中國電磁炮領先全球是未來戰爭利器

一、      中國取得電磁軌道炮的突破 

   在中美軍事科技競賽中，中國的航母電磁彈射及電磁炮技術都超越了美國。美軍很早就在研發電磁炮，但由於電磁炮的砲管燒蝕嚴重，整體壽命較短，而且美國電磁炮的射速慢、射程小、精準度差且易暴露，因此美國在2021年就放棄了。依據南華早報報導，中國海軍工程大學電磁能技術全國重點實驗室魯軍勇教授團隊於11月10日發表論文，宣稱突破關鍵問題，成功試驗了電磁炮，可連續發射120發砲彈且能保持精度，遠遠超過美國電磁軌道炮的水平，也與戰艦時代的主砲砲管壽命相當。俄烏戰爭打的是炮彈消耗戰，北約及美國的彈樣供給吃緊很可能決定戰爭勝負，電磁炮的砲彈不裝火藥成本極低，幾乎可無限量供應，這是電磁炮的最大優點。由於電磁炮不須氧氣供火藥燃燒，因此可用作太空武器。電磁軌道炮在原理上與磁浮列車相同，線性加速，彈體可達到很高的初速。與火藥加速相比，電磁加速平穩，加速度低但持續加速，最終的初速可調節電磁炮。魯軍勇團隊的電磁砲達到2000公尺/秒，高於高初速戰車炮。但火藥加速在發射藥爆炸瞬間壓力最大，加速最快，隨著砲彈向膛口運動，彈後容積增大，火藥氣體壓力降低，加速作用降低，彈膛的摩擦進一步限制了彈丸的加速，尤其是滑膛砲，線膛砲的初速一般低於滑膛砲。電磁加速就沒有這個問題，而且是均勻地一直加速，也因此後座力較低。由於後座力低，中國電磁砲裝在一艘並不大的登陸艦的前甲板就可進行試驗。砲彈高初速意味著射程遠，2000公尺/秒的初速意味著相當於100-200公里的射程。戰車炮的初速與此接近，但戰車炮只能平射，電磁砲可以大仰角發射，射程可能使彈丸飛入空氣阻力很低的高層。電磁砲實用化後，因為節省發射藥筒的體積和重量因玵艦載彈藥大量增加。均勻加速也意味著容易安裝導引組件。高初速用於防空的話，2000米/秒的初速好比強大的助推器，發射後的慣性就足夠用於中近程防空了。 

    電磁軌道炮還有一個好處：發射力可調。根據彈重、初速要求，可隨時調整發射功率，優化彈道，這也是整裝彈火藥發射做不到的，需要用不同的藥包，而且調節沒法精細，有時只能用超大仰角打近距離目標，不僅難以控制，容易受風偏影響，也無謂增加砲管磨損。換用電磁軌道炮的話，只要要把發射功率調到很低，就可以射擊特別近的目標。電磁砲的峰值能量要求很高，但用超級電容、飛輪等儲能裝置，可以在較低平均供電的情況下達到超高的峰值放電，這也是中國馬偉明團隊的擅長。魯軍勇是馬偉明的徒弟，馬偉明的全電艦是可行的。要是055B改全電推進、電磁砲，美國海軍就要頭痛了。2021年美國海軍決定放棄電磁軌道炮，將研究重點轉向高超音速飛彈，結果是中國在高超音速飛彈方面也遙遙領先。目前來看，中國在電磁砲領域獨佔鰲頭，並成功證明了電磁砲是極具潛力的一門大殺器，可安裝在055型驅逐艦上。如果未來戰爭上升到宇宙空間，因為宇宙真空不存在空氣和液態水，核武器的威力都轉化為了光、熱和輻射，也就是說核武器在有效的防輻射下，僅僅是一個大火球。而宇宙武器中的潛力股其實是槍，因為宇宙中沒有空氣阻力，不受重力的影響下，而電磁砲就是大號槍，在宇宙中是一個大殺器。相比於動輒幾十萬美元的導彈來講，電磁炮的成本大約在2.5~3.5萬美元，非常便宜。現代戰爭打的都是“錢”。中國就將電磁炮成功搭載在936號坦克登陸艦上，說明在電磁炮技術領域取得重大成功，中國可能在2025年成為全球第一個正式裝備服役電磁炮的國家。 

