电磁炮:美军已于2021年下马!中国或成全球第一，外溢后却用来灭火

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2022年8月26日，印媒《欧亚时报》报道了一个有点让大家觉得不太正经的新闻：

重庆某陆军医疗中心的一组研究人员，将一颗5毫米直径的钢球加速到4000米/秒的速度，射向一头被麻醉了的猪的大腿，观测子弹对猪身体造成的影响，以便研究高超音速的物体穿透人体时产生的伤害。

答案似乎是显而易见的，11倍音速以上的物体将会直接穿过猪的身体扬长而去！但结果却全然出乎意料，因为这颗高超音速下钢球在激波压缩的加热下已经接近熔点，在接近活猪肉体时瞬间变成了流体和部分气体，之后的研究需要通过流体力学来完成，这大大超出研究者的预料。

不过报道却表示，目前仍然无法确定究竟是什么设备发射出了初速高达4千米/秒的子弹，但报道同时表示，中国人民解放军资助了这项研究，其中最有可能的可能是中国军方在全球领先的电磁轨道发射技术！

电磁轨道炮：究竟是什么原理

电磁炮是近些年来一个概念极其超前的武器，有时候也被称为是轨道炮，说起其优点来各种资料介绍得都非常清楚，传统化学能的枪械或者火炮发射弹丸时期，初速很难超过2千米/秒，而电磁炮却很轻松可以超过3千米/秒。

比如在《变形金刚2》中，正在金字塔上的大力神机器人被一发上百千米外美军“基德号”驱逐舰上电磁炮发射的弹丸打得直接就散架了，这个桥段大家印象十分深刻，也就是从那一刻起，电磁炮将取代常规火炮的想法开始在普通大众中逐渐流传开来。

但事实上对于专业军迷或者军事专家来说，电磁炮的优点简直就让人无法拒绝，它的速度的上限不是理论值有限，而是在大气层内速度超过4000千米/秒后表面需要覆盖防热瓦防烧蚀。无论是对地打击还是防空与反导，电磁炮将会革命性的代替目前的身管火炮，而且发射用的电力也不会发生爆炸风险，并且成本只有发射药的1/10都不到。

电磁炮：真的就是轨道炮？

很多资料中都以轨道炮直接代替了电磁炮，但其实轨道炮只是电磁炮其中一种，因为目前就电磁炮的技术原理而言，有资料表示总共有4种：

1、轨道炮；2、线圈炮；3、重接炮；4、电热炮

在这四种“电磁炮”中，电热炮其实不算电磁炮，我们最后再说！轨道炮的原理是最简单的，因为就原理结构而言，它只有两条导电的轨道以及一枚中间至少有一段结构为良导体的弹丸，其原理图如下：

上图就是电磁轨道炮的原理图，左右白色是两条导电导轨，左边接正极，右边接负极，电流就如上图方向，那么它究竟是怎么发射出弹丸的呢？要了解原理只需两个步骤：

1、通电导线产生磁场：“右手螺旋定则”判定，大拇指指向电流方向，手指就是磁场方向，从上图来看，两根导线产生通电时产生的整体磁力线方向是由下而上的；

2、通电导体在磁场中运动：左手定则，手指指向电流方向，磁力线垂直穿过掌心，大拇指的方向就是导体运动方向；

通电的轨道相当于单匝线圈，根据毕奥-萨伐尔定律和安培定律可以推算出，炮弹受到的电磁场的作用力与电流强度的平方成正比，因此要想获得高速弹丸，必须供给轨道强大的电流。通常该电流的数值能达到兆安级甚至更高，而电流的脉冲宽度则在毫秒级。

而发射的弹丸能达到数千米/秒，由于通过很大的电流，会对轨道产生烧蚀作用，轨道磨损很快，并且在弹丸飞离炮口后还会拉出电弧。

线圈炮的原理同样也不复杂，线圈炮种类有很多，但大致可以分为两大类，一类是感应炮，一类是磁阻炮，两种原理也略有差别：

感应炮：外层是一个空心线圈，中间弹丸上也有线圈，当对外层线圈施加一个电流时会产生一个固定磁场，中间弹丸上的线圈则会感应出一个相反的电流，产生一个和外部磁场相反的磁场，在磁场斥力下会推进弹丸前进，到达线圈中心时平衡，但会以惯性方式继续抵达下一个线圈加速，可以通过多级线圈接力加速。

磁阻炮：中间的弹丸是一个铁磁材料，它是利用线圈的磁通变化吸引“铁芯（弹丸）”运动，线圈炮可以推和拉，但磁阻炮只能拉（吸引），并且中间的铁瓷材料容易磁通饱和而无法提升速度。

重接炮的结构有点像拉直了的空心线圈发动机，两侧是线圈，中间是磁铁，间隙越小越好，如下原理图：

上下两个线圈需要为同一组电源，并且绕向一致，规格参数也一致，保证磁场方向也一致，其接线方式如下图：

上下两个线圈是串接起来的，其发射原理如下图：

这个运动的原理和让电表转动的原理应该是差不多的，各位可以仔细体会一下。估计大家也能看出来，这个和线圈炮一样可以多级级联，不断加速最终达到极高速度，当然多个线圈之间需要有传感器配合，否则效能就会差太多。

