电磁轨道炮 国外电磁轨道炮的发展现状与作战效能分析

现代战争是一场涵盖多维、多领域、全天域、高强度的综合性竞赛。随着科学技术的飞速发展，战争样式和作战机制也在不断演变。在进攻性电子战装备体系中，电子硬杀伤武器已经成为越来越重要的组成部分。轨道炮作为信息战中的新型武器装备，具有速度快、射程远、抗干扰能力强、战场生存能力高等特点，已成为军事强国研发的重点。特别是美军高调推出“第三次抵消战略”，力求研发出一系列可以改变游戏规则的颠覆性技术和创新战术，并将包括轨道炮在内的定向能武器视为“第三次抵消战略”的关键。加快电磁轨道技术的发展，争夺战争主动权，已成为各国建立军事高科技优势的重要措施之一。

国外轨道炮发展现状

强大的业务效力吸引了所有国家的注意

简易轨道炮的主体由两条平行的轨道和一个与轨道接触良好并可沿轨道自由滑动的衔铁组成。当电源接通时，电流沿着一个轨道流动，通过电枢，并沿着另一个轨道流回。此时电枢在安培力的推动下沿轨道加速，从而获得高速。

轨道炮是一种新概念武器，它通过磁场和电流的相互作用产生强大的电磁能量推动弹丸，可以以马赫的初速发射弹丸。利用强大的电磁能量，可以将弹丸的速度加速到极高，可以大大超过火炮的射程，可以与普通导弹武器甚至中程导弹相媲美。如此强大的战斗力已经引起了世界各国的关注，尤其是军事大国。

因为轨道炮是一种新概念武器，采用新的机制杀人，在使用上比传统火炮有明显优势，军事用途广泛，所以被称为“革命武器”。其特点是:一是弹丸速度快、射程远、突击能力强；二是反应灵敏高效，可控性高，火力灵活；第三，弹丸稳定性好，精度高；四是能源成本低，隐蔽性好，安全可靠；第五，杀伤力极强。

2017年1月，美国海军作战部长约翰·理查森参观了第一个测试中的轨道炮原型

大国的游戏需求加快了实用化的步伐

世界各军事大国一直将先进国防技术视为大国博弈的战略需要和提升国家科技创新能力的重要途径。他们采取各种措施，积极规划、引领和促进尖端技术的发展，取得了一系列成果，为保持和增强各自的军事能力提供了重要支持。目前，新概念武器和平台技术正在加速其实际应用，并加速新作战能力的形成。

美国轨道炮轨道炮技术是美国海军为未来20年军事需求重点发展的战略性高技术领域之一，也是美国在“第三次抵消战略”下重点发展的关键性、颠覆性、前沿性武器系统技术。无论是21世纪初美国正式启动轨道炮项目时的“从海上到陆地”的海军战略，还是目前的“第三抵消战略”或“分布式杀伤”作战理论，都为美国轨道炮的发展提供了行动指南。2017年，美国召开定向能峰会，提出重点关注定向能武器的作战部署。美国海军申请30亿美元预算用于轨道炮、超高速射弹和固态激光项目；2018年，美国国会批准约24亿美元用于包括轨道炮在内的新武器技术研发；在2019年陆军预算申请中，美国国会在2017财年为陆军轨道炮技术增加了2000万美元。在轨道炮的技术发展过程中，美国采取了多种措施，不断推动技术成熟度和实战水平的演变。

