電磁炮(電炮（電磁炮，電熱炮和混合炮三大類）):組成結構,發展沿革,發現原理,實驗

電磁炮是利用電磁發射技術製成的一種先進動能殺傷武器。與傳統大炮將火藥燃氣壓力作用於彈丸不同，電磁炮是利用電磁系統中電磁場產生的安培力來對金屬炮彈進行加速，使其達到打擊目標所需的動能，與傳統的火藥推動的大炮，電磁炮可大大提高彈丸的速度和射程。

基本介紹

中文名：電磁炮
外文名：electromagnetic gun
類別：動能殺傷武器
原理：電磁發射技術
組成部分：能源、加速器、開關
分類：重接炮、電熱炮、軌道炮、線圈炮
能源：可蓄存10～100兆焦耳能量的裝置
射程：200公里

組成結構,發展沿革,發現原理,實驗套用,高速發展,性能特點,分類,線圈炮,軌道炮,電熱炮,重接炮,主要問題,作戰用途,最新進展,總體評價,

組成結構

電磁炮利用電磁力沿導軌發射炮彈的武器。它主要由能源、加速器、開關三部分組成。能源通常採用可蓄存10～100兆焦耳能量的裝置。當前實驗用的能源有蓄電池組、磁通壓縮裝置、單極發電機，其中單極發電機是最有前途的能源。

加速器是把電磁能量轉換成炮彈動能，使炮彈達到高速的裝置。主要有：使用低壓直流單極發電機供電的軌道炮加速器和離散或連續線圈結構的同軸同步加速器兩大類。開關是接通能源和加速器的裝置，能在幾毫秒之內把兆安級電流引進加速器中，其中的一種是由兩根銅軌和一個可在其中滑動的滑塊組成。

發展沿革

發現原理

19世紀，英國科學家法拉第發現了法拉第電磁感應定律，該定律表明磁場中的電荷和電流會受到洛侖茲力的作用，即位於磁場中的導線在通電時會受到一個力的推動，同時，如果讓導線在磁場中作切割磁力線的運動，導線上也會產生電流。

20世紀初，有人提出利用洛侖茲力發射炮彈的構想。在兩次世界大戰中，法國、德國和日本都曾研究過電磁炮。第二次世界大戰以後，其他國家也進行過這方面的研究。

實驗套用

1845年，查爾斯·惠斯通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"的構想。

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。

20世紀70年代初，澳大利亞國立大學建造了第一台電磁發射裝置，將 3克重的塑膠塊（炮彈）加速到6000米/秒的速度。此後，澳、美科學家製造了不同類型的實驗樣機，並進行過多次發射實驗。用單極發電機供電的電磁炮，已能把318克重的炮彈加速到4200米/秒的速度。磁通壓縮型電磁炮已能將 2克重的炮彈加速到11000米/秒的速度。

20世紀70年代，澳大利亞國立大學的查里德·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。1978年公布實驗情況後，引起了各國軍方的特別關注，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。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。

1980年，美國西屋公司為“星球大戰”建造的實驗電磁炮把質量為300克的炮彈加速到了每秒約4千米，而在真空中，這個速度還可提高到每秒8~10千米。

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。

高速發展

美國

電磁炮曾是冷戰時代美國“星球大戰”軍備計畫的重點項目，被視為對抗核彈的秘密武器。美國海軍於2005年重新啟動電磁炮研究，截止2010年投放2.11億美元。

2010年12月6日，美國通用原子公司公司宣布，該公司研製的Blitzer防空型電磁軌道炮的樣炮已經於9月在美國陸軍杜格威試驗場成功試射了空氣動力學彈丸。該次試驗是根據與海軍研究辦公室簽訂的契約進行的，成功演示了具有戰術價值的電磁導軌發射裝置、脈衝電源系統和彈丸的集成和能力。試驗中使用的彈丸由波音公司研製，飛行速度達到5馬赫，飛行加速度達到60000g，試驗還演示了電樞分離和穩定飛行。

2010年12月12日，美國研發電磁軌道炮在海軍試射中，將電磁炮以音速5倍的極速，擊向200公里外目標，射程為海軍常規武器的10倍。美軍目標在8年內進行海上實測，並於2025年前正式配備于軍艦上。該實驗在維吉尼亞州達爾格倫水面作戰中心進行，先後兩次試射電磁炮。電磁炮主要由兩條軌道組成，炮身裝在拖車大小的長方形槍管，軌道中間放著鋁製20磅炮彈。電磁炮接上電源後，電流會通過兩條軌道，從而生成強大推力，將鋁彈以高速彈射。

