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文章主題 : 電磁炮--「戰爭之神」新寵兒 |
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電磁炮--「戰爭之神」新寵兒
傳統的火炮或火箭是用推進劑的化學能來發射的，而應用電磁發射技術的電磁發射器發射物體則使用電磁能或電磁力。它能在短時間內把物體推進到更高的速度。電磁發射器用於軍事作戰時，俗稱電磁炮。
電磁發射研究由來已久
電磁發射原理很簡單。所有的電磁發射器（無論導軌型、線圈型或重接型）都是利用直流電動機原理工作的，即讓帶電的導體在磁場中受電磁力作用，以此將導體推進到超高速。所以，電機技術誕生不久，就有人提出了用電磁力發射物體的設想。
早在1845年，查爾斯•惠斯通就製作出了世界第一台磁阻直流電動機，並用它把金屬棒拋射到20米遠。此後，德國數學家柯比又提出了用電磁推進方法製造"電氣炮"的設想。而第一個正式提出電磁發射（電磁炮）概念並進行試驗的是挪威奧斯陸大學物理學教授伯克蘭。他在1901年獲得了"電火炮"專利。1920年，法國的福瓊•維萊普勒發表了《電氣火炮》文章。幾乎同時，美國費城的電炮公司研製了用於火炮的電磁加速器。二戰期間，在軍事需求的刺激下，德國、日本都研製過電磁炮。德國的漢斯萊曾將10克彈丸用電磁炮加速到1.2公里／秒的初速。1946年，美國的威斯汀豪斯電氣公司建成了一個全尺寸的電磁飛機彈射器，取名"電拖"。
到20世紀70年代，隨著脈衝功率技術的興起和相關科學技術的發展，電磁發射技術取得了長足的進步。澳大利亞國立大學的查裡德•馬歇爾博士運用新技術，把3克彈丸加速到了5.9公里／秒。這一成就從實驗上證明了用電磁力把物體推進到超高速度是可行的。他的成就1978年公佈後，使世界相關領域的科學家振奮不已，並引起了各國軍方的特別關注。許多國家紛紛建立實驗室，投入大量人力財力進行研究。20世紀80年代美國國防委員會得出"未來高性能武器必然以電能為基礎"的結論。1991年，美國防部成立了"電磁炮聯合委員會"，協調軍隊、能源部、國防原子能局及戰略防禦倡議機構分散進行的電炮研究工作。1992年，美國已把一門口徑90毫米、炮口動能9兆焦的電磁炮樣炮推到尤馬靶場進行試驗。電磁炮從實驗室到靶場說明，電源小型化技術已有所突破，電磁炮實用指日可待。
電炮"兄弟"神通廣大
電炮與傳統火炮的最大區別是，傳統火炮要借助火藥來發射彈丸。其所用固體發射藥或液體發射藥都是以燃燒氣體膨脹作功形式賦予彈丸初速的。因此，增加發射藥量一直是提高彈丸初速的主要途徑。但火炮藥室尺寸的增大及炮管長度的加長均要受到限制，所以傳統火炮最大初速難以超越特定的物理限度。由於受原理上的局限，傳統火炮想進一步提高性能便遇到難以逾越的障礙。而電炮則完全擺脫了這一"瓶頸"的束縛。
目前正在研製的電炮分為兩種。一種是電磁炮，另一種是電熱炮。
電磁炮加速彈丸的能量來自電磁能，主要有軌道炮型與螺線管炮型兩種。後者能量轉換效率高於前者，彈丸初速可再提高約一倍，但結構異常複雜且電樞系統很重。電磁炮以能賦予彈丸極高的初速而吸引著人們。它需要攻克的主要難題是體積大、重量重以及對坦克乘員必須進行有效電磁屏蔽防護等。因此該炮儘管研究工作已取得顯著進展，但目前仍處於研製階段，距軍事使用還有一定距離。
電熱炮指電熱化學炮，其原理是利用高電壓、大電流的短脈衝電流產生高溫等離子體，使高能、輕質的非爆炸工質燃燒產生高壓電離氣體把彈丸推出炮膛，又稱"增燃等離子炮"。同常規火炮一樣，電熱炮也是靠氣體膨脹作功使彈丸獲得高初速，不同的是其氣體分子量小，可吸引的功能少，彈丸功能小部分（20％以下）由電能提供，大部分由化學能提供。與常規火炮比，電熱炮一是彈丸初速高，出口動能大，穿透目標能力強，炮彈重量重、威力大；二是射程遠，可超過50公里；三是火炮膛壓可電控，改變射程不需改變射角，一門炮能在很短時間內連續發射多發炮彈攻擊不同距離上的多個目標；四是結構上容易實現，將常規火炮炮栓略加修改，就可發射電熱炮彈丸，同一門炮可發射兩類炮彈，費效比很高；五是使用非爆炸性工質，可確保操作安全；六可實現自動裝彈，能以2~5發／秒的射速連射，反應快速靈活。由此可見，電熱炮目前比電磁炮更現實、更實用、更具競爭力。難怪電熱炮起步雖晚，進展卻非常之快。
當前，電炮的研製已開始進入靶場演示階段。電炮不僅可用於反裝甲、防空，還可用於防禦反艦導彈和戰術彈道導彈等。屆時，"戰爭之神"將更顯風流。
性能優異應用廣泛
大家知道，在軍事上熱兵器取代冷兵器，在兵器史上有過輝煌。但從發展來看，在新的世紀必將是新概念兵器稱霸的時代，而其中電磁炮類電磁動能武器將異軍突起。在戰略防禦方面，電磁炮可以攔截彈道導彈和潛射導彈，在天基攔截助推段和中段的導彈，在陸基攔截末段或再入段的導彈。而微波傳輸電力技術、陸基電源及其機動性和天基小型化等關鍵技術的突破必將使電磁發射技術大放異彩。
電磁發射器能源簡易、成本低、便於控制發射，比起火炮和火箭所需的特製推進劑要廉價得多。比如用電磁發射器地對空定向發射大質量的有效載荷，其成本僅是化學火箭成本的千分之一；發射同樣動能的彈丸，其成本僅是火炮的1％左右。此外，電磁發射器便於調節發射用的功率，只控制供電電流就可調節發射速度和射程。
電磁發射器效率高，裝填和加速射彈靈活、簡便。其後膛多為敞開式，無需炮栓之類的封閉物件，因此裝填彈體極為方便，易於實現裝填自動化。常規化學發射器每次只能發射一枚射彈，而在多級電磁發射器中，一次可發射多枚射彈，即第一枚射彈尚未出膛，還可陸續加速另一枚或多枚射彈，連續射出。
由於電磁發射器可將物體推進到高速或超高速，因此，它在動能武器、航天、交通等領域極為重要。就航天發射而言，以往使用的固體或液體的化學推進劑作能源，雖然也能將有效載荷推進到第一、第二乃至第三宇宙速度，但必須使用多級火箭和攜帶大量的燃料，且火箭推進劑是較高級的燃料，成本高，還不時出現爆炸危險。若使用電磁力發射某些航天器或航天飛機等，不僅能幫助航天器有效載荷達到超高速，而且上述弊病將得到有效克服，其重大意義不言而喻。
電磁發射的另一個主要優點是，它發射的物體可大可小，可用同樣的原理發射小到幾克重的彈丸，也可發射大到幾噸重的拋射體。而常規的化學火炮既不能發射克級重量的彈丸，也不能發射大於百公斤的炮彈，倘用火箭發射幾十克或幾公斤的有效載荷，無疑是殺雞用牛刀。
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