重接炮的电路原理图

电磁炮最基本的就三种原理，但延伸出来的结构不下数十种，每种都有优缺点，但各自“领域”内基本都大差不差，一般的三种发射方式基本有如下特征：

轨道炮的优点是发射小质量高速弹丸，而线圈炮则存在比较大的局限性，目前轨道炮已经到了实用阶段，重接炮的特点发射大质量的物体，大部分重接炮你会看到如下结构：

线圈环绕成一个环，经过多级并联再串联加速，更适合重载使用，另外还有如下结构形状：

不知道各位是否有在这个上面看出一些名堂，显然这是大家比较感兴趣的电磁弹射器，这个使用用来加速重载物体更有优势：

有没有那个电磁弹射的感觉了？其实就是重接炮的一个变种，专门用来加速重载“弹丸”，它的载荷可以数吨到数十吨之间，无极调节，丝般顺滑！

顺便提一下，这个原理图是轨道炮的原理，应该是错的！要是真以这个方式发射20多吨的飞机，兆安级电流通过，而且时间长达数秒，这个电枢早就已经气化了。

中美电磁炮领域，究竟谁更先进？

电磁炮打击速度很高，这是一个优势，速度高达3~4千米/秒的弹丸以动能方式即可摧毁目标，而且比现代身管火炮更为精确，比如10kg的电磁炮弹丸可以在10km内实现无制导精确打击。

如果将50千克的弹丸加速到3.5千米/秒，其射程将达到恐怖的100千米以上，即使经过大气阻力的衰减，它仍然可以摧毁一艘驱逐舰级的军舰，即使击中非重要部位，其动能也将造成巨大破坏，但制导是一个问题。

因为跨越长达100千米的距离，大气影响不可小觑，而且飞行距离很长时间比较久，需要中途修正，这就发生一个问题了，一个是发射时极其恶劣的电磁环境，犹如EMP炸弹爆炸现场，制导系统很难适应这样的环境。

另一个则是飞行过程中超高速产生的高温，3.5千米/秒在高空的马赫数已经超过12，其带来的气动加热会导致表面升温甚至融化，这也是高超音速滑翔武器的一个瓶颈，美国就碰到了这个问题，不过我国已经用纳米陶瓷解决，搞定这个问题的还是一位女科学家。

电磁炮的致命问题：美国解决了吗？

目前最接近部署的应用是电磁轨道炮，它发射的理论初速值可以达到20千米/秒~50千米/秒，但实际因技术限制，最高速度只能达到6~7千米/秒，它的优秀性能让各国军队趋之若鹜，早在1992年美军就展开了电磁炮的早期研发计划。

2005年，美国海军研究办公室(ONR)正式开始轨道炮项目，来自BAE系统公司和通用原子公司的轨道炮参与了竞争，美国海军实验室(NRL)是这项研究计划的领导者，2007年时，电磁导轨炮(EMRG)进行了第一次试射，但遭遇了一个导轨严重烧蚀的问题，在改进了导轨之后，从2008年开始每年都要试射约300次，ONR表示BAE公司的发射速度频度更好一些。

2010年12月，美国海军水面作战中心成功完成了33兆焦耳电磁导轨炮的发射试验，初速达到了2~2.5千米/秒。美国海军网站在2011年10月31日报道，美国海军研究实验室(NRL)的科研人员成功完成了海军研究局(ONR)电磁导轨炮(EMRG)项目实验室规模电磁导轨炮系统的第1000次试射。

看起来似乎很顺利，但很少有电磁炮这个单一项目周期拉到如此之长的，看着似乎挺顺利，但一直到2018年美国海军的预算请求没有为电磁轨道炮（EMRG）上舰工作申请资金，而是将继续资助相关研发工作，旨在于2019财年部署一台原型机，继续用于试验：

海军在2018财年预算请求中，为若干“创新性海军原型机”（INP）申请9300万美元研究、发展、试验与鉴定（RDT&E）资金，其中包括EMRG。海军研究办公室（ONR）

EMRG项目经理汤姆·布歇表示，无论EMRG分得多少资金，都将用于继续推进一种功率为32兆焦、发射速率为每分钟10发、使用一种长寿命炮管的轨道炮能力发展。

从EMRG项目经理汤姆·布歇的表述中似乎有些不太有底气，然而在当时大家一定猜不到美军居然会在2021年时将这个项目给取消：

据The Drive在线媒体于2021年6月1日报道，美国海军在5月28日发布的2022财年拟议预算将与轨道炮研发相关的两个单独项目归零，而且早在2021年的预算中，EMRG项目就没有在预算内计划中获预算资金，不过此事仍然有来源不明的资金在支持研究，但到了2022年，美国海军似乎真的决心要将其取消。

这个经过16年研发的项目终于寿终正寝了，据坊间传闻，美军的电磁炮项目一直都无法解决轨道烧蚀问题，经过十几次发射就要更换，这也让这个计划迟迟无法上舰试验，忍无可忍的美军终于将其取消了。

