正確答案:
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劃中,已成為越來越重要的部分.
一、電磁炮的結構和原理
電磁炮聽起來很神秘,其實它的結構和原理很簡單.電磁炮是利用電磁力代替火藥曝炸力來加速彈丸的電磁發射系統,它主要由電源、高速開關、加速裝置和炮彈四部分組成.目前,國外所研製的電磁炮,根據結構和原理的不同,可分為以下幾種類型:
(一)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,產生洛侖茲力,使彈丸加速運動並發射出去.
(二)軌道炮:軌道炮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.當兩軌接人電源時,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射出,這就是軌道炮的發射原理.
(三)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,管內設置有接到等離子體燃燒器上的電極,燃燒器安裝在炮後膛的末端.當等離子體燃燒器兩極間加上高壓時,會產生一道電弧,使放在兩極間的等離子體生成材料(如聚乙烯)蒸發.蒸發後的材料變成過熱的高壓等離子體,從而使彈丸加速.
(四)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.
二、電磁炮的特點及用途
電磁泡與常規火炮相比,有以下特點:
電磁炮利用電磁力所作的功作為發射能量,不會產生強大的衝擊波和瀰漫的煙霧,因而具有良好的隱蔽性.電磁炮可根據目標的性質和距離,調節、選擇適當的能量來調整彈丸的射程.
電磁炮沒有圓形炮管,彈丸體積小,重量輕,使其在飛行時的空氣阻力很小,因而電磁炮的發射穩定性好,初速度高,射程遠.由於電磁炮的發射過程全部由計算機控制,彈頭又裝有激光制導或其他制導裝置,所以具有很高的射擊精度.
從發射能量的成本來看,常規火炮的發射藥產生每兆焦耳能量需10美元,而電磁炮只需0.1美元.而且電磁炮還可以省去火炮的藥筒和發射裝置,故而重量輕、體積孝結構簡單、運輸以及後勤保障等方面更為安全可靠和方便.
電磁炮作為發展中的高技術兵器,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導彈,還可以攔截由艦隻和裝甲發射的導彈.因此,在美國的「星球大戰」計劃中,電磁軌道炮成為一項主要研究的任務.
(二)用於防空系統:美軍認為可用電磁炮代替高射武器和防空導彈遂行防空任務.美國正在研製長7.5米、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「火神──方陣防空系統」.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導彈.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,可穿透
25.4mm厚的裝甲.有關資料還報道,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.
三、電磁炮的發展概況及趨勢
19世紀20年代,在歐洲研究電磁現象形成一種熱潮,並取得了許多重要成果.物理學家們相繼發現了電流的磁效應、安培力和電磁感應現象.而後人們開始著眼於把這些研究成果應用於軍事中.早在1845年,對電磁炮的研究就開始了.當時曾有人繞制了一些線圈,線圈中產生的電磁力將一根金屬棒射出了近20米遠.1901年,挪威物理學家伯克蘭造出了第一門電磁線圈炮,能把10千克的彈體加速到100米/秒.這門長10米的電磁炮至今仍陳列在挪威奧斯陸的博物館中.
1920年,法國人維勒魯斯又發明了電磁軌道炮.然而,由於當時的技術條件有限,缺乏理想的動力設備,所以在相當氏的一段時間內,電磁炮的研究工作進展緩慢.電磁炮真正取得實質性的進展還是70年代的事.在70年代澳大利亞國立大學試制了一門電磁炮,首次成功地將3.3克的彈體加速到5.9km/s.1982年,他們又製成一門威力更大的電磁炮,能把2.2克的彈體加速到10km/s,遠遠超過了常規炮彈的飛行速度.
1980年,美國的研究人員用電磁炮成功地發射了一顆質量為317克的彈丸,其飛行速度為4.2km/s.1987年,美國又研製成「雷電」電磁炮,在秋季的試驗中將彈丸加速到6km/s.這兩次試驗的結果表明,電磁炮已不再是科學幻想中的憧憬.1991年,美國又研製成功機動型的多發電磁炮,1994年研製出反戰術導彈電磁炮,並計劃於1994—1998年進行坦克電磁炮的全尺寸工程試驗.
除美國外,俄國、英國、澳大利亞、日本等國家也都積極開展電磁炮的研究工作.如美國的電磁炮研究,已能把0.2千克的彈丸加速到2km/s,或者把50克的彈丸加速到3~4km/s的速度.總的說來,目前各國的電磁炮技術都還處於預研階段,有的方案已研製出了演示樣機,有的方案還在進行理論研究.
電磁炮最主要的缺點是消耗功率大.假如以3km/s的速度發射1.0千克重的彈丸,就需要200萬千瓦以上的功率.因此,就目前而言,電磁炮要從實驗室走上戰場,還存在許多技術問題沒有得到很好的解決.
目前,研製成功的電磁炮已能將彈丸加速到8—10km/s(火炮僅2km/s),是火炮的4到5倍.預計將來電磁炮彈丸的速度將達到100km/s.由於電磁炮射出的彈丸速度高、射程遠、精度好、穿透能力強,而且,電磁炮彈丸體積孝重量輕、射程可調節、發射時無聲響,無衝擊波等優點,預計在21世紀,電磁炮終將逐漸淘汰常規大炮.
電磁炮還用不著火藥,可減少污染、降低成本,而且使用安全,是射擊敵方坦克、飛機、裝甲活動目標的理想兵器.儘管目前電磁炮離真正在戰場上使用還有一段距離,但隨著對電磁炮研製的逐步完善,可望在20世紀末將出現實戰型的電磁炮.預計在不久的將來,快如流星的電磁炮終將取代傳統的火炮,成為21世紀的主力大炮,在未來戰場上發揮神威.
(陝西西安陸軍學院閆夷升)