技术远超美国!中国电磁炮是什么原理,可颠覆未来海洋战争?
科普启示录 2021.10.27 46505 0
还记得初看《变形金刚2》时,美国驱逐舰使用电磁炮轰击金字塔上的大力神,电磁炮的巨大威力连庞大的大力神都能撼动,这一幕使小强哥对电磁炮产生了浓厚的兴趣。通过了解才发现,原来我国已经研制出了电磁炮,并且进展远远领先世界各国,不过也有人称中国电磁炮就是一场骗局,那么真正的情况到底是什么样的呢?
电磁炮的工作原理
说到电磁炮,我们先来了解一下其工作原理。电磁炮就像是一台特殊的电动机,炮身相当于电动机的“定子”,炮弹相当于电动机的“转子”,电磁炮的炮身是两条长长的平行铜导轨,而炮弹就夹在这两条导轨的中间。
发射时先向其中一条导轨通电,电流流经炮弹后再从另一条导轨返回,这样就可以使电流通过定子上的线圈而产生电磁力,而转子就在电磁力的推动下高速运转起来。由此产生的电磁力推动着炮弹沿着导轨高速前进,最终发射出去。简单来说,就是利用强大的电磁力推动炮弹高速前进,并以此摧毁目标。
不同类型的电磁炮
最早出现的是线圈炮,它仅由加速线圈和炮弹线圈组成.在发射时,需要先将加速线圈固定在电磁炮的炮管中,之后再接通交变电流,这样就能在炮管中产生一个小的交变磁场。
炮弹中的弹丸线圈在这种环境下会产生感应电流,交变电流与感应电流相互作用,就能够产生电磁力,炮弹便由电磁力推动前进。后来又研发出了轨道炮,它的工作原理就如前面我们讲的那样,由于轨道炮是电磁炮最常见的样式,所以电磁炮有时也被称为电磁轨道炮。
后面要介绍的两种电磁炮光听名字就比前两种更为先进,分别叫做电热炮和重接炮,这两种电磁炮的工作原理也与前两种完全不同。
- 电热炮并不需要特殊的炮管,它只需要在炮管后膛末端安放一个等离子体燃烧器,再给予炮管的两极高压,这样就能使两极间的等离子体蒸发,产生的高压等离子体推动炮弹加速前进。其中的等离子体是一种离子化气体状的物质,是除固体、液体、气体外的第四态,它分散在我们身边的各个角落,具有很强的导电性,并且能够被磁场所捕捉。
- 最新的重接炮甚至连炮管都不需要,但它要求炮弹在进入重接炮前需要有一定的初速度,长方体形的炮弹在进入重接炮后,上下两个矩形线圈给予其极强的强磁场力,推动炮弹发射。
电磁炮的发展历程
电磁炮这种高精尖的武器,很难想象在20世纪初就有人能够产生这样的构想。1901年,挪威物理学家伯克兰教授首次提出了“电火炮”的概念,并且通过给一台电动机的线圈注入直流电的方式,将一个500克的弹丸加速到了50米每秒,这一个小装置也成为了电磁炮的雏形。
在两次世界大战期间,各类武器都发生了前所未有的质变,但是电磁炮却是一个例外,它并没有进行太多的突破。德国的汉斯莱在实验中将一个10克的弹丸加速到了1.2公里每秒,但由于这种电磁炮太过于小型化,在真正的战场上作用并不明显,所以也没有在战场上服役。
直到20世纪70年代,澳大利亚科学家研制出一款电磁发射装置,它能够将3克重的塑料块加速到6公里每秒的速度,并且在多次改良后,能够将一块318克的炮弹加速到4.2公里每秒。这次实验中使用的单极发电机是一次极大的进步,这让各国军方重视起电能在未来战争中的重要作用,美国防部也因此成立了"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电磁炮的研究工作。在冷战时期,美国将电磁炮的研究工作作为其“星球大战”的重要一环,更将其视为对抗核弹的秘密武器。
2005年,美国重启电磁炮研究计划,并在五年内投入了2亿多美元。
