陳 帥，馬偃亳，趙婉瑜，唐曉燕

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，河南 鄭州 450000）

電磁發(fā)射是一種利用電能替代傳統(tǒng)化學(xué)能完成發(fā)射的全新發(fā)射方式[1]，電磁軌道發(fā)射技術(shù)在軍用和民用領(lǐng)域都有著巨大的潛在優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景[2]。在信息化、電能化快速發(fā)展的大趨勢下，電磁軌道炮有著常規(guī)火炮無法比擬的優(yōu)勢，全電化更有利于發(fā)射過程的精準(zhǔn)控制，超高的發(fā)射初速令一眾常規(guī)兵器無法望其項(xiàng)背，更高的能量轉(zhuǎn)化效率以及更大的毀傷動能使得電磁軌道炮成為了未來戰(zhàn)場最具潛力的新概念武器之一。

電磁軌道炮技術(shù)是美國海軍面向未來軍事需求而重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略高技術(shù)之一，也是美國在“第三次抵消戰(zhàn)略”下重點(diǎn)研究的關(guān)鍵性、顛覆性和前沿性武器系統(tǒng)技術(shù)[3]。在美國電磁軌道炮技術(shù)發(fā)展的牽引下，世界多國紛紛開展了相關(guān)研究，取得了長足進(jìn)步，當(dāng)前在初級能源、脈沖電源、超高速制導(dǎo)彈藥及武器系統(tǒng)集成等方面，還存在一定的問題，需在今后的發(fā)展過程中完成突破[4]。

未來，在電磁軌道發(fā)射技術(shù)自身優(yōu)勢的支撐下，電磁炮將在要地防空反導(dǎo)、岸防及艦載等方面發(fā)揮重要作用，與其他常規(guī)兵器優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)同應(yīng)用，共同構(gòu)建更加完善的防御體系。

1 最新進(jìn)展

1.1 美國的最新進(jìn)展

當(dāng)前，美國電磁發(fā)射技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，代表了世界電磁發(fā)射技術(shù)發(fā)展的最高水平。2017年1月，美國海軍作戰(zhàn)部長約翰·理查德森參觀了位于水面作戰(zhàn)中心達(dá)爾格倫分部的電磁軌道炮樣機(jī)，如圖1所示。該樣機(jī)采用D型軌道，纖維纏繞身管，配有自動供輸彈機(jī)。2017年3月，美國海軍開展了一系列驗(yàn)證試驗(yàn)，根據(jù)美海軍研究署發(fā)布的信息，本次試驗(yàn)的主要技術(shù)指標(biāo)為：炮口動能32 MJ，發(fā)射初速2.0 km/s，射速10發(fā)/min，身管壽命1 000發(fā)。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，美國海軍本次試驗(yàn)使用的射彈為制導(dǎo)彈藥，發(fā)射質(zhì)量約16 kg，射程達(dá)185 km。根據(jù)美國海軍規(guī)劃，未來電磁軌道炮將裝備到美國最先進(jìn)的朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦上[5]。

圖1 美海軍電磁軌道炮試驗(yàn)樣機(jī)

另外，美國通用原子公司還大力推進(jìn)電磁軌道炮用超高速彈藥（HVP，Hypervelocity Projectile）的研究與應(yīng)用，如圖2所示。該彈藥采用低阻氣動外形設(shè)計(jì)，具有良好的外彈道性能，利用一些通用模塊，可組成不同的一體化發(fā)射單元（Integrated Launch Package，ILP），不僅可用于電磁軌道炮，還可用于現(xiàn)役的127 mm艦炮、陸軍155 mm榴彈炮等武器裝備上，由127mm Mk45Mod4型艦炮發(fā)射，其射程可超過93 km，由電磁軌道炮發(fā)射，其射程可超過185 km。該彈藥具有性能好、成本低的特點(diǎn)，美海軍將加快HVP研發(fā)，使其可以更好的匹配未來作戰(zhàn)系統(tǒng)，形成更強(qiáng)大的戰(zhàn)斗力。

圖2 超高速射彈（HVP）

目前，美國電磁軌道炮項(xiàng)目承研方主要為BAE系統(tǒng)公司和通用原子公司，二者分別牽頭開展海基和陸基型號項(xiàng)目的研制。根據(jù)美國海軍計(jì)劃，電磁炮將在2025年裝備朱姆沃爾特級驅(qū)逐艦。另外，2018年3月，通用原子公司與美國陸軍簽訂了為期三年的電磁炮研發(fā)合同，將根據(jù)陸軍需求開展技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)一步提高電磁炮綜合性能。

同時(shí)，通用原子公司還是美國海軍電磁軌道炮脈沖電源的承研方。脈沖電源是電磁軌道炮的直接能量來源，是軌道炮武器系統(tǒng)核心部分之一，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。美國海軍電磁軌道炮試驗(yàn)樣炮的脈沖電源總儲能達(dá)到了150 MJ，儲能密度達(dá)到1.25 MJ/m3以上。

