美國電磁軌道炮（Rail Gun）發展態勢

導讀

激光武器、微波武器、高超聲速武器以及電磁軌道炮並列被定位為未來主宰戰場的顛覆性武器。其中，電磁軌道炮以其具有的比高炮反應快、攔截精度高、初速高、威力大、射程遠、綜合毀傷能力強的優點，以及比導彈全壽命成本低的特點，成為一種極具潛力的新概念動能武器。目前，美軍正在緊密研發與電磁軌道炮緊密相關的技術，並取得了許多開創性的成果。

電磁軌道炮（Rail Gun）是利用電磁發射技術製成的一種先進的動能殺傷武器．與傳統的大炮將火藥燃氣壓力作用於彈丸不同，它通過磁場與電流相互作用，產生強大的電磁能推動彈丸，可以將彈丸以數馬赫的初速發射出去。利用強大電磁能將彈丸的速度加速到極高，可以大大超過火炮的射程。

電磁軌道炮構造

在電磁軌道炮研究方面，美國一直保持國際領先優勢，有關研究不斷取得新進展。早在1978年，由美陸軍提議，美國國防部成立了電磁炮發展研究顧問委員會和技術工作小組，開始評估電磁炮技術的技術現狀和應用潛力，展開了電磁軌道炮武器化研究。隨後，美國星球大戰全球戰略主動防禦委員會提出了天基電磁炮的研究計劃，嘗試用等離子體電樞技術攔截助推階段的戰略彈道導彈。

電磁軌道炮作戰示意圖

1985年，美國防部預先研究計劃局（DARPA）與美陸軍共同制定了相應的電磁技術論證計劃。同時，聯合啟動了以反裝甲為應用目的的陸基電磁炮計劃，德克薩斯大學承擔了該計劃9MJ實驗炮和射擊靶的研究。20世紀80年代，勞倫斯•利弗莫爾國家實驗室和洛斯•阿拉莫斯國家實驗室共同對電磁軌道炮進行研究，將2.2g的射彈在5m長的軌道上加速到10km/s的超高速度。20世紀90年代，美國桑迪亞國家實驗室將2.4kg射彈加速到2.6km/s。

美國海軍電磁軌道炮發展定位

20世紀90年代末，經過十多年的發展，由美國DARPA和美陸軍支持的電磁炮技術在毀傷能力、飛行時間、精確打擊、減少後勤以及提高生存能力等方面，取得了一些實質性的進步。由於美海軍當時正在發展用於遠程火力支援的彈射推進武器系統，考慮到電磁炮技術的優勢，美國防部授權美海軍在戰艦上應用電磁武器。相對於在陸面車輛使用電磁武器的侷限性問題，在海面戰艦上裝備電磁武器具有一定的相對優勢，尤其是電源和冷卻方面。此後，美海軍開始主導電磁軌道炮技術的研發。

美國海軍電磁軌道炮發展部門

隨著美國相繼解決了中大口徑電磁軌道炮的電弧燒蝕、高速刨削等一系列關鍵技術難題，其電磁炮技術研究從此進入了工程應用研究階段。從2000年開始，美海軍開始主導電磁軌道炮的工程化研製工作。2000~2005年，美海軍制定了電磁軌道炮工程化研究規劃，並研製8MJ的電磁軌道炮縮比樣機。

美國海軍電磁軌道炮

2001年11月，美海軍在德克薩斯大學奧斯汀先進技術研究所召開了一次美海軍電磁炮發展研討會，確定了電磁軌道炮研製的預期目標是發展炮口動能為64MJ的艦載電磁軌道炮，以滿足美海軍對未來海上火力支援的需求，並制定了一個三步走發展計劃，如下表所示。

美國電磁軌道炮研究規劃

計劃時間

目標

第一步

2005年前

研製8MJ縮比樣機；解決軌道燒蝕問題；開展一體化射彈設計

第二步

2005年~2011年

建立電磁軌道炮試驗基地；研製32MJ原理樣機；一體化射彈的論證研製

第三步

2011年後

開展64MJ樣機研製工作；演示重複發射能力

2003年4月，美國海軍與英國QinetiQ公司合作，進行8MJ電磁軌道炮樣機試驗。採用的32MJ電容器電源在蘇格蘭成功進行了90mm口徑（1/8縮比）電磁軌道炮發射試驗，射彈炮口速度為2500m/s，炮口動能約7MJ，演示驗證試驗取得成功。

2005年QinetiQ公司的電磁軌道炮炮彈

2005—2012年，美海軍研製32MJ電磁軌道炮樣機。2005年8月，在8MJ電磁軌道炮樣機試驗獲得成功的基礎上，美海軍啟動了旨在研製32MJ電磁軌道炮樣機的Innovative Naval Prototype（INP）項目。同年10月，美海軍分別與BAE系統公司和通用原子公司簽訂了電磁軌道炮研製合同。

BAE系統公司的電磁軌道炮

2008年1月，美海軍採用通用原子公司研製的32MJ的電容器電源、BAE系統公司研製的電磁軌道炮，在弗吉尼亞州達爾格倫海軍水面作戰武器中心進行發射試驗。該次試驗的射彈質量約3.41kg，射彈炮口速度達到2500m/s，炮口動能為10.8MJ，能量轉換效率達到了33%。此次試驗取得成功之後，美國海軍開始嘗試調試100MJ電容器電源和32MJ炮口動能的電磁軌道炮。在調試後的試驗中，發射質量約3kg的鋁製射彈，炮口速度達到馬赫數7，發射能量高達10.68MJ，並且精確地擊中近400km外的目標。

