李大光

电磁轨道炮（下简称电磁炮）是未来武器，其速度快、射程远、抗电磁干扰能力强、战场生存能力高，已经成为未来作战实施远距离精确打击的革命性作战系统，将迅速开启未来战争的“秒杀新时代”。今年5月10日，美国通用原子电磁系统分公司（GA-EMS）宣布，其研发的加装了增强型制导组件的高超声速炮弹成功通过测试，发射平台为3MJ“闪电”电磁炮样炮，炮口动能10MJ，试射过程中炮弹加速度超过30000g，创造新纪录。

一、电磁轨道炮的发展与原理

电磁炮（Rail Gun），或译做磁轨炮、导轨炮，是电磁炮的一种。电磁炮是利用电磁力产生动能推进弹丸的一种先进的动能杀伤武器，与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，可大大提高弹丸的速度和射程。因而引起了世界各国军事家们的关注。

（一）电磁炮的发明与发展

电磁炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明。二战中德国汉斯勒博士开展了对电磁炮的全面研究，到1944年他研制出长2米、口径20毫米的电磁炮，能把重10克的圆柱体铝弹丸加速到1.08千米/秒。1945年他又将2门电磁炮串联起来，使炮弹初速度达到了1.21千米/秒。二战期间，日本研究感应加速式电磁炮，并把2千克的弹丸加速到335米/秒。

从20世纪70年代起，随着一些技术难题相继被解决使得电磁炮的研制得以东山再起。1970年德国的哈布和齐默尔曼用单极线圈炮把1.3克的金属环加速到490米/秒。1978年澳大利亚国立大学物理学家理查德·马歇尔和约翰巴伯等人使用5米长的电磁炮，以可供1.6兆安电流的550兆焦耳双层单极发电机为电源，取得了将质量3.3克的塑料弹丸以5900米/秒的高速发射成功的突破性进展。澳大利亚的成功进展给各国电磁炮研制者以巨大的鼓舞。1978年美国国防部先后成立了电磁炮发展研究顾问委员会和技术工作组，开始评估电磁炮技术现状及应用潜力，并建议集中和协调国家的资金来发展电磁炮。20世纪80年代美国国防委员会得出“未来高性能武器必然以电能为基础”的结论。1991年美国防部成立了“电磁炮联合委员会”，协调军队、能源部、国防原子能局及战略防御倡议机构分散进行的电磁炮研究工作。1992年美国已把一门口径90毫米、炮口动能9兆焦的电磁炮的樣炮推到尤马靶场进行试验。

（二）电磁炮的结构原理

电磁炮听起来很神秘，其实它的结构和原理很简单。电磁炮是利用电磁力代替火药爆炸力来加速弹丸的电磁发射系统，它主要由电源、高速开关、加速装置和炮弹四部分组成。其主体结构由两根长约6米相当于炮管长度的固定平行导轨和一个沿导轨轴线方向滑动的电枢组成，弹丸夹在两条导轨之间。两轨接入电源，电流经一导轨流向弹丸再流向另一导轨产生强磁场，磁场与电流相互作用，产生强大的洛伦兹力推动弹丸沿导轨方向高速发射出去，达到很高的速度（理论上可以到达亚光速）。目前国外所研制的电磁炮根据结构原理的不同，可分为以下几种类型：

一是线圈炮。线圈炮又称交流同轴线圈炮。它是电磁炮的最早形式，由加速线圈和弹丸线圈构成，根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的。加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流。感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用，产生安培力，使弹丸加速运动并发射出去。

二是轨道炮。轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去。它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸。当两轨接入电源时强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度射出，这就是轨道炮的发射原理，质量越大动能越大，威力越大，耗能量也越大。

三是重接炮。重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置，没有炮管，但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度。其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置，之间有间隙。长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用，穿过间隙在其中加速前进。重接炮是电磁炮的最新发展形式。

