2010年12月10日，美國弗吉尼亞州達爾格倫海軍水面戰(zhàn)中心進行電磁軌道炮射擊試驗，照片為高速攝像機拍攝的電磁軌道炮發(fā)射時的場景。
近日，美國ChinaTopix網(wǎng)站刊發(fā)文章稱，美國海軍已經(jīng)證實計劃2016年在一艘艦船上開展電磁軌道炮艦上實驗，若電磁軌道炮在未來10年內(nèi)大規(guī)模部署，將有可能改變未來海軍的作戰(zhàn)形式。
電磁軌道炮是一種利用電磁力（洛侖茲力）加速彈丸，使其以超高速發(fā)射的新概念武器，它克服了傳統(tǒng)艦炮的諸多局限，射程遠，速度高，對目標的毀傷性更強，一旦部署上艦，電磁軌道炮將引發(fā)海軍打擊作戰(zhàn)的新一輪變革。
美國海軍推動電磁軌道炮走向戰(zhàn)場
人們對電磁軌道炮的研究起步很早，但最初的研究僅停留在原理演示階段。資料顯示，1918年，法國發(fā)明家維勒魯伯最早研制出電磁軌道炮，到1944年，德國的漢斯勒博士研制出長2米、口徑20毫米的電磁軌道炮，成功將重10克的圓柱體鋁彈丸加速到1.08公里/秒，隨后又將兩門電磁軌道炮串聯(lián)起來，使彈丸速度達到了1.21公里/秒。但由于材料和電力等關鍵技術無法解決，電磁軌道炮的研究一度停滯不前。
直至1978年，相關技術原理終于取得突破性進展，澳大利亞物理學家成功將電磁軌道炮的發(fā)射速度提高至5.9公里/秒。隨后，美國國防部成立“電磁軌道炮聯(lián)合委員會”，協(xié)調(diào)美軍、能源部、國防原子能局等原來分散進行電磁軌道炮研究的部門，從整體上推動了電磁軌道發(fā)射技術的發(fā)展。
2003年，當時的聯(lián)合防務公司（現(xiàn)BAE系統(tǒng)公司武器系統(tǒng)分部）對DD(X)（即現(xiàn)在的朱姆沃爾特級驅逐艦）裝備電磁軌道炮的可行性進行研究，認為新一代艦艇的發(fā)電能力可以滿足電磁軌道炮的電力需求，且系統(tǒng)體積、技術難度等問題都可以解決。
兩年后，美國海軍研究局在海軍水面戰(zhàn)中心達爾格倫分部正式啟動“創(chuàng)新性海軍原型”（INP）計劃，標志著美國海軍開始推動電磁軌道炮由實驗室走向實戰(zhàn)應用。
這個計劃由海軍研究局負責管理，其中，海軍水面戰(zhàn)中心達爾格倫分部負責試驗驗證，由BAE系統(tǒng)公司和通用電子公司負責32兆焦耳電磁軌道炮技術開發(fā)和前期設計工作。
項目計劃從2005年8月開始，利用4～8年時間對電磁軌道炮所需的技術進行全面研究，主要解決四大關鍵技術問題，即發(fā)射裝置、彈丸、脈沖供電網(wǎng)絡和艦艇集成，預計于2020年～2025年間實現(xiàn)艦載武器化。
電磁軌道炮工程樣機已經(jīng)研發(fā)成功
電磁軌道炮不同于普通火炮，它由導軌、發(fā)射組件、供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。軌道是并排的兩條，貫穿火炮身管，發(fā)射組件由彈丸、輕型彈托及推進板組成，與導電電樞一起置于兩條軌道之間，由彈托固定彈丸，以脈沖形成網(wǎng)絡、電容器組或旋轉機械裝置提供發(fā)射所需的電能。脈沖形成網(wǎng)絡向其中一條軌道通電，電流經(jīng)導體電樞流向另一條軌道，從而在兩條軌道周圍分別產(chǎn)生一個垂直于軌道的強磁場以及一個與電流反方向的作用力。磁場與流經(jīng)電樞的電流相互作用，產(chǎn)生沿炮管軸向的洛侖茲力，把發(fā)射組件和電樞沿軌道加速到超高速。當發(fā)射組件離開炮口時，彈托、電樞及推進板與彈丸脫離，彈丸開始向目標飛行。
電磁軌道炮利用極高的電流產(chǎn)生強大的洛侖茲力，可把彈丸初速度提高到7馬赫以上，射程超過300海里。發(fā)射后，彈丸首先快速沖入外大氣層，而后重新進入大氣層并以5馬赫以上的速度撞擊目標。相比傳統(tǒng)火炮，電磁軌道炮彈丸的爆破強度并不大，但是依靠極高的飛行速度帶來的超強沖擊力，同樣能對目標造成強大的殺傷力。此外，電磁軌道炮對傳統(tǒng)高能材料的摒棄，使其在生產(chǎn)、運輸、搬運和存放的過程中不再受制于爆炸物安全標準的限制。
與傳統(tǒng)火炮相比，制約電磁軌道炮發(fā)展的關鍵技術主要為電力供應、火炮身管壽命和彈藥技術三個方面。
電力供應是發(fā)展電磁軌道炮的基礎。以美國最初計劃安裝電磁軌道炮的朱姆沃爾特級驅逐艦為例，該艦采用綜合電力系統(tǒng)，發(fā)電功率81兆瓦，原計劃裝備兩座發(fā)射能量63兆焦耳的電磁軌道炮，要達到6發(fā)～12發(fā)/分鐘的持續(xù)射擊速率，艦船要為它提供15兆焦～30兆焦的持續(xù)電力供應。
