海軍強國緣何紛紛熱衷于發(fā)展電磁炮？

在上世紀(jì)八十年代，美國海軍曾經(jīng)對艦炮是否有必要繼續(xù)存在展開過一次大討論，有相當(dāng)一部分的人認(rèn)為，在未來的海上作戰(zhàn)中，艦對艦作戰(zhàn)都在超視距范圍內(nèi)發(fā)生，艦炮所起到的作用微乎其微。不過，考慮到海軍的存在并非全部是為了艦隊作戰(zhàn)，兩棲火力掩護(hù)仍然是海軍主力艦的主要任務(wù)之一；此外，大國海軍的主力艦也時刻面臨一些不對稱威脅。因此，美軍最終相信保留一門口徑不大、射速較快的艦炮是非常必要的。

然而，傳統(tǒng)火炮在威力和發(fā)射距離的提升上卻遇到了瓶頸。炮彈發(fā)射的原理實際上就是在炮管內(nèi)產(chǎn)生某種推動力，以巨大的力量將炮彈從炮管內(nèi)推出并飛往目標(biāo)。對于傳統(tǒng)火炮而言，它利用高能炸藥爆炸來產(chǎn)生這股推動力，但炸藥只能爆炸一次，能量來源衰減較快，并且傳統(tǒng)的高能炸藥性能提升空間已經(jīng)相當(dāng)有限。正是因為這個原因，各大國在九十年代陸續(xù)開展了新原理火炮（投射器）的研制工作，其中，電磁炮（又稱電磁投射器）無疑是最具吸引力的一個選項。

中國目前開展試驗的電磁炮屬于電磁軌道炮，即依靠兩側(cè)軌道的驅(qū)動電流產(chǎn)生巨大磁場，同時限定炮彈前進(jìn)的路線，來推動炮彈進(jìn)行加速，最終在出膛時獲得超高的速度和動能。

相比于傳統(tǒng)火炮，由于電磁炮的兩側(cè)導(dǎo)軌可以為炮彈在炮管運動的過程中持續(xù)灌注能量，因此理論上更容易獲得超過傳統(tǒng)火藥的出膛動能（最高約為傳統(tǒng)火炮的十倍），并且出膛速度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。此外，電磁炮所需要的僅僅是電能，成本優(yōu)勢更為明顯。根據(jù)美國海軍的統(tǒng)計，火炮發(fā)射藥產(chǎn)生的每焦耳動能需要10美元，而電磁炮只需要0.1美元。能以更低的成本達(dá)到超強的射程和毀傷能力，正是電磁炮最吸引人的一點。

所謂量變產(chǎn)生質(zhì)變。傳統(tǒng)的艦炮射程較短，主要用作自衛(wèi)，假使要對地打擊、支援兩棲作戰(zhàn)，也必須在較近距離上，反倒對自身安全構(gòu)成威脅；如果軍艦想在較遠(yuǎn)距離上對岸上目標(biāo)進(jìn)行攻擊，就必須使用昂貴的巡航導(dǎo)彈，有時也得不償失。電磁炮的存在就讓海軍在對地打擊、實時火力支援上有了一個完美的選擇，它可以使艦隊在距離岸邊兩百公里之外仍然具備低成本、大威力的打擊方式——這樣的能力是任何一支海軍都夢寐以求的，更何況它還具備防空反導(dǎo)的潛力。

當(dāng)然，優(yōu)越的技術(shù)自然有著它的高門檻，成熟可用的電磁炮需要在諸多技術(shù)領(lǐng)域有著深厚的積累，目前也僅有中美兩國的電磁炮達(dá)到了工程樣機測試的階段。

中國需要克服哪些難關(guān)？

如果想要使炮彈在出膛時的動能達(dá)到傳統(tǒng)火藥的十倍，根據(jù)能量守恒定律，電磁炮就必須在炮管內(nèi)對炮彈輸送十倍于前者的動能。如果電磁炮在此基礎(chǔ)上還要保持相當(dāng)高的發(fā)射頻率，就必然對艦上的發(fā)電、充電、放電速率有很高的要求。換句話說，此前在高能火藥中儲存的化學(xué)能，都將由瞬間釋放的電能來替代。

事實上，電磁炮的特點和最大技術(shù)難關(guān)正是在于其需要在很短的時間內(nèi)具備極大的峰值功率。在電磁炮具體的使用上，如何分配、儲存和釋放電能，保障電能有效供應(yīng)是比起電磁加速技術(shù)本身更核心的問題。目前主流的觀點均認(rèn)為，裝備真正實用的電磁炮的軍艦必須具備綜合電力系統(tǒng)——其直接從艦船發(fā)動機中獲得電能，并合理分配到艦船的推進(jìn)系統(tǒng)、生活系統(tǒng)以及武器系統(tǒng)；該系統(tǒng)還可在不同的狀態(tài)下實現(xiàn)不同的分配優(yōu)先級，從而使軍艦在戰(zhàn)斗時能夠保障電磁炮不斷發(fā)射所需要的高電能。同時，采用綜合電力系統(tǒng)的軍艦顯著增強了發(fā)電能力，不僅擁有了更多調(diào)配空間，主電力管線所承受的功率也比之前大得多，以便在同樣的時間內(nèi)傳輸給電磁炮系統(tǒng)更多的電力，從而提高電磁炮的射速和威力。