二、电磁炮发展现状

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要比火药燃气压力长得多，可大大提高弹丸的速度和射程，因而引起了世界各国军事家们的关注。自20世纪80年代初期以来，世界各主要发达国家对此投巨资进行研究，成为当前最具发展前景的新概念武器之一。

美国政府将电磁炮视为未来一代核心的军事创新性技术。美国国防委员会在20世纪80年代得出未来高性能武器必然以电能为基础的结论，并积极投身电磁炮武器研制工程，且将电磁炮列入“星球大战”计划。随着美海军启动DDG-1000的研究的深入，美海军计划把电磁炮安装到该平台上去，并于2003年授予英国的BAE系统公司武器系统分部一份合同，进行为期6个月的将电磁炮合成到新型驱逐舰上的研究。经过研究BAE系统公司认为，拥有81兆瓦电能的DDG-1000综合电力系统舰可以为两门电磁炮提供足够的电力。在舰只以10—18节的速度航行时，电磁炮可以每分钟发射10—12发炮弹。电磁炮的重量和体积都适合于安装在水面舰只上。

2007年1月16日美国海军研究办公室（ONR）在弗吉尼亚州海军水面作战中心达尔格伦分部举行新型电磁装置交付仪式。美海军没有采用剪刀剪彩这一传统的做法，而是打破惯例，用一门90毫米口径的试验型电磁炮发射1发高速炮弹穿透了仪式彩带。这发炮弹在炮口的初始动能达到7.4兆焦耳，初速度达2146米/秒。但意义更为重大的是，这部新型电磁炮的交付再一次证实美海军对电磁炮充满信心。美海军将把这种电磁炮作为转型武器方案，通过发射投放高速弹丸对远距离目标实施精确打击来变革美海军的海上攻击行动。

2012年2月28日美国海军公布的信息，电磁炮炮弹初速可达每秒7000米至8000米，能够打击90公里至180公里外的目标。

2015年2月美国海军首次公开展出一种新式电磁导轨炮，时速可达到5400英里，相当于7倍音速，射程达到100英里，大约为160公里，弹丸重量大约10公斤左右。这意味着一艘军舰能够携带更多的常规弹药，而且每发弹药的费用也会下降，大约为1.5万英镑，如果按照以往的精确打击弹药，每枚导弹费用可能达到60万英镑以上。

继美国之后，俄、英、德、法、日等国相继开展电磁炮研制工作，但研究水平与作战理念设计均落后于美国。据俄罗斯媒体报道，2016年7月13日俄罗斯科学院高温联合研究所工程师在莫斯科城郊外首次进行电磁炮发射测试，试验取得了预期效果，弹丸初速达到秒速10公里，并且实现了由单发至连发测试。2016年8月22日日本政府已确立方针，正式研究开发电磁炮，并打算装备未来海上舰艇平台。

三、军事用途的优势与前景

一艘大型驱逐舰获得了300公里外敌军指挥部的位置坐标，不过它并没有发射价值一百万美元的战斧巡航导弹来摧毁目标，而是从舰载电磁炮发射出一枚长约1米，重约20千克的炮弹，这种炮弹的动力来源既非火药也不是燃料，而是来自军舰发动机为大炮注入的电能，炮弹以超过7倍音速的速度脱膛而出，它那令人难以置信的速度使它拥有足够的动能让目标在瞬间灰飞烟灭。

（一）电磁炮的独特优势

相比传统火炮通过火药燃气压力作用于弹丸，电磁炮具有高初速、远射程、低附带毁伤、低作战成本等优势，被认为是自“冷”兵器发展到“热”兵器之后的又一次武器革命。与传统火炮相比，电磁炮具有诸多独特的突出优势。

