科普知识大揭秘:为什么电磁炮研制了100多年仍未得到广泛使用？
传统的火炮是利用发射药燃烧的能量从密闭的炮管里将弹丸发射出去的 ， 这类火炮叫作身管火炮 。 而电磁炮则利用电磁能来抛射弹丸 ， 它相当于一个电动机 。
19世纪 ， 英国科学家法拉第发现 ， 位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动 。 根据这个原理 ， 可以用两根导体制成轨道 ， 中间放置炮弹（炮弹须由金属制成 ， 可以导电） ， 使电流可以通过三者建立回路 。 当这个回路通电时 ， 炮弹就会获得一个推力 ， 加速向前飞出 。 电流越大 ， 炮弹获得的速度越快 。
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电磁炮虽然未进入实用阶段 ， 但电磁弹射器已成为下一代航空母舰的选择
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美国海军水面战中心的电磁炮实验
早在1901年 ， 挪威科学家伯克兰就制成了世界上第一个电磁线圈炮 ， 把质量为0.5千克的炮弹加速到500米/秒 。 1903年 ， 该电磁线圈炮又把质量为10千克的物体加速到100米/秒 。 1980年 ， 美国西屋电气公司为“星球大战计划”建造了一门实验电磁轨道炮 ， 它把质量为300克的炮弹加速到了约4000米/秒 。 如果是在真空中 ， 这个速度还可提高到8～10千米/秒 ， 这已经是人造地球卫星运行的速度了 。
电磁炮能高速发射炮弹是其被众多军工科学家看好的主要原因 。 传统的身管火炮发射的炮弹初速和炮口动能已接近极限 ， 没有多少潜力可挖掘了 。 因为它的能量来源——发射药爆燃的速度是有限的 。 最烈性的炸药爆燃速度可达到9000米/秒 ， 但由于要考虑燃烧的均匀性、稳定性及炮管能承受的膛压等问题 ， 炮弹发射药的配方需要经过调整 ， 速度只能达到2000～2500米/秒 ， 再往上就很困难了 。 因此 ， 尽管身管火炮的炮弹初速最高纪录在1917年就达到了1700米/秒 ， 1980年达到1800米/秒 ， 但到现在 ， 又发展了30年 ， 身管火炮的初速最高也不过是1850米/秒 。
炸药的爆速限制了身管火炮的初速 ， 在发射大质量弹丸时身管火炮巨大的膛压又使火炮显得极其笨重 ， 因为发射大质量弹丸就意味着火炮必须加大口径 ， 炮管就变得更大更粗 ， 机动性就更差 。
但电磁炮没有这种缺点 。 电磁炮的能量来源于电磁场 ， 电磁场的传播速度就是光传播的速度 ， 因而电磁炮轻而易举地改写了火炮的初速纪录 。 目前 ， 试验中的电磁炮已将弹丸加速到10.10千米/秒——这还远非电磁炮的真正实力 。 其实 ， 美国国防科学委员会早在20世纪80年代就预测：未来的高性能武器 ， 必然以电能为基础 。 这个说法当然有其理由 ， 因为与传统火炮相比 ， 电磁炮优势明显 。 电磁炮可以把弹丸加速到几十千米每秒的超高速 ， 而且射程竟可与导弹相媲美 。 这样就大大缩短了炮弹飞行时间 ， 提高了对运动目标的命中精度和摧毁能力 。 此外 ， 电磁炮的能量成本极低 ， 常规化学炮的化学能转换效率只有20%左右 ， 产生每兆焦能量需要成本竟是电磁炮的100倍 ， 而电磁炮的电能与动能转换效率在理论上最高可达50% 。 况且 ， 电磁炮的炮管可以设计成方形、椭圆形等 ， 并可采取灵活的炮弹结构 ， 并不像传统火炮发射时炮口产生火焰、噪声 ， 且有很大的后坐力 。 此外 ， 电磁炮的炮弹就只有一枚弹丸 ， 没有身管火炮的药筒和发射药 ， 尺寸和质量小 ， 有利于增加弹药基数 。
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美国计划建3千米长轨道的“电磁炮”发射航天器或卫星
然而 ， 电磁炮的工作原理简单并不代表其研制和使用简单 。 电磁炮的发明者伯克兰在研制出第一门电磁炮后不久 ， 就意识到无法获得理想的动力——强大的脉冲电源 ， 不得不放弃了研究 。 第二次世界大战期间 ， 德国和日本都曾积极研制电磁炮 ， 但能源供应问题和轨道材料问题始终解决不了 ， 研究因而陷入困境 。 到了今天 ， 电磁炮身上仍有不少技术问题需要解决 ， 有些还是关键问题 。
其一是如何能重复使用电磁炮 。 高速发射的炮弹和炮口的动能对轨道的损伤是致命的 ， 这就要求其轨道材料必须具有足够的强度和刚度 ， 必须能承受强大的电流 。
其二是解决高功率脉冲电源的小型化问题 。 高功率脉冲电源的主要功能是为发射装置提供能量 ， 目前面临的主要问题是如何使其小型化 。 电磁炮发射时需要很大的功率 ， 直接连到电闸上肯定不行 ， 眼下一般是采用电容储能形式供电 。 也有人想到了另一种解决方案 ， 即用电能来“触发”液体炸药 ， 让炮弹在电能和炸药能的共同作用下飞出去 。
其三是开关问题 。 要在极短时间内把存储的能量释放出来 ， 关键问题是要用到大功率开关 。 要制成这样的开关并不容易 。
【科普知识大揭秘:为什么电磁炮研制了100多年仍未得到广泛使用？】此外 ， 还要考虑炮弹发射后 ， 弹丸该如何稳定飞行等问题 。 这些问题都不容易解决 ， 所以 ， 电磁炮已经发明100多年了 ， 但至今还未投入使用 。
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