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据《财经时报》网站报道,美军近日决定放弃电磁炮项目,五角大楼将再花费8亿美元,将电磁炮的研制重点转为防御性用途,同时用常规火炮来发射已经为电磁炮研制的弹丸。2015年美国流行的军事科幻小说《幽灵舰队》中,“朱姆沃尔特”号用电磁炮把几百千米外对手航母打成两截的场景,看来永远无法成真了。
电磁炮又称电磁轨道炮,是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武。20世纪80年代以来,美、德、法等军事强国均将电磁炮作为一种杀手锏武器研究,其中美国研制电磁炮水平最高。
在研究水平“遥遥领先”的条件下,美军为何忽然做出此决定?电磁炮的难度究竟在哪里?其出路在何方?美军的决定,是否意味着电磁炮将从美军未来的装备蓝图中出局?
陆军:食之无肉的“鸡肋”项目
美国陆军在基础研究、应用研究和先进技术演示验证二类项目这三个领域中,均涉及了电磁炮的相关技术,并明确了以反坦克轻型车载电磁炮为研究重点,主要进行了脉冲电源、发射器、弹药和发射试验四个方面的研究论证。
从2008年开始,美国陆军对电磁炮项目的投入不断加大,其研究也取得了一些进展,但是总体而言,电磁炮对于美国陆军,仍然面临着极大的技术挑战。实际上,该项目正逐渐成为美国陆军的“鸡肋”项目。造成这一现象的主要原因在于,在现有技术条件下,电磁炮脉冲电源的“减负”(缩小体积和降低重量)目标难以完成,导致美国陆军以反坦克为研究初衷的车载式电磁炮项目,不具备技术可行性。因此,美国陆军决定终止对该项目的投资。在2012年,美国陆军减小了演示规模,并进行了一些终止合同的收尾工作。
海军:成果与风险并存
与美国陆军相比,海军的电磁炮研发速度较快。一方面,美国海军对电磁炮项目的投资力度较大, 2010年美国海军对电磁炮的投资是陆军电磁炮投资的5倍,到2011年这一差距进一步扩大到了10倍;另一方面,则因为舰载式电磁炮的开发难度比车载式轻型电磁炮小得多。
为了使电磁炮获得足够的电磁能来推射炮弹,电源必须在短时间内释放出非常高的电流。现有技术条件下设计出来的电磁炮脉冲电源体积巨大,只能够安装在海军舰船上,无法集成到轻型车辆平台上。因此,相比于美国陆军,美国海军对电磁炮的研发兴趣要大得多。
从2008年起,美国海军电磁炮先后进行了炮口动能小于16兆焦、等于16兆焦和32兆焦实验室用发射器的演示,并进行了发射器的寿命测试和舰船集成研究。2009年完成了样炮的中期评估,制造并组装了电磁发射设备所需的脉冲电源模块。2010年,美国海军启动了该项目阶段的终期评估,并开始设计新一代的脉冲电源。
美国海军电磁炮项目于2010年12月10日取得了重大突破,从一门试验型电磁炮发射了一枚矩形钢制炮弹,创造了炮口动能33兆焦的世界纪录,使炮弹射程至少能达到204千米。该试验完成后,美国海军还进行了一次动能32兆焦的试验发射,将重10.4千克的试验弹以2500米/秒的初速射出。美国海军还在防空用途的电磁炮方面展开研究。通用原子公司研制的“闪击者”电磁炮防空系统于2009年10月进行了首次多发弹发射试验,又于2010年9月成功发射具有良好气动特性的炮弹,炮口初速马赫数达到5,且弹丸飞行稳定。
2011年,美国海军完成了五项工作:一是发射器的材料、物理和热特性研究;二是炮口动能32兆焦的炮弹和发射器的研发;三是完成炮弹的杀伤威力研究;四是建模与仿真能力的开发;五是下一代脉冲电源的概念设计。