 二、電磁炮的基本認知 

   儘管電磁軌道炮技術已有一百多年的歷史，但透過升級其設計和功能，電磁炮有潛力成為未來海戰及空防的革命性武器。電磁炮發射的基本原理就是通電的導體在磁場中會受落倫茲電磁力產生運動即物理中的法拉第定律，和普通的電動機差不多但是結構有差異，主要有(1)軌道發射技術(2)線圈發射技術(3)重接發射技術。三種發射技術中軌道發射技術結構最常用也最簡單，但工程技術較難，線圈發射技術次之，但要達到超高速很難。而重接發射技術難度就比前兩者都要高一些，但在重載發射能力上它是最強大的，目前電磁炮多用軌道發射技術。電磁軌道發射不僅要有超級電源，還要有防燒蝕的導軌技術。線圈炮的原理則是利用線圈產生的磁場吸引中間的“彈丸”，將其持續加速，並且可以通過多級將其不斷加速，達到比較高的速度。但這個線圈發射原理有個缺點是中間的鐵磁物體磁通容易飽和，阻礙了速度的進一步提高。重接發射原理有點像線圈炮，不過線圈炮是線圈中心通過發射物，而重接炮則是線圈的中軸線垂直方向發射，兩個線圈的磁場通過導線將磁場“重新連接”起來，所以被稱為是“重接炮”。重接發射有一個優勢，可以用多個線圈並聯加速，簡單了說就是可以將發射物體的重量加大，可以發射高速重載的物體，比如航空母艦艦載機用的電磁彈射就是屬於重接發射原理的一種，它能將30~40噸的物體在2-3秒內加速到飛機的起飛速度。從公佈的央視視頻中可以發現發射的電磁軌道是雙排的，表示兩條軌道同時加速的。電磁彈射其實非常複雜，因為涉及到儲能以及超高功率的強迫儲能與輸出發電系統、彈射導軌及其冷卻系統、超高功率的變頻器與控制系統、電磁干擾屏蔽系統等。 

   電磁炮利用電磁力將彈頭加速到。不需要火藥推進劑，只需要電能就可以產生強大的殺傷力。電磁炮的核心部件是一對平行的導軌和一個金屬彈丸。當導軌通上大電流時，它們之間就會產生一個強大的磁場。這個磁場會對彈丸施加一個垂直於導軌方向的力，使彈丸沿著導軌向前加速。加速度與電流的大小和導軌的長度成正比，因此只要提高電流或增加導軌長度，就可以讓彈丸達到更高的速度。電磁炮的優點是可以發射非常快速的彈丸，比傳統火砲或火箭彈快得多。目前已知的電磁炮出膛速度可以達到2000米/秒至3000米/秒，而傳統火砲或火箭彈的速度一般在1500米/秒以下。這意味著電磁炮可以打得更遠、更準、更快。其次，它不需要攜帶或儲存危險的火藥或火箭推進劑，只要有足夠的電能就可以隨時發射。這樣可以減少後勤壓力和安全風險。再次，它可以發射各種形狀和材質的彈丸，只要是導體就行。這樣可以根據不同的目標和環境選擇合適的彈丸類型。可以說，電磁炮就像一個超級大號的直線電機，把金屬彈丸當成動子來加速。它也像一個巨型的橡皮筋槍，把電能當成橡皮筋來儲存和釋放。它甚至像一個未來版的弓箭，把導軌當成弓弦來拉伸和鬆開。它是一種充滿科幻感和創造力的武器。電磁力可將物體推至高速形成砲彈引起各國軍方震驚，電磁炮在未來武器上必有一席之地。電磁炮跟傳統火砲不同，它的核心原理就在於“電磁力”，整個發射系統最主要的是加速線圈，當電流經過線圈時會產生磁場，磁場之間會產生安培力，這股力可以在短時間內對金屬砲彈進行加速，從而實現“發射”功能。無需火藥的電磁炮，在整個發射過程中可以做到無煙低噪音，而且電磁炮在發射砲彈時能量極其巨大，速度快，受電子乾擾小，很適合用來打擊戰機、艦船、堅固工事等等，如果能不斷研發下去，不排除可以擊毀低軌衛星的可能性。 