一是弹丸速度快，精度高，射程远，作战威力大。弹丸约能在6分钟内飞行200海里，初始速度达到2500米/秒，比普通枪弹的速度快2—3倍。由于电磁炮的发射过程全部由计算机控制，弹头又装有激光制导或其他制导装置，所以具有很高的射击精度。带有巨大动能的弹丸通过直接撞击目标将其摧毁，作战威力极大。同时极高的飞行速度可以减少炮弹的飞行时间，使炮弹不易受到干扰，保证了炮弹的精度。带有巨大动能的弹丸通过直接撞击目标，在与目标瞬间的剧烈碰撞中杀伤目标并将其摧毁，威力极大。同时电磁炮的发射过程全部由计算机控制，弹头還装有激光制导或其他制导装置，加上超高的飞行速度大大减少了弹丸的飞行时间，使其不易受到干扰，具有较高的射击精度。

二是炮弹体积小，重量轻，射程远，突防能力强。电磁炮没有圆形炮管，弹丸体积小，重量轻，使其在飞行时的空气阻力很小，因而电磁炮的发射稳定性好。电磁炮弹体积只是传统120毫米火炮炮弹的八分之一，重量是其十分之一，可显著提高武器系统的携弹量，减少后勤负担。此外，电磁炮利用电磁力所作的功作为发射能量，不携带推进剂，发射时不会产生强大的冲击波和弥漫的烟雾，因而具有良好的隐蔽性。

三是反应灵敏高效。由于电信号响应速度接近光速，因此电磁炮的电控制与发射技术的响应时间也就极短，加之电磁炮具有体积小、质量轻、加速快等特点，可在极短时间内完成弹丸装填、捕捉目标、准确跟踪和打击目标。

四是保障更加安全、可靠和方便，作战耗费小。普通舰炮的射程超过20千米的很少，而且准确度很差，巡航导弹的有效射程虽然超过了300千米，但它们造价昂贵且一艘舰艇最多只能携带70枚。电磁炮则具有射程远、成本低、运输以及补充便利等多项优势。电磁炮的弹丸几乎不使用推进剂，减少了装药量，省去了药筒和发射装置，可显著提高武器系统的携弹量，运输和后勤保障更加安全、可靠和方便。以美军为例，近期试射的电磁炮样炮长12米，炮弹长约1米，重18千克，远小于“战斧”式巡航导航。从发射能量的成本来看，常规火炮的发射药产生每兆焦耳能量需10美元，而电磁炮只需0.1美元。电磁炮弹丸一次能装舰数百枚甚至更多，成本仅为传统火炮1%，比导弹、火箭等更为廉价。因此电磁炮甚至还被美国陆军看成是2020年后陆军战车主要武器的候选技术方案。

五是没有存储炸药需求，生存能力强，海战效力高。由于电磁炮弹没有爆炸材料，炮弹几乎不装填炸药，消除了生产、运输、处理和存储炸药的需求，从而又可减少炮弹在制造、运输、储存方面的安全隐患。电磁炮利用电磁力所作的功作为发射能量，不会产生强大的冲击波和弥漫的烟雾，因而具有良好的隐蔽性。此外电磁炮还可以省去火炮的药筒和发射装置，故而重量轻、体积小、结构简单、运输以及后勤保障等方面更为安全可靠和方便。超远的射程、极短的飞行时间和高杀伤性都极大地提升海军未来远程作战的攻击力。

（二）电磁炮的军事应用前景可观

火炮武器的发射能源主要分为三类：机械能、化学能和电能。原始的利用机械能抛射物体的速度，充其量为每秒几十米：当火药发明后，射弹速度大大提高。随着科学技术的不断发展，尤其是高新技术在战场上的广泛应用，使得现有利用化学能推进的弹丸初速远远不能满足目前反装甲、防空和反导的需要。因此利用电能进行超高速发射已为人们所关注。能源的每次发展变化都推动着火炮技术发生质的飞跃，火炮技术的每次飞跃，都会在军事科技领域掀起深刻的变革。可以预见新型电磁导轨武器与C4ISR系统相结合，在信息网络的倍增器效果下必将极大提高作战效能乃至改变作战样式。

