可以自制射程50米的電磁炮嗎-可以自制射程50米的電磁炮嗎為什么
作者：裝甲車輛專家劉曉峰
21世紀美軍電磁炮發(fā)展歷程
電磁炮是一種純電能武器，主要原理是利用流經(jīng)火炮導(dǎo) 軌或線圈的強電流感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力 來加速彈丸的發(fā)射裝置,這種發(fā)射方式又被稱為“電磁發(fā)射器”或“脈沖能量電磁炮”。而電磁炮又由于工作方式的不同，被分為導(dǎo)軌炮和線圈炮兩種。根據(jù)美軍近幾年公開的資料分析,美軍對于電磁炮的興趣和重視程度已經(jīng)遠高于傳動的化學(xué)動能炮，電磁炮技術(shù)已成為美軍新概念火炮技術(shù)的研發(fā)重點。電磁炮憑借其諸多特點，注定將成為未來戰(zhàn)場中不可缺少的武器，所以了解美國21世紀電磁炮研制歷程，對于我國抓住新軍事變革的戰(zhàn)略機遇、為人民軍隊研制出更先進的兵器，具有一定的幫助。
美軍對于電磁炮的研究起始于上世紀70年代，而當時我國火炮研究的主要精力還放在大口徑化學(xué)動能炮的身管自緊技術(shù)、炮管鍍鉻技術(shù)等基礎(chǔ)課題的研究。美軍經(jīng)過近40年的艱難探索，不僅熟練掌握了電磁炮的工作規(guī)律，而且在實用性和可靠性方面都有了長足發(fā)展，這其中最主要的還是要歸功于電容器技術(shù)的進步。2007年，美國科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一立方米能夠提供10兆焦能量的電容器，由此促成了電磁炮在軍艦上的射擊試驗。除此之外，美軍在電磁炮的導(dǎo)軌材料、專用彈丸等技術(shù)上均取得了突破性的進展。
當今，電磁炮雖然仍屬于尖端技術(shù)，但已經(jīng)沒有那么高不可攀，制約電磁炮列裝投入使用的關(guān)鍵技術(shù)問題是如何實現(xiàn)電磁炮的小型化、輕量化。目前世界各國都沒有解決這一問題的技術(shù)。回顧美軍過去幾年來在電磁炮小型化方面的探索，美國國防部在本世紀初成立了專門促進和研制裝甲車輛用電磁炮的專門科研單位，但是受到資金和基礎(chǔ)科學(xué)雙重制約，項目進展緩慢。
為了加快電磁炮技術(shù)應(yīng)用于新研制的兵器并盡快裝備部隊，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）在2006年啟動了未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)電磁迫擊炮實驗室演示項目,并計劃于2008年結(jié)項。該項目的最終目標是研制一款120毫米口徑的電磁炮(線圈炮和導(dǎo)軌炮),使用的彈藥是改進型，設(shè)計初速能夠達到420米/秒以上。由于研制單位此前開展過艦載式電磁炮的研制，雖然海電磁炮屬于導(dǎo)軌式電磁炮，與陸軍使用的線圈電磁炮在工作原理上有所不同，但由于兩種炮原理想通，所以設(shè)計部門在電磁炮系統(tǒng)緊湊性和電源裝置小型化方面有比較豐富的技術(shù)儲備。根據(jù)項目組的研制計劃，電磁迫擊炮研制項目共分為三個階段完成，第一階段為小尺寸試驗階段，主要通過模型試驗進行電磁彈射迫擊炮的技術(shù)論證，摸清炮管長度、彈丸重量、電容器功率之間的關(guān)系，并證明電磁彈射技術(shù)能夠成功應(yīng)用于迫擊炮，承擔研制項目的桑迪亞國家實驗室經(jīng)過反復(fù)試驗，認為45個線圈和50個線圈這兩種尺寸的迫擊炮綜合性能最佳，于是同時進行兩種尺寸的迫擊炮研制工作。第二階段是全尺寸試驗階段，這是在第一輪試驗成果的基礎(chǔ)上，制作出與實際產(chǎn)品1:1比例的模型，從發(fā)射效能和外觀樣式都十分接近最終的產(chǎn)品，完成這一階段的研制后，電磁迫擊炮的研制就算基本完成了。第三階段的研制任務(wù)是將已經(jīng)造好的迫擊炮放在各種環(huán)境下進行測試，通過貼近實戰(zhàn)的試驗，通過改進設(shè)計，排除隱藏的問題。截止到2008年，桑迪亞國家實驗室設(shè)計完成了兩種全尺寸線圈炮樣炮。幾乎與此同時，德克薩斯大學(xué)先進技術(shù)學(xué)院成功研制了全懸臂式電磁導(dǎo)軌炮全尺寸樣炮。同年3月, 得克薩斯大學(xué)先進技術(shù)學(xué)院研制的全懸臂式電磁導(dǎo)軌炮成功發(fā)射了改進后的120毫米,炮口初速431米/秒,完全達到項目要求。至此，美國研發(fā)的第一款實戰(zhàn)型電磁炮宣告成功。
