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bv1946伟德入口太阳系中最大的炮,电磁炮孕育发

2019-10-01 17:39

揭秘美军“死星”计划:电磁巨炮太空打击反导

很久以前的一个和我们这个时代非常类似的时期,美国曾投入巨资发展“星球大战”导弹防御计划。这些钱到底买了什么,仍然高度机密,机密到我们对于冷战后期所设想的各种新奇的太空武器知之甚少的地步。

  冷战期间,美国推出星球大战计划。至今,这一计划具体开发了什么样的武器装备和技术,仍鲜为人知。

bv1946伟德入口 1 电磁轨道炮结构原理示意图

bv1946伟德入口 ,美国《国家利益》双月刊网站12月20日发表了题为《揭秘——美国冷战时期的“死星”计划》的报道,编译如下:

其中的一个概念——“有刺”——原本会成为太阳系最大的炮……假如它真的建造起来的话。

  2013年,美国总统贝拉克奥巴马拒绝建造类似科幻电影《星球大战》中用于摧毁行星的终极武器死星。在这部科幻大片中,死星是银河帝国建造的太空武器平台,月球般大小,主要武器是超级激光炮。

bv1946伟德入口 2 电磁轨道炮发射装置与电容器

很久以前的一个和我们这个时代非常类似的时期,美国曾投入巨资发展“星球大战”导弹防御计划。这些钱到底买了什么,仍然高度机密,机密到我们对于冷战后期所设想的各种新奇的太空武器知之甚少的地步。

航天历史学家斯科特·劳瑟最近公布了“有刺”的精美示意图,这是一种与国际空间站大小相当的轨道炮。在研究了通用电气公司关于这一项目的报告后,劳瑟推导出了这种大炮所具有的许多特征。

  美国《国家利益》网站21日报道,冷战期间,美国曾打算把一座电磁轨道炮部署在地球轨道上,防御导弹攻击。这一武器代号为刺,尺寸如同现在太空中的国际空间站,堪称太阳系中最大的炮。

bv1946伟德入口 3 7兆焦电磁轨道炮射弹图像

其中的一个概念——“有刺”——原本会成为太阳系最大的炮……假如它真的建造起来的话。

劳瑟说:“它似乎具备这样的武器系统所需的一切,从动力到姿态控制系统,从传感器到热控制。”

  通过研究美国通用电气公司发布的有关报告,航空历史学家斯科特劳瑟推测出这个超级武器的一些特征。劳瑟说:这部武器具备了这类系统应有的一切,从电力到高度控制系统,从传感器到热能控制系统。

bv1946伟德入口 4 32兆焦电磁轨道炮炮弹出炮口瞬间

航天历史学家斯科特:劳瑟最近公布了“有刺”的精美示意图,这是一种与国际空间站大小相当的轨道炮。在研究了通用电气公司关于这一项目的报告后,劳瑟推导出了这种大炮所具有的许多特征。

在常规的大炮上,都是通过化学推进剂来将炮弹推出长长的金属管。而在轨道炮上,脉冲电磁场取代了化学推进剂,并让炮弹的飞行速度加快到最大极限。

  传统枪炮的工作原理是,火药燃烧、气体膨胀,推动子弹或炮弹高速射出。而刺这类电磁轨道炮是通过脉冲电磁场推动导电弹丸达到极速。报道说,刺武器系统的弹丸速度可能高达每小时5.6万公里,为大约45倍音速,在如此高速度下,一枚坚硬的导弹弹头即使被一枚小如啤酒罐的弹丸击中,能量也足以使弹头气化。

  ●冷兵器时代,利用原始机械抛射物体,速度只有每秒几十米;

劳瑟说:“它似乎具备这样的武器系统所需的一切,从动力到姿态控制系统,从传感器到热控制。”

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  维持这部超级武器在太空中运转和发射弹丸耗费巨大能量。劳瑟认为,它配备核反应堆和涡轮发电机,最大功率可达90兆瓦,是美国最新研制的朱姆沃尔特级驱逐舰发电能力的两倍以上。

  ●热兵器时代,利用化学能的火炮可以使弹丸初速达到1.8千米/秒;

在常规的大炮上,都是通过化学推进剂来将炮弹推出长长的金属管。而在轨道炮上,脉冲电磁场取代了化学推进剂,并让炮弹的飞行速度加快到最大极限。

科幻电影《星球大战》中的“死星”军用空间站

  为了给涡轮发电机提供燃料,刺系统可能需要巨大的罐体,用以存储液态氢和氧。而且,它还应具有先进的瞄准和探测装置。报道说,刺系统装备了3个巨大的相控阵雷达。(刘学)(特稿新华国际客户端)

