电磁轨道炮最新研究进展及应用展望

陈 帅，马偃亳，赵婉瑜，唐晓燕

（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450000）

电磁发射是一种利用电能替代传统化学能完成发射的全新发射方式[1]，电磁轨道发射技术在军用和民用领域都有着巨大的潜在优势和广阔的应用前景[2]。在信息化、电能化快速发展的大趋势下，电磁轨道炮有着常规火炮无法比拟的优势，全电化更有利于发射过程的精准控制，超高的发射初速令一众常规兵器无法望其项背，更高的能量转化效率以及更大的毁伤动能使得电磁轨道炮成为了未来战场最具潜力的新概念武器之一。

电磁轨道炮技术是美国海军面向未来军事需求而重点发展的战略高技术之一，也是美国在“第三次抵消战略”下重点研究的关键性、颠覆性和前沿性武器系统技术[3]。在美国电磁轨道炮技术发展的牵引下，世界多国纷纷开展了相关研究，取得了长足进步，当前在初级能源、脉冲电源、超高速制导弹药及武器系统集成等方面，还存在一定的问题，需在今后的发展过程中完成突破[4]。

未来，在电磁轨道发射技术自身优势的支撑下，电磁炮将在要地防空反导、岸防及舰载等方面发挥重要作用，与其他常规兵器优势互补、协同应用，共同构建更加完善的防御体系。

1 最新进展

1.1 美国的最新进展

当前，美国电磁发射技术处于世界领先地位，代表了世界电磁发射技术发展的最高水平。2017年1月，美国海军作战部长约翰·理查德森参观了位于水面作战中心达尔格伦分部的电磁轨道炮样机，如图1所示。该样机采用D型轨道，纤维缠绕身管，配有自动供输弹机。2017年3月，美国海军开展了一系列验证试验，根据美海军研究署发布的信息，本次试验的主要技术指标为：炮口动能32 MJ，发射初速2.0 km/s，射速10发/min，身管寿命1 000发。根据相关报道，美国海军本次试验使用的射弹为制导弹药，发射质量约16 kg，射程达185 km。根据美国海军规划，未来电磁轨道炮将装备到美国最先进的朱姆沃尔特级驱逐舰上[5]。

图1 美海军电磁轨道炮试验样机

另外，美国通用原子公司还大力推进电磁轨道炮用超高速弹药（HVP，Hypervelocity Projectile）的研究与应用，如图2所示。该弹药采用低阻气动外形设计，具有良好的外弹道性能，利用一些通用模块，可组成不同的一体化发射单元（Integrated Launch Package，ILP），不仅可用于电磁轨道炮，还可用于现役的127 mm舰炮、陆军155 mm榴弹炮等武器装备上，由127mm Mk45Mod4型舰炮发射，其射程可超过93 km，由电磁轨道炮发射，其射程可超过185 km。该弹药具有性能好、成本低的特点，美海军将加快HVP研发，使其可以更好的匹配未来作战系统，形成更强大的战斗力。

图2 超高速射弹（HVP）

目前，美国电磁轨道炮项目承研方主要为BAE系统公司和通用原子公司，二者分别牵头开展海基和陆基型号项目的研制。根据美国海军计划，电磁炮将在2025年装备朱姆沃尔特级驱逐舰。另外，2018年3月，通用原子公司与美国陆军签订了为期三年的电磁炮研发合同，将根据陆军需求开展技术攻关，进一步提高电磁炮综合性能。

同时，通用原子公司还是美国海军电磁轨道炮脉冲电源的承研方。脉冲电源是电磁轨道炮的直接能量来源，是轨道炮武器系统核心部分之一，其结构如图3所示。美国海军电磁轨道炮试验样炮的脉冲电源总储能达到了150 MJ，储能密度达到1.25 MJ/m3以上。

图3 美海军脉冲电源

1.2 中国的最新进展

在美国电磁发射技术取得重大进展的同时，中国电磁发射技术也取得了长足的进步。根据相关报道，由中国海军工程大学马伟明院士技术团队研发的电磁轨道炮安装在了解放军“海洋山”号大型坦克登陆舰（舷号936）上，如图4所示。在炮塔后方的甲板上，还固定着几个装满设备的集装箱，据称设备方舱中可能装有电磁武器系统所需的大型电源。2018年初，936海洋山号登陆舰搭载中国电磁炮首次亮相，引发高度关注。而此后，搭载电磁炮海上试验样机的“海洋山”号登陆舰多次开展海上试验。

图4 安装在“海洋山”号试验船上的电磁轨道炮

1.3 土耳其的最新进展

2019年3月，土耳Aselsan公司曝光了其35 mm口径的SAHI209BlockII电磁炮样机装载在卡车底盘上进行陆上射击试验的画面，实物如图5所示。公司宣称其炮口动能可达10 MJ，发射器口径为35 mm、弹丸全重为1 kg，最大射程可达50 km。SAHI209第二阶段样炮的炮塔采用了一体化设计，具有水平旋转和俯仰功能，总体布局与我国研制的舰载电磁炮类似，但是尺寸和体积要小得多。不过，作为一款安装在拖车上的武器装备，SAHI209第二阶段样炮的炮塔还是显得太大。全部系统组成可以都装载在一辆多轴拖车上，至少具备一定的机动能力。因此，虽然SAHI209电磁炮目前是按照科研试验来研制的，但是从一开始也考虑到了实战化机动部署的要求。从其设计定位来看，采用35 mm小口径，并不是针对于打击或者压制地面目标，而是针对于防空作战的需要。

