电磁发射技术的发展及其军事应用

电磁发射技术的发展及其军事应用电磁发射技术的发展及其军事应用王静端(南昌陆军学院,江西南昌330103)火力与指挥控制（学报）注：这是OCR版，有些字符有误，请注意识别。摘要:电磁发射技术是当今世界上正在研究和发展的一门高军事技术。在简述电磁发射技术发展状况的基础上,着重介绍利用电磁发射技术发射超高速炮弹的动能武器系统——电磁炮(EMG)的结构类型、工作原理、特点和军事领域中的应用,以及EMG实现的困难和展望。关键词:电磁发射;电磁炮;武器系统中图分类号:TJ866文献标识码:AKeywords:electromagneticemission,EMG,weaponsystem1电磁发射技术的发展状况[1,2,3,5]1822年,科学家安培发现了通电导体在磁场中受力的现象并导出了定量公式,揭示了电和磁之间能够产生机械力这一新的动力源的重要性,为电动机的产生奠定了理论基础。1916年,有的科学家就开始构想用电磁能量推进弹丸。在第一、二次世界大战期间和战后,法、德、美、日等国都曾进行过利用电磁力代替火药加速弹丸的现代电磁发射系统(电磁炮)的研究,但由于受当时技术水平的限制和缺乏储存大量电能的手段,没能研制成功,甚至放弃了研究。到了20世纪70年代,随着科学技术的发展,堪培拉澳大利亚国立大学试验了第一门电磁炮(轨道炮),将3g重的塑料块加速到6km.s的速度,显示了这种武器的潜力。从此,电磁发射技术在军事上的应用就构成了人们热门话题,并开始得到了长足的发展。80年代以来,尤其是最近十年来,随着新技术、新材料的不断发展,电磁发射技术在发射装置、发射重量、弹丸速度、大功率电源等方面的研究取得了一系列成果。80年代初美国苏伦斯·利弗莫尔国家实验家和洛斯·阿拉莫斯实验室协作,利用口径1217mm、长5m的轨道炮将212g的弹丸加速到10km.s的高速,其所使用的电源是一种磁通压缩发电机,它能把爆炸能量转变成电能。美国西屋公司研制出一门实验型轨道炮,它用一个1715MJ单极发电机作电源,把重300g左右的弹丸加速到5km.s的初速,其炮口能量达218MJ;在这同时,其他发达国家对电磁发射技术的研究也取得较大进展。如,前苏联的A·斯维特索夫也曾将113g重的弹丸加速到2km.s,所50g重的弹丸加速到3km.s～4km.s。目前,世界上已试制成功炮筒直径为013m、长215m的电磁轨道炮,能将3g～300g重的聚碳酸脂塑料弹丸加速到4km.s～11km.s的速度。美、英等国还研制了一些新的发射装置,在发射重量和弹丸速度等方面都取得了一些新成果。在大功率电源研究方面,美国已研制成功的炸药发电机能提供30MJ的能量,最大电流达250MA。此外,还研制成功一种5MJ的单极发电机,可获得1MA的大电流。现在,世界各国,尤其是一些发达国家对电磁发射技术之所以如此重视,其主要原因是对利用常规火药的火炮分析表明,炮口初速已接近物理极限,使射程不可能更远。而电磁发射系统的推力要比火药发射的推力大10倍,其作用时间比火药燃气压力对弹丸的作用时间可长得多,能把弹丸加速到每秒几公里至每秒几十公里的高速度,使弹丸具有巨大的动能和极强的穿透力,从而大大提高武器的射程和威力。由于利用电磁发射弹丸具有射程远、速度快、杀伤力大;射击无声响、无烟雾、无炮口火焰,具有良好的射击隐蔽性;射程调整方便,不受推进剂原料的影响;电能可用任何初级能源来产生等优点,因此,其军事应用潜力非常大,在未来武器系统的发展计划中已成为越来越重要的部分。目前电磁炮技术已正式列入美国国防部关键技术计划。近几年,美国陆军正在进行弹丸速度为215km.s～4km.s的电磁炮研究,以期作为未来主战坦克的主炮,形成新的反装甲能力;美国空军正在演示验证口径为90mm的电磁轨道炮,试验已能把6kg重的弹丸以2km.s的初速发射出去。战术应用的电磁炮将进入全面的工程发展阶段,用于战略防御的电磁炮也将进行全面评估。随着电磁发射技术的日趋成熟,电磁炮将在21世纪逐步走向武器化,在军事领域将获得广泛应用。2电磁炮结构类型、工作原理及其特点[1,4]电磁炮(EMG)也称为脉冲能量电磁炮,它是利用电磁发射技术,以电磁力发射超高速炮弹并以其动能毁伤目标的动能武器系统。按其结构不同可分为线圈炮、轨道炮、重接炮三种形式。线圈炮是电磁炮发展的最早形式,它由固定线圈和弹丸线圈组成。固定线圈相当于炮管,通电后会形成运动磁场,并在弹丸线圈中产生感应电流。线圈炮就是利用磁场和感应电流相互作用的电磁力加速弹丸线圈而使炮弹高速射出。轨道炮又称导轨炮,是电磁炮发展的主要形式。它具有两根平行放置的轨道,轨道中间有一个放置弹丸的滑块,滑块后部有与两根导轨相接触的固体电枢或等离子体电枢。轨道炮就是利用流经轨道的电流所产生的磁场与流经电枢的电流之间相互作用的电磁力加速弹丸并将弹丸发射出去。重接炮是电磁炮的最新发展形式,是一种多级加速的无接触式电磁发射装置。没有炮管,它要求炮弹在进入重接炮之前应有一定的初速度。