如果没有此次暂停令,按照计划,美国海军预计将于将开始地面演示,2019年开始上舰演示,为2020年后的实际装备奠定基础。根据项目进度要求,美国海军计划于2020年至2025年将电磁炮装备部队。
电磁炮的技术瓶颈
迄今为止,美国在电磁炮领域的研究不断取得新的成果,电磁炮“走向战场”看似离美军越来越近。然而,电磁炮虽然原理简单,但技术却复杂。现有电磁炮技术尚不成熟,其“实战化”仍有很长的路要走。
目前,电磁炮的“实战化”主要存在以下技术瓶颈:
需要更大容量的脉冲电源 从目前技术水平来说,发电机对脉冲电源的充电效率可达90%,但脉冲电源对炮口能量的转换效率则很低,一般还在10%~20%之间,远低于电磁轨道炮50%的理论转换效率,这便加大了对脉冲电源功率的要求。对于美国海军而言,除了装备综合电力系统舰以外,还没有哪种军舰能提供电磁炮所需的电能。在过去,驱逐舰上90%的能量都用于供给推进系统。以美国海军装备的64MJ电磁炮为例,即使脉冲电源对炮口能量的转换效率提高到25%,也需要脉冲电源具备256MJ的容量,这在当前来说是不小的挑战。
美国陆军曾于2004年启动了车载轻型电磁轨道炮演示项目,要求全车重不超过20吨。但是,由于对脉冲交流发电机关键技术发展状态估计不足,到2009年,电源样机重量和体积规模依然无法满足论证设计要求,最终导致美陆军工程样机演示计划搁浅。在2008财年,美国陆军使用轻型悬臂式电磁炮在电磁场环境中进行了发射试验,但是在试验中,脉冲电源产生了裂纹。
另外,电磁炮的电流回路需进一步优化设计,不仅要考虑导轨电枢接口,高速导轨和易被磨损的炮口处轨道,还要考虑到电枢、弹托以及固体电枢融化后对导轨的影响。尤其是电磁炮发射时,导轨部分会因为电弧放电受到更为强烈的烧蚀,需要在射弹出炮口前衰减电流,这又会使电流回路更加复杂化。
电磁炮又称电磁轨道炮,是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武。20世纪80年代以来,美、德、法等军事强国均将电磁炮作为一种杀手锏武器研究,其中美国研制电磁炮水平最高。
在研究水平“遥遥领先”的条件下,美军为何忽然做出此决定?电磁炮的难度究竟在哪里?其出路在何方?美军的决定,是否意味着电磁炮将从美军未来的装备蓝图中出局?
陆军:食之无肉的“鸡肋”项目
美国陆军在基础研究、应用研究和先进技术演示验证二类项目这三个领域中,均涉及了电磁炮的相关技术,并明确了以反坦克轻型车载电磁炮为研究重点,主要进行了脉冲电源、发射器、弹药和发射试验四个方面的研究论证。
从2008年开始,美国陆军对电磁炮项目的投入不断加大,其研究也取得了一些进展,但是总体而言,电磁炮对于美国陆军,仍然面临着极大的技术挑战。实际上,该项目正逐渐成为美国陆军的“鸡肋”项目。造成这一现象的主要原因在于,在现有技术条件下,电磁炮脉冲电源的“减负”(缩小体积和降低重量)目标难以完成,导致美国陆军以反坦克为研究初衷的车载式电磁炮项目,不具备技术可行性。因此,美国陆军决定终止对该项目的投资。在2012年,美国陆军减小了演示规模,并进行了一些终止合同的收尾工作。
海军:成果与风险并存
与美国陆军相比,海军的电磁炮研发速度较快。一方面,美国海军对电磁炮项目的投资力度较大, 2010年美国海军对电磁炮的投资是陆军电磁炮投资的5倍,到2011年这一差距进一步扩大到了10倍;另一方面,则因为舰载式电磁炮的开发难度比车载式轻型电磁炮小得多。