兩次試射所生成的能量，分別達33兆和32兆焦耳，打破於2008年創下的10兆焦耳紀錄。1兆焦耳能量相當於1噸重汽車以時速160公里行駛。

除威力外，33兆焦耳下發射的炮彈射程較現時常規武器遠10倍，亦是電磁炮一大優勢。但美軍最終實戰配備目標是64兆焦耳級電磁炮，射程最遠可達321公里，可讓軍艦在敵艦射程範圍外發動攻擊。

海軍研究所所長卡爾表示，電磁炮優點眾多，首先是射速快，不會像巡航飛彈般出現目標移走或落空等問題，配合全球定位系統（GPS）更可進一步提高準繩度。此外，由於電磁炮毋須火藥，既可提升船員安全，亦可令軍艦攜帶炮彈數量增加10倍。

2014年1月15日，美國海軍研究實驗室負責人馬修·庫倫德少將介紹稱，該項目已經完成了第一階段（原型機研發階段），已經研製了2套工業電磁軌道炮系統原型，項目已經進入第二階段，海軍及工業部門將測試在一分鐘內進行多輪發射。庫倫德對即將在白沙靶場進行導軌炮8連射測試結果充滿信心。

2014年4月10日，美國海軍表示將啟動電磁炮海上試射計畫，利用電磁可發射音速七倍的高速輕型炮彈。該型電磁炮已在地面展開廣泛試射，接下來將安裝在美國海軍快速艦“米利諾基特號”，並在2016年進行海上試射。

美國海軍研究部主任克隆德海軍少將在一項軍方科技圓桌會議上透露，“這已是真實的，不是科幻小說，你可以親眼看它發射。”克隆德將在華盛頓附近舉行的海空宇航科技博覽會上表示電磁炮將協助加強美國的空防、巡航飛彈防衛及彈道飛彈防衛，同時還具有成本低廉的優點。

中國

2013年11月20日出版的《簡式防務周刊》報導稱，衛星圖象顯示中國包頭市西北方的一個所謂裝甲設備與火炮測試中心，有兩門火炮，它們分別長約26米和33.5米，這兩門超級火炮各自被固定在混凝土基座上，這個混凝土基座曾與2010年9月至2012月12月期間現身，當時衛星圖像首次捕捉到了這兩門火炮的身影。

而最新的衛星照片顯示，這兩門火炮2013年7月仍在原處。而在2011年拍攝的衛星照相中，尺寸更大的那門所謂火炮前方，有一系列似乎是靶標的物體。報導猜測，這顯示該處正在對高速炮彈進行穿透力測試。

性能特點

電磁軌道炮是一種遠程、高能、多任務的武器，其射速可達當前海軍的艦炮的3倍。其射程可達100英里（約161千米）以上，以艦船上儲存的電能為動力來源，利用電磁力（洛侖茲力）沿導軌將彈頭加速到很高的速度發射出去。美國海軍官員稱，這是一種不太昂貴、具有高殺傷力和遠程打擊能力的攻擊性武器。

電磁軌道炮彈頭重23磅（約10.43千克），可以從電磁導軌上發射，也可從海軍127毫米甚至155毫米火炮系統發射。導軌炮採用指令制導，但在未來可能發展成自導式。

除了在射程和毀傷力方面的優勢，該炮還是一種相對廉價的海軍火炮項目，每枚炮彈成本約25000美元。

由於電磁軌道炮是一種具有高能量的武器，因此發熱情況嚴重，需要有良好的冷卻技術支持。電磁軌道炮並不僅僅是一個炮彈發射裝置，而是由多個系統組成的。美國海軍正在對多個冷卻系統設計進行評估。

(1)電磁推動力大，彈丸速度高。電磁發射的脈衝動力約為火炮發射力的10倍,所以用它發射的彈丸速度很高。一般火炮的射擊速度約為0.8千米/秒，步槍子彈的射擊速度為l千米/秒。而電磁炮可將3克重的彈丸加速到11千米/秒，將300克的彈丸加速到4千米/秒。有的專家甚至預言，將來的速度可達100千米/秒。速度對於天基反飛彈系統來說尤為重要。因為攔截器速度越高，不僅攔截的效率高。而且可大大減少天基武器的數量。

(2)彈丸穩定性好。電磁炮彈丸在炮管中受到的推力是電磁力, 這種力量是非常均勻的，而電磁推力容易控制，所以彈丸穩定性好，這有利於提高命中精度。

（3）隱蔽性好。電磁炮在發射時不產生火焰和煙霧，也不產生衝擊波，所以作戰中比較隱蔽，不易被敵人發現。而且，它採用低級燃料作能源，而不是常規火藥，這有利於發射陣地的安全。

