​央视曝光新式“快准狠”炮弹，不见火光不闻轰鸣

央视曝光新式“快准狠”炮弹，不见火光不闻轰鸣

近日，央视《军武零距离》节目首次曝光了中国电磁炮的发射试验现场。不见火光、不闻轰鸣的电磁炮原理是什么？相比火药炮优势在哪？

撰文/记者 王雪莹 图文编辑/陈永杰

新媒体编辑/吕冰心

图片来源/视觉中国（除署名外）

电磁炮进入人们的视线，是在电影《变形金刚》系列中。影片中美军的众多现役武器和机器人的一次次较量让军迷们大呼过瘾，而其中一款神秘舰炮超远距离击中机器人的场景更是掀起了影片高潮。而这款武器在影片中被称为电磁轨道炮。

▲2008年，美国成功试射的电磁炮（图片来源/视觉中国）

近日，央视《军武零距离》节目中首次曝光了中国电磁炮的发射试验现场。画面中，不仅发射过程全程不见火光、听不到轰鸣之声，就连使用的炮弹都是不用火药的新式炮弹，可用于森林、消防灭火。画风如此“清奇”的电磁炮，它到底是个什么炮？

▲《军武零距离》节目中曝光中国电磁炮的发射试验现场（图片来源：央视截图）

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“更快”“更准”也“更狠”

在探究电磁炮的威力前，我们需要先弄清一个问题：什么叫电磁炮？

每个学过高中物理的学生都应该记得，电流可以产生磁场，同时磁场又会对电流有力的作用，而这恰恰是电磁炮的原理：利用线圈通电后产生的磁力将金属炮弹发射出去，从而为炮弹击打目标提供所需的动能。从分类上看，目前的主流电磁炮可以分为三大类，即线圈炮、轨道炮和电热炮，其中，轨道炮又是当前最常见的电磁炮式样。

▲轨道式电磁炮原理示意图（来源：bisbos）

一般情况下，电磁轨道炮由三个部分组成：提供能源的电源、一对平行长直的轨道以及可移动的炮弹。当两轨接入电源，强大的电流会从正极出发，流经炮弹后再经负极流回。在这一过程中，穿过轨道的电流会在两导轨平面之间产生强磁场，进而在炮弹上产生作用力即洛伦兹力。通过电脑的精密控制，在一级一级的加速下，炮弹就会以极大的速度被推出去。

不同于火药炮，电磁轨道炮的先决条件需要炮弹先接通电导轨进而形成回路，这就要求炮弹部分本身就为导体，所以，电磁轨道炮所使用的炮弹内部多采用钨铝合金，而外壳采用非爆炸性材料。

如果电磁炮的重点不在于能“爆”的炮弹，那它又厉害在哪里？以美国朱姆沃尔特级驱逐舰原定装备电磁轨道炮为例，其炮弹重量约9千克/枚，飞行初速可达6倍音速近2000米/秒，每分钟发射12发。

▲美国研制的电磁炮（图片来源/视觉中国）

在我国，科学家此前也已成功实现炮口2500米/秒的连发试验。要知道，一枚普通的炮弹，其初速通常只有800~1000米/秒，而当炮弹的速度大幅提升时，其打击率也会明显提升。除了“更快”“更准”，电磁炮也“更狠”——有着至少3000万焦耳的炮口初动能，即便枪膛之内装的不是火药炮弹，而只是简简单单的一块铁疙瘩，在遥感卫星和高速计算机的辅助下，对数十米之外的混凝土墙壁也能轻松实现“厚壁秒穿”。

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电磁炮还不能替代传统火炮

19世纪，科学家法拉第在一次偶然中发现洛伦兹力。在这一发现的启迪之下，有些人发明出了发电机，而有些人——譬如查尔斯·惠斯通，就提出了一个大胆的想法：能不能利用这个原理制作一款武器？

1845年，惠斯通将自己的“脑洞”落实到了手头，制作了一台磁阻直流电动机，并成功将一根金属棒抛射了将近20米远。然而他的成功没有掀起丝毫浪花，直至1901年，挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰才正式提出“电磁发射”的概念，并取得了“电火炮”的专利。

▲上世纪，杂志上刊登的线圈炮概念图（图源：Hacked Gadgets）

到了20世纪70年代初，澳大利亚尝试着将3克重的塑料块的初速度一步步地达到了6000米/秒……在不断的研究下，20世纪80年代，美国科学家终于成功在实验室中将300克的炮弹加速到了近4000米/秒。

很多人认为，听上去犹如科幻小说剧情般存在的电磁炮，能从实验室走出来只是近年来的成果。然而事实上，早在人类进入21世纪之前，二战期间就已经有实物出现了：二战末期，穷途末路的德军曾试图借新式兵器来挽回败局。1944年，德国的亚西姆·汉斯勒博士和邦泽尔总检测师曾试验了10毫米口径的线圈炮，但试验未成功。次年，汉斯勒的助手欧·穆克在他的基础上又提出“电热炮”概念，同年，汉斯勒在铁路隧道里成功试验了一枚直径20毫米、长2米的轨道炮，并最终将10克重的铝制圆柱加速到1080米/秒；把两个轨道串接起来后，铝柱速度达到了1210米/秒。

▲轨道式发射原理

“从上个世纪90年代开始至今，各国也开始纷纷关注电磁炮，这样做的主要原因是传统火炮的发展已经到了一个物理极限，在提升空间上它的费效比并不高，所以大家开始把精力转向电磁炮。”军事专家郐舟说。

原来，传统火炮想提高射程需要更高的火药能量，但在炮弹的发射过程中，随之而生的温度都能够达到数千摄氏度，对火炮炮管的侵蚀作用也可想而知。加之其制造工艺和成本并不可观。所以，发展新动能火炮自然成了各国希望突破现代火炮瓶颈的一种选择。

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中国电磁炮实现“弯道超车”

如今，电磁发射技术已经成为世界各国都在研发的重要领域，包括中、美、英、澳在内的世界各国都在着力攻克电磁炮技术。据悉，2014年美国海军曾表示，其海上电磁炮试射计划可实现7倍音速的高速轻型炮弹，而我国作为后起之秀，近年来也在电磁炮领域实现了“弯道超车”，将之应用于森林消防等多个领域。

然而值得注意的是，电磁发射技术虽然在理论上非常强大，但它同样面临着诸多困难。首当其冲的最大问题就是储能——如何在瞬间提供上百兆焦耳的电力呢？理论上，为了实现高初速，要么增长电磁轨道，要么用大电流加大电磁力，而这两种方法在实践操作中都存在很大困难。其次，炮弹在发射过程中会流经巨大的电流，当人们追求更高的速度和打击力度时，炮弹材质又该如何突破自身极限？再者，如何解决巨大电力供应所带来的散热问题，冷却装置和电路设计该如何升级？

可以说，在让电磁炮走近现实的过程中，还存在着诸多挑战亟待科学家们来解决。

（参考资料：中国军事网、军武零距离）

出品：科普中央厨房

监制：北京科技报 | 科学加客户端

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