为了使电磁炮获得足够的电磁能来推射炮弹,电源必须在短时间内释放出非常高的电流。现有技术条件下设计出来的电磁炮脉冲电源体积巨大,只能够安装在海军舰船上,无法集成到轻型车辆平台上。因此,相比于美国陆军,美国海军对电磁炮的研发兴趣要大得多。
从2008年起,美国海军电磁炮先后进行了炮口动能小于16兆焦、等于16兆焦和32兆焦实验室用发射器的演示,并进行了发射器的寿命测试和舰船集成研究。2009年完成了样炮的中期评估,制造并组装了电磁发射设备所需的脉冲电源模块。2010年,美国海军启动了该项目阶段的终期评估,并开始设计新一代的脉冲电源。
美国海军电磁炮项目于2010年12月10日取得了重大突破,从一门试验型电磁炮发射了一枚矩形钢制炮弹,创造了炮口动能33兆焦的世界纪录,使炮弹射程至少能达到204千米。该试验完成后,美国海军还进行了一次动能32兆焦的试验发射,将重10.4千克的试验弹以2500米/秒的初速射出。美国海军还在防空用途的电磁炮方面展开研究。通用原子公司研制的“闪击者”电磁炮防空系统于2009年10月进行了首次多发弹发射试验,又于2010年9月成功发射具有良好气动特性的炮弹,炮口初速马赫数达到5,且弹丸飞行稳定。
2011年,美国海军完成了五项工作:一是发射器的材料、物理和热特性研究;二是炮口动能32兆焦的炮弹和发射器的研发;三是完成炮弹的杀伤威力研究;四是建模与仿真能力的开发;五是下一代脉冲电源的概念设计。
如果没有此次暂停令,按照计划,美国海军预计将于将开始地面演示,2019年开始上舰演示,为2020年后的实际装备奠定基础。根据项目进度要求,美国海军计划于2020年至2025年将电磁炮装备部队。
电磁炮的技术瓶颈
迄今为止,美国在电磁炮领域的研究不断取得新的成果,电磁炮“走向战场”看似离美军越来越近。然而,电磁炮虽然原理简单,但技术却复杂。现有电磁炮技术尚不成熟,其“实战化”仍有很长的路要走。
目前,电磁炮的“实战化”主要存在以下技术瓶颈:
需要更大容量的脉冲电源 从目前技术水平来说,发电机对脉冲电源的充电效率可达90%,但脉冲电源对炮口能量的转换效率则很低,一般还在10%~20%之间,远低于电磁轨道炮50%的理论转换效率,这便加大了对脉冲电源功率的要求。对于美国海军而言,除了装备综合电力系统舰以外,还没有哪种军舰能提供电磁炮所需的电能。在过去,驱逐舰上90%的能量都用于供给推进系统。以美国海军装备的64MJ电磁炮为例,即使脉冲电源对炮口能量的转换效率提高到25%,也需要脉冲电源具备256MJ的容量,这在当前来说是不小的挑战。
美国陆军曾于2004年启动了车载轻型电磁轨道炮演示项目,要求全车重不超过20吨。但是,由于对脉冲交流发电机关键技术发展状态估计不足,到2009年,电源样机重量和体积规模依然无法满足论证设计要求,最终导致美陆军工程样机演示计划搁浅。在2008财年,美国陆军使用轻型悬臂式电磁炮在电磁场环境中进行了发射试验,但是在试验中,脉冲电源产生了裂纹。
另外,电磁炮的电流回路需进一步优化设计,不仅要考虑导轨电枢接口,高速导轨和易被磨损的炮口处轨道,还要考虑到电枢、弹托以及固体电枢融化后对导轨的影响。尤其是电磁炮发射时,导轨部分会因为电弧放电受到更为强烈的烧蚀,需要在射弹出炮口前衰减电流,这又会使电流回路更加复杂化。