美国电磁轨道炮（Rail Gun）发展态势

导读

激光武器、微波武器、高超声速武器以及电磁轨道炮并列被定位为未来主宰战场的颠覆性武器。其中，电磁轨道炮以其具有的比高炮反应快、拦截精度高、初速高、威力大、射程远、综合毁伤能力强的优点，以及比导弹全寿命成本低的特点，成为一种极具潜力的新概念动能武器。目前，美军正在紧密研发与电磁轨道炮紧密相关的技术，并取得了许多开创性的成果。

电磁轨道炮（Rail Gun）是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器．与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，它通过磁场与电流相互作用，产生强大的电磁能推动弹丸，可以将弹丸以数马赫的初速发射出去。利用强大电磁能将弹丸的速度加速到极高，可以大大超过火炮的射程。

电磁轨道炮构造

在电磁轨道炮研究方面，美国一直保持国际领先优势，有关研究不断取得新进展。早在1978年，由美陆军提议，美国国防部成立了电磁炮发展研究顾问委员会和技术工作小组，开始评估电磁炮技术的技术现状和应用潜力，展开了电磁轨道炮武器化研究。随后，美国星球大战全球战略主动防御委员会提出了天基电磁炮的研究计划，尝试用等离子体电枢技术拦截助推阶段的战略弹道导弹。

电磁轨道炮作战示意图

1985年，美国防部预先研究计划局（DARPA）与美陆军共同制定了相应的电磁技术论证计划。同时，联合启动了以反装甲为应用目的的陆基电磁炮计划，德克萨斯大学承担了该计划9MJ实验炮和射击靶的研究。20世纪80年代，劳伦斯•利弗莫尔国家实验室和洛斯•阿拉莫斯国家实验室共同对电磁轨道炮进行研究，将2.2g的射弹在5m长的轨道上加速到10km/s的超高速度。20世纪90年代，美国桑迪亚国家实验室将2.4kg射弹加速到2.6km/s。

美国海军电磁轨道炮发展定位

20世纪90年代末，经过十多年的发展，由美国DARPA和美陆军支持的电磁炮技术在毁伤能力、飞行时间、精确打击、减少后勤以及提高生存能力等方面，取得了一些实质性的进步。由于美海军当时正在发展用于远程火力支援的弹射推进武器系统，考虑到电磁炮技术的优势，美国防部授权美海军在战舰上应用电磁武器。相对于在陆面车辆使用电磁武器的局限性问题，在海面战舰上装备电磁武器具有一定的相对优势，尤其是电源和冷却方面。此后，美海军开始主导电磁轨道炮技术的研发。

美国海军电磁轨道炮发展部门

随着美国相继解决了中大口径电磁轨道炮的电弧烧蚀、高速刨削等一系列关键技术难题，其电磁炮技术研究从此进入了工程应用研究阶段。从2000年开始，美海军开始主导电磁轨道炮的工程化研制工作。2000~2005年，美海军制定了电磁轨道炮工程化研究规划，并研制8MJ的电磁轨道炮缩比样机。

美国海军电磁轨道炮

2001年11月，美海军在德克萨斯大学奥斯汀先进技术研究所召开了一次美海军电磁炮发展研讨会，确定了电磁轨道炮研制的预期目标是发展炮口动能为64MJ的舰载电磁轨道炮，以满足美海军对未来海上火力支援的需求，并制定了一个三步走发展计划，如下表所示。

美国电磁轨道炮研究规划

计划时间

目标

第一步

2005年前

研制8MJ缩比样机；解决轨道烧蚀问题；开展一体化射弹设计

第二步

2005年~2011年

建立电磁轨道炮试验基地；研制32MJ原理样机；一体化射弹的论证研制

第三步

2011年后

开展64MJ样机研制工作；演示重复发射能力

2003年4月，美国海军与英国QinetiQ公司合作，进行8MJ电磁轨道炮样机试验。采用的32MJ电容器电源在苏格兰成功进行了90mm口径（1/8缩比）电磁轨道炮发射试验，射弹炮口速度为2500m/s，炮口动能约7MJ，演示验证试验取得成功。

2005年QinetiQ公司的电磁轨道炮炮弹

2005—2012年，美海军研制32MJ电磁轨道炮样机。2005年8月，在8MJ电磁轨道炮样机试验获得成功的基础上，美海军启动了旨在研制32MJ电磁轨道炮样机的Innovative Naval Prototype（INP）项目。同年10月，美海军分别与BAE系统公司和通用原子公司签订了电磁轨道炮研制合同。

BAE系统公司的电磁轨道炮

2008年1月，美海军采用通用原子公司研制的32MJ的电容器电源、BAE系统公司研制的电磁轨道炮，在弗吉尼亚州达尔格伦海军水面作战武器中心进行发射试验。该次试验的射弹质量约3.41kg，射弹炮口速度达到2500m/s，炮口动能为10.8MJ，能量转换效率达到了33%。此次试验取得成功之后，美国海军开始尝试调试100MJ电容器电源和32MJ炮口动能的电磁轨道炮。在调试后的试验中，发射质量约3kg的铝制射弹，炮口速度达到马赫数7，发射能量高达10.68MJ，并且精确地击中近400km外的目标。

