电磁武器原理及示意图[转]

白熊

未来坦克作战的利器-电磁炮  



    同许多新生事物的发展经历一样，新概念火炮的发展也不是一帆风顺的。由于人们过度青
睐的新概念火炮并没有达到预期目标，因而曾一度被认为不能作为实战用的武器。

    电磁坦克炮

    自80年代中期起，美国食品机械公司开始为美国国防高级研究计划局进行电磁炮方案研究。
当时该公司曾乐观地估计，1991年就能研制成功炮口动能为15兆焦（质量为2公斤的弹丸运动速
度为1000米/秒，则弹丸的动能为1兆焦耳）的电磁坦克炮样炮。一年后，美国国防高级研究计
划局资助的另一项目也有类似的结论，该项目建议研制中的"坦克克星"坦克应配备炮口动能为
11兆焦的电磁炮，并认为1992年即可进行电磁炮部件的可行性验证。人们还曾一度乐观地主认
为，到2000年装备电磁炮的坦克可投入使用。英国当时也曾有过于乐观的期望，皇家装备研究
发展部计划于1987年进行技术可行性演示。这一演示计划包括建造可装备到"奇伏坦"坦克上的
电磁炮。可是时至今日，配备电磁炮的坦克也未建成，甚至计划于1991-1992年研制成功的90
毫米口径9兆焦机动电磁炮，至今也没能进行过成功的试验。

    尽管如此，这一切都丝毫没有影响到美英军方实施在未来坦克上装备电磁炮的既定计划：
美国的"未来战斗系统"计划配备电磁炮，于2012年达到实用阶段；英国军方也计划于2020年推
出配备电磁炮的坦克；北约组织制定1993-1996长期科研计划的43位倡导者都赞同发展电磁炮
的计划，他们对配备电磁炮的坦克极为重视。

    然而电磁炮若要达到实用，一些关键技术必须要攻克。而从现在的研制情况看，这些关键
技术的研究进展并不尽人意。制约电磁坦克炮发展的关键技术主要有：

    脉冲电源 它是电磁坦克炮的最关键技术之一。对坦克来说，电磁炮电源问题的核心就是
如何解决在有限的重量和体积内提供足够的能量这一难题。单极发电机曾一度被认为是最有可
能的电源。单极发电机最早被用来在实验室里驱动电磁轨道炮，人们也曾一度设想用它来驱动
某些车载电磁炮。但后来发现单极发电机电源系统需要附加储能电感器和大功率断路开关，因
而它并不适合用作坦克车载电源。

    在80年代中期，人们的注意力还集中到储能电容器上，期待它能成为电磁炮用的脉冲电源。
电容器之所以受青睐，主要是因为在过去十年里其储能密度有了极大提高，并由此推断到90年
代时，电容器的储能密度可高达每立方米63兆焦。这意味着储能高达32兆焦的电容器电源的体
积占0.5立方米的空间，可轻而易举地安装到坦克上。用这样的电源驱动电磁轨道炮所发射的
弹丸，炮口动能可达到9兆焦，可与当前120毫米口径坦克炮发射的尾翼稳定脱壳穿甲弹的炮口
动能相媲美。但令人遗憾的是，迄今为止，性能最好的高能电容器的储能密度也只有2.5兆焦/
立方米。如果将这样的电容器组合起来提供32兆焦能量的话，电容器组将占据12.8立方米的空
间，大概与俄罗斯T-72坦克的体积相当，这还未包括电磁炮其它部分所占的空间。即使电容器
的储能密度提高到7兆焦/立方米，储能32兆焦的电容器组所占的体积也要4.6立方米，与现代
坦克的整个动力系统所占体积相当。

    考虑到电容器储能系统受体积的限制，人们便把电磁炮电源的希望放在了补偿交流脉冲发
电机（CPA）上。CPA发电机由美国得克萨斯大学机电中心发明的，是目前公认的相对有实用价
值的电磁炮电源。它采用飞轮以机械形式储存部分能量，其储能密度可高达135兆焦/立方米，
若想减轻重量和减小体积的话，由CPA的飞轮转速需要提高很多。飞轮的高速旋转带来的机械方
面的问题曾一度困扰着CPA的发展，但得克萨斯大学机电中心最新研制的CPA的试验结果令人振
奋。

