作者：裝甲車輛專家劉曉峰

21世紀(jì)美軍電磁炮發(fā)展歷程

電磁炮是一種純電能武器，主要原理是利用流經(jīng)火炮導(dǎo) 軌或線圈的強(qiáng)電流感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力 來(lái)加速?gòu)椡璧陌l(fā)射裝置,這種發(fā)射方式又被稱為“電磁發(fā)射器”或“脈沖能量電磁炮”。而電磁炮又由于工作方式的不同，被分為導(dǎo)軌炮和線圈炮兩種。根據(jù)美軍近幾年公開(kāi)的資料分析,美軍對(duì)于電磁炮的興趣和重視程度已經(jīng)遠(yuǎn)高于傳動(dòng)的化學(xué)動(dòng)能炮，電磁炮技術(shù)已成為美軍新概念火炮技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn)。電磁炮憑借其諸多特點(diǎn)，注定將成為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)中不可缺少的武器，所以了解美國(guó)21世紀(jì)電磁炮研制歷程，對(duì)于我國(guó)抓住新軍事變革的戰(zhàn)略機(jī)遇、為人民軍隊(duì)研制出更先進(jìn)的兵器，具有一定的幫助。

美軍對(duì)于電磁炮的研究起始于上世紀(jì)70年代，而當(dāng)時(shí)我國(guó)火炮研究的主要精力還放在大口徑化學(xué)動(dòng)能炮的身管自緊技術(shù)、炮管鍍鉻技術(shù)等基礎(chǔ)課題的研究。美軍經(jīng)過(guò)近40年的艱難探索，不僅熟練掌握了電磁炮的工作規(guī)律，而且在實(shí)用性和可靠性方面都有了長(zhǎng)足發(fā)展，這其中最主要的還是要?dú)w功于電容器技術(shù)的進(jìn)步。2007年，美國(guó)科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一立方米能夠提供10兆焦能量的電容器，由此促成了電磁炮在軍艦上的射擊試驗(yàn)。除此之外，美軍在電磁炮的導(dǎo)軌材料、專用彈丸等技術(shù)上均取得了突破性的進(jìn)展。

當(dāng)今，電磁炮雖然仍屬于尖端技術(shù)，但已經(jīng)沒(méi)有那么高不可攀，制約電磁炮列裝投入使用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)電磁炮的小型化、輕量化。目前世界各國(guó)都沒(méi)有解決這一問(wèn)題的技術(shù)。回顧美軍過(guò)去幾年來(lái)在電磁炮小型化方面的探索，美國(guó)國(guó)防部在本世紀(jì)初成立了專門促進(jìn)和研制裝甲車輛用電磁炮的專門科研單位，但是受到資金和基礎(chǔ)科學(xué)雙重制約，項(xiàng)目進(jìn)展緩慢。

為了加快電磁炮技術(shù)應(yīng)用于新研制的兵器并盡快裝備部隊(duì)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）在2006年啟動(dòng)了未來(lái)戰(zhàn)斗系統(tǒng)電磁迫擊炮實(shí)驗(yàn)室演示項(xiàng)目,并計(jì)劃于2008年結(jié)項(xiàng)。該項(xiàng)目的最終目標(biāo)是研制一款120毫米口徑的電磁炮(線圈炮和導(dǎo)軌炮),使用的彈藥是改進(jìn)型，設(shè)計(jì)初速能夠達(dá)到420米/秒以上。由于研制單位此前開(kāi)展過(guò)艦載式電磁炮的研制，雖然海電磁炮屬于導(dǎo)軌式電磁炮，與陸軍使用的線圈電磁炮在工作原理上有所不同，但由于兩種炮原理想通，所以設(shè)計(jì)部門在電磁炮系統(tǒng)緊湊性和電源裝置小型化方面有比較豐富的技術(shù)儲(chǔ)備。根據(jù)項(xiàng)目組的研制計(jì)劃，電磁迫擊炮研制項(xiàng)目共分為三個(gè)階段完成，第一階段為小尺寸試驗(yàn)階段，主要通過(guò)模型試驗(yàn)進(jìn)行電磁彈射迫擊炮的技術(shù)論證，摸清炮管長(zhǎng)度、彈丸重量、電容器功率之間的關(guān)系，并證明電磁彈射技術(shù)能夠成功應(yīng)用于迫擊炮，承擔(dān)研制項(xiàng)目的桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，認(rèn)為45個(gè)線圈和50個(gè)線圈這兩種尺寸的迫擊炮綜合性能最佳，于是同時(shí)進(jìn)行兩種尺寸的迫擊炮研制工作。第二階段是全尺寸試驗(yàn)階段，這是在第一輪試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，制作出與實(shí)際產(chǎn)品1:1比例的模型，從發(fā)射效能和外觀樣式都十分接近最終的產(chǎn)品，完成這一階段的研制后，電磁迫擊炮的研制就算基本完成了。第三階段的研制任務(wù)是將已經(jīng)造好的迫擊炮放在各種環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)貼近實(shí)戰(zhàn)的試驗(yàn)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，排除隱藏的問(wèn)題。截止到2008年，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)完成了兩種全尺寸線圈炮樣炮。幾乎與此同時(shí)，德克薩斯大學(xué)先進(jìn)技術(shù)學(xué)院成功研制了全懸臂式電磁導(dǎo)軌炮全尺寸樣炮。同年3月, 得克薩斯大學(xué)先進(jìn)技術(shù)學(xué)院研制的全懸臂式電磁導(dǎo)軌炮成功發(fā)射了改進(jìn)后的120毫米,炮口初速431米/秒,完全達(dá)到項(xiàng)目要求。至此，美國(guó)研發(fā)的第一款實(shí)戰(zhàn)型電磁炮宣告成功。

