電磁發(fā)射器是利用電能發(fā)射物體的發(fā)射裝置。實(shí)質(zhì)是把電能變換成發(fā)射物體所用的動(dòng)能的一類(lèi)能量變換器。電磁發(fā)射包括電磁軌道、電磁線圈、電磁重接等基于不同原理的多種發(fā)射方式，目前按其結(jié)構(gòu)可分為導(dǎo)軌型、線圈型和重接型三種。

一、國(guó)外研究現(xiàn)狀

1844年，由Colonel Dixonz首次提到“電磁炮”的概念，此后到二十世紀(jì)七十年代，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本、奧地利、挪威等國(guó)家展開(kāi)了相關(guān)研究工作。比較成功的有挪威奧斯陸大學(xué)的Birikeland教授在1901年制造了世界第一臺(tái)電磁線圈炮。1936年，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的Northrop教授研制了離散型機(jī)械同步發(fā)射線圈炮。但是由于當(dāng)時(shí)科技發(fā)展水平不高，技術(shù)條件相對(duì)落后，電磁發(fā)射的研究進(jìn)程中遇到了種種困難，研究工作也因此有些停滯。

電磁軌道發(fā)射研究工作進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期從1978年開(kāi)始，澳大利亞國(guó)立大學(xué)研制了550 MJ的堪培拉單級(jí)發(fā)電機(jī)并投入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，它能夠提供1 MA以上的電流，在5 m長(zhǎng)的導(dǎo)軌型電磁發(fā)射器上，把重量為3g的彈丸加速到5900 m/s的速度。這為電磁發(fā)射器的發(fā)展，做出了開(kāi)拓性的貢獻(xiàn)。隨后，許多國(guó)家組織開(kāi)始對(duì)軌道炮開(kāi)展了研究，投入了大量研究資金，使得電磁發(fā)射技術(shù)在發(fā)射裝置、發(fā)射重量、彈丸速度、大功率電源等方面取得了一系列成果。荷蘭、英國(guó)、日本分別進(jìn)行電磁發(fā)射、脈沖功率和材料等技術(shù)的研究。

80年代初美國(guó)的研究逐步走在世界的前列，美國(guó)國(guó)防部先后成立了電磁炮發(fā)展研究顧問(wèn)委員會(huì)和技術(shù)工作組，對(duì)電磁炮技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用潛力進(jìn)行了評(píng)估，并建議集中和協(xié)調(diào)國(guó)家的資金來(lái)發(fā)展電磁炮。新澤西州的皮卡汀尼兵工廠，威斯汀豪斯公司，德克薩斯州的奧斯汀德克薩斯大學(xué)機(jī)電研究中心和高技術(shù)研究所，加州的勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，洛斯·阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室，通用原子公司，麥克斯韋實(shí)驗(yàn)室等均參加了電磁炮各分項(xiàng)目的研究。美國(guó)的蘇倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和洛斯·阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室協(xié)作，首次將2.2 g的彈丸加速到10km/s的高速；美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在1986 -1993年進(jìn)行了系列的基本實(shí)驗(yàn)，并編制WARP-10模擬計(jì)算程序，大大推動(dòng)了電磁發(fā)射技術(shù)的發(fā)展；位于匹茲堡的威斯汀豪斯公司研發(fā)了EMACK和SUVAC項(xiàng)目；SUNNYVALE公司研發(fā)了“雷電”項(xiàng)目，雖然它是澳大利亞國(guó)立大學(xué)軌道炮的翻版，但它第一次建造了完整的軌道炮系統(tǒng)。1994年，美國(guó)建造的軌道炮系統(tǒng)可以把質(zhì)量4.44 kg的物體加速到3 km/s.

進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)進(jìn)一步加快了電磁軌道炮的研究進(jìn)程。以美國(guó)先進(jìn)技術(shù)研究所和位于馬里蘭州阿伯丁實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的美國(guó)陸軍研究室為代表的科研單位已將順利開(kāi)展了電磁軌道炮集成到現(xiàn)有的或未來(lái)的武器平臺(tái)的相關(guān)研究，并取得重大進(jìn)展。美國(guó)海軍在2003年4月在蘇格蘭柯?tīng)枎?kù)布里郡成功完成了驗(yàn)證電磁軌道炮發(fā)射高超音速?gòu)椝幍暮Ｉ涎菔掘?yàn)證試驗(yàn)。2005年美國(guó)通用電子系統(tǒng)公司己經(jīng)研制成儲(chǔ)能密度為3MJ/ m3的脈沖電容器。2008年，美國(guó)己經(jīng)研制成功脈沖交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以供炮口需求動(dòng)能為2 ～5 MJ的電磁軌道炮使用。2010年12月10日，美國(guó)海軍研究辦公室的實(shí)驗(yàn)型電磁導(dǎo)軌炮樣炮在位于達(dá)爾格倫的海軍水面作戰(zhàn)中心進(jìn)行了射擊試驗(yàn)，將10.4kg的彈加速到2500m/s。

其它國(guó)家也開(kāi)展了電磁炮的相關(guān)研究。例如荷蘭的TNO，德國(guó)慕尼黑技術(shù)大學(xué)、德國(guó)的萊茵金屬公司和TZN、位于法國(guó)的法·德圣路易斯研究所，英國(guó)的BAE系統(tǒng)公司。位于澳大利亞墨爾本的澳大利亞國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室、日本東京技術(shù)研究所等。其中，法·德圣路易斯研究所在1998年建成了“飛馬”電磁軌道炮，身管長(zhǎng)度為6m，可將1 kg的彈丸發(fā)射到2000 m/s以上的速度。2004年英國(guó)國(guó)防部牽頭研制成了輕型電磁軌道炮演示樣機(jī)，并開(kāi)發(fā)了多種類(lèi)型的脫殼穿甲彈。該炮在分別采用了矩形和圓形炮膛結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)射時(shí)的峰值電流達(dá)到了2 MA，將質(zhì)量為2.5 kg的彈丸發(fā)射到2000 m/s的速度，但在實(shí)驗(yàn)檢查電樞時(shí)，出現(xiàn)了輕微燒蝕的現(xiàn)象。