2010年12月,美国研发的电磁轨道炮在海军试射中,将电磁炮弹以1700米每秒的速度射向200公里以外的目标。这次发射产生的能量高达33兆焦耳,要知道1兆焦耳的能量就相当于一辆1吨重的汽车以160公里每小时的速度行驶。经过不断探索,美国已在2014年就已经研发出了超过7倍音速的电磁炮了。
我国在电磁炮的研发起步阶段远远落后于西方国家,直到20世纪80年代初我国科研部门也仅仅是听说过有电磁炮这样一种武器。
尽管毫无经验,外国封锁也十分严重,我国物理研究院的科学家们还是在有限的资料下研制出了电磁轨道炮的实验装置,尽管这台机器仅能将0.34克的弹丸加速到1.68千米每秒,但是这也是我国科研院士们智慧的结晶。
而到了1988年,我国等离子体物理研究院就研发出了将50克的弹丸加速到3公里每秒的电磁装置,进展可以说是十分迅速了。经过20多年的研究,2007年我国超高速电磁炮已经进入了试用阶段,其中一种电磁炮是口径20毫米左右的车载反坦克电磁炮,它可以把超过120克的实心穿甲弹加速到3.5公里每秒以上,射速可达10到15发每分钟。这种炮弹初速极高,能够完全击穿所有主战坦克的装甲,它的威力就相当于用重型机枪扫射普通汽车。在伊拉克战争时期,曾有一辆M1A2美国主战坦克的侧甲上有一个12.7毫米的神秘弹孔,虽然这肯定不是我国电磁炮造成的,但是我们可以猜想,其他国家的类似装备大概已经进入使用阶段了。
据实验,质量为50克、速度为3公里每秒的电磁炮,足以击穿25毫米厚的装甲。2018年我国再次进行测试,成功将电磁炮弹加速到2.6公里每秒,并且能够准确击中200公里外的目标。同年,军报新闻证实,电磁炮项目作为核心项目正在全力研发当中,甚至有报道称,电磁炮将安装在055型驱逐舰上使用。
电磁炮如此耗财耗力,为何各国还在争相研制呢?
先进的武器数量众多,电磁炮能够脱颖而出也是有原因的。
- 电磁炮的脉冲动力是普通火炮的10倍,超高的速度能够拦截几乎所有传统导弹。
- 其次电磁炮炮弹是由电磁力推动,这样炮弹受力十分均匀,发射时更加稳定,命中精度也更高。
- 再就是电磁炮发射时不会产生烟雾和火光,发射时更加隐蔽,不易被敌人发现。
- 最重要的就是电磁炮发射的价格极低,与常规武器比较,火炮发射药产生每焦耳能量需要10美元, 而电磁炮只需要0.1美元。如果与其他太空武器相比,电磁炮就更经济了。
不过以现在的技术而言,电磁炮还是有许多难以克服的缺陷。电磁炮作为一种具有高能量的武器,发热是其最大的弊端,这就需要有强力的制冷装置。而如果运用这种大型的制冷装置,武器的灵活性又会有所降低,真是让人难以抉择。
高能量发射也会对电磁炮本体造成热侵蚀和电磁侵蚀,例如美国海军33兆焦耳电磁炮的寿命仅有100发。其次是现有技术的电磁炮无法安装制导系统,就算是打击50公里外的目标都难以命中。同样是因为技术原因,现有的电磁炮还是无法摆脱炮弹小型化的问题,毕竟小型炮弹对敌方造成的打击还是有限的,只有将炮弹口径增大,才能对敌方进行更加全面的打击。
综合来看,电磁炮将来肯定能够成为在进攻和防守两端均表现优异的强大武器。它不仅能够凭借超高的速度、极强的穿透性以及精确的系统制导对各种导弹和战机进行封杀,同时也能够对敌方战舰和海岸堡垒进行迅速且隐秘的打击。
作为新兴的武器大国与强国,我国在电磁炮领域虽然起步比西方国家要晚上许多,但是历代科学家们经过不懈的努力,我国终于在电磁炮领域跟上了先进国家的步伐,甚至能够领先于其他国家,这一切都离不开他们的默默付出。小强哥坚信,未来我国定能在电磁炮这一领域继续冲击,成为世界上最先掌握并使用这一强力武器的国家。
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