一是遂行天基反导作战。电磁炮由于初速极高，可用于摧毁低轨卫星和导弹。因此在美国的“星球大战”计划中，电磁炮成为一项主要研究的任务。美国国防部和空军正在联合主持一项名为“电磁导轨系统”天基动能武器研究计划。实验中由安装在模拟空间环境的真空室里的电磁导轨炮发射的小型弹头速度已达80km/s，其中的第一代电磁炮能将1000—2000克重的炮弹，以每秒5km—25km的速度射向2000公里外的目标，用于拦截敌方飞行中的洲际弹道导弹和摧毁中低轨卫星及航天器目标。此外还可为天地货运运输提供一个廉价、可重复利用的发射平台。对于月球开发，采用电磁炮技术发射月基货运飞船返回地球，将大大减少燃料消耗，飞船仅携带少量的调姿和变轨用的燃料。

二是用于防空系统参与末端联合截击。在战术防御体系中电磁炮所发射的弹丸初速高，飞行时间短，可实施多管连续射击，火力强、拦截面积大，对目标的毁伤性能高， 可对敌临空的飞机实施打击，限制其空中兵力机动作战，还可有效对抗敌高速飞行的常规炮弹和巡航导弹等空中来袭兵器，提高指挥所、防空预警阵地、信息中心、军舰等重要目标战场生存能力。美军认为可用电磁炮代替高射武器和防空导弹遂行防空任务。美国正在研制长7.5米、发射速度为500发/分、射程达几十千米的电磁炮，准备替代舰上的“火神防空系统”。用它不仅能打击临空的各种飞机，还能在远距離拦截空对舰导弹。英国也正在积极研制用于装甲车的防空电磁炮。德国和法国的共同研究机构圣路易研究所推进电磁炮计划，用于近距离防御系统，以取代现有的20mm机关炮。

三是实施超视距快速打击。按照美国海军作战研究中心的电磁炮远景规划，到2030年美海军电磁炮的火力打击范围将从近期设定的360千米进一步拓展至640千米，这显然是传统大口径舰炮所无法企及的射程。与常规动能武器相比，电磁炮具有射程远、反应时间短等优点， 在登陆作战中可为登陆部队提供更远、更强的火力支援；在地面进攻作战中，电磁炮可在战役大后方实施火力准备，进攻中还可为地面部队实施灵活快速的火力支援，或在战术防御体系纵深对敌实施超视距打击，形成火力遮断，限制敌方机动作战。此外还可用于改装常规火炮。随着电磁发射技术的发展，在普通火炮的炮口加装电磁加速系统，可大大提高火炮的射程。

四是开启新的舰炮作战模式。与传统身管火炮相比，电磁炮在炮口初速、打击范围、打击时效等方面显示出诸多优势，使其能够有效遂行海上反舰任务，超远射程电磁炮还可有效替代部分舰载短程导弹任务。电磁炮采用电磁能发射机理，一旦规模列装部队并形成战斗力，在卫星导航定位系统和战场情报侦察监视系统支撑下，必将开启新的舰炮作战模式，引发一场新的军事技术革命，具有划时代的意义。

五是协同开展反装甲作战。电磁炮具有很强的穿透能力，是非常优良的反装甲武器。坦克具有快速的突击力和强大的防护力，一直以来占据陆地“霸主”地位，因而反装甲作战也成为世界各国关注的重点领域。美国的打靶试验证明，电磁炮是对付坦克装甲的有效手段。发射质量为50克、速度为3km/s的炮弹，可穿透25.4mm厚的装甲。近几十年来经过不断改进和完善，利用化学能可将几千克的弹丸加速到1600m/s—1800m/s的炮口速度，这已接近野战条件下常规火炮化学推进的极限速度，仍然难以满足反装甲作战需求。电磁武器因其极高的速度所蕴藏的巨大动能，使其具有较强的穿甲能力，可在一定距离上击穿厚重的装甲，是未来战争中一款理想的反装甲武器。

（作者单位：国防大学）