(4)彈丸發射能量可調。可根據目標性質和射稱大小可快速調節電磁力的大小，從而控制彈丸的發射能量。

(5) 比較經濟。與常規武器比較，火炮發射藥產生每焦耳能量需要10美元，而電磁炮只需要0.1美元。如果與其他太空武器相比，電磁炮就更經濟了。

分類

線圈炮

線圈炮又稱交流同軸線圈炮。它是電磁炮的最早形式，由加速線圈和彈丸線圈構成。根據通電線圈之間磁場的相互作用原理而工作的。加速線圈固定在炮管中，當它通入交變電流時，產生的交變磁場就會在彈丸線圈中產生感應電流。感應電流的磁場與加速線圈電流的磁場互相作用，產生電磁場力，使彈丸加速運動並發射出去。

軌道炮

軌道炮（Rail Gun）或譯磁軌炮、導軌炮由法國人維勒魯伯於1920年發明，是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發射出去。它由兩條平行的長直導軌組成，導軌間放置一質量較小的滑塊作為彈丸。當兩軌接入電源時，強大的電流從一導軌流入，經滑塊從另一導軌流回時，在兩導軌平面間產生強磁場，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會以很大的速度（理論上可以到達亞光速)射出，這就是軌道炮的發射原理，軌道炮是電磁炮最常見的式樣。電磁炮是利用電磁發射技術製成的一種先進的動能殺傷武器，與傳統的大炮將火藥燃氣壓力作用於彈丸不同，電磁炮是利用電磁系統中電磁場的作用力，其作用的時間要長得多，可大大提高彈丸的速度和射程。因而引起了世界各國軍事家們的關注。自80年代初期以來，電磁炮在未來武器的發展計畫中，已成為越來越重要的部分。

電熱炮

電熱炮的原理完全不同於上述兩種電磁炮，其結構也有多種形式。最簡單的一種是採用一般的炮管，管內設定有接到電漿燃燒器上的電極，燃燒器安裝在炮後膛的末端。當電漿燃燒器兩極間加上高壓時，會產生一道電弧，使放在兩極間的電漿生成材料（如聚乙烯）蒸發。蒸發後的材料變成過熱的高壓電漿，從而使彈丸加速。

重接炮

重接炮是一種多級加速的無接觸電磁發射裝置，沒有炮管，但要求彈丸在進入重接炮之前應有一定的初速度。其結構和工作原理是利用兩個矩形線圈上下分置，之間有間隙，長方形的“炮彈”在兩個矩形線圈產生的磁場中受到強磁場力的作用，穿過間隙在其中加速前進。重接炮是電磁炮的最新發展形式。

主要問題

將電磁炮作為一種新型航天發射裝置，還需要解決以下幾個問題：首先，那台實驗電磁炮的加速度太大，人無法承受。這個問題只有一個解決方法，那就是延長加速時間。然而這必須以採用更長的軌道為代價。由於人體只能承受大約15倍重力加速度的長時間加速，滿足人體耐受能力的電磁炮所需的軌道長度(經計算，為達到第一宇宙速度，約需200千米)在技術上難以實現。

第二，如果把電磁炮水平安裝在地面上，飛出炮口後的炮彈仍然會在大氣阻力下很快減速，難以順利達到環繞地球軌道，為此，用於航天發射的電磁炮必須將出口設定在空氣稀薄的高山之巔。

第三，電磁炮能夠發射的炮彈質量仍然不大，這是加速能力不足造成的。加速炮彈的力與磁場和電流之積成正比，要獲得足夠強的加速磁場一般靠超導磁體。用超導線圈產生磁場已是相對成熟的技術，但超導磁體需要冷卻到很低溫度(如液氦溫度，約-269°C)才能發揮作用，這對於軍事套用是個問題，因為會大大降低發射裝置的靈活性，但作為固定使用的航天發射裝置，基本上可以不必考慮這些，而且如果高溫超導強磁體能夠研製成功，對低溫條件的要求也可放寬。

關於電磁炮的第四個技術問題和第三個相關，因為在磁場不夠強的情況下，要想提高加速能力就只能讓炮彈通過足夠大的電流。於是就產生了大電流發熱和炮身燒蝕等麻煩。幸好這些麻煩對於航天發射不太重要，因為作為武器的電磁炮得嚴格限制長度，而作為發射工具，幾千米甚至十幾千米的炮身並不算問題，只是對建設施工時的作業精度要求較高罷了。此外，延長軌道也可使炮彈承受的加速度降低。經過計算，用5千米長的軌道使炮彈由靜止加速到第一宇宙速度，加速度是重力加速度的600倍，這已經比普通迫擊炮發射時的加速度還小了，可人顯然還是無法忍受，而長1000千米的加速軌道在地球上幾乎無法建造。