圖3 美海軍脈沖電源

1.2 中國的最新進(jìn)展

在美國電磁發(fā)射技術(shù)取得重大進(jìn)展的同時(shí)，中國電磁發(fā)射技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，由中國海軍工程大學(xué)馬偉明院士技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的電磁軌道炮安裝在了解放軍“海洋山”號大型坦克登陸艦（舷號936）上，如圖4所示。在炮塔后方的甲板上，還固定著幾個(gè)裝滿設(shè)備的集裝箱，據(jù)稱設(shè)備方艙中可能裝有電磁武器系統(tǒng)所需的大型電源。2018年初，936海洋山號登陸艦搭載中國電磁炮首次亮相，引發(fā)高度關(guān)注。而此后，搭載電磁炮海上試驗(yàn)樣機(jī)的“海洋山”號登陸艦多次開展海上試驗(yàn)。

圖4 安裝在“海洋山”號試驗(yàn)船上的電磁軌道炮

1.3 土耳其的最新進(jìn)展

2019年3月，土耳Aselsan公司曝光了其35 mm口徑的SAHI209BlockII電磁炮樣機(jī)裝載在卡車底盤上進(jìn)行陸上射擊試驗(yàn)的畫面，實(shí)物如圖5所示。公司宣稱其炮口動能可達(dá)10 MJ，發(fā)射器口徑為35 mm、彈丸全重為1 kg，最大射程可達(dá)50 km。SAHI209第二階段樣炮的炮塔采用了一體化設(shè)計(jì)，具有水平旋轉(zhuǎn)和俯仰功能，總體布局與我國研制的艦載電磁炮類似，但是尺寸和體積要小得多。不過，作為一款安裝在拖車上的武器裝備，SAHI209第二階段樣炮的炮塔還是顯得太大。全部系統(tǒng)組成可以都裝載在一輛多軸拖車上，至少具備一定的機(jī)動能力。因此，雖然SAHI209電磁炮目前是按照科研試驗(yàn)來研制的，但是從一開始也考慮到了實(shí)戰(zhàn)化機(jī)動部署的要求。從其設(shè)計(jì)定位來看，采用35 mm小口徑，并不是針對于打擊或者壓制地面目標(biāo)，而是針對于防空作戰(zhàn)的需要。

圖5 SAHI209BlockII電磁炮樣機(jī)及彈藥

2 發(fā)展瓶頸與技術(shù)途徑

雖然電磁軌道炮有著常規(guī)武器難以企及的優(yōu)勢，但是，作為高新技術(shù)的一種，由于當(dāng)前技術(shù)水平的限制，它在發(fā)展過程中也存在很多的問題[6-9]。

首先，無論是艦載還是車載，電磁軌道炮武器系統(tǒng)都存在能源問題。當(dāng)前，世界各國都將研究的重點(diǎn)放在了大口徑電磁軌道炮上，炮口動能達(dá)到了20 MJ以上，并且還有射速上的指標(biāo)要求，這樣就對電磁軌道炮的能源系統(tǒng)提出了非常高的要求。對于艦載電磁軌道炮而言，從艦船的承載能力上來說，必須有足夠大的可用空間，即使當(dāng)前最先進(jìn)的電容器脈沖電源技術(shù)，100 MJ以上的儲能，其總體積也要在70 m3以上。另外，對艦船的綜合電力系統(tǒng)也有著極高的要求，一般艦船的電力系統(tǒng)無法滿足電磁軌道炮連發(fā)時(shí)的初級能源需求。對于車載電磁軌道炮而言，能源問題也比較突出。車載電磁炮對于機(jī)動性要求較高，而當(dāng)前電容器脈沖電源無論是體積還是重量對于車載而言都存在較大的問題。另外，車載電磁炮的初級能源問題也是一個(gè)制約其發(fā)展的重要問題，目前，可以大規(guī)模應(yīng)用的成熟技術(shù)選擇也非常有限。

針對初級儲能問題，對于艦船而言，只能通過提升其綜合電力系統(tǒng)來解決，而對于車載電磁炮系統(tǒng)而言，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，或許鋰電池與脈沖交流發(fā)電機(jī)是可供選擇的兩項(xiàng)相對成熟的技術(shù)。針對脈沖電源問題，小型化是電容器脈沖電源發(fā)展的必經(jīng)之路，其小型化程度對電磁軌道炮的應(yīng)用有直接的影響，另外，由于超導(dǎo)儲能有著較高的儲能密度和功率密度，或許在未來能夠成為電磁軌道炮脈沖電源的選項(xiàng)之一。