三、中國的電磁炮有多厲害？ 

   中國的電磁炮研究開始於2006年，2018年全美廣播公司報導中國在進行全球最強電磁炮試驗，該武器將於2025年列裝。中國的第三艘航母上出現電磁彈射器意味著中國已掌握電磁彈射技術，而電磁彈射也是電磁炮的基礎。中國電磁炮速度可達每秒2.5公里，並且能以這一速度擊中200公里內的目標。與此同時，專家表示，該武器發射成本相對較低，單次發射成本在2.5萬至5萬美元。據美國CNBC電視台報導，美國情報部門2014年首次發現中國磁軌炮試驗。2015年至2017年間，中方對該武器進行了改進，並於2017年12月裝備軍艦，首次進行了海上試驗。中國最近幾年的電磁炮項目進行的如火如荼，並已取得了兩個關鍵性的成果。一個是馬偉明院士團隊成功研製的"強迫儲能裝置"，一個是北京有色金屬研究院研發的"雙面高溫超導薄膜"。前者是電磁炮充足電力的保障，它的作用在於電磁炮在一次發射結束之後可以迅速聚集起能量進行下一波發射，而北京有色金屬研究院的超導薄膜則是電磁炮上加速裝置的最為核心的部件。海軍可能是中國產電磁炮的首批用戶，而首批裝備的電磁炮可能用於055大型驅逐艦或者054B遠洋護衛艦。國產艦艇全電推進系統的關鍵技術已經被攻關，則意味著中國海軍新建造的艦艇將逐步進入「全電推進」時代。取消了傳動軸這種大型設備之後，節約出來的空間用於安裝電磁炮這樣的大型設備綽綽有餘。由於電磁炮擁有較高的初速和較遠的射程，在海基反導領域有著得天獨厚的優勢，美軍原本計劃用電磁炮代替「密集陣」近防系統，也就是說一門電磁炮可以代替傳統的主炮加近防系統但最終放棄。隨著電磁炮技術的成熟，其射程未來可能會達到200至300公里，已經超過了目前世界上大多數反艦飛彈的射程，電磁炮很有可能成為改變未來海戰作戰模式的武器系統之一。  

   中國海軍未來要走向深海，自然也需要強有力的武器來裝備在非航母遠洋編隊上，其中電磁炮與艦載高超音速導彈便是不錯的選擇。當然主要也是中國攻克了電磁炮的難題，其關鍵還是在於電能，歸功於在電磁領域做出巨大貢獻的馬偉明院士，在電力消耗方面，中國比美國具優勢。美軍電磁炮射程大概在180公里，傳統艦載火砲射程在十幾至幾十公里，而中國電磁炮射程可以高達270公里。外媒報導，中國電磁炮的速度高達7.5馬赫左右，綜合實力成功超過美國的電磁炮。為什麼許多國家想要研發電磁炮？一方面是考慮到成本，相比於動輒幾十萬、數百萬美元的導彈來講，電磁炮的成本大約在2.5~3.5萬美元，簡直就是太便宜了，如果哪個國家成功研發了電磁炮，並且應用於軍事戰爭，那麼不僅擁有強大的作戰武器，還能大幅度降低作戰成本，現代戰爭打的也都是“錢”。強大的動能，如果再配上能擊中目標後爆炸的電磁炮，那麼在未來，一炮一艦想來也有可能，普通的艦艇裝甲、坦克裝甲等，在穿透力超強的電磁炮面前，宛如薄紙。總的來說，電磁炮的理論威力強於傳統砲彈，但受限於所需攻克難關較多，所以很多國家在研發了數年過後就放棄了，即便是美國這樣的軍事強國，在諸多因素之下，也只能無奈選擇放棄。