  ●目前,利用电能的电磁炮可将弹丸加速到2.5千米/秒,这还远非极限。

脉冲场沿着一对轨道产生,而炮弹则沿着轨道行进。

脉冲场沿着一对轨道产生,而炮弹则沿着轨道行进。

  且看海军装备研究院高级工程师张世英为您讲述——

轨道越长,这种武器产生的能量就越大,炮弹飞行的速度就越快。“有刺”炮弹的飞行速度最高可能会达到每小时5.6万公里。在这样的速度下——相当于宇宙飞船重新进入大气层或陨石坠落的速度——只有一罐啤酒大小的炮弹可以瞬间摧毁一枚坚硬的弹头。

轨道越长,这种武器产生的能量就越大,炮弹飞行的速度就越快。“有刺”炮弹的飞行速度最高可能会达到每小时5.6万公里。在这样的速度下——相当于宇宙飞船重新进入大气层或陨石坠落的速度——只有一罐啤酒大小的炮弹可以瞬间摧毁一枚坚硬的弹头。

  【新闻提示】 去年底,美海军再次成功进行了电磁轨道炮(下文简称电磁炮)试验,标志着其发展电磁炮“三步走”计划已实现了第二步目标。它还传递了一个信息:在不久的将来,电磁发射技术将再次改写人类的兵器史、战争史。或许,传统火炮将走向终结。以电能为动力的电磁炮必将让“战争之王”焕然一新。

最初的报告没有提供这种轨道炮的尺寸,不过其反应堆的大小是已知的,这让劳瑟可以在此基础上进行推导。一个约796.8米长的炮体结构能够支撑“有刺”的电磁加速器、核反应堆、低温贮罐区以及像马戏团帐篷一般大小的相控阵雷达。

最初的报告没有提供这种轨道炮的尺寸,不过其反应堆的大小是已知的,这让劳瑟可以在此基础上进行推导。一个约796.8米长的炮体结构能够支撑“有刺”的电磁加速器、核反应堆、低温贮罐区以及像马戏团帐篷一般大小的相控阵雷达。

  了不起:速度超过5倍音速,射程达200公里

通用电气的SP-100反应堆可以产生100千瓦的电能,足够“和平时期”和保持位置所需。在战争时期,这种轨道炮会需要更多的电能。能够产生几兆瓦电能的反应堆因为重量太大不能飞行……于是设计者求助于火箭科学技术。

通用电气的SP-100反应堆可以产生100千瓦的电能,足够“和平时期”和保持位置所需。在战争时期,这种轨道炮会需要更多的电能。能够产生几兆瓦电能的反应堆因为重量太大不能飞行……于是设计者求助于火箭科学技术。

  去年12月中旬,美国海军成功试射了。法新社报道,其速度超过5倍音速,射程达200公里。而最抢眼之处是,其炮口动能创造了一个新高,达到33兆焦耳。一兆焦耳的能量相当于一辆一吨左右重的车以160公里的时速撞向一堵墙。

在太空中飞行所面临的最棘手的一个工程问题,是如何将几吨重的燃料和氧化剂装填到火箭发动机中。德国的韦恩赫尔:冯布劳恩领导的研究小组,找到了至今仍在使用的解决办法——涡轮泵。

在太空中飞行所面临的最棘手的一个工程问题,是如何将几吨重的燃料和氧化剂装填到火箭发动机中。德国的韦恩赫尔·冯布劳恩领导的研究小组,找到了至今仍在使用的解决办法——涡轮泵。

  这一幕似曾相识。电影《变形金刚2》中有个情节,美军最后动用了一件神秘兵器,从战舰上发射了超高速炮弹,对金字塔顶的“大力神”予以毁灭性打击。该武器就是新概念动能武器——电磁炮。

在涡轮泵的启发下,涡轮式发电机出现,它用一种发电机取代了泵。这种装置不是每秒钟移动数吨的燃料,而是产生多个兆瓦的电能。“有刺”的涡轮发电机或许可以产生多达90兆瓦的电能,是美国带有未来主义色彩的朱姆沃尔特级驱逐舰发电能力的两倍以上。

在涡轮泵的启发下,涡轮式发电机出现,它用一种发电机取代了泵。这种装置不是每秒钟移动数吨的燃料,而是产生多个兆瓦的电能。“有刺”的涡轮发电机或许可以产生多达90兆瓦的电能,是美国带有未来主义色彩的朱姆沃尔特级驱逐舰发电能力的两倍以上。

