多模塊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌也是一條重要途徑。多模塊結(jié)構(gòu)可以減小導(dǎo)軌的能量損失，提高系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率至兩倍左右。?
在加速方式上，目前正加緊研究線圈加速技術(shù)。雖然線圈加速方式在技術(shù)上不如導(dǎo)軌炮成熟，但線圈炮加速時彈丸與固定線圈間是非接觸的，且不產(chǎn)生高溫等離子體，所需的工作電流也比導(dǎo)軌炮小，因而系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率高、損失小等優(yōu)勢。
韓國就在韓國軍事科學(xué)技術(shù)學(xué)會在一場展會上用PPT形式展出了一種新型智能戰(zhàn)艦的概念圖。韓國海軍準(zhǔn)備打造一種擁有電磁軌道炮、激光系統(tǒng)作為武器的全電力推動戰(zhàn)艦，并將于AR與VR技術(shù)相結(jié)合，擁有多功能作戰(zhàn)能力。
據(jù)獲悉，這種智能戰(zhàn)艦是在此前在展示的KDDX型驅(qū)逐艦基礎(chǔ)上改造而來，相當(dāng)于后續(xù)版本。而KDDX型驅(qū)逐艦排水達(dá)8000噸，韓國海軍計劃20年內(nèi)投入7萬億韓元打造6艘，KDDX型驅(qū)逐艦也被認(rèn)為是韓國海軍用來對標(biāo)中國055型驅(qū)逐艦的產(chǎn)物。而在新版的智能戰(zhàn)艦中，韓國人明確提出新戰(zhàn)艦將會采用全電推進的方式，配合上電磁炮與激光武器的設(shè)計，然而很多人驚訝的發(fā)現(xiàn)，這不就是抄襲了馬偉明對中國“全能艦”的設(shè)計么？
當(dāng)然提到，韓國就不能不提到我們的三哥了。印度作為一個世紀(jì)大國（戰(zhàn)術(shù)搖頭）
2017年11月7日，印度媒體報告稱：印度成功試射國產(chǎn)電磁炮，一個讓人意外的消息，印度竟然也搞起了電磁炮，這沒什么特別的，畢竟其原理太簡單了，只是利用電磁系統(tǒng)中電磁場的作用力發(fā)射炮彈，各國在這一領(lǐng)域的研發(fā)歷史也不算短了，印度也能搞沒什么意外！（印度媒體一如既往的自信）
當(dāng)然我國也不例外。中國和美國在電磁炮領(lǐng)域的發(fā)展領(lǐng)先了其他國家，美國雖然在冷戰(zhàn)時期就把電磁炮的研究列為重點項目，但中國后來居上，逐步拉近和美國的差距，甚至已經(jīng)領(lǐng)先。2019年7月28日，據(jù)美國權(quán)威防務(wù)刊物《國家利益》報道，中國在黃海海域進行了電磁炮發(fā)射試驗，以近5000噸的坦克登陸艦為搭載平臺，電磁炮朝著100公里外的海上靶標(biāo)射擊10多次，全部射中目標(biāo)。一直以來美國壟斷了電磁炮，如今被中國成功打破壟斷。
習(xí)雪：電磁炮的發(fā)展好像已成定局。是未來世界軍事領(lǐng)域力求發(fā)展的道路。但電磁炮真的像原理圖中所說的這么容易制造嗎？其實不然縱觀世界歷史和電磁炮原理誕生地20世紀(jì)初到如今21世紀(jì)。也只有中美兩國成功，將其運用到軍事領(lǐng)域的初步實驗。其余世界各國不過是停于PPT階段罷了。