最後，建造公里級長度，配備強磁場的加速軌道不會有技術困難，實際上為數眾多的粒子加速器、對撞機等多半具有幾千米，甚至幾十千米長的加速和聚能環。而且它們除了對環道施工的精度要求極高外，各轉彎和控制點等處也均需要設定強磁場。在建造宇宙電磁炮的基本技術方面，人們早已充分掌握了。真正的困難是，從來沒誰把超級加速器放在高寒山區，而且青藏高原的交通條件布便利。

至於電磁炮的發射成本，如果不考慮產生強磁場的低溫液體費用，僅僅是電和不可回收的炮彈殼體而已，日常維護成本也和同長度的高速捷運相仿，可以開口處一小段配備專職掃雪人員，或加個活動蓋子就能解決。

作戰用途

電磁炮作為發展中的高技術兵器，被世界各國海軍所相中，把它作為未來新式武器，其軍事用途十分廣泛：

（一）用於天基反導系統：電磁炮由於初速度極高，可用於摧毀空間的低軌道衛星和飛彈，還可以攔截由艦隻和裝甲發射的飛彈．因此，在美國的“星球大戰”計畫中，電磁軌道炮成為一項主要研究的任務。

（二）用於防空系統：由於電磁炮初速度高，射速也高。有美軍軍事專家認為可用電磁炮代替高射武器和防空飛彈，執行防空任務。如美國正在研製一種電磁炮，其發射速度為500發/分，射程達幾十千米的電磁炮，準備替代艦上的“密集陣防空系統”。用它不僅能打擊臨空的各種飛機，還能在遠距離攔截空對艦飛彈．英國也正在積極研製用於裝甲車的防空電磁炮。

（三）用於反裝甲武器：美國的打靶試驗證明，電磁炮是對付坦克裝甲的有效手段。發射質量為50克、速度為3km/s的炮彈，是非常優良的反裝甲武器。

（四）用於改裝常規火炮：隨著電磁發射技術的發展，在普通火炮的炮口加裝電磁加速系統，可大大提高火炮的射程。美國利用這一技術，已將火炮射程加大到150km。

（五）用於反坦克武器。由於電磁炮初速極高，所以，它的穿甲能力極強，能有效地穿過坦克裝甲，成為反坦克厲器。美國曾進行過電磁炮打靶試驗：電磁炮發射質量為50克、速度為3km/s的炮彈，可穿透25.4mm厚的裝甲。有關資料還報導，用一種電磁炮做試驗，完全可以穿透模擬的T－72、T－80坦克的裝甲厚度。由此可見，電磁炮具有很強的穿透能力，是非常優良的反坦克武器。

（六）用於裝備炮兵部隊。電磁炮可望裝備炮兵部隊。美國海軍陸戰隊也對電磁炮感興趣。美國海軍陸戰隊經常在海外執行作戰任務，需要電磁炮這樣的遠程快速打擊武器，對沿岸作戰的士兵進行火力支援。美國陸軍也在研發較小型的電磁炮用於陸戰。

（七）用於裝備海軍艦艇。由於電磁炮具有的特點，它有望替代火炮，成為新型艦炮，裝備海軍艦艇。美國海軍準備將電磁炮裝備美國艦艇，美國的軍事有專家認為，電磁炮有可能成為為未來美國海軍新式武器。所以，美國前海軍作戰部長拉夫黑德上將稱它為會帶來“海軍戰法的革命。

總體評價

儘管美國的國防預算難以避免被大幅削減的命運，但美國海軍最高指揮官對未來的武器項目充滿信心。

美國海軍作戰部長格林納特上將在出席海軍聯盟2014年海空天博覽會時表示，美海軍平台應該要更好地適應其搭載的武器和任務系統。

格林納特介紹，電磁導軌炮已經走出實驗室，正在進入工程測試階段。電磁導軌炮利用電能產生磁場，在此前的測試中，電磁導軌炮將一枚23磅（約合10.43千克）的彈丸推動到5600英里/小時（約合2.5千米/秒）的出膛速度。電磁導軌炮是一種動能武器，也就是說它不需要安裝爆炸物。

美國海軍還正在推進為部署在阿拉伯海的巡邏艦艇裝備新型飛彈系統測試進展順利。除電磁導軌炮之外，其它的一些新型艦載武器也處於研製當中。美海軍已經在近海戰鬥艦（LCS）上裝備了“長弓地獄火”飛彈，但這是權宜之策，美國海軍計畫在瀕海戰鬥艦上裝備遠程飛彈，從而提高這型艦艇的殺傷力。

電磁炮(電磁炮，電熱炮和混合炮三大類)