海軍水面作戰中心於2008年1月進行了發射試驗

2009年2月和4月，美海軍分別與BAE系統公司和通用原子公司繼續簽訂了2100萬美元和2200萬美元的合同，要求兩個公司在36個月內完成炮口動能為32MJ緊湊型電磁軌道炮的最終設計、製造與試驗。

BAE系統公司的電磁軌道炮炮彈

2010年，美國海軍水面作戰中心在美國達爾格倫海軍水面作戰武器中心的電磁軌道炮發射試驗中，炮口動能達到了33MJ，超過了計劃的32MJ，電磁炮的射彈速度達馬赫數7，靶目標位於約370.4km以外，射程為海軍常規武器的10倍。該裝置運行次數超過千次，積累了大量的基礎數據，這代表了世界電磁發射技術領域的最高水平。此後，美國並沒有按照2001年的規劃進行功率更大的64MJ電磁軌道炮的研製工作，而是將研究重點放在了32MJ電磁軌道炮的實戰化能力提升上。

2010年33MJ電磁軌道炮試驗

2013年，在32MJ電磁軌道炮樣機全尺寸工程測試的基礎上，美海軍水面作戰中心分別對BAE系統公司和通用原子公司交付的電磁軌道炮工程樣機進行了更深入的測試和評估。經過比較後，美海軍研究局選擇了BAE系統公司對電磁軌道炮項目進行進一步開發，重點研究發射系統的可重複發射技術。

海軍地面作戰中心內的電磁軌道炮構造

2014年7月，美海軍研究局將兩套電磁軌道炮原型機安裝到米利諾基特號聯合高速船上，並計劃在2016年進行海上演示試驗，不過該計劃最終未能執行。

米利諾基特號聯合高速船上的電磁軌道炮原型

2015年5月，美國會和美海軍部長都表示對電磁軌道炮項目研製進度不滿，敦促美海軍加快推動電磁軌道炮項目從測試階段轉向裝備階段。2015年12月，美海軍水面作戰中心主任皮特•芬達少將稱電磁炮的演示工作和研發工作有衝突，並表示將延遲演示驗證，集中力量推進電磁軌道炮的開發。同時，還認為美國有能力在5年內研製出一套實用的電磁軌道炮。2016年11月美國海軍完成電磁軌道炮發射試驗，在尺寸和質量上已達到實戰標準。

2016年在弗吉尼亞州對電磁軌道炮進行的早期實彈測試

2017年3月，美海軍水面作戰中心達爾格倫分部的電磁軌道炮試驗樣機（如圖8所示），在20MJ出口動能的條件下，實現了4.8發/min的射速；同年7月，該樣機在20MJ出口動能的條件下，實現了10發/min的射速。在這兩次試驗中，該電磁軌道炮樣機利用了GPS技術引導射彈，發射速度可達7242km/h，能夠擊穿161km外的混凝土牆。此次美國電磁軌道炮樣機彈藥的連續發射試驗，已實現充能、發射、裝彈、充能、再發射循環的自動裝填功能，表明美海軍電磁軌道炮武器系統已基本具備了武器的全部功能。

海軍研究辦公室（ONR）的電磁軌道炮原型機

2018年3月，通用原子公司宣佈已獲得美國陸軍合同，將在3年內研製出電磁軌道炮的原型炮並開展工程化應用，以增強美陸軍應對敵方飛機、火箭彈和巡航導彈等氣動目標突襲以及其他類型威脅的能力。

通用原子公司電磁軌道炮構想圖

目前，美國正在加緊進行電磁軌道炮的裝備研發，加速推進未來計劃。BAE系統公司和通用原子公司分別實施海基和陸基型號研製項目，美國計劃2020年前部署炮口動能32兆焦耳的電磁軌道炮為階段性目標，2025年前部署炮口動能64兆焦耳為最終目標，未來美陸軍也可能採用BAE公司研製的陸基型號。

2019年的美國海軍《西北訓練和試驗補充環境影響評估草案》中提到：“電磁軌道炮系統需要充電2分鐘，不到一秒鐘即可觸發。”，“電磁軌道炮系統被屏蔽，以免影響船上的控制和系統。該系統釋放的電磁能量很低，只充斥在水面船隻上。”這些表明，美國電磁炮的性能離實戰化要求越來越近，制約電磁軌道炮發展的關鍵技術已取得重大突破，已進入工程化應用研究階段。

小結：當前，為謀求顛覆性作戰手段生成，各軍事強國均在競相開展電磁軌道炮技術研究並不斷取得新的進展，適應電磁軌道炮發射的精確制導彈藥正逐步成為各國爭奪的重要戰場。電磁軌道炮製導控制技術存在許多重大基礎科學問題，關鍵技術面臨巨大挑戰。隨著電磁軌道炮製導控制系統關鍵技術的最終突破，必將極大推動電磁軌道炮武器實戰化應用，成為改寫未來戰爭的利器，還將進一步拓展提升現有裝備武器的作戰能力，引領未來裝備武器的跨越式發展。