经过多年的发展，轨道炮已经进行了多次实验，为实际应用奠定了基础。在海军创新原型(INP)计划下的轨道炮项目实施之前，美国海军在2003年进行了轨道炮发射试验。系统尺寸为未来样机的1/8，弹丸出口速度为6马赫，动能为7.25 MJ2008年1月，美国海军在达尔格伦地面战研究中心测试了一种轨道炮。出口速度为7马赫，发射能量为10.68 MJ2011年10月，美国海军研究实验室(NRL)完成了1000次大口径轨道炮原型测试，达到了一个关键里程碑；试验轨道炮长6米，直径50毫米，枪口能量33 mj。2014年3月，NRL建成并首次测试了一种新的小口径轨道炮原型，口径为25.4毫米；2015年12月，超高速弹丸制导控制系统试验成功，实现正常发射机动飞行；2016年5月，美军进行了10米电导体径迹加速弹试验，速度724 km/h，射速10发/分钟，有效射程200公里。可瞬间穿透7块普通钢板，具有多重同时弹射能力；2017年5月，通用原子电磁系统分公司研制的类闪电炮装备了一种具有增强制导部件的高超声速弹丸。在试射过程中，弹丸的加速度超过了3万重力加速度，创造了新的世界纪录。大功率电源储能密度达到每电源盒模块415 kJ。

目前，美国正在加强轨道炮的设备研发，并加快其未来的计划。英国宇航系统公司(BAE Systems)和通用原子公司(General Atomics)分别牵头实施海基和陆基模型开发项目。美国计划以2020年前32 MJ的炮口动能为分阶段目标，2025年前64 MJ为最终目标部署轨道炮。未来美军也可能采用BAE开发的陆基模式。

2018年3月，通用原子公司接受了美国陆军一份为期3年的轨道炮R&D合同，并将交付一系列原型进行系统集成和实验。对于EMRG的另一个陆基轨道炮项目，美国将在2018年继续其研发工作，目标是在2019年部署一个原型进行测试。EMRG的主要指标是:功率32 MJ，发射率每分钟10发，使用寿命长的枪管。

电影中的美国轨道炮

此外，通用原子公司的电磁系统部门仍在研究一种超高速射弹(HVP)。HVP是美国轨道炮弹药的衍生研发项目。由于其优异的性能，HVP被认为是推动美国海军舰炮和大口径火炮性能提升的关键技术。弹丸采用低阻力和气动设计，具有速度快、机动性高、到达目标时间短的特点。由射程93公里以上的127毫米Mk45Mod4舰炮发射；从轨道炮发射，射程可以超过185公里。这些超高速射弹也可以用5英寸的海军火炮和陆军155毫米榴弹炮发射。2018年，美国海军将加快HVP 127毫米舰炮的研发，并将其与海军水面舰艇的现有作战系统集成，计划在新的祖姆华特级驱逐舰和所有海军大口径舰炮上使用HVP炮弹。未来，美国海军将致力于电子设备的小型化和硬度的增强，使其能够承受发射过程中的高温高压。

俄罗斯、轨道炮和俄罗斯作为传统军事大国，也致力于轨道炮的研发。经过多年的理论探讨和技术研究，近年来轨道炮的技术研发取得了很大进展。其研究重点是导轨电磁发射器和发射器电源。2016年7月，俄罗斯首次进行了轨道炮发射试验，取得了预期效果，实现了从单次发射到多次发射的飞跃。本次测试弹丸重2克，发射速度3.2 km/s，然后将两个紧固销从设备上分离。类似的轨道炮已经能够使一枚重约1.5克的弹丸达到11公里/秒的速度。由于达到这样高的速度需要极高的电流和能量，轨道炮的所有部件都会迅速丢失和失效。因此，俄罗斯军方正在寻找能够承受这些载荷的材料和保护部件免受损失的方法。2017年，进行了几次测试。在2月份进行的新轨道炮试验中，速度达到3km/s；在12月的试验中，一枚小型塑料弹丸以3公里/秒的速度穿透铝板，速度达到8马赫以上。俄罗斯专家表示，希望未来子弹速度达到45公里/秒。

在轨道炮的应用上，美国主要适用于驱逐舰、巡洋舰、航母和沿海作战舰艇，俄罗斯轨道炮主要侧重于空间应用和科学研究。俄罗斯使用轨道炮进行情报收集、侦察和监视，以及宇宙探索。目前俄罗斯在这方面的研究还比较落后，将其应用于空之间的防御还需要一段时间，但发射高度已经达到20 ~ 100公里。

