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21世纪战役之剑——电磁炮

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  在电影《变形金刚2》中的终究大战里,美军动用了一种国家机密级的奥秘兵器,从游弋在大洋上的美军战舰上发射超高速炮弹,对金字塔顶的“大力神”予以毁灭性冲击。这种超长途、精准且破坏力十足的兵器,正是新概念动能兵器电磁炮。这种兵器的机理是什么?间隔实战运用还有多远?

  上世纪70年代至80年代,美国军方抛出“战略防护方案”,即“星球大战方案”。其间一项中心的作战兵器便是电磁炮。星球大战方案想象将电磁炮安装在卫星上,当发现敌方导弹发射后即发射,在外太空击毁敌方导弹。电磁炮炮弹的飞行速度比火箭推进的导弹快得多,其许多性能参数都超乎寻常,因而拦截导弹的命中率会大幅度进步。

  传统火炮自呈现到今日现已有600多年的前史,一直在运用各种固体发射药。但这种发射药可发掘的潜力现已十分有限。传统火炮的两项重要目标——炮弹初速和炮口动能——现已挨近极限。因为火药燃气的胀大速度限制,传统火炮的炮弹速度存在一个理论上的极限,因而初速度很难超越2千米/秒。

  为了满意军方对更高炮弹速度和动能的要求,打破传统火炮的初速极限,各国不断寻觅林林总总的新式“火炮”,其间最灿烂的新星非电磁炮莫属。自上个世纪70年代以来,许多国家的军工部分都在研讨根据电磁发射技能的新式兵器研讨,并取得了很大的开展。

  从前史上看,人类为军事意图而投射战役部的动力大体分为三类:机械能,化学能和电能。就炮类而言,原始机械能抛射物体的速度只要每秒几十米;火、炸药创造并用于火炮发射后,通过几百年的改造,能够使弹丸的初速能够到达1.8千米/秒,炮口动能10兆焦左右,这现已挨近一般火炮运用化学能发射物体的极限速度。为了在21世纪战役中处理反装甲、防空和拦截导弹的要求,需求超高速的动能兵器,此刻人们把目光转向了电磁发射兵器。

  电磁炮不是运用火药来发射炮弹,而是运用电磁能。这就从原理上克服了传统火炮发射炮弹的极限速度问题,完成超高速和超长途冲击。现在国外的试验性电磁炮,已可将3.1克重的弹丸加快到10.10千米/秒。合作不同的弹丸质量和速度要求,电磁炮可用作地上战术兵器,也可用作天基战略兵器。

  那么这种新式的兵器是谁在什么时候创造的呢?让咱们回到100年前,回忆一下电炮“悠长”的前史。当咱们了解了电磁炮100多年的开展前史之后,就会发现电磁炮正如其他重生的事物相同,也阅历了艰难曲折的开展进程。

  电磁炮运用电磁能来发射炮弹,这种概念的提出是科学开展到必定阶段的产品。在19世纪初,欧洲各国对电学和磁学现象现已积累了很多的试验数据。当英国科学家法拉第通过很多试验概括总结出电磁感应规律后,很多科学家和工程师们就在不断尽力,企图运用电和磁的相互作用创造出新的动力机器。不久,林林总总的电动机不断面世。可是,电动机和电磁炮有什么关系呢?其实从原理上讲,传统含义下的电磁炮归于一种直线电机。或者说,电磁炮是电机的衍生物,而法拉第则是电磁炮的启蒙者。

  电磁炮开展过程中形成了不同的分支。现在就严厉含义上的电磁炮来说,可分为轨迹炮、线圈炮和重接炮三种。其间轨迹炮(也叫导轨炮)开展最为敏捷。因而,下文中如不加以阐明,将把电磁轨迹炮简称为电磁炮;线圈炮是仅次于电磁轨迹炮的一种电炮分支,比轨迹炮呈现更早,但现在的开展比轨迹炮落后一些;重接炮是电磁轨迹炮和线圈炮的一种折中,还处于原理研讨阶段,开展较为缓慢。各种分支各有其长处和缺陷,规划运用的意图和使用领域均有不同。

  1845年,查尔斯-惠斯通制作了世界上榜首台直线磁阻电动机,用它把一段金属棒抛射到20米远的当地。1895年,梅厄取得榜首个直线感应电动机专利。但直线电机和电炮还相去甚远。榜首个明确地提出电磁炮概念并持之以恒长时间试验的是一位挪威的科学家——奥斯陆大学物理学教授克里斯蒂安•伯克兰。1897~1917年,伯克兰教授不断改善和试验他创造的电炮,并于1901~1903年取得了三项电炮技能专利。1901年,他制成了榜首个电磁线年制成的第二个线米/秒的速度。这在其时现已是十分了不得的成果,伯兰克教授的线圈炮现在依然保存在奥斯陆的挪威技能博物馆里。能够说,伯兰克教授是线圈炮研发的先驱者。

  电磁轨迹炮的创造者则归于法国科学家。1916~1918年,法国军器和战役物资部开端研发轨迹炮,但其时没有对轨迹电流和弹丸速度进行丈量。1920年法国人福琼•维莱普勒宣布了《电气火炮》一文,并于同年得到了三项专利。1936年,南斯拉夫作战部的一位雇员又以相同的方法重复了这些试验。简直与此一起,美国费城的电炮公司研发了用于火炮的电磁加快器。尔后据称普林斯顿大学也进行了相关的研讨工作,用电磁力发射了物体。到第2次世界大战迸发前夕,各种电炮的专利已达45项之多。

