美海軍電磁導軌炮研制進展

電磁炮可分為線圈電磁炮和導軌電磁炮，其中，導軌炮是研究熱點。2008年和2010年，美海軍電磁導軌炮進行了數(shù)次發(fā)射試驗，均取得成功，標志著美軍這一領域的研制工作將從概念驗證轉入樣機設計階段。

技術優(yōu)勢

電磁炮是一種非常經濟有效的支援武器。與傳統(tǒng)火炮相比，電磁炮的技術優(yōu)勢體現(xiàn)在：①彈丸初速高，炮口動能大，射程遠。目前實驗型電磁艦炮的炮口能量已達到33兆焦，未來實用型電磁艦炮炮口動能可達到64兆焦以上，能以5馬赫的速度打擊370千米外的目標，射速超過6發(fā)／分鐘，殺傷效果是現(xiàn)有火炮的3～5倍。②彈丸單純依靠動能摧毀目標，無需炸藥，存儲更加安全，火炮后坐力也較小。③彈丸重量輕、體積小，攜彈量可大幅增加，降低后勤負擔。

研制進展

美海軍電磁導軌炮現(xiàn)由BAE系統(tǒng)公司地面武器分部和通用原子公司分別研發(fā)32兆焦電磁炮樣炮。美海軍從2001年開始與先進技術學院合作，進行遠程電磁導軌炮的可行性和概念研究。2005年8月，海軍研究辦公室啟動了電磁導軌炮“創(chuàng)新性海軍原型”計劃，這是海軍電磁發(fā)射技術研究的一個重要轉折點；2007年1月，海軍研究辦公室將第一套90毫米電磁發(fā)射裝置交付美海軍水面作戰(zhàn)中心；2008年1月31日，海軍進行了電磁導軌炮發(fā)射演示試驗。試驗中，32兆焦電磁導軌炮發(fā)射了3.5千克重的90毫米平頭鋁制彈丸，炮口初速7馬赫，炮口動能達到10.64兆焦。2009年，海軍研究辦公室分別與BAE系統(tǒng)公司地面武器分部和通用原子公司簽訂研制合同，要求各自完成32兆焦先進密封發(fā)射器樣機的最后設計、制造和測試。

2010年12月10日，美海軍水面作戰(zhàn)中心再次在海軍研究中心達爾格倫分部進行試驗。在此次試驗中，BAE系統(tǒng)公司的32兆焦實驗型電磁導軌炮樣炮發(fā)射10.4千克重的長方形鋼制彈丸，炮口動能達33兆焦，是目前電磁導軌炮達到的最高發(fā)射能量。該能量可將彈丸以5馬赫的速度投送到200千米外，是常規(guī)艦炮射程的10倍。

另外，美海軍還在開展電磁導軌防空炮研究。通用原子公司電磁系統(tǒng)部的“閃擊者”電磁導軌炮防空系統(tǒng)繼2009年lO月完成首次多發(fā)彈試射后，又于2010年9月成功試射了空氣動力學彈丸，炮口初速達到5馬赫，彈托分離正常，彈丸飛行穩(wěn)定。

發(fā)展動因

脈沖電源、彈丸／電樞、導軌材料等方面的技術突破是電磁導軌炮快速發(fā)展的關鍵，同時艦載電磁導軌炮得以快速發(fā)展還有其他方面的推動因素。美軍電磁導軌炮“刨新性海軍原型”計劃

為推動電磁導軌炮技術發(fā)展，2005年8月美海軍研究辦公室啟動了電磁導軌炮“創(chuàng)新性海軍原型”計劃，2006年又公布了五年發(fā)展規(guī)劃，對電磁導軌炮技術發(fā)展做出了明確規(guī)劃。“創(chuàng)新性海軍原型”計劃致力于將電磁導軌炮搬出實驗室(電磁導軌炮現(xiàn)處于實驗室研發(fā)階段)，并計劃2020-2025年將電磁導軌炮裝備部隊，這是海軍電磁發(fā)射技術研究的一個重要轉折點。該計劃分2個階段完成。第一階段重點研制發(fā)射裝置，并開展彈丸研究的部分工作；第二階段計劃將發(fā)射裝置與彈丸進行整合，研制技術成熟度達到5～6級的綜合系統(tǒng)演示樣機。第一階段的工作將于2011年全部結束，第二階段工作將持續(xù)至2015財年，重點進行彈丸技術研究。此外，美國2010財年國防預算中，海軍電磁導軌炮資金預算比2009財年有大幅提高，其中先進技術研究的預算從2753.2萬美元劇增至9274.4萬美元。