二、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

由于國(guó)家科技經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱，又受時(shí)代發(fā)展階段的制約，電磁發(fā)射技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究起步較晚。1981年，軍械工程學(xué)院王瑩教授開(kāi)始從事電磁發(fā)射技術(shù)和新概念武器的研究教學(xué)工作，他發(fā)起、組織、指導(dǎo)了中國(guó)電磁發(fā)射的研究，并出版了專(zhuān)著《電炮原理》、《高功率脈沖電源》、《新概念武器原理》、《電發(fā)射物理學(xué)》等，它與新西蘭的理查德·馬歇爾教授合著了《電磁軌道炮的科學(xué)與技術(shù)》。目前，在中國(guó)有幾十家單位開(kāi)展與電磁發(fā)射相關(guān)的研究工作，如中國(guó)工程物理研究院流體研究所、中科院等離子體研究所、北京特種機(jī)電研究所、哈爾濱理工大學(xué)等，并在電磁軌道發(fā)射的不同領(lǐng)域做出了相關(guān)貢獻(xiàn)。

1986年，中國(guó)工程物理研究院流體物理所建造了我國(guó)第一臺(tái)電磁導(dǎo)軌發(fā)射實(shí)驗(yàn)裝置，將0.34 g的彈丸加速到1680 m/s的速度。隨后又研究制造了一臺(tái)線圈炮，將把直徑為60 mm、質(zhì)量為1 kg的彈丸加速到60m/s的速度。

1988年8月，中科院等離子體物理所也建成了一臺(tái)導(dǎo)軌式電磁發(fā)射實(shí)驗(yàn)裝置，把50 g的發(fā)射體加速到3000 m/s。之后，對(duì)旋轉(zhuǎn)磁通壓縮脈沖發(fā)電機(jī)理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，并完成25MW被動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁通壓縮脈沖發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和樣機(jī)制造的工作，并在實(shí)驗(yàn)中以每秒鐘4發(fā)的射速將10發(fā)彈丸加速到2000 m/s。

1998年，中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所的呂慶敖等人提出了一種新型電磁軌道炮，該炮既能利用固體電樞的優(yōu)勢(shì)，又能避免電樞的燒蝕缺陷。

從90年代初開(kāi)始，華中科技大學(xué)對(duì)電磁炮電源進(jìn)行相關(guān)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，制造了多門(mén)軌道炮原理樣機(jī)。對(duì)軌道炮的炮膛燒蝕]、電氣負(fù)載特性、軌道炮電樞等方面進(jìn)行了相應(yīng)的機(jī)理分析和實(shí)驗(yàn)研究。中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電磁發(fā)射技術(shù)專(zhuān)委會(huì)于 2002 年 8 月成立，由專(zhuān)委會(huì)舉辦的首屆電磁發(fā)射國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議也于 2004 年 8 月在大連召開(kāi)。

2010年，北京特種機(jī)電研究院聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院電工研究所、華中科技大學(xué)、南京大學(xué)等多家國(guó)內(nèi)高校，建造了一門(mén)儲(chǔ)能為10 MJ的電磁軌道發(fā)射裝置，該發(fā)射裝置長(zhǎng)6m，發(fā)射時(shí)峰值電流達(dá)到了1.8 MA，將質(zhì)量為1 kg的彈丸加速至2100 m/s。

南京理工大學(xué)也是開(kāi)展電磁軌道炮技術(shù)研究的高校之一。主要開(kāi)展了彈道、身管、脈沖電源和固態(tài)開(kāi)關(guān)相關(guān)技術(shù)研究。鄭州機(jī)電研究所先后制造了兩門(mén)20層增強(qiáng)軌道炮分別將質(zhì)量為5 kg和300 kg的物體分別加速到35 m/s。哈爾濱理工大學(xué)著重于同軸線圈炮的發(fā)射原理，建造了一臺(tái)432 mm長(zhǎng)度的三級(jí)電磁線圈發(fā)射裝置，將27 g的鋼制彈丸加速到接近75 m/s的速度。大連理工大學(xué)對(duì)電磁重接炮進(jìn)行了相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究。研究工作包括電磁重接炮點(diǎn)火控制系統(tǒng)和測(cè)速系統(tǒng)以及重接級(jí)數(shù)、主控開(kāi)關(guān)性能對(duì)發(fā)射效率的影響，設(shè)計(jì)并制造了三級(jí)重接炮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以將質(zhì)量為160 g的彈丸加速至27 m/s的速度。

三、結(jié)束語(yǔ)

電磁發(fā)射技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力不斷凸現(xiàn)，特別隨著脈沖功率技術(shù)、材料技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，在近20年有很大的發(fā)展和眾多突破。當(dāng)今世界，很多國(guó)家都在研究電磁發(fā)射技術(shù)，可行性實(shí)驗(yàn)論證研究階段已經(jīng)過(guò)去，現(xiàn)正進(jìn)行工程實(shí)用研究。在新的世紀(jì)里，電磁發(fā)射技術(shù)必將充分體現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)與不可估量的作用。