什么是电磁炮？电磁炮的原理是什么？

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，与传统的火药推动的大炮，电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。

人类对于武器的追求或许永远没有止境，只有强大的武器才能保护国家的安全，于是许多在科幻电影中才出现的未来武器，也慢慢在现实世界中出现，被运用到军事当中，今天要向大家介绍就是威力巨大的电磁轨道炮。

(BAE系统公司制造的电磁轨道炮原型机)

什么是电磁轨道炮呢?可能大家对于电磁轨道炮的认知大多在于电影中，在一个矩形的炮管中，看见电光闪烁，炮管中的炮弹就会飞速的发射出去，准确的击中目标，拥有巨大的杀伤力(动漫《魔法禁书目录》中炮姐的超电磁炮也算一种电磁轨道炮吧)。看上去十分高端的电磁轨道炮，未来科技感十足，但它实际运用到的原理甚至都没有超过中学物理教科书的范畴。电磁轨道炮是利用电磁力代替火药的爆炸力来加速推动弹丸的一种发射系统，它的结构也十分简单，主要由发动电源、高速开关、加速装置和炮弹弹丸组成。明白了这么简单的结构和原理，所以在1920年就由法国人维勒鲁伯发明出来了，在二战时都能使重10克的铝弹丸以初速度达到1.08千米/秒发射出去，但是迫于当时的技术对于电力和炮管材料等问题从根本上无法解决，导致停止研究了很长的时间，直到现代才重新开始研究。

(电磁炮与传统火炮能量转换效率对比)

从目前的科学技术发展来说，电磁炮根据其结构和原理可大概分为三类：

【1】电磁线圈炮

线圈炮正式名称交流同轴线圈炮，一般都是由加速线圈和弹丸线圈构成，通过两个电线圈之间的磁场产生相互作用的安培力，利用安培力将弹丸加速发射出去，这是最早的电磁炮形式。

(线圈炮的原理)

【2】电磁轨道炮

轨道炮是由两条非常长的平行直轨道组成的，在轨道的中间会放置一个滑块，来作为发射的弹丸。它是利用两个轨道的之间的电流产生相互作用的安培力将弹丸发射出去，这是现在普遍的在实验调试的电磁轨道炮，中间滑块的质量越大，产生的动能就越大，威力也越大，但相对于所需要的耗能也越大。

(轨道炮发射原理)

【3】电磁重接炮

重接炮是没有炮管的，它是利用上下的两个矩形线圈产生高强度的强磁场力作用，当弹丸进入磁场时，被线圈中的磁场力加速推进并发射出去，虽然重接炮没有炮管，但是它需要要求弹丸具有一定的初速度进入线圈，产能产生磁场力并加速，所以它也是一种多级加速的不需要接触的电磁炮，目前这种电磁炮是世界上最新的一种发展形势。

(重接炮的工作原理)

总的来说电磁炮中，世界各国研究发展都专注于电磁轨道炮，大部分资源都投入到轨道炮的研究当中，当然其技术也相对比较成熟。比起传统火炮来说可以做到发射的速度更高，初速度可达到8千米/秒，而传统火炮只有1千米/秒以下;还能做到启动的时间更短，从正常状态下到发射弹丸只需要数分钟，而且还可以实现连续发射，可以做到1分钟6发的重复发射;最后电磁轨道炮的发射动能更加强大，最大几乎能达到70兆焦左右(1兆焦的能量相当于一辆1吨卡车在100英里/每小时(约161千米/小时)速度下的能量),射程可以超过2000千米，而且在发射的过程中全都是由计算机控制，弹头也是现在最新的激光制导装置，所以具有很高的打击精度，带着强大的动能击打敌对目标并摧毁，威力极大。当电磁炮发展成熟以后运用到军事中，海上战舰(能看到战列舰重出江湖的影子了)已经可以颠覆未来战争了。

(同样初速度下不同质量弹丸的弹道差

(中国072登陆舰上安装电磁轨道炮进行

组成结构

电磁炮利用电磁力沿导轨发射炮弹的武器。它主要由能源、加速器、开关三部分组成。能源通常采用可蓄存10～100兆焦耳能量的装置。当前实验用的能源有蓄电池组、磁通压缩装置、单极发电机，其中单极发电机是最有前途的能源。 [2]

加速器是把电磁能量转换成炮弹动能，使炮弹达到高速的装置。主要有：使用低压直流单极发电机供电的轨道炮加速器和离散或连续线圈结构的同轴同步加速器两大类。开关是接通能源和加速器的装置，能在几毫秒之内把兆安级电流引进加速器中，其中的一种是由两根铜轨和一个可在其中滑动的滑块组成。

发现原理

19世

电磁炮原理示意图 纪，英国科学家法拉第发现了法拉第电磁感应定律，该定律表明磁场中的电荷和电流会受到洛仑兹力的作用，即位于磁场中的导线在通电时会受到一个力的推动，同时，如果让导线在磁场中作切割磁力线的运动，导线上也会产生电流。