美英公司的合作與競爭

在電磁導軌炮研發(fā)過程中，美、英兩國早在10多年前就已開始合作。艦載電磁導軌炮項目啟動后，英國BAE系統(tǒng)公司一直都在參與項目的研制。另外，2003年4月，英國奎奈蒂克公司還協(xié)助美海軍進行了電磁導軌炮射擊演示試驗。經概念設計研究和方案篩選之后，美海軍研究辦公室最終于2006年6月指定BAE系統(tǒng)公司和通用原子公司牽頭的兩個研究團隊繼續(xù)開展32兆焦導軌炮的研發(fā)工作。BAE系統(tǒng)公司和通用原子公司既是競爭對手，也是合作伙伴。2010年12月10日完成的射擊試驗項目，就由兩家公司共同完成，BAE系統(tǒng)公司負責32兆焦實驗室樣炮，通用原子公司負責100兆焦電容器組。同時，由波音公司和德雷伯實驗室牽頭的團隊也在對彈丸和一體化發(fā)射組件等進行概念研究。

關鍵技術

美國現(xiàn)階段電磁導軌炮技術的研究主要集中在脈沖電源、導軌和一體化電樞／彈丸方面。脈沖電源

由于電磁發(fā)射能源完全來源于電能，具備高儲能密度、大儲能量及快速充電特性的高功率脈沖電源及其開關控制是電磁發(fā)射技術的應用基礎，它們決定著電磁發(fā)射技術的研究進展和應用步伐。電磁導軌炮的發(fā)展在很大程度上依賴于從幾百千瓦至幾十兆瓦級高功率脈沖電源的發(fā)展。美國海軍設想的驅逐艦艦載電磁導軌炮對功率的需求是15～30兆瓦。海軍艦船上的電源必須能夠保證脈沖形成網(wǎng)絡的快速再充電，使電磁導軌炮可獲得較高的持續(xù)射速，這樣才能滿足火力支援的需求。

美海軍艦載電磁導軌炮現(xiàn)階段采用通用原子公司的100兆焦電容器組。通用原子公司為海軍的實驗型艦載電磁發(fā)射裝置研制了獨立的電容器脈沖電源儲能系統(tǒng)。2009年交付的81兆焦電容器組的每個緊湊型脈沖電源模塊尺寸為2.4米×2.4米×2米，利用固體開關技術饋電，可為不同電磁導軌發(fā)射裝置提供5.5兆安培／10毫秒的電能。

導軌

發(fā)射導軌技術是電磁導軌炮的關鍵技術之一。由于導軌在兆安級的電流下工作，材料要經受瞬時極大的熱流沖擊，容易造成導軌的嚴重燒蝕，所以導軌材料不僅要有足夠的強度和剛度，還必須能承受3～4兆安培的強大電流。同時，導軌又是承載最大的部件，其材料要求有足夠的剛性和強度來抵抗電磁力，且具有良好的導電眭。

電磁導軌炮的導軌通常由厚銅條或其他導體材料制成，相互平行地嵌在火炮身管內。導軌材料和燒蝕效果的實驗表明，燒蝕量最小的是使用鎢的導軌炮。但是鎢的價格昂貴，而且強度較差，不適于作為導軌炮的材料。目前，世界各國正在對各種銅合金(銅和銀、鈮、鎢、鐵、鉻、碲、鋁)和碳化鎢等一些合金和半導體材料進行實驗。

一體化電樞／彈丸

電磁導軌炮發(fā)射的炮彈由電樞、彈托和彈丸構成。由于彈丸初速極高、動能非常大，所以彈丸通常不配炸藥，完全依靠動能摧毀目標。目前，彈丸研究的重點包括：彈丸在導軌上的加速問題；彈丸組件與導軌發(fā)射器的相容性；更輕、更強的彈托材料，減少發(fā)射器內壁的燒蝕。電樞是導軌炮的關鍵部件之一，目前研究選用的電樞有等離子電樞和固體電樞兩類，其中固體電樞是目前以及未來的研究重點，也是將來電磁導軌炮工程化應用的主要形式。美國先進技術學院早期的研究重點關注了幾何形狀在電流密度和溫度分布中起到的作用，并在c型電樞的基礎上設計了鞍型電樞，減少了電流密度的不均勻分布，進而控制了電樞燒蝕。

材料和工藝技術

實驗室電磁導軌炮樣機已經取得成功，但是戰(zhàn)場實用化還面臨重大挑戰(zhàn)，其中先進材料和工藝技術在其發(fā)展中扮演著重要角色，美國當前重點發(fā)展電磁炮各關鍵部件的先進材料技術的應用研究工作，包括電磁導軌炮輕質結構和涂層材料、脈沖電源高溫材料、電磁炮的開關材料、電磁炮導軌耐燒蝕材料等。

另外，電磁導軌炮達到實戰(zhàn)化的關鍵還在于重復使用壽命、電源儲能密度、開關、能量轉換效率，以及其他工程問題等的解決。美海軍對未來艦載電磁導軌炮的壽命要求是100～1000發(fā)；能量轉換效率能從目前的10％-20％提高到40％-50％。

根據(jù)美海軍的電磁導軌炮發(fā)展計劃，2020年將研制成64兆焦的電磁導軌炮全尺寸樣機，2030年部署上艦。屆時，電磁導軌炮將憑借先進的技術優(yōu)勢，徹底改變海軍艦炮的作戰(zhàn)效能和使用現(xiàn)狀，促使未來海軍作戰(zhàn)能力發(fā)生重大飛躍。