在此基礎(chǔ)上，當(dāng)我們將目光返回到擔(dān)負(fù)此次試驗的艦體，就不難認(rèn)識到其非常明顯的探索性質(zhì)，以及綜合電力系統(tǒng)的重要性。由照片可知，此次上艦試驗的電磁炮系統(tǒng)不僅僅包括電磁炮本身，還包括了發(fā)電、充電、轉(zhuǎn)換器和放電系統(tǒng)，它們在不大的甲板上占據(jù)了很大空間。盡管我國在電磁炮的集成性上已經(jīng)做得很好，但是如果將整個電磁炮系統(tǒng)安裝在不具備綜合電力系統(tǒng)的軍艦上，其配套系統(tǒng)會額外占用不少寶貴的艦體空間。畢竟在真正用于戰(zhàn)斗的軍艦上，如同照片中的測試艦一般在船上堆積數(shù)百噸的各種物資和組件的做法顯然是不可能的——使用綜合電力系統(tǒng)的軍艦就可以節(jié)省大量的組件和空間。

由此可見，盡管我國的電磁炮能夠上艦本身已說明其達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但是我們?nèi)匀恍枰陔姶排诩夹g(shù)以外發(fā)展出一套更全面的技術(shù)——綜合電力系統(tǒng)，來完美契合電磁炮的使用。研發(fā)出成熟可靠的綜合電力系統(tǒng)正是各海軍強國科研部門努力的方向。

技術(shù)是否會持續(xù)擴散？

既然我國電磁炮已經(jīng)實現(xiàn)了上艦的突破性進(jìn)展，那么它是否有可能被安裝到坦克、飛機等其他平臺呢？

以目前的科技水平，這可能很難做到。如上文所述，電磁炮系統(tǒng)不僅包括發(fā)射器本身，還有一系列的充電、放電、轉(zhuǎn)化器等設(shè)備。以此次裝艦的電磁炮系統(tǒng)為例，從軍艦水線來分析，裝備了電磁炮系統(tǒng)后的“海洋山”號幾乎達(dá)到了滿載排水量，按照072級的標(biāo)準(zhǔn)排水量和滿載排水量計算（差值大約為一千噸），扣除其他裝載的設(shè)備，整套試驗用的電磁炮系統(tǒng)（包含配套設(shè)施）大約有三四百噸的重量。為了不影響艦體的重心和發(fā)射炮彈時軍艦的穩(wěn)定性，艦炮系統(tǒng)所占用的質(zhì)量比例不宜過高，且應(yīng)當(dāng)盡量裝備于較為寬大的艦體?，F(xiàn)在看來，最適合這個條件的平臺就是055級大型驅(qū)逐艦了。但考慮到艦體重心和電力系統(tǒng)所要求的嚴(yán)格條件，運用實戰(zhàn)電磁炮系統(tǒng)的軍艦必須全新設(shè)計建造，并且噸位龐大。

不過，根據(jù)我國電磁技術(shù)專家馬偉明院士的《電磁發(fā)射技術(shù)》一文，我國也有可能將電磁發(fā)射技術(shù)用于多種常規(guī)兵器，除了以艦載電磁炮為代表的大口徑、大發(fā)射質(zhì)量技術(shù)路徑之外，小口徑、大初速、大射程也是一種發(fā)展方向。雖然說以目前人類的科技水平，很難將數(shù)百噸的配套設(shè)備小型化到坦克、飛機可以搭載的水平，但是也可以考慮將電磁加速設(shè)備作為一種加速手段用于常規(guī)兵器中。

電磁炮的本質(zhì)是利用電磁產(chǎn)生的推動力加速目標(biāo)物質(zhì)，是一種加速的手段，如果我們圍繞這一本質(zhì)進(jìn)行實用拓展，那么除去用于加速炮彈外，也可以運用于軍隊武器研發(fā)的方方面面，例如眾所周知的電磁彈射器?？紤]到高能火藥在目前仍是非常強勁的主流彈藥加速方式，如果可以在高能火藥瞬間推動的基礎(chǔ)上再輔以電磁加速，那么炮彈就可以產(chǎn)生更快的出膛速度，從而獲取更遠(yuǎn)的射程。若將電磁加速設(shè)備整合在火炮、火箭發(fā)射器等傳統(tǒng)發(fā)射裝置上，就更方便對中遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。同樣，如果將電磁彈射用于各種導(dǎo)彈的發(fā)射，也有可能增加彈道導(dǎo)彈的射程。

誠然，在軍事方面的應(yīng)用必然是電磁加速技術(shù)最尖端的一面，但是如果將此電磁加速/減速技術(shù)民用化，諸如軌道列車、火箭等等都是它可能的應(yīng)用方向。軍用技術(shù)的民用化有著豐富的歷史，可以說，未來民眾的生活出行方式也存在出現(xiàn)革命性變化的可能。屆時，上班族的通勤時間會大大縮短，人們也可以在極短的時間完成長途旅行。如果這種革命性的技術(shù)持續(xù)擴散到民用部門，勢必會促進(jìn)新的科技革命，為人類開啟一扇新的大門，其意義將比電磁炮本身深遠(yuǎn)得多。

（未完待續(xù)）