20世纪初，有人提出利用洛仑兹力发射炮弹的设想。在两次世界大战中，法国、德国和日本都曾研究过电磁炮。第二次世界大战以后，其他国家也进行过这方面的研究。

实验应用

1845年，查尔斯·惠斯通制作出了世界第一台磁阻直流电动机，并用它把金属棒抛射到20米远。此后，德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造"电气炮"的设想。

第一个正式提出电磁发射/电磁炮概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰。他在1901年获得了"电火炮"专利。1920年，法国的福琼·维莱普勒发表了《电气火炮》文章。几乎同时，美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器。二战期间，在军事需求的刺激下，德国、日本都研制过电磁炮。德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里/秒的初速。

20世纪70年代

用电磁炮发射宇宙飞船的设想图 初，澳大利亚国立大学建造了第一台电磁发射装置，将 3克重的塑料块(炮弹)加速到6000米/秒的速度。此后，澳、美科学家制造了不同类型的实验样机，并进行过多次发射实验。用单极发电机供电的电磁炮，已能把318克重的炮弹加速到4200米/秒的速度。磁通压缩型电磁炮已能将 2克重的炮弹加速到11000米/秒的速度。

20世纪70年代，澳大利亚国立大学的查里德·马歇尔博士运用新技术，把3克弹丸加速到了5.9公里/秒。这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推进到超高速度是可行的。1978年公布实验情况后，引起了各国军方的特别关注，美国国防委员会得出"未来高性能武器必然以电能为基础"的结论。美国防部成立了"电磁炮联合委员会"，协调军队、能源部、国防原子能局及战略防御倡议机构分散进行的电炮研究工作。

1980年，美国西屋公司为“星球大战”建造的实验电磁炮把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米，而在真空中，这个速度还可提高到每秒8~10千米。

1992年，美国已把一门口径90毫米、炮口动能9兆焦的电磁炮样炮推到尤马靶场进行试验。电磁炮从实验室到靶场说明，电源小型化技术已有所突破。

高速发展

美国

电磁炮曾是冷战时代美国“星球大战”军备计划的重点项目，被视为对抗核弹的秘密武器。美国海军于2005年重新启动电磁炮研究，截止2010年投放2.11亿美元。

2010年12月6日，美国通用原子公司公司宣布，该公司研制的Blitzer防空型电磁轨道炮的样炮已经于9月在美国陆军杜格威试验场成功试射了空气动力学弹丸。该次试验是根据与海军研究办公室签订的合同进行的，成功演示了具有战术价值的电磁导轨发射装置、脉冲电源系统和弹丸的集成和能力。试验中使用的弹丸由波音公司研制，飞行速度达到5马赫，飞行加速度达到60000g，试验还演示了电枢分离和稳定飞行。

2010年12月12日，美国研发电磁轨道炮在海军试射中，将电磁炮以音速5倍的极速，击向200公里外目标，射程为海军常规武器的10倍。美军目标在8年内进行海上实测，并于2025年前正式配备于军舰上。 该实验在弗吉尼亚州达尔格伦水面作战中心进行，先后两次试射电磁炮。电磁炮主要由两条轨道组成，炮身装在拖车大小的长方形枪管，轨道中间放着铝制20磅炮弹。电磁炮接上电源后，电流会通过两条轨道，从而生成强大推力，将铝弹以高速弹射。

两次试射所生成的能量，分别

美国试射电磁炮 达33兆和32兆焦耳，打破于2008年创下的10兆焦耳纪录。1兆焦耳能量相当于1吨重汽车以时速160公里行驶。

除威力外，33兆焦耳下发射的炮弹射程较现时常规武器远10倍，亦是电磁炮一大优势。但美军最终实战配备目标是64兆焦耳级电磁炮，射程最远可达321公里，可让军舰在敌舰射程范围外发动攻击。

海军研究所所长卡尔表示，电磁炮优点众多，首先是射速快，不会像巡航导弹般出现目标移走或落空等问题，配合全球定位系统(GPS)更可进一步提高准绳度。此外，由于电磁炮毋须火药，既可提升船员安全，亦可令军舰携带炮弹数量增加10倍。

2014年1月15日，美国海军研究实验室负责人马修·库伦德少将介绍称，该项目已经完成了第一阶段(原型机研发阶段)，已经研制了2套工业电磁轨道炮系统原型，项目已经进入第二阶段，海军及工业部门将测试在一分钟内进行多轮发射。库伦德对即将在白沙靶场进行导轨炮8连射测试结果充满信心。 [3]

2014年4月10日，美国海军表示将启动电磁炮海上试射计划，利用电磁可发射音速七倍的高速轻型炮弹。 [4] 该型电磁炮已在地面展开广泛试射，接下来将安装在美国海军快速舰“米利诺基特号”，并在2016年进行海上试射。 [4]