中国的电磁炮发展怎样了？已经外溢到消防领域

中国在电磁炮领域的进展比较少见报端，不过在2018年2月，被媒体拍到了在072III海洋山登陆舰上的用彩条迷彩布包裹的某种炮塔型武器，后来去除迷彩布后大家见到了真容，这是一种与任何舰载火炮都不一样的神秘大炮。

大家敏锐地意识到这就是中国正在研制的电磁炮上舰试验了，据报道称，这门电磁炮以2575米/秒的速度发射了一枚25千克中的弹丸，其射程可达250千米左右。据Asiatimes的报道，该项目进度超过了美国情报部门的估计，原本他们认为是中国可能在2025年前拥有电磁轨道炮，但现在这个时间提早了整整7年。

美中是全球在电磁发射领域仅有取得突破的两个国家，2013年11月9日装了电弹的福特号航母正式下水，电磁弹射领域美国拔得头筹，而在电磁发射领域，中国于2018年2月上舰试验，而美军却在2021年取消了该计划，不知不觉中国在电磁发射领域已经摸到了世界第一的位置，而据坊间传闻，美军在电磁轨道炮上出现了方向性错误！

而就在2022年1月12日，新华社援引《产经新闻》1月11日的报道，防卫省下一年度（2022年度）起将正式着手研发利用电磁高速发射炮弹的电磁炮，防卫省在下一年度预算案中编列65亿日元（3.25亿人民币），并追加电源开发费用，预计5年后进入实验运用阶段。

不过日本的上一次“突破性进展”是在2017年，当时号称实现了秒速2千米的电磁炮，但它的口径却只有可怜的16毫米，基本就一个大玩具差不多，而且日本将会和美国展开合作，因为美国的电源技术领先日本。看来日本距离中国就更远了，因为中国在电磁炮的电源领域要比美国领先很多！不知道这下马的美国和兴冲冲上马的日本能合作出什么结果，当然对于日本的动向我们却不得不提供警惕，这个有着侵略原罪的国家，近段时间来动作频频，必须要注意其下一步动作。

值得一提的是福特号的电弹同样存在严重的问题，由于储能系统的变频转换设计存在问题，导致福特号电弹的一台弹射器出现故障时会导致另外三台也无法使用，而同样与储能变换系统相关的电磁拦阻系统问题更是频繁，据专家分析，问题是在美军选择的中压交流弹射技术上，同样也在方向性出现了问题。

这两个错误将会导致美军在电磁发射领域和中国出现代差，而中国在除了大型舰载轨道炮外，还在2019年宣布计划开发源自轨道炮技术的磁化等离子火炮，该技术涉及使用电磁在火炮枪管内产生一层等离子体，以保护轨道免受发射时的电弧和高温烧蚀，使得弹丸初速可以提高到6倍音速以上，而且以这个技术开发的电磁炮足够轻量化，可以装到自行火炮和坦克上。

这个技术未来可以轻松将155毫米的榴弹炮射程从目前的30~50千米扩大到100千米以上，而且还能大幅提高主战坦克的主炮穿甲能力，就目前的装甲而言，在4~6千米初速的弹丸轰击下，基本和热刀子切黄油差不多（本文开头说了会融化？比如使用极耐高温的钨芯穿甲弹）。

科技树对了，未来白菜化电磁发射技术或将外溢到航天发射领域，甚至民用领域，去年年底央视的一个视频就把大家搞懵了：

2021年11月2日，小央视频（央视官方）首次曝光了电磁发射试验，“不用火药、没有轰鸣、不见火光，这炮弹怎么就能飞出去呢？”

笔者看了下，发射出去的居然是枚灭火弹，而且涂装与测试人员的衣着完全就是消防人员，这有没有天理？美国人搞了16年终于下马的电磁炮，在中国居然外溢到了消防领域，这是白菜化电磁炮的一个征兆吗？

不过这个电磁炮似乎并非轨道炮，有几个特征，首先炮口是圆形，一般轨道炮多少带一些矩形，另外发射时有个弹托，这个结构与线圈炮非常相似，因此坊间判断可能是线圈炮，尽管这种类型作为军用可能有比较大的距离，但用来灭火似乎完全体现了它的价值，想想也是相当感慨。

电热炮是全部或部分地利用电能加热工质来发射弹丸的一种电炮类型，目前的电热炮有两类：

一种是使用高功率脉冲电源放电或使电热丝发生电爆炸产生等离子体加热工质，使得工质剧烈膨胀推动弹丸发射。这种称为电热炮。

另一种是使用产生的等离子体再去加热，其它更多质量的低分子质量的轻工质，使其发射化学反应生成热气体，再借助热气体和未反应完的工质的膨胀推动弹丸。

电热炮比电磁炮简单多了，不过它仍然要比火药气体推动的火炮要复杂，而且大部分电热炮发射的工质是石蜡或者水，成本低到可怕，不过它的最佳发射速度低于轨道炮，一般在3千米/秒以下，作为现代火炮的补充，电热炮应该比较有前途。

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