近年来，随着日本军事战略的转变，轨道炮不断加强军备建设。2016年8月22日，日本政府正式成立轨道炮研发，计划未来装备海上舰船平台。

日本轨道炮的发展在80年代后期达到活跃期，90年代上半期以利用等离子电枢实现超高速为重点，当时的研发成果记录在7.45 km/s，之后由于等离子电枢的钢轨烧蚀和脉冲电源的技术瓶颈，实际研究基本没有进行。日本在2000年左右完成了一个简单的低速加速装置，讨论了固体电枢的性能。2010年，日本防卫省开始研制用于近程防御的小口径电磁轨道炮系统。这种类型的电磁炮不使用推进剂，而是用电能代替火药来提高弹丸速度和杀伤力，通过高初速来提高威力、射程和命中精度。其特点是初速度高，初速度容易调节(由电能控制)，节省弹药库空。

2018年，日本加快了轨道炮的研发。2018年8月2日，日本防卫省陆地装备研究所正式宣布，正在研制一种轨道炮装置——“电磁加速系统”，这是一种电磁炮的技术测试样机。该设备体积小，配套设施齐全，包括直线电磁推进加速器、功率变换器、脉冲储能装置、配电控制、散热装置等子系统。该项目2010-2016年总投资10亿日元，可发射10公斤炮弹，速度2000米/秒，电流驱动200万安培，具有很强的军事应用前景。未来，日本计划在摩亚级驱逐舰上试验轨道炮和近防固态激光发射器，并为27DDG驱逐舰装备轨道炮等动能武器，以增强舰艇的多任务作战能力。目前日本在关键技术上还面临很多突破，装备定型和实战使用还为时过早。

印度、轨道炮和印度作为崛起中的大国，也致力于研发轨道炮等具有颠覆性效果的武器。印度对轨道炮的研究可以追溯到1994年，当时已经取得了初步的成果。

轨道炮强大的作战效能引起了各国的关注

2017年11月，印度宣布自主研发的电磁炮初步成功。这种类型的电磁炮可以发射马赫数为6的弹丸，可以将3 ~ 3.5g的弹丸加速到2000 m/s的速度，目前印度研制的电磁炮直径为12 mm，正在准备30 mm轨道炮。目标是用一个10 MJ的电容器组将1公斤的弹丸加速到2000米/秒的速度。

提高作战效能的先进关键技术

目前，轨道炮的发展主要涉及抗烧蚀技术、超高速远程弹丸技术、脉冲电源技术、材料技术和发射装置设计等关键技术。

轨道抗烧蚀技术轨道烧蚀问题一直是影响轨道炮发展和应用的技术瓶颈。研究表明，弹丸通过的轨道电极表面烧蚀严重。烧蚀后的轨道电极表面形貌主要是挂在上轨道电极上的弧痕、弧坑和熔滴颗粒。烧蚀不仅严重影响弹丸寿命，还会在弹丸前方附着金属碎片，可能导致发射失败。为了减少轨道表面的烧蚀，各国开展了多项研究，如采用多级轨道和分段轨道结构、分布储能和调整电流波形以及复合材料技术等。到目前为止，技术上已经有了很大的进步，但是要完全解决还有很长的路要走。

超高速、远程弹丸技术电磁炮弹丸初速高、过载大、飞行距离长，弹丸空的气动特性需要特殊设计；需要与电枢等机构进行组合分离技术。

脉冲电源技术轨道炮的发展与电源的进步密切相关。轨道炮中的工作需要高达数十兆瓦或数百兆瓦的脉冲功率，普通电源无法满足要求。目前电磁炮使用的电源首先将一次电源的能量传递给储能系统，然后通过功率控制系统将能量传递给脉冲形成网络。主要技术包括频率储能和脉冲形成网络与负载的耦合。此外，由于电源占电磁炮重量和体积的80%以上，电源的小型化技术也是电磁炮尽快进入实用阶段的关键。