有了第一次的成功，美國國防部高級研究計劃局又繼續(xù)追加項目經(jīng)費，并且制定了更加科學(xué)的研制計劃。美國科研部門認為：下一階段的工作目標，是進一步提高電能轉(zhuǎn)化為動能的轉(zhuǎn)化效率，而且火炮系統(tǒng)的體積要更加緊湊，電容器體積在保持原有功率的前提下再縮小30%，還要兼顧新型電磁炮與各種武器尤其是裝甲車輛的兼容性。除此之外，軍方還對技戰(zhàn)術(shù)指標做了更高的要求：為提高射速，新型電磁炮必須具備反復(fù)射擊的能力，要進一步提高電磁迫擊炮的射程和射擊精度，進一步提高速時火炮的可靠性。目前，美軍對于高性能電磁迫擊炮的研制工作還在進行當中。
與陸軍電磁炮緩慢的研制進度相比，由于艦船內(nèi)用于安裝火炮系統(tǒng)的空間遠大于裝甲車輛，所以海軍的電磁炮研制更為順利，裝備速度也比較快。 早在2001年，美國海軍就與德克薩斯大學(xué)先進技術(shù)學(xué)院合作,對較大射程的電磁炮進行概念研究和可行性技術(shù)論證。經(jīng)過研究和模型試驗，美國海軍認為在艦艇上幾乎不受空間限制，所以更適合選用空間較大但威力更強的導(dǎo)軌式電磁炮。2007年1月,第一套電磁軌道炮正式交付海軍，火炮口徑為90毫米。2008年1月31日進行發(fā)射試驗，這款艦載電磁炮能夠?qū)⒅亓?.5千克的鋁制平頭彈丸以7馬赫的速度射出，經(jīng)測算，炮口動能達到10.64兆焦，再次刷新了此前該炮創(chuàng)下的9兆焦動能的紀錄。
由于艦載電磁炮的性能超過了預(yù)期目標，美國海軍將更高性能艦載電磁炮的研制工作列入了最新提出的“創(chuàng)新性海軍”計劃當中。根據(jù)計劃，新研制當電磁炮項目需要進行發(fā)射裝置、彈丸、電源以及艦載集成等4個方面的技術(shù)研究。不僅研究項目繁多，而且美國海軍還要求新型電磁炮必須盡早裝備使用，其中，要求研制部門在2020年前完成各項必要試驗，使電磁炮具備裝備部隊的條件，在2025年以前完成全面列裝。
德克薩斯大學(xué)先進技術(shù)學(xué)院將新型艦載電磁炮的研制工作分為兩個階段進行。第一階段的研制重點放在發(fā)射裝置的設(shè)計與改進方面，并開展與之配套的彈丸部分的預(yù)研制；第二階段研制重點是完成與發(fā)射裝置相匹配的彈丸研制，最終的目標是經(jīng)過兩輪研制，能夠拿出可供演示并且可以開展裝備兼容性改進設(shè)計的電磁炮系統(tǒng)。2009年，“創(chuàng)新性海軍原型”計劃通過軍方驗收,并于同年2月，著名軍火商BAE系統(tǒng)公司地面與武器部與美海軍和德克薩斯大學(xué)先進技術(shù)學(xué)院簽署三方合作協(xié)議，正式開始新型電磁炮的研制工作。由于資金、技術(shù)、政策三大保障全面到位，第一階段的研制工作以極快的速度于2011年全部結(jié)束；以研制彈丸為主的第二階段研制工作也于2015年順利完成。由此，美國海軍擁有了兩款性能優(yōu)異、可以裝備使用的艦載導(dǎo)軌式電磁炮。
更高的追求
從美國研制電磁炮的最新動態(tài)來看,電磁導(dǎo)軌炮因為結(jié)構(gòu)簡單,成為目前的研究重點,發(fā)展比較迅速,很有可能成為第一種實 現(xiàn)武器化的電磁炮。美國軍方與科研部門現(xiàn)已達成共識，一致認為電磁炮技術(shù)的研究主要集中在脈沖電源、導(dǎo)軌和彈丸方面,這些問題是實現(xiàn)電磁炮進快進入實用階段的前提。
美海軍設(shè)想的驅(qū)逐艦載導(dǎo)軌炮的功率需求為15～30兆瓦，海軍艦船上的 電源必須能保證脈沖電源系統(tǒng)的快速再充電,使電磁導(dǎo)軌炮獲得較高的持射速,從而滿足火力支援的需要。而對于陸軍而言，由于受到裝甲車輛的空間限制,陸電磁炮需解決高儲能密度問題。雖然近年來小型化脈沖電源已有 了很大進步，據(jù)美國《軍事技術(shù)》雜志報道：現(xiàn)有技術(shù)可實現(xiàn)3兆焦 /立方米的儲能水平,這樣的性能還不能裝配在坦克裝甲車輛的直射火力上。