火炮身管壽命是制約電磁軌道炮發(fā)展的技術障礙，它主要體現(xiàn)在導軌刨削和電樞捩轉兩種磨損現(xiàn)象，這兩個問題都已得到有效解決。
彈藥技術所取得的進展為電磁軌道炮的發(fā)展提供了條件。電磁軌道炮在發(fā)射過程中，彈丸要承受超過50000G的加速度，這對彈藥內(nèi)部控制和制導部件的要求極高。目前參與彈藥研制的單位有BAE系統(tǒng)公司、波音公司和德雷柏實驗室等單位。
“創(chuàng)新性海軍原型”（INP）計劃開始實施后進展很順利，2013年，美國海軍水面作戰(zhàn)中心分別對BAE系統(tǒng)公司和通用原子公司交付的電磁軌道炮工程樣機進行了測試和評估。經(jīng)過比較后，海軍研究局選擇了BAE系統(tǒng)公司對電磁軌道炮項目進行進一步開發(fā)，重點研究發(fā)射系統(tǒng)的可重復發(fā)射技術。
2014年7月，美國海軍研究局將兩套電磁軌道炮原型機安裝到“米利諾基特”號聯(lián)合高速船上，預計于2016年進行海上演示試驗。
電磁軌道炮引發(fā)未來海軍作戰(zhàn)方式改變
電磁軌道炮憑借速度高、射程遠、成本低的優(yōu)勢，可能會取代對陸攻擊導彈、戰(zhàn)術空中支援和大口徑遠程艦炮在海上火力支援中的部分使命，進而，將對海上作戰(zhàn)模式、戰(zhàn)術應用方式、海上平臺設計及其裝備發(fā)展產(chǎn)生革命性重大影響。
具體說來，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是改變未來大口徑火炮對目標的殺傷機理，大大提高艦艇作戰(zhàn)能力。與傳統(tǒng)大口徑火炮相比，電磁軌道炮在殺傷力、速度、貯彈量、費用等方面都有明顯優(yōu)勢，并將改變未來大口徑炮對目標的殺傷機理。電磁軌道炮依靠炮彈的超高速撞擊動能來達到毀傷目的，取消了爆炸裝藥和推進劑，大大減少了后勤保障費用，爆炸裝藥和推進劑所帶來的環(huán)境和安全問題都能迎刃而解。同時，電磁軌道炮上艦后，其彈藥庫可以更緊湊、更安全，在給定的彈藥庫中能攜帶更多彈藥，從而大大提高艦艇作戰(zhàn)能力。
二是可能成為沿海500公里范圍內(nèi)對岸精確打擊的主要方式。美國海軍對岸火力支援有3種形式，分別為艦炮、遠程導彈和艦載機。常規(guī)火炮受其傳統(tǒng)發(fā)射方式的局限，炮彈初速已基本達到了極限。以美國海軍127毫米艦炮為例，試驗證明，發(fā)射ERGM彈的初速不到1000米/秒，它需要依靠火箭助推裝置達到增程目的，并需要制導裝置來提高命中精度，從而使炮彈的總成本大幅度提高，已與普通導彈相當。電磁軌道炮在打擊速度和效費比方面具備明顯優(yōu)勢。此外，相比于巡航導彈和艦載機，電磁軌道炮可在6分鐘以內(nèi)完成500公里外岸上目標的打擊任務，打擊速度更快。
三是有可能從攻防兩端改變海戰(zhàn)場力量對抗平衡。在用于攻擊時，由于電磁軌道炮速度快，可有效壓縮防御方的反應時間，其灌頂攻擊的方式則進一步增加了攔截難度。此外，電磁軌道炮的灌頂攻擊方式和動能戰(zhàn)斗部相結合的模式，特別適合攻擊掩體、工事和地下目標，可用于打擊對方的戰(zhàn)略設施。在用于防御時，尤其是在海上防空反導方面，艦炮主要承擔近距離防御任務，由于電磁軌道炮超高的初速度，炮彈能在很短時間內(nèi)飛出更遠的距離，縮短了防御系統(tǒng)的反應時間，擴大了海上防空反導的作戰(zhàn)范圍。如果配合使用制導技術，其單發(fā)攔截概率與艦空導彈相當，但其發(fā)射彈數(shù)比艦空導彈多得多，可明顯增強防御系統(tǒng)的綜合攔截效果。
值得一提的是，盡管電磁軌道炮來勢洶洶，我們必須看到，一方面，制約電磁軌道炮發(fā)展的材料、能源、制導等技術瓶頸并未完全解決，距離真正參加實戰(zhàn)并改變戰(zhàn)場形式還需很長一段時間；另一方面，電磁軌道炮發(fā)射后，彈丸失去動力，且飛行速度快，機動能力有限，彈道軌跡容易預測，隱身能力差，還會帶來暴露母艦位置的危險。
從美國發(fā)展電磁軌道炮的過程可以看出，合理的技術發(fā)展路線、科學的統(tǒng)籌安排、多單位的協(xié)調(diào)合作以及大規(guī)模的資源投入是研制取得重大進展的關鍵。我國也應該高度重視新概念武器裝備研發(fā)，努力減小或避免同美國之間的武器代差，密切關注國外相關新概念技術發(fā)展動向，充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，另辟蹊徑，錘煉具有我國特色的撒手锏裝備。
（作者劉奎 楊文韜 單位：海軍裝備研究院）