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行业新闻

“新概念武器”电磁导轨炮研制进入新阶段 重实用(组图)

  中国网7月18日讯 据法国《航宇防务》2013年7月2日报道,7月1日,BAE系统公司宣布其与美国海军研究办公室签订了一份价值3450万美元的合同,在美国海军“创新性海军原型”(INP)计划下开展电磁导轨炮第二阶段研制工作,工作重点是提升电磁导轨炮的技术水平,研发可重复发射的发射装置和脉冲电源,同时集成自动弹丸装填系统和热管理系统。为了给导轨炮提供瞬时高强度电力,海军电力舰船项目办公室主管近期称,美国海军海上系统司令部最近发布了一份名为《海军电力系统技术开发路线图》的计划文件,要求着手研究舰上电力产生和存储方法。

  电磁导轨炮属于“不折不扣”的新概念武器,但这一发明起源较早,已经有了八九十年的历史。电磁导轨炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明。1944年,德国的汉斯勒博士研制出长2米、口径20毫米的电磁导轨炮,能把重10克的圆柱体铝弹丸加速到1.08千米/秒;1945年他又将2门电磁导轨炮串联起来,使弹丸弹速达到了1.21千米/秒。二战期间,日本也研究过感应加速式电磁导轨炮,并把2千克的弹丸加速到335米/秒。但由于材料和电力等关键问题无法解决,电磁导轨炮的研究陷入瓶颈。

  1978年,澳大利亚国立大学物理学家理查德马歇尔和约翰巴伯等人使用5米长的电磁导轨炮将质量3.3克的塑料弹丸以5.9千米/秒的高速发射成功的突破性进展。实验室级别的电磁导轨炮长6米,口径50毫米。强电流使滑动电枢在两导轨间加速运动,从而产生强磁场,强磁场驱动弹药高速发射出去。每次试射之后,研究人员都要将电磁导轨炮的全部组件进行拆解检查,还会将导轨切割开放在显微镜下面检查导轨表面所受到的损伤。

  “冷战”结束后,随着美国和西方防御思想的转变,电磁导轨炮应用的研究重点也由战略和空间防御向常规战争和战术应用转移。为此美国陆军制定了一个焦点技术计划 (FTP), 要求大约用5年时间,投资5亿美元将初口动能提高到20兆焦,初速达到3-4 千米/秒,投资2.2亿美元,制造一种预研样机并使其具有一定的重复发射能力;然后再用两年时间进行试验和改进,进入全尺寸技术验证阶段,执行先进技术演示计划,从一般性武器化研究转向满足于防空、反导、反装甲和其它武器系统使用要求。

  除美国以外,西欧的英、法、德三国以及日本和俄罗斯都介入了电磁导轨炮技术的研究。英国研制电磁导轨炮的主要方向是装备未来的主战坦克。法国和德国决定联合研制电磁导轨炮,计划分为两部分;一是基础研究;二是设计、制造和试验?;⊙芯糠治低匙芴?、电磁导轨炮、线圈炮、高速弹丸、电源和开关6个项目。设计、制造和试验的炮型就是上述3种炮的缩比演示器。

  临近空间是目前军事界对海拔20千米至100千米空间范围的一个通用性称谓。事实上,由于空天技术的滞后、人类认知的不足及战争领域演进的自然规律,直到近年来,临近空间的作战问题,才逐渐走入各国军方的视野。就战争环境而言,相比于“空”与“天”,临近空间主要有如下特点:一是该空间范围较小,飞行器的飞行空间相对有限,且遵循万有引力定律的航空飞行器与遵循开普勒宇宙定律的航天飞行器均无法在其间自由飞行;二是该空间大气以水平运动为主,平均速度为10m/s,层内干燥,水汽、杂质很少, 云雨现象少见,温度几乎不变, 湿度接近于零,适合浮空器和采用吸气式动力的飞行器平稳飞行。

  就战争制权而言,由于该空间在情报收集、侦察监视及通信保障等空天一体化作战方面具有独特价值。因此,近年来,作为临近空间的主角,临近空间飞行器(NSV)发展尤其迅速。临近空间飞行器的制造通常有两种方式:超压和零压。超压临近空间飞行器一般是充气且密封的,由于采用高强度的抗压材料,因此可以相对耐受穿孔损害;零压临近空间飞行器具有排气系统,可以保证内部压强与周围大气一致,相比于超压临近空间飞行器,更耐受穿孔损坏。就目前的研制情况来看,美国正处于全球领先地位。

  具体而言,美国正在积极研发的“临近空间机动飞行器”(NSMV),集人造卫星和侦查飞机的功能于一身,由地面??厣璞覆僮?,能完成空中侦查、战损评估及通信中继等任务。俄罗斯正集中力量研究的大型飞艇,通过利用多个电弧等离子体加速器对充气气体进行加热,能有效解决飞艇在高空飞行壳体易结冰的难题。英国正在研究的“天猫”系列飞艇,则通过采用空中气垫着陆系统,使其能像气垫船一样平稳地降落在平地、草地、雪地、沼泽或水面上,并且降落后不需要绳索系留。此外,日本、以色列、韩国及德国等国军方也制定了临近空间飞行器发展规划。特殊的地理位置与精密的制造技术,使临近空间飞行器具有广泛的覆盖范围与超强的生存能力,这就为研制能够击落它的临近空间反击武器提出了一个难题。目前,能够打击临近空间目标的舰载武器极少,只有美国海军的“标准”型导弹具备打击临近空间目标的能力。