其次，對于大口徑電磁軌道炮來說，要想打得遠(yuǎn)打得準(zhǔn)，就要提高發(fā)射初速，并且精確制導(dǎo)，但是高初速就會產(chǎn)生高過載問題，當(dāng)前的制導(dǎo)組件抗過載能力無法滿足使用需求。另外，電磁軌道炮在發(fā)射過程中，內(nèi)膛會產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場，該磁場會對制導(dǎo)組件產(chǎn)生一定的影響。對于制導(dǎo)彈藥的抗過載問題，需要通過不斷的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證逐步進(jìn)行解決。而對于強(qiáng)磁場問題，需要開展強(qiáng)磁場屏蔽機(jī)理研究，并通過發(fā)射試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

再次，電磁軌道炮還存在發(fā)射器壽命問題。電磁軌道炮對軌道材料的要求較高，需要有較高的電導(dǎo)率，較高的抗拉強(qiáng)度，較好的高溫性能以及優(yōu)秀的耐摩擦磨損性能。尤其對于大口徑電磁軌道炮而言，其炮口動能較大，峰值脈沖電流極大，內(nèi)膛環(huán)境極其惡劣。發(fā)射過程中的高速摩擦磨損、瞬態(tài)沖擊、高溫高熱以及局部刨蝕，都會對發(fā)射軌道的壽命產(chǎn)生不良影響，從而直接影響發(fā)射器壽命。針對發(fā)射軌道壽命問題，各國都在探尋性能更佳的新材料，以期更好的性能表現(xiàn)。

3 應(yīng)用前景展望

電磁軌道炮有著更快的發(fā)射初速，更遠(yuǎn)的射程，更高的毀傷效能，在信息化的現(xiàn)代戰(zhàn)場中，電磁軌道炮大有用武之地。當(dāng)前世界各國武器呈現(xiàn)出多樣化、高速化的發(fā)展趨勢，防御形勢日益嚴(yán)峻[10-13]，而面對高速目標(biāo)、厚壁類目標(biāo)，電磁軌道炮可以充分發(fā)揮其初速高、反應(yīng)快、打擊精度高的自身特點(diǎn)，大大提高防御系統(tǒng)的綜合防御能力。依托電磁發(fā)射技術(shù)自身的技術(shù)特點(diǎn)，電磁軌道炮將來可以應(yīng)用到以下幾個(gè)方面。

3.1 艦載遠(yuǎn)程打擊

當(dāng)前，海洋占據(jù)了全球大部分的面積，海洋資源的爭奪與領(lǐng)海安全的防護(hù)關(guān)系到每個(gè)國家的切身利益，而電磁炮有著更高的作戰(zhàn)效能，一旦規(guī)?；炤d，對海上侵略者將會產(chǎn)生強(qiáng)大的心理威懾，并可對海上目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)打擊，構(gòu)成防御體系的第一道防線。

3.2 岸防火力壓制

由于電磁軌道炮具有超遠(yuǎn)的射程這一優(yōu)勢，使其可以很好地發(fā)揮岸炮的作用。當(dāng)前，各國海軍日益強(qiáng)大，空中力量不斷發(fā)展，在這種背景下，將電磁軌道炮布局在沿海一帶將會產(chǎn)生良好的防御效果。岸防電磁軌道炮與艦載武器可以協(xié)同作戰(zhàn)，對來自海上的目標(biāo)進(jìn)行火力壓制，并對中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、無人機(jī)、巡航導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行打擊，形成聯(lián)動防御體系。

3.3 要地防空反導(dǎo)

目前，高超聲速武器及厚壁武器發(fā)展迅猛，世界各國都面臨著較大的空中防御壓力。對于高超聲速武器而言，其防御有著較高的難度，不僅難在發(fā)現(xiàn)與跟蹤上，更難在打擊手段上。在這種形勢下，電磁軌道炮超高發(fā)射初速的優(yōu)點(diǎn)更加凸顯出來。對于超高聲速武器的防御，電磁軌道炮無疑有著無可比擬的優(yōu)勢。另外，對于厚壁類武器的防御，也是世界各國面臨的一大難題。而電磁軌道炮可以通過發(fā)射含能彈藥，利用動能毀傷的方式對厚壁類武器形成致命的打擊，這種毀傷效果是其他常規(guī)兵器無法企及的。

4 結(jié)束語

雖然電磁軌道發(fā)射技術(shù)已經(jīng)取得了重大突破，但是由于當(dāng)前技術(shù)水平的限制，部分關(guān)鍵技術(shù)尚需艱苦攻關(guān)，尤其是龐大的電源規(guī)模嚴(yán)重制約的電磁發(fā)射技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一旦電源技術(shù)取得重大突破，電磁軌道發(fā)射技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用空間，屆時(shí)，無論是艦載還是車載，甚至是機(jī)載，系統(tǒng)集成難度都將大大降低。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信將來電磁軌道炮用制導(dǎo)彈藥可以取得很大的進(jìn)展，發(fā)射軌道壽命能夠大大提高，阻礙電磁軌道炮發(fā)展的技術(shù)瓶頸可以一一攻破，那么，將來電磁軌道炮將會帶來一場軍事技術(shù)的革命。