  这种新型武器的动力来自电流,其作战原理是让“非爆炸性子弹”沿着弹道超音速冲向敌方目标。据美联社报道,装备新型电磁炮可以让美军舰队在更安全的海域射击敌方目标,且具有极大的破坏力。

不过鉴于这种武器的用途,如果爆发第三次世界大战,在轨补给燃料将会是一大挑战。

不过鉴于这种武器的用途,如果爆发第三次世界大战,在轨补给燃料将会是一大挑战。

  外行看热闹,内行看门道。这次试射,足以令已有600多岁高龄的传统火炮“坐卧不安”。

从理论上说,轨道炮可以用命中率足够高的炮弹攻击进入太空的岩石,改变其飞行路线,从而避免太空有大量碎石飞行。

从理论上说,轨道炮可以用命中率足够高的炮弹攻击进入太空的岩石,改变其飞行路线,从而避免太空有大量碎石飞行。

  多年来,传统火炮一直在改进之中,但已没有多少潜力可挖掘,特别是两项重要指标——炮弹初速和炮口动能已近极限。由于它使用固体火药,受火药燃气的膨胀速度限制,其炮弹初速度在理论上很难超过2千米/秒。而随着新技术的发展,电磁炮轻而易举地将这一纪录改写:目前试验性电磁炮已可将弹丸加速到10.10千米/秒——这还远非电磁炮的真正实力。

不过,或许涡轮式发电机将成为“星球大战”计划留下的重要遗产。在这一计划表面看来搁浅了二三十年后,兆瓦激光和轨道炮出现了。今后,对于由紧凑、轻型装置提供巨大能量的需求只会增加。未来的军舰或许能将海水分成氢和氧,从而为新奇武器所产生的巨大爆炸力提供燃料。

不过,或许涡轮式发电机将成为“星球大战”计划留下的重要遗产。在这一计划表面看来搁浅了二三十年后,兆瓦激光和轨道炮出现了。今后,对于由紧凑、轻型装置提供巨大能量的需求只会增加。未来的军舰或许能将海水分成氢和氧,从而为新奇武器所产生的巨大爆炸力提供燃料。

  其实,美国国防科学委员会早在25年前就“警告”传统火炮:未来的高性能武器,必然以电能为基础。

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  这个说法当然有原因。与传统火炮相比,电磁炮优势明显:

  炮弹速度非常高。可以把弹丸加速到几十千米每秒的超高速,而且射程可与导弹相媲美。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。

  能量成本低。常规化学炮的化学能转换效率大约只有20%左右,产生每兆焦耳能量需要10美元左右成本;而电磁炮只需要0.1美元左右,其电能与动能转换效率理论上最高可达50%。

  炮管可以设计成方形、椭圆形等,并可采取灵活的炮弹结构形式,而且不像传统火炮发射时炮口火焰、噪音及后坐力那么大,炮兵阵地隐蔽性更好。

  此外,电磁炮的炮弹尺寸和质量小,有利于增加弹药基数;电能也比火药更容易控制,使用更加安全可靠。

  这足以令传统火炮相形见绌。可以预测,电磁炮将终结“传统火炮时代”,赋予“战争之王”新面貌。

  人们更关注的不是电磁炮本身,而是随之而来的电能武器时代,这必将开启兵器历史的新纪元。

  不新鲜:“孕育”发展百余年,历尽艰辛仍未“长成”

  电磁炮不是“新生儿”,在动摇传统火炮地位的过程中,它已积攒了百余年气力。

  事实上,电磁炮的结构和原理并不复杂,与传统火炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,它是利用电磁发射技术制成的一种动能杀伤武器。本文所说的电磁轨道炮只是电磁炮的一个分支,但发展最为迅速,所以人们通常简称电磁轨道炮为电磁炮。

  电磁轨道炮通过给一对平行的长导轨注入脉冲电流,在导轨间产生磁场。导轨之间有一个可以沿轨道滑动的金属体,它通电后在轨道间磁场作用下不断加速,最后发射出去。

  然而,原理简单却不代表研制和使用简单,电磁炮的研制已有100多年历史了,经历了比其他新生事物更艰难曲折的发展历程。

  且不提启蒙者和其他先驱,第一个明确提出电磁炮概念,并坚持长期试验的是挪威科学家伯克兰,他早在1901年就制成了第一个电磁线圈炮,把0.5公斤的炮弹加速到500米/秒。1903年,又把10公斤的物体加速到100米/秒。