  美国电磁导轨炮的近期应用主要体现在战术弹道导弹防御和低空近程防空上,它的应用将大大加强战术反导能力。目前,利用传统杀伤原理的导弹防御系统仍不能有效地拦截助推段飞行的战术弹道导弹,主要是因为战术弹道导弹典型的助推段飞行时间是50-150秒。要实现助推段拦截,防御系统由探测到发射的反应时间一般不应超过10-20秒,这对于传统防御系统几乎不可能做到。

  电磁导轨炮的一个重要特点是初速快。假定射弹的初速能达到4 千米/秒,射弹飞行30-130秒,若大气阻力和飞行路径弯曲造成的距离损失因目标导弹迎着射弹飞行而能得到补偿,它大致可拦截120-520 千米远处发射的仍处于助推段的战术弹道导弹。助推段反导要采用受控弹头,需要解决耐冲击负载、高速末段寻的、破坏机制等一系列问题。美国有这方面的技术储备,也许在21世纪能形成助推段反导的电磁导轨炮演示能力。它除用于助推段反导外,还可攻击导弹发射架之类的地面目标。

  电磁导轨炮用于低空近程防空,可采用电磁导轨炮发射无控射弹或电热炮发射受控弹头。拦截的目标包括各种战术导弹及其它飞行器。研究表明,采用无控射弹在命中概率保持不变的前提下,为了增加拦截距离,最有效的途径是提高射弹初速,而不是增加射弹质量,对出口动能的要求明显下降。因此,采用无控射弹进行低空近程防空时,一般用初速高的电磁导轨炮和质量小、形体小的重合金长棒形射弹。无控射弹用于低空近程防空,拦截距离不超过5千米,射弹初速3-4千米/秒,射弹质量约100克,一次连射不少于10-20发。

  电磁导轨炮在发射时不产生火焰和烟雾,也不产生冲击波,不易被敌人发现。此外,电磁导轨炮可部署在远离主战场的地方。正如美国海军研究部门负责人卡尔所说的:“海军可在至少200公里的距离发射炮弹,让水手远离险境?!绷硗?,电磁导轨炮只发射弹丸,省去了炮弹壳和火药,降低了成本和污染。它不需要坚固的炮管和复杂的发火机构,并且绝无“膛炸”的危险。此外,可根据目标性质和射程长短快速调节电磁力的大小,从而控制弹丸的发射能量。普通舰炮的射程只有20千米,而且准确度很差,巡航导弹的有效射程虽然超过了300千米,但它们造价昂贵,而且一艘舰艇最多只能携带数十枚,由于无法在海上装卸,补充时还必须返回港口。电磁导轨炮则以射程远、成本低、运输以及补充便利等多项优势而被美国国防部寄予厚望。电磁导轨炮甚至还被美国陆军看成是2020年后陆军战车主要武器的候选技术方案。

  近期,海军电力舰船项目办公室主管称,美国海军海上系统司令部最近发布了一份名为《海军电力系统技术开发路线图》的计划文件,该路线图的发布旨在鼓励学术界、国防部与海军开展合作,寻找改进舰上集成电力系统所需的方法。文件称,长期发展存在不确定性,但可以预计的是,随着定向能武器、高功率声纳、电磁导轨炮不断增多,其体积和能力的不断提升,舰船要想同时运行这些系统将需要更多的电力。文件还希望能够建立一种通用方法,为不同类型的海军舰船开发和安装电力系统。文件还提出了一些应对挑战的建议,包括开发能量“弹仓”技术,向诸如激光和导轨炮这样的武器提供瞬时高强度电力。为此,《路线图》同时要求开展研究以寻求舰上的电力产生和存储方法。海军驱逐舰装备的发电机组已经从最初的3-4千瓦发展到9000千瓦,而DDG-1000驱逐舰的发电能力则达到78000千瓦。电力系统在舰船装备中的重要性正在日益提高。舰上电力和电气系统负责支持诸如通信设备、灯光、声纳、雷达和武器系统对于电的需求。电动机还是船用替代推进技术,如混合动力辅助推进系统(已用于海军“马金岛”号两栖攻击舰、并计划用于“美国”号和“的黎波里”号)的关键组成部分。

  BAE系统公司致力于研制创新的电磁导轨炮技术,电磁导轨炮能够防御更远距离上的敌方威胁,极大增强武装部队的作战效能。2012年在“创新性海军原型”计划第一阶段,美国海军水面作战中心达尔格伦分部的工程师成功试射了BAE系统公司的电磁导轨炮工程样炮。电磁炮在第二阶段的发展将由美国明尼苏达州明尼阿波利斯的BAE系统公司和俄亥俄州代顿IAP公司、乔治亚州玛丽埃塔SAIC公司联合进行。INP方案第二阶段重点是,通过从单次发射过渡到多次发射的能力,使发射器和脉冲功率技术迈进成熟,以及引进自动装填和热管理系统,从而推进电磁炮技术的发展。第二阶段工作有望立即启动,首批样炮将于2014年交付。BAE系统公司武器系统副总裁兼总经理克里斯休斯说:“我们致力于发展这种创新和改变游戏规则的技术,将彻底改变海战模式?!彼顾?,“电磁炮能够比以往任何时候都更远地抵御敌人的威胁,提高了军队能力?!保级?谢武)

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