電磁導(dǎo)軌炮的導(dǎo)軌通常由厚銅條或其它導(dǎo)體材料制成,相互平行地嵌在火炮身管內(nèi)。所以一般實驗室里的固定發(fā)射導(dǎo)軌體積大都比較龐大,但車載電磁炮的導(dǎo)軌必須實現(xiàn)輕量化、小型化。而經(jīng)過試驗，目前燒蝕現(xiàn)象最輕的導(dǎo)軌材料是鎢，但是鎢的價格昂貴,而且鋼度較差,不適于直接作為導(dǎo)軌炮的材料。目前,各國正在對各種銅合金(銅和銀、鈮、鎢、鐵、鉻、碲、鋁)和碳化鎢等一些合金和半導(dǎo)體材料進行實驗。
美海軍計劃于2020年研制出64兆焦電磁炮的全尺寸模型；在2030年之前使64兆焦電磁炮技術(shù)達到成熟，以此取代155毫米“先進艦炮系統(tǒng)”，使之成為未來戰(zhàn)艦主炮的標配。據(jù)美軍公開資料顯示,美海軍第一代電磁艦炮的炮口初速為2 500米/秒,其發(fā) 射的制導(dǎo)彈丸能以5馬赫的彈著速度打擊目標, 射速超過6發(fā)/分;進行直瞄火力支援時,彈丸能在6秒內(nèi)命中目標。由于彈丸動能巨大,艦載電磁炮的殺傷效果是現(xiàn)有火炮的3~5倍。最大射程能夠達到數(shù)百千米,所以美國海軍未來的雄心是讓電磁炮代替部分航空或打擊目標。
成功的關(guān)鍵
縱觀美國電磁炮技術(shù)的研制與應(yīng)用能夠取得成功的關(guān)鍵，很大程度上得益于正確的科研工作管理模式。首先，不論是美國國防部高級研究計劃局還是美國海軍，對科研單位的產(chǎn)品從來是研制一款就裝備一款，裝備不了高精尖，就把高精尖的技術(shù)挪到一些短平快的科研項目上，力求盡快裝備、收回投資。而且軍方在選擇科研單位的過程中慎之又慎，一旦選中，輕易不會更換研制單位，這就使科研單位有機會培養(yǎng)出一支專業(yè)化無可比擬的科研隊伍，新產(chǎn)品裝備部隊換來源源不斷的資金極大促進了研制工作高效、順利地進行，花大力氣購置的新設(shè)備也有了用武之地，并且積累了大量的技術(shù)儲備。這樣做的結(jié)果是第一款產(chǎn)品可能會存在一些缺憾，而隨后研制的新展品卻十分成熟，而且研制過程越往后進行就越順利。從科研部門的角度來看，美國雖然每年兵器行業(yè)科研立項比我國多，但美國科研單位相對來講更多，而且這些科研單位魚龍混雜，不僅有科研院校的，還有軍火商的、私營公司的，很容易行程無序競爭，造成混亂。但美國軍工科研秩序基本保持穩(wěn)定，新產(chǎn)品層出不窮，除了依靠幾個軍工寡頭壟斷市場以外，也得益于軍方只看競爭力、不搞平衡均沾的政策。科研單位想要爭取到一個科研項目，必須經(jīng)過長期的準備工作，只有練就一身過硬本領(lǐng)才能在眾多科研單位的角逐中脫穎而出。
回顧美軍很多技術(shù)的發(fā)展軌跡，一般是先將一些已經(jīng)成熟的簡單技術(shù)投入應(yīng)用，用裝備賺來的錢繼續(xù)投入下一輪研制，這種“研究一批高精尖、應(yīng)用一批短平快”的方法，能夠盡快收回投資成本，以科研促科研。這種科研管理辦法在我國研制三代坦克的時候得到充分運用，被稱為“螺旋式上升”，所以在三代坦克列裝部隊以前，總設(shè)計師就已經(jīng)為國家收回了全部投資。但想要實現(xiàn)這樣的科學(xué)管理模式，除了要選對科研單位，也要賦予科研單位總師絕對的權(quán)利。美國科研工作的管理模式是總設(shè)計師在項目研制過程中擁有絕對的財政權(quán)、人事權(quán)、方案選定決策權(quán)。美國這么喜歡搞三權(quán)分立的國家在這個時候都要三權(quán)統(tǒng)一。與之相同的是，在三代坦克研制之前，時任國防科工委副主任的鄒家華曾經(jīng)請祝榆生出山擔任三代坦克總設(shè)計師，在問及擔任總師有什么要求時，祝榆生就提出科研三權(quán)統(tǒng)一于總師的要求，這在當時的中國是前所未有的，鄒家華和祝榆生這樣做在當時來講也是冒著一定的政治風險的。然而從實際效果來看，科研工作三權(quán)統(tǒng)一是正確的。我國三代坦克的研制工作不僅僅是出一款新車那么簡單，而是從試驗設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備、試驗檢測方法等，全部更新?lián)Q代。一代坦克的研制有蘇聯(lián)援華項目支撐著，二代坦克研制有一代留下的底子撐著，三代坦克的研制卻要一切從頭再來。雖然面對的難度是空前的，但取得的成就也是空前的。三代坦克的成功研制完成了這個看似不可能完成的任務(wù)，這就是科學(xué)的科研工作管理模式發(fā)揮出的巨大力量。