材料工艺轨道炮工作时，发射装置会承受大电流和强载荷的冲击，对轨道材料、绝缘材料、电枢材料和弹丸材料的要求极高。问题的解决在于新材料的研究，超导技术很可能会在轨道炮的研究和应用中发挥重要作用。目前，第二代高温超导带材的发展为提高超导储能技术奠定了物质基础。

发射装置设计发射装置是电磁炮的核心部件，它涉及枪管、弹药供应和输送装置、脉冲形成网络、电源控制系统、电枢、开关等。首先根据武器系统的战术技术要求，确定弹丸的发射原理和动能，然后进行发射装置的结构设计，保证武器系统的稳定性和有效性。发射装置是一个集多种高新技术于一体的复杂系统。如何将已经取得一定发展的单一技术高效地集成应用到电磁炮中，需要用系统工程的理论和方法对电磁炮发射装置进行设计和研究，从而提高系统的整体技术水平。

随着科学技术的不断发展、生产技术的提高和新材料的突破，轨道炮将比传统火炮在战斗力上具有更大的优势，成为现代军事作战中的力量倍增器。

在战斗力上，轨道炮比传统火炮优势更大。第一，与传统火炮相比，轨道炮发射速度更高，打击距离更长，攻击力更强，精度和命中率更高，毁伤效率更强；二是轨道炮可以发射多用途炮弹，在远程作战中飞行时间更短，毁伤效率更强。它不仅可以提供反炮兵火力，还可以执行反[/k0/]任务，此外，它还具有一定的近程弹道导弹防御能力。

随着电磁炮的发展，已有近百年历史的电磁炮在炮口动能、射程、精确打击能力等一系列作战指标上有了很大的刷新。与常规火炮相比，它具有对弹丸作用时间长、炮口动能大的特点。第一，更有攻击性。枪口动能更强大。美军新研制的电磁炮炮口动能为33 MJ，目标为64 MJ。当它实际安装在平台上时，它的功率会更强。相比之下，普通火炮一般只有十几兆焦耳，最大不超过20兆焦耳。与轨道炮相比，威力差近1-2倍。第二，发射速度更高。射速方面，美国电磁炮最新数据为7 Hz，轨道炮初速通常达到3000 m/s以上，相当于马赫数7 ~ 8。而普通子弹的飞行速度在700 ~ 800 m/s左右，常规炮弹的初速一般在800 ~ 900 m/s，即使是摧毁敌方防护装甲，初速也只有1500 m/s，由此可见传统火炮的射速与轨道炮相差甚远。第三，打击距离更长。根据美国电磁炮的最新测试数据，射程为200公里，预计最终射程将达到400-500公里。美国电磁炮的最小射程一般在100公里以上，从目前的测试可以达到180-200公里甚至300公里以上。目前世界上主要的火炮系统是127 mm和130 mm口径的舰炮，最大设计距离超过22-23 km，但大部分在试验中不足20 km，精度较差。普通舰船的巡航导弹虽然射程在300公里以上，但是造价很高。一艘战舰搭载的导弹不超过70枚，无法完成海上装卸。补充时必须返回港口，大大降低了作业效率。

综上所述，电磁炮具有射程远、成本低、运输和补给方便等优点，受到许多国家的高度期待。可以预见，如果将如此高能的电磁炮投入实战，作为一种新的进攻武器，它所带来的战场上攻防力量的对比的确是颠覆性的。

结束语

虽然电磁炮的发展还有很多问题需要解决，进入实战还需要时间，但可以预见，电磁炮一旦研制成功，将以其超高射速、超远程、超打击能力给未来武器带来革命性的变化，甚至可能结束“传统火炮时代”。

版权声明:本文发表于《军事文摘》杂志。作者:吴。如需转载，请务必注明“转自军事文摘”。