海军水面作战中心于2008年1月进行了发射试验

2009年2月和4月，美海军分别与BAE系统公司和通用原子公司继续签订了2100万美元和2200万美元的合同，要求两个公司在36个月内完成炮口动能为32MJ紧凑型电磁轨道炮的最终设计、制造与试验。

BAE系统公司的电磁轨道炮炮弹

2010年，美国海军水面作战中心在美国达尔格伦海军水面作战武器中心的电磁轨道炮发射试验中，炮口动能达到了33MJ，超过了计划的32MJ，电磁炮的射弹速度达马赫数7，靶目标位于约370.4km以外，射程为海军常规武器的10倍。该装置运行次数超过千次，积累了大量的基础数据，这代表了世界电磁发射技术领域的最高水平。此后，美国并没有按照2001年的规划进行功率更大的64MJ电磁轨道炮的研制工作，而是将研究重点放在了32MJ电磁轨道炮的实战化能力提升上。

2010年33MJ电磁轨道炮试验

2013年，在32MJ电磁轨道炮样机全尺寸工程测试的基础上，美海军水面作战中心分别对BAE系统公司和通用原子公司交付的电磁轨道炮工程样机进行了更深入的测试和评估。经过比较后，美海军研究局选择了BAE系统公司对电磁轨道炮项目进行进一步开发，重点研究发射系统的可重复发射技术。

海军地面作战中心内的电磁轨道炮构造

2014年7月，美海军研究局将两套电磁轨道炮原型机安装到米利诺基特号联合高速船上，并计划在2016年进行海上演示试验，不过该计划最终未能执行。

米利诺基特号联合高速船上的电磁轨道炮原型

2015年5月，美国会和美海军部长都表示对电磁轨道炮项目研制进度不满，敦促美海军加快推动电磁轨道炮项目从测试阶段转向装备阶段。2015年12月，美海军水面作战中心主任皮特•芬达少将称电磁炮的演示工作和研发工作有冲突，并表示将延迟演示验证，集中力量推进电磁轨道炮的开发。同时，还认为美国有能力在5年内研制出一套实用的电磁轨道炮。2016年11月美国海军完成电磁轨道炮发射试验，在尺寸和质量上已达到实战标准。

2016年在弗吉尼亚州对电磁轨道炮进行的早期实弹测试

2017年3月，美海军水面作战中心达尔格伦分部的电磁轨道炮试验样机（如图8所示），在20MJ出口动能的条件下，实现了4.8发/min的射速；同年7月，该样机在20MJ出口动能的条件下，实现了10发/min的射速。在这两次试验中，该电磁轨道炮样机利用了GPS技术引导射弹，发射速度可达7242km/h，能够击穿161km外的混凝土墙。此次美国电磁轨道炮样机弹药的连续发射试验，已实现充能、发射、装弹、充能、再发射循环的自动装填功能，表明美海军电磁轨道炮武器系统已基本具备了武器的全部功能。

海军研究办公室（ONR）的电磁轨道炮原型机

2018年3月，通用原子公司宣布已获得美国陆军合同，将在3年内研制出电磁轨道炮的原型炮并开展工程化应用，以增强美陆军应对敌方飞机、火箭弹和巡航导弹等气动目标突袭以及其他类型威胁的能力。

通用原子公司电磁轨道炮构想图

目前，美国正在加紧进行电磁轨道炮的装备研发，加速推进未来计划。BAE系统公司和通用原子公司分别实施海基和陆基型号研制项目，美国计划2020年前部署炮口动能32兆焦耳的电磁轨道炮为阶段性目标，2025年前部署炮口动能64兆焦耳为最终目标，未来美陆军也可能采用BAE公司研制的陆基型号。

2019年的美国海军《西北训练和试验补充环境影响评估草案》中提到：“电磁轨道炮系统需要充电2分钟，不到一秒钟即可触发。”，“电磁轨道炮系统被屏蔽，以免影响船上的控制和系统。该系统释放的电磁能量很低，只充斥在水面船只上。”这些表明，美国电磁炮的性能离实战化要求越来越近，制约电磁轨道炮发展的关键技术已取得重大突破，已进入工程化应用研究阶段。

小结：当前，为谋求颠覆性作战手段生成，各军事强国均在竞相开展电磁轨道炮技术研究并不断取得新的进展，适应电磁轨道炮发射的精确制导弹药正逐步成为各国争夺的重要战场。电磁轨道炮制导控制技术存在许多重大基础科学问题，关键技术面临巨大挑战。随着电磁轨道炮制导控制系统关键技术的最终突破，必将极大推动电磁轨道炮武器实战化应用，成为改写未来战争的利器，还将进一步拓展提升现有装备武器的作战能力，引领未来装备武器的跨越式发展。