有了第一次的成功，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局又繼續(xù)追加項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，并且制定了更加科學(xué)的研制計(jì)劃。美國(guó)科研部門認(rèn)為：下一階段的工作目標(biāo)，是進(jìn)一步提高電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的轉(zhuǎn)化效率，而且火炮系統(tǒng)的體積要更加緊湊，電容器體積在保持原有功率的前提下再縮小30%，還要兼顧新型電磁炮與各種武器尤其是裝甲車輛的兼容性。除此之外，軍方還對(duì)技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)做了更高的要求：為提高射速，新型電磁炮必須具備反復(fù)射擊的能力，要進(jìn)一步提高電磁迫擊炮的射程和射擊精度，進(jìn)一步提高速時(shí)火炮的可靠性。目前，美軍對(duì)于高性能電磁迫擊炮的研制工作還在進(jìn)行當(dāng)中。

與陸軍電磁炮緩慢的研制進(jìn)度相比，由于艦船內(nèi)用于安裝火炮系統(tǒng)的空間遠(yuǎn)大于裝甲車輛，所以海軍的電磁炮研制更為順利，裝備速度也比較快。 早在2001年，美國(guó)海軍就與德克薩斯大學(xué)先進(jìn)技術(shù)學(xué)院合作,對(duì)較大射程的電磁炮進(jìn)行概念研究和可行性技術(shù)論證。經(jīng)過(guò)研究和模型試驗(yàn)，美國(guó)海軍認(rèn)為在艦艇上幾乎不受空間限制，所以更適合選用空間較大但威力更強(qiáng)的導(dǎo)軌式電磁炮。2007年1月,第一套電磁軌道炮正式交付海軍，火炮口徑為90毫米。2008年1月31日進(jìn)行發(fā)射試驗(yàn)，這款艦載電磁炮能夠?qū)⒅亓?.5千克的鋁制平頭彈丸以7馬赫的速度射出，經(jīng)測(cè)算，炮口動(dòng)能達(dá)到10.64兆焦，再次刷新了此前該炮創(chuàng)下的9兆焦動(dòng)能的紀(jì)錄。

由于艦載電磁炮的性能超過(guò)了預(yù)期目標(biāo)，美國(guó)海軍將更高性能艦載電磁炮的研制工作列入了最新提出的“創(chuàng)新性海軍”計(jì)劃當(dāng)中。根據(jù)計(jì)劃，新研制當(dāng)電磁炮項(xiàng)目需要進(jìn)行發(fā)射裝置、彈丸、電源以及艦載集成等4個(gè)方面的技術(shù)研究。不僅研究項(xiàng)目繁多，而且美國(guó)海軍還要求新型電磁炮必須盡早裝備使用，其中，要求研制部門在2020年前完成各項(xiàng)必要試驗(yàn)，使電磁炮具備裝備部隊(duì)的條件，在2025年以前完成全面列裝。