  他的这一小步,在当时已经相当了不起,让人看到了电磁炮光明的未来,激起更多科学家和军事家的兴趣。只是后来,伯克兰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。

  二战期间,德国和日本都曾积极研制电磁炮。特别是德国,迫切需要新式武器扭转战局。1945年,汉斯勒取得了炮弹初速1210米/秒的成果。战后,该电磁炮落在了美军手里。但能源供应问题和轨道材料问题仍不好解决,研究陷入困境。

  上世纪80年代,美国提出了“星球大战”计划,其中电磁炮被指望用于摧毁对方的太空目标以及拦截弹道导弹。虽然随着“冷战”的结束,“星球大战”计划寿终正寝,然而电磁炮的研发计划和技术进展,却为日后美海军电磁炮的快速发展奠定了基础。

  2004年,美国海军成功进行了电磁炮发射试验;2008年的试验以2500米/秒的速度发射了重约3公斤的炮弹,根据计算炮弹可击中370公里外的目标,而传统军舰火炮射程只有几十公里。

  当然,关注电磁炮的不只是美国一家。俄、日、法、德、以等国家都在投入人力、物力和财力进行研究。可是,仍有不少技术难点需要解决,有些还是制约其实战化的关键。

  一是如何能重复使用。高发射速度和炮口动能对轨道的损伤是致命的,要求其轨道材料必须有足够的强度和刚度,必须能承受强大电流。

  二是高功率脉冲电源技术。高功率脉冲电源的主要功能是为发射装置提供能量,目前的主要技术瓶颈是小型化问题。

  三是开关问题。在极短时间内把存储的能量释放出来,一个关键部件就是大功率开关。

  此外,还要考虑制导炮弹发射后,弹丸的稳定飞行、制导与控制的有效性等关键因素。总之,电磁炮已经100多岁了,但至今还未“长成”。

  看未来:必将走入21世纪的主战场,迎来自己的春天

  兵器的发展经历了从冷兵器向热兵器转变的过程,带来了革命性变化。而以电磁炮为代表的电能武器,将成为兵器发展史上又一革命性的里程碑。

  电磁炮以其独特的发射方式,在高初速、远射程和快速打击等方面显现出无可比拟的优势,可承担海上火力支援、陆上远程火力压制、反坦克(装甲)和打击临近空间作战平台等使命任务,其应用范围涉及到海、陆、空三军。

  在陆军方面,使用电磁炮作远程打击,即使只用3千米/秒的弹丸速度,也是常规火炮的2-3倍,可大大提高射程,把电磁炮作为坦克炮或反坦克炮前景都非常好。

  在海军方面,舰载电磁炮可作为海上火力支援装备,承担对岸上目标的远程精确打击等战术使命,还可用电磁炮对付高性能反舰导弹,用以防空和对付掠海导弹。利用其弹丸质量小、速度高、射速快的特点,可以大大提高防空效能。

  在航天发射方面,电磁炮可以替代运载火箭的第一级,发射卫星、航天飞机和星际探测器等。

  此外,它还具有一些潜在的战略使用价值,如打击位于临近空间的作战平台目标等。

  2001年11月,美国海军召开了电磁炮发展研讨会,制定了一个三步走计划:第一步(2005年前),研制炮口动能为8兆焦的样机;第二步(2005~2011年),研制炮口动能为32兆焦的样机,初速要大于2500米/秒;第三步,开展炮口动能为64兆焦的电磁炮型号样机研制工作,为在2020~2025年装备电磁炮铺平道路。

  尽管曾经命运多舛,尽管前面的路途坎坷依然,电磁炮走入21世纪主战场的步伐已不可阻挡,它必将迎来自己的春天。

  传统火炮VS电磁炮

  炮弹初速度

  火炮很难超过2千米/秒,电磁炮可达几十千米/秒

  射程

  火炮最远为185千米,电磁炮为370千米

  炮口动能

  火炮为20兆焦耳,电磁炮为32-64兆焦耳

  产生每兆焦耳能量成本

  火炮需要10美元,电磁炮需要0.1美元

  能量转换效率

  火炮化学能转换效率仅20%,电磁炮电能转换效率达50%

  飞行速度对比

  战斧巡航导弹245米/秒

  声音速度340米/秒

  一般步枪子弹 710米/秒

  一般舰炮弹丸 900米/秒

  电磁炮弹丸 2500米/秒

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