美国海军研究部主任克隆德海军少将在一项军方科技圆桌会议上透露，“这已是真实的，不是科幻小说，你可以亲眼看它发射。” [4] 克隆德将在华盛顿附近举行的海空宇航科技博览会上表示电磁炮将协助加强美国的空防、巡航导弹防卫及弹道导弹防卫，同时还具有成本低廉的优点。 [4]

中国

2013年11月20日出版的《简式防务周刊》

美军电磁炮 [3] 报道称，卫星图象显示中国包头市西北方的一个所谓装甲设备与火炮测试中心，有两门火炮，它们分别长约26米和33.5米，这两门超级火炮各自被固定在混凝土基座上，这个混凝土基座曾与2010年9月至2012月12月期间现身，当时卫星图像首次捕捉到了这两门火炮的身影。 [5]

而最新的卫星照片显示，这两门火炮2013年7月仍在原处。而在2011年拍摄的卫星照相中，尺寸更大的那门所谓火炮前方，有一系列似乎是靶标的物体。报道猜测，这显示该处正在对高速炮弹进行穿透力测试。

性能特点

电磁轨道炮是一种远程、高能、多任务的武器

电磁炮结构 ，其射速可达当前海军的舰炮的3倍。其射程可达100英里(约161千米)以上，以舰船上储存的电能为动力来源，利用电磁力(洛仑兹力)沿导轨将弹头加速到很高的速度发射出去。美国海军官员称，这是一种不太昂贵、具有高杀伤力和远程打击能力的攻击性武器。 [3]

电磁轨道炮弹头重23磅(约10.43千克)，可以从电磁导轨上发射，也可从海军127毫米甚至155毫米火炮系统发射。导轨炮采用指令制导，但在未来可能发展成自导式。 [3]

除了在射程和毁伤力方面的优势，该炮还是一种相对廉价的海军火炮项目，每枚炮弹成本约25000美元。 [3]

由于电磁轨道炮是一种具有高能量的武器，因此发热情况严重，需要有良好的冷却技术支持。电磁轨道炮并不仅仅是一个炮弹发射装置，而是由多个系统组成的。美国海军正在对多个冷却系统设计进行评估。 [3]

(1)电磁推动力大，弹丸速度高。电磁发射的脉冲动力约为火炮发射力的10倍,所以用它发射的弹丸速度很高。一般火炮的射击速度约为0.8千米/秒，步枪子弹的射击速度为l千米/秒。而电磁炮可将3克重的弹丸加速到11千米/秒，将300克的弹丸加速到4千米/秒。有的专家甚至预言，将来的速度可达100千米/秒。速度对于天基反导弹系统来说尤为重要。因为拦截器速度越高，不仅拦截的效率高。而且可大大减少天基武器的数量。

(2)弹丸稳定性好。电磁炮弹丸在炮管中受到的推力是电磁力, 这种力量是非常均匀的，而电磁推力容易控制，所以弹丸稳定性好，这有利于提高命中精度。

(3)隐蔽性好。电磁炮在发射时不产生火焰和烟雾，也不产生冲击波，所以作战中比较隐蔽，不易被敌人发现。而且，它采用低级燃料作能源，而不是常规火药，这有利于发射阵地的安全。

(4)弹丸发射能量可调。可根据目标性质和射称大小可快速调节电磁力的大小，从而控制弹丸的发射能量。

(5) 比较经济。与常规武器比较，火炮发射药产生每焦耳能量需要10美元， 而电磁炮只需要0.1美元。如果与其他太空武器相比，电磁炮就更经济了。

分类

线圈炮

线圈炮又称交流同轴线圈炮。它是电磁炮的最早形式，由加速线圈和弹丸线圈构成。根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的。加速线圈固定在炮管中，当它通入交变电流时，产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流。感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用，产生电磁场力，使弹丸加速运动并发射出去。

轨道炮

轨道炮(Rail Gun)或译磁轨炮、导轨炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明，是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去。它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸。当两轨接入电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度(理论上可以到达亚光速)射出，这就是轨道炮的发射原理，轨道炮是电磁炮最常见的式样。电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器，与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程。因而引起了世界各国军事家们的关注。自80年代初期以来，电磁炮在未来武器的发展计划中，已成为越来越重要的部分。

电热炮

电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮，其结构也有多种形式。最简单的一种是采用一般的炮管，管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极，燃烧器安装在炮后膛的末端。当等离子体燃烧器两极间加上高压时，会产生一道电弧，使放在两极间的等离子体生成材料(如聚乙烯)蒸发。蒸发后的材料变成过热的高压等离子体，从而使弹丸加速。

重接炮

重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置，没有炮管，但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度。其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置，之间有间隙，长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用，穿过间隙在其中加速前进。重接炮是电磁炮的最新发展形式。