德克薩斯大學(xué)先進(jìn)技術(shù)學(xué)院將新型艦載電磁炮的研制工作分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段的研制重點(diǎn)放在發(fā)射裝置的設(shè)計(jì)與改進(jìn)方面，并開(kāi)展與之配套的彈丸部分的預(yù)研制；第二階段研制重點(diǎn)是完成與發(fā)射裝置相匹配的彈丸研制，最終的目標(biāo)是經(jīng)過(guò)兩輪研制，能夠拿出可供演示并且可以開(kāi)展裝備兼容性改進(jìn)設(shè)計(jì)的電磁炮系統(tǒng)。2009年，“創(chuàng)新性海軍原型”計(jì)劃通過(guò)軍方驗(yàn)收,并于同年2月，著名軍火商BAE系統(tǒng)公司地面與武器部與美海軍和德克薩斯大學(xué)先進(jìn)技術(shù)學(xué)院簽署三方合作協(xié)議，正式開(kāi)始新型電磁炮的研制工作。由于資金、技術(shù)、政策三大保障全面到位，第一階段的研制工作以極快的速度于2011年全部結(jié)束；以研制彈丸為主的第二階段研制工作也于2015年順利完成。由此，美國(guó)海軍擁有了兩款性能優(yōu)異、可以裝備使用的艦載導(dǎo)軌式電磁炮。

更高的追求

從美國(guó)研制電磁炮的最新動(dòng)態(tài)來(lái)看,電磁導(dǎo)軌炮因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成為目前的研究重點(diǎn),發(fā)展比較迅速,很有可能成為第一種實(shí) 現(xiàn)武器化的電磁炮。美國(guó)軍方與科研部門現(xiàn)已達(dá)成共識(shí)，一致認(rèn)為電磁炮技術(shù)的研究主要集中在脈沖電源、導(dǎo)軌和彈丸方面,這些問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)電磁炮進(jìn)快進(jìn)入實(shí)用階段的前提。

美海軍設(shè)想的驅(qū)逐艦載導(dǎo)軌炮的功率需求為15～30兆瓦，海軍艦船上的 電源必須能保證脈沖電源系統(tǒng)的快速再充電,使電磁導(dǎo)軌炮獲得較高的持射速,從而滿足火力支援的需要。而對(duì)于陸軍而言，由于受到裝甲車輛的空間限制,陸電磁炮需解決高儲(chǔ)能密度問(wèn)題。雖然近年來(lái)小型化脈沖電源已有 了很大進(jìn)步，據(jù)美國(guó)《軍事技術(shù)》雜志報(bào)道：現(xiàn)有技術(shù)可實(shí)現(xiàn)3兆焦 /立方米的儲(chǔ)能水平,這樣的性能還不能裝配在坦克裝甲車輛的直射火力上。

電磁導(dǎo)軌炮的導(dǎo)軌通常由厚銅條或其它導(dǎo)體材料制成,相互平行地嵌在火炮身管內(nèi)。所以一般實(shí)驗(yàn)室里的固定發(fā)射導(dǎo)軌體積大都比較龐大,但車載電磁炮的導(dǎo)軌必須實(shí)現(xiàn)輕量化、小型化。而經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，目前燒蝕現(xiàn)象最輕的導(dǎo)軌材料是鎢，但是鎢的價(jià)格昂貴,而且鋼度較差,不適于直接作為導(dǎo)軌炮的材料。目前,各國(guó)正在對(duì)各種銅合金(銅和銀、鈮、鎢、鐵、鉻、碲、鋁)和碳化鎢等一些合金和半導(dǎo)體材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

美海軍計(jì)劃于2020年研制出64兆焦電磁炮的全尺寸模型；在2030年之前使64兆焦電磁炮技術(shù)達(dá)到成熟，以此取代155毫米“先進(jìn)艦炮系統(tǒng)”，使之成為未來(lái)戰(zhàn)艦主炮的標(biāo)配。據(jù)美軍公開(kāi)資料顯示,美海軍第一代電磁艦炮的炮口初速為2 500米/秒,其發(fā) 射的制導(dǎo)彈丸能以5馬赫的彈著速度打擊目標(biāo), 射速超過(guò)6發(fā)/分;進(jìn)行直瞄火力支援時(shí),彈丸能在6秒內(nèi)命中目標(biāo)。由于彈丸動(dòng)能巨大,艦載電磁炮的殺傷效果是現(xiàn)有火炮的3~5倍。最大射程能夠達(dá)到數(shù)百千米,所以美國(guó)海軍未來(lái)的雄心是讓電磁炮代替部分航空或打擊目標(biāo)。