    然而还没等新研究的CPA达到实用化，美国军方新确定的发展目标又使电磁坦克炮电源的
重量和体积问题变得复杂起来。美军方计划发展可用C-130"大力神"运输机运输的更轻型的坦
克，该坦克的重量不能超过19吨，比重达62吨的重型坦克以及将要取代重型坦克的38吨重的"未
来战斗系统"更难装备电磁炮。

    轨道 除了脉冲电源外，电磁坦克炮的轨道部分也不是一门容易解决的技术。电磁坦克炮
的轨道与实验室里体积庞大的固定发射轨道的不同之处在于有严格的重量限制。与传统火炮身
管材料不同，电磁轨道炮的轨道是复合材料，对轨道材料要求比较严格：轨道材料不仅要有足
够的强度和刚度，还要具有承受300-400万安培强大的电流而不致损坏的性能。

    推进介质 在弹丸推进介质方面，固体电枢取代等离子体电枢的研究取得了长足的时展。
在80年代，电磁炮研究的重点是追求足以摧毁弹道导弹的超高速，因而对等离子体电枢的研究
特别热衷。那时电磁炮是"战略导弹防御计划"即"星球大战"计划的一部分，电磁炮研究经费全
部来自"战略导弹防御计划"的预算。

    弹丸 在美国和英国的共同支持下，电磁炮反装甲弹丸的研究在过去的3-4年内也取得了很
大的进展。建造于英国苏格兰基库布莱特的90毫米口径电磁轨道炮已进行了尾翼稳定脱壳穿甲
弹的发射试验。尽管试验不太理想，弹丸的炮口速度没超过1700米/秒，但弹丸却准确命中了
2000米外的目标。美国电磁炮发射的弹丸初速已高达4000米/秒。

    其它 与电源、轨道以及弹丸方面的研究工作相比，把三部分有机结合到坦克内的集成工
作则相对较易。这方面应该开展的工作包括电能输送部件，如电缆、接线柱等连接部件以及传
输兆安级电流的旋转连接器的研究，这些问题的解决，也是电磁坦克炮走向实用的前提之一。

    迄今为止，电磁坦克炮射击时所产生的电磁场对坦克乘员的潜在负面影响的研究还不多。
但不管怎样，乘员舱的电磁辐射强度必须要降到安全范围以内。利用磁场屏蔽的方法可以实现
之，磁场屏蔽是利用不易透过电磁波的材料，在乘员编制一个全封闭的"屏蔽网"，从而使乘员
舱内的磁场强度达到安全要求。应该指出，这个"屏蔽网"的任何破损（尽管有时是不可避免的）
都将大大地降低电磁场屏蔽效果。

    从以上电磁坦克炮发展历史可以看出，在电磁坦克炮走向战场之前，还有很多关键技术需
攻克。人们之所以克服种种困难，百折不挠地发展电磁炮，是由于电磁炮能比传统化学能火炮
提供更高的弹丸初速。然而，与人们的普遍想法截然不同的是，火炮的杀伤效果并不总是随初
速的增加而提高，其实弹丸的最佳杀伤效果还取决于被打击目标的种类。例如，对反导来说，
当然弹丸的速度越高反导效果越好，但对均质钢装甲来说，对于炮口动能一定的尾翼稳定脱壳
穿甲弹，其穿甲效果在速度为2200米/秒时达到峰值后，速度再增加穿甲效果反而降低。也就
是说，若只考虑用长杆穿甲弹对付均质装甲的话，就没必要去发展初速高达2200米/秒以上的
电磁炮。但对非均质装甲，尾翼稳定脱壳穿甲弹的穿甲效果随速度的增加而提高，如对加有陶
瓷的复合装甲，比较理想的弹丸速度为2600米/秒，对爆炸反应式装甲，理想的弹丸速度应高
达3000米/秒。在超高速的情况下，"分段"式穿甲弹的穿甲效果要比长杆穿甲弹的效果好。如
果"分段"式穿甲弹能实用的话，对电磁炮电源的能量要求将有所降低。