图5 SAHI209BlockII电磁炮样机及弹药

2 发展瓶颈与技术途径

虽然电磁轨道炮有着常规武器难以企及的优势，但是，作为高新技术的一种，由于当前技术水平的限制，它在发展过程中也存在很多的问题[6-9]。

首先，无论是舰载还是车载，电磁轨道炮武器系统都存在能源问题。当前，世界各国都将研究的重点放在了大口径电磁轨道炮上，炮口动能达到了20 MJ以上，并且还有射速上的指标要求，这样就对电磁轨道炮的能源系统提出了非常高的要求。对于舰载电磁轨道炮而言，从舰船的承载能力上来说，必须有足够大的可用空间，即使当前最先进的电容器脉冲电源技术，100 MJ以上的储能，其总体积也要在70 m3以上。另外，对舰船的综合电力系统也有着极高的要求，一般舰船的电力系统无法满足电磁轨道炮连发时的初级能源需求。对于车载电磁轨道炮而言，能源问题也比较突出。车载电磁炮对于机动性要求较高，而当前电容器脉冲电源无论是体积还是重量对于车载而言都存在较大的问题。另外，车载电磁炮的初级能源问题也是一个制约其发展的重要问题，目前，可以大规模应用的成熟技术选择也非常有限。

针对初级储能问题，对于舰船而言，只能通过提升其综合电力系统来解决，而对于车载电磁炮系统而言，在当前的技术条件下，或许锂电池与脉冲交流发电机是可供选择的两项相对成熟的技术。针对脉冲电源问题，小型化是电容器脉冲电源发展的必经之路，其小型化程度对电磁轨道炮的应用有直接的影响，另外，由于超导储能有着较高的储能密度和功率密度，或许在未来能够成为电磁轨道炮脉冲电源的选项之一。

其次，对于大口径电磁轨道炮来说，要想打得远打得准，就要提高发射初速，并且精确制导，但是高初速就会产生高过载问题，当前的制导组件抗过载能力无法满足使用需求。另外，电磁轨道炮在发射过程中，内膛会产生极强的磁场，该磁场会对制导组件产生一定的影响。对于制导弹药的抗过载问题，需要通过不断的结构优化设计与试验验证逐步进行解决。而对于强磁场问题，需要开展强磁场屏蔽机理研究，并通过发射试验进行验证。

再次，电磁轨道炮还存在发射器寿命问题。电磁轨道炮对轨道材料的要求较高，需要有较高的电导率，较高的抗拉强度，较好的高温性能以及优秀的耐摩擦磨损性能。尤其对于大口径电磁轨道炮而言，其炮口动能较大，峰值脉冲电流极大，内膛环境极其恶劣。发射过程中的高速摩擦磨损、瞬态冲击、高温高热以及局部刨蚀，都会对发射轨道的寿命产生不良影响，从而直接影响发射器寿命。针对发射轨道寿命问题，各国都在探寻性能更佳的新材料，以期更好的性能表现。

3 应用前景展望

电磁轨道炮有着更快的发射初速，更远的射程，更高的毁伤效能，在信息化的现代战场中，电磁轨道炮大有用武之地。当前世界各国武器呈现出多样化、高速化的发展趋势，防御形势日益严峻[10-13]，而面对高速目标、厚壁类目标，电磁轨道炮可以充分发挥其初速高、反应快、打击精度高的自身特点，大大提高防御系统的综合防御能力。依托电磁发射技术自身的技术特点，电磁轨道炮将来可以应用到以下几个方面。

3.1 舰载远程打击

当前，海洋占据了全球大部分的面积，海洋资源的争夺与领海安全的防护关系到每个国家的切身利益，而电磁炮有着更高的作战效能，一旦规模化舰载，对海上侵略者将会产生强大的心理威慑，并可对海上目标进行精准打击，构成防御体系的第一道防线。

3.2 岸防火力压制

由于电磁轨道炮具有超远的射程这一优势，使其可以很好地发挥岸炮的作用。当前，各国海军日益强大，空中力量不断发展，在这种背景下，将电磁轨道炮布局在沿海一带将会产生良好的防御效果。岸防电磁轨道炮与舰载武器可以协同作战，对来自海上的目标进行火力压制，并对中远程导弹、无人机、巡航导弹等目标进行打击，形成联动防御体系。

3.3 要地防空反导

目前，高超声速武器及厚壁武器发展迅猛，世界各国都面临着较大的空中防御压力。对于高超声速武器而言，其防御有着较高的难度，不仅难在发现与跟踪上，更难在打击手段上。在这种形势下，电磁轨道炮超高发射初速的优点更加凸显出来。对于超高声速武器的防御，电磁轨道炮无疑有着无可比拟的优势。另外，对于厚壁类武器的防御，也是世界各国面临的一大难题。而电磁轨道炮可以通过发射含能弹药，利用动能毁伤的方式对厚壁类武器形成致命的打击，这种毁伤效果是其他常规兵器无法企及的。

4 结束语

虽然电磁轨道发射技术已经取得了重大突破，但是由于当前技术水平的限制，部分关键技术尚需艰苦攻关，尤其是庞大的电源规模严重制约的电磁发射技术的广泛应用，一旦电源技术取得重大突破，电磁轨道发射技术有着非常广阔的应用空间，届时，无论是舰载还是车载，甚至是机载，系统集成难度都将大大降低。随着技术的不断进步，相信将来电磁轨道炮用制导弹药可以取得很大的进展，发射轨道寿命能够大大提高，阻碍电磁轨道炮发展的技术瓶颈可以一一攻破，那么，将来电磁轨道炮将会带来一场军事技术的革命。