成功的關(guān)鍵

縱觀美國(guó)電磁炮技術(shù)的研制與應(yīng)用能夠取得成功的關(guān)鍵，很大程度上得益于正確的科研工作管理模式。首先，不論是美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局還是美國(guó)海軍，對(duì)科研單位的產(chǎn)品從來(lái)是研制一款就裝備一款，裝備不了高精尖，就把高精尖的技術(shù)挪到一些短平快的科研項(xiàng)目上，力求盡快裝備、收回投資。而且軍方在選擇科研單位的過(guò)程中慎之又慎，一旦選中，輕易不會(huì)更換研制單位，這就使科研單位有機(jī)會(huì)培養(yǎng)出一支專業(yè)化無(wú)可比擬的科研隊(duì)伍，新產(chǎn)品裝備部隊(duì)換來(lái)源源不斷的資金極大促進(jìn)了研制工作高效、順利地進(jìn)行，花大力氣購(gòu)置的新設(shè)備也有了用武之地，并且積累了大量的技術(shù)儲(chǔ)備。這樣做的結(jié)果是第一款產(chǎn)品可能會(huì)存在一些缺憾，而隨后研制的新展品卻十分成熟，而且研制過(guò)程越往后進(jìn)行就越順利。從科研部門的角度來(lái)看，美國(guó)雖然每年兵器行業(yè)科研立項(xiàng)比我國(guó)多，但美國(guó)科研單位相對(duì)來(lái)講更多，而且這些科研單位魚龍混雜，不僅有科研院校的，還有軍火商的、私營(yíng)公司的，很容易行程無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，造成混亂。但美國(guó)軍工科研秩序基本保持穩(wěn)定，新產(chǎn)品層出不窮，除了依靠幾個(gè)軍工寡頭壟斷市場(chǎng)以外，也得益于軍方只看競(jìng)爭(zhēng)力、不搞平衡均沾的政策。科研單位想要爭(zhēng)取到一個(gè)科研項(xiàng)目，必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的準(zhǔn)備工作，只有練就一身過(guò)硬本領(lǐng)才能在眾多科研單位的角逐中脫穎而出。

回顧美軍很多技術(shù)的發(fā)展軌跡，一般是先將一些已經(jīng)成熟的簡(jiǎn)單技術(shù)投入應(yīng)用，用裝備賺來(lái)的錢繼續(xù)投入下一輪研制，這種“研究一批高精尖、應(yīng)用一批短平快”的方法，能夠盡快收回投資成本，以科研促科研。這種科研管理辦法在我國(guó)研制三代坦克的時(shí)候得到充分運(yùn)用，被稱為“螺旋式上升”，所以在三代坦克列裝部隊(duì)以前，總設(shè)計(jì)師就已經(jīng)為國(guó)家收回了全部投資。但想要實(shí)現(xiàn)這樣的科學(xué)管理模式，除了要選對(duì)科研單位，也要賦予科研單位總師絕對(duì)的權(quán)利。美國(guó)科研工作的管理模式是總設(shè)計(jì)師在項(xiàng)目研制過(guò)程中擁有絕對(duì)的財(cái)政權(quán)、人事權(quán)、方案選定決策權(quán)。美國(guó)這么喜歡搞三權(quán)分立的國(guó)家在這個(gè)時(shí)候都要三權(quán)統(tǒng)一。與之相同的是，在三代坦克研制之前，時(shí)任國(guó)防科工委副主任的鄒家華曾經(jīng)請(qǐng)祝榆生出山擔(dān)任三代坦克總設(shè)計(jì)師，在問(wèn)及擔(dān)任總師有什么要求時(shí)，祝榆生就提出科研三權(quán)統(tǒng)一于總師的要求，這在當(dāng)時(shí)的中國(guó)是前所未有的，鄒家華和祝榆生這樣做在當(dāng)時(shí)來(lái)講也是冒著一定的政治風(fēng)險(xiǎn)的。然而從實(shí)際效果來(lái)看，科研工作三權(quán)統(tǒng)一是正確的。我國(guó)三代坦克的研制工作不僅僅是出一款新車那么簡(jiǎn)單，而是從試驗(yàn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備、試驗(yàn)檢測(cè)方法等，全部更新?lián)Q代。一代坦克的研制有蘇聯(lián)援華項(xiàng)目支撐著，二代坦克研制有一代留下的底子撐著，三代坦克的研制卻要一切從頭再來(lái)。雖然面對(duì)的難度是空前的，但取得的成就也是空前的。三代坦克的成功研制完成了這個(gè)看似不可能完成的任務(wù)，這就是科學(xué)的科研工作管理模式發(fā)揮出的巨大力量。