其工作原理是利用两个磁场重新接合而发射物体的。当两个磁场相互作用并扩大成一个容积或一个新的磁场结构时,弹丸被高速向前推进。它是一种无管炮,不存在过热和烧蚀的发射装置,被认为是未来天基超高速电磁炮的雏形。目前只对单极重接炮进行理论研究。预计EMG将以4km.s～8km.s(30MJ～60MJ炮口动能)的超高速发射口径在30mm～60mm之间的弹丸(动能弹,重5kg)。EMG被陆军看成是“2020年后陆军”战车主要武器的候选技术方案。3电磁炮的应用311用于天基反导、反卫星系统[1]以卫星或其他航天器作运载平台,将电磁炮部署在空间,遂行拦截洲际弹道导弹和摧毁卫星的任务,可以充分发挥电磁炮的优点。当电磁炮的速度为4km.s时可拦截一般的反辐射导弹、巡航导弹以及战术导弹;当天基电磁轨道炮弹丸的速度达到5km.s～10km.s时,可对战略导弹实施中段拦截;速度达到10km.s～15km.s时,可有效地实施助推后段拦截;速度达到20km.s能对战略导弹有效地实施助推段拦截。当地基电磁炮弹丸的速度达到5km.s～7km.s时,可在中段和末段对战略导弹实施有效拦截;当速度达到6km.s～10km.s时,可直接命中杀伤轨道高度在300km～1000km的低轨卫星。312用于防空系统[4]由于电磁炮具有初速高、加速快、飞行时间短、火力猛、抗电子干扰能力强、毁伤效果好的优点,因此它在防空系统中获得广泛应用。电磁炮可代替高射武器和防空导弹遂行防空任务。防空电磁炮一般以舰只和装甲车辆为平台。美国研制的一种715m长的电磁炮,射程达几十千米,射速500发.min。美海军拟以这种电磁炮代替舰用“火神.方阵防空系统”,将它与舰载防空、反导探测系统配合,打击临空的各种飞机和远距离拦截空舰导弹。陆、空军也准备将其用于战术防空和空中格斗。装甲车载防空电磁炮也在研制之中。313用于反装甲、反舰系统[1,4]电磁炮可安装在美国未来战斗系统、英.美战术侦察装甲战车.未来侦察骑兵车等车辆上,用于反装甲作战。打靶试验证明,电磁炮发射的超高速弹丸所具有的强大动能,足以摧毁任何装甲目标,电磁炮是对付坦克等装甲目标的有效手段。如,若电磁炮弹丸的质量为50g、速度达到3km.s,就能穿透2514mm厚的装甲。美军计划进行坦克用电磁炮的全尺寸工程试验,并准备在某型战车上安装电磁炮,采用激光半主动寻的制导,用于攻击远距离的装甲目标。将电磁炮安装在坦克上还有另外一个突出的优点,就是电磁炮坦克一旦被敌方击中,由于车上没有火药或炸药,被引爆的可能性极小,从而可大大提高坦克的生存能力。此外,电磁炮还应用于反舰系统中。314用于改进常规火炮[4]在普通火炮的炮口部加装电磁加速器,可大大提高火炮的射程。美军拟用这项技术把火炮射程提高到50km,以增大陆战场压制火力的覆盖范围。除此之外,电磁发射技术还可用于飞机、导弹、卫星等方面。4困难和展望[2,5]尽管电磁炮的研究方兴未艾,但该武器要达到真正的实用还需要较长时间的努力。现在已研制成的样品炮大都存在尺寸过大,重量太重,效率不高等问题,尚不宜部署使用。从当前来看,要使电磁炮真正成为可投入战场使用的武器,电磁发射技术要着重解决的关键问题主要有两个:一是研究和开发出体积小、重量轻、可重复使用的大功率电源,以满足发射超高速弹丸需要强大电能的要求;二是要研究和开发出磁能损耗和焦耳热损耗小、强重比高的结构材料,以满足电磁发射装置需要承受大电流、强载荷的要求,并大幅度提高系统效率。随着超导技术的发展,上述的问题将可望得到逐步解决。目前,体积小、重量轻的超导发电机以及大容量的超导储能装置正在研制之中,使实用电磁炮所需要的大容量、小型化的电源可望得到解决。如用超导材料产生强磁场,可以减小通过导轨的电流,从而使减少导轨磁损失和热损耗,提高系统效率的问题也可能得到解决。1997年1月美国与英国制定合作倡议,决定两国合作从事EMG技术成熟化研究。目前,美国和英国正在研究电源技术和弹丸技术。同时,美、英两国均在研究终点弹道和超高速弹丸技术。其中,美国研究的难点是电源和系统轨道。美国陆军提出的EMG发展目标是,具有与相同口径常规火炮一样的重量(或比其稍轻);脉冲电源的目标是所占体积和重量在2020年后陆军“车辆承受范围之内”;轨道的目标是火炮能发射100发或200发弹。研究人员正在研究一种新材料,并用此材料制成轨道,当电磁力通过时不受损坏。目前世界各国的电磁发射技术仍处于实验阶段。有关专家预计,电磁发射技术要真正达到实用化,大约还需要经过10年左右时间的努力。参考文献:[1]中国国防科技信息中心2020年的武器[M]1北京:解放军出版社,1999[2]卫锦萍1电能武器的最新进展与应用前景[J]1国外兵器动态,1999(41)[3]芳欣1美陆军“未来战斗系统”技术发展评述(中)[J]现代兵器,1998(4)[4]刘岳雄,等1军事高技术基础[M]1南昌:南昌陆军学院,1995[5]陈心中,徐润君1军事中的物理学[M]1北京:国防大学出版社,1992