  第2次世界大战期间,德国和日本等国都曾研发过电磁炮。二战晚期,德国军方在希特勒的同意下不断寻觅和活跃研发开发各种新式兵器,企图凭借新式兵器来拯救败局,电磁炮也是其间一项。1944年,亚希姆•汉斯勒博士和邦泽尔总查验师在马格德堡的训练场,对10毫米口径线圈炮进行试验,靶板是装甲板,电源为轿车蓄电池和电容器,用发电机供电,但试验未成功。德国的欧•穆克(汉斯勒的帮手)于1945年提出电热炮的想象,但并未付诸实践。1945年,汉斯勒试验了直径20毫米、长2米的轨迹炮(LM2)。试验起先在柏林进行,后改到巴伐利亚Klais邻近的一条铁路隧道里。LM2终究以3×106米/秒2的最高加快度把10克重的铝制圆柱加快到1080米/秒;把两个轨迹串接起来后,铝柱速度到达了1210米/秒。跟着德国的战胜,汉斯勒博士的研讨工作也间断了。

  二次世界大战完毕后,汉斯勒的电磁炮落到了美军手里。1946年,美国陆军配备部托付装甲研讨基金会专门评价了汉斯勒的技能,定论是动力供应问题无法处理,轨迹资料问题也欠好处理。因而相关研讨工作也就逐步间断了。

  1946年,美国威斯汀豪斯电器公司建成一个全尺度飞机弹射设备,名叫“电拖”,是一个初级运动的直线感应电动机。然后,美国海军和空军也做了一些研讨工作。但空军科学研讨所通过重复证明,于1957年得出“电磁发射根本行不通”的定论,使电磁发射器的研讨陷入困境。

  但是在前苏联,阿特斯莫维奇于1958年、布拉斯特和斯沃勒于1965年,均进行了很多的电磁炮试验。一起,澳大利亚国立大学的马歇尔及其搭档在改善大电流滑动触摸技能方面提出了“等离子体电弧电枢”概念。美国的布勒斯特和索勒首要运用等离子体电枢把31毫克重的弹丸加快到6千米/秒。1966年,美国内华达大学的温特博格教授提出了用磁行波加快超导体的概念。1966年,苏联人鲍斯达列夫用10米长的单极脉冲感应线千米/秒。

  不过,就在美军抛弃电磁炮和电磁发射技能之后,呈现了一些具有重大含义的新技能。例如将很大电流密度的脉冲电流以滑动触摸的方法,由电枢通过电刷通到外电路。在这方面作出重大贡献的有美国的西屋研讨和开展中心,该中心在澳大利亚国立大学和美国德克萨斯大学均设有研讨试验室。上世纪70年代末,理查德•马歇尔博士及其搭档在澳大利亚国立大学制成了世界上最大的550兆焦单极发电机,并在其上试验了高电流密度的滑动触摸。马歇尔和约翰•巴伯在所规划并制作的轨迹炮体系上用等离子体替代金属衔铁,以此推进投射物,把3克聚炭酸脂加快到5.9千米/秒的速度,创造了用电磁加快器投射克级投射体的最高记载。德克萨斯大学电机中心也规划和制作了5兆焦、10兆焦等一系列单极发电机,运用美国的轨迹发射设备将300克重的投射物加快到4.2千米/秒。

  上世纪80年代初,美国用5米长的轨迹把2克重的弹丸加快到10千米/秒,挨近第二宇宙速度(11.2千米/秒)。1982年,苏联把1.3克重的弹丸加快到5千米/秒。日本则研发了长达700米的50~100级多级轨迹炮,把1克物体加快到近150千米/秒的超高速,用于研讨高速碰击引发核聚变。现在,美国、俄罗斯、日本、法国、德国、以色列、丹麦等国家对电磁炮爱好十分大,都在投入人力、物力、财力进行研讨。

  1980年。在美国圣地亚哥召开了榜首次电磁发射技能会议。1983年10月由美国国防部高档研讨方案署(DARPA)和美国电工与电子学会(IEEE)联合建议,在波士顿召开了第2次技能会议。这次会议对三位有贡献者颁奖的公告上称:“自创造火药后,电磁发射技能或许作为脉冲功率技能领域最有含义的创造而呈现。” 在这届会议上,世界电磁发射技能委员会设立了以已故彼得•马克教授命名的“彼得•马克”勋章,以奖赏对电磁发射技能与教育有杰出贡献的人,理查德•马歇尔博士取得了榜首枚“彼得•马克”勋章。

  电磁发射技能能在很短的间隔内,将投射体加快到高速,散布在整个推进器长度内的电磁能量高于爆破能量的几十倍,而且十分简单操控。其潜在的使用包含从地上和母机发射飞机、导弹和其它防护兵器,可发射飞船、核废物等。从理论上说,它的费用较低、环境危害小,发射的简直是纯有效载荷,没有死重。

  1999年4月在旧金山召开了第十届电磁发射研讨会。会上的信息标明,国外电磁发射技能研讨发生了两个重要的改变,一是直线电磁发射技能成为一个意图、使用布景十分明确的研讨方向,影响面正在逐步扩展;二是研讨经费的赞助方正逐步转变为军方,研讨内容正从理论讨论、原理性试验验证向实用化的演示验证开展,并预备配备部队。

  到2010年夏天,电磁发射研讨会现已成功举办了15届,成为各国电磁炮和各种电磁发射技能研讨的重要窗口。

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