美国海军研究局(ONR)正在研制电磁导轨炮，它将成为未来军舰装备的一种武器系统。电磁导轨炮使用电流磁场把炮弹加速到极高的速度。在研发射器的功率为8兆焦，兆焦是电能、机械能和热能的一种度量单位。目前，美国海军水面作战中心正在使用这种发射器，将来会被功率更强大的32兆焦系统替代。

海军研究局正在研制的电磁导轨炮将来可能安装在美海军DD(X)朱姆沃尔特级驱逐舰上。

美海军发展导轨炮项目

高速电磁发射器将发展成为一种精准、致命的武器系统。

未来几十年中，作战部队可以得到200英里外美海军战舰的火力支援。这些军舰使用的不是常规加农炮或者火箭炮，而是能够把炮弹加速至数倍于音速的电磁发射器。依靠电能而非火药发射制导弹药，导轨炮有能力发动快速、极度准确的攻击，而且没有常规舰载火炮的后勤保障和安全性问题。

虽然电磁导轨炮出现在实验室已经有数十年的时间了，但是最近能源系统和材料方面取得的进展使得这种武器具备了投入实用的可能性。 美海军计算在2011年前制造出技术验证机。明尼阿波利斯BAE系统公司海军电磁炮项目经理Amir Chaboki博士称，2003年初，由美海军DD（X）驱逐舰项目办公室出资，该项目开始进行军舰集成研究。为期六个月的研究分析了电磁炮与下一代电动舰集成的可行性。电动舰是未来军舰的一种设计概念。电动舰的很多机械系统将被散布在军舰上的电池、发电机、激励器取代，为武器和传感器提供更多的空间，提高军舰遇袭时的生存能力。

根据这项研究的成果，弗吉尼亚州阿林顿的海军研究局正在研制原型机武器。BAE系统公司获得了两份海军研究局出资的合同，其中一份合同是与弗吉尼亚州达尔格伦市海军水面作战中心签署的。达尔格伦项目是研究一种32兆焦的实验室型发射器，包括详细设计、制造和安装。兆焦是电能、机械能和热能的一种度量单位。

第二份合同是研制一种适合战术舰载应用的创新性电磁导轨炮舰载原型机。BAE系统公司和圣迭哥的通用原子公司正在研制舰载合同第一阶段的两个竞争系统，该项目也由海军研究局管理。实验室项目的目标是解决炮膛寿命问题，研制一种实用炮膛和炮弹设计方案，而战术性项目的目标是寻找一种可安装在平台上的轻型导轨炮。Chaboki负责BAE系统公司的这两个项目。

Chaboki说，美海军尚未制定导轨炮的最终计划。他补充说，海军研究局的项目综合考虑了海军的需求和武器系统技术的就绪性。32兆焦导轨炮是64兆焦舰载战术武器系统的过渡方案。Chaboki解释说，这仍然是项目的目标，但是需要进一步研究确定能够满足海军需求的最佳系统。

据海军研究局预测，64兆焦的武器可以在6分钟中把炮弹打到250英里外。发射后，炮弹初始速度约为7马赫，到达目标的速度达5马赫，具有巨大的动能。该项目计划研制多种采用全球定位系统制导的炮弹。

海军研究局称，与常规火炮相比，导轨炮具有若干优点。由于炮弹不需要推进剂，因此简化了后勤保障，提高了军舰的载弹量。炮弹的高速，可以为地面部队提供精准的海上火力支援，军舰可以用快速、精确的火力打击敌军水面舰船。

电磁导轨炮系统投入实用前，还需要解决若干工程设计挑战。研制出有效武器的主要障碍是炮管寿命。设计人员必须确保在不损伤导轨炮管的导轨和绝缘层的情况下连接发射数百枚炮弹。

32兆焦实验室型发射器的设计目标是把性能提高到比其它实验室导轨炮高四倍的水平。它应当是一个灵活、可配适、鲁棒性的测试平台，可以为实战系统找到最佳的炮管配置和构造方案。试验型导轨炮可配置不同材料制成的不同口径的炮管，帮助研究人员解决炮管寿命的问题。短期目标是，在不损伤炮管的条件下，可以连接发射100次、速度为每秒2500米的炮弹。

研制过程中遇到的另外一个挑战是导轨的分离或者损伤。导轨发射炮弹时，导轨周围会形成一个磁场，在不使用火药的情况下把炮弹加速到极高的速度。衔铁连通两个导轨间的电流，把炮弹推出炮管。电磁作用在把炮弹射出的同时也使得两个导轨相互排斥。必须遏制这种相互排斥力，防止导轨分离或者破损。

导轨在发射时所受的互斥力、系统与导轨相接的衔铁所承受的强电流，都是造成系统磨损的因素。常规加农炮炮管因与炮弹发生机械性磨擦而出现磨损，电磁导轨炮的炮管因电流而出现磨损。Chaboki承认，保持强电流滑动磨擦而不产生损伤，是一个很大的挑战。

他说，目前正在探索双导轨防护方法。第一种方法是使用沉重的层压钢构件来加固导轨。32兆焦实验室发射器将采用这种防护方式。但是这种层压钢构件使得炮管变得过于厚重，不适合战术应用。BAE系统公司研究人员正在研究另一种方法，即使用先进复合材料和其它重量轻、强度高的材料来防护导轨。

此外，还必须考虑导轨炮的炮闩和炮口管理问题。Chaboki指出，常规加农炮在发射时，火药的逸出气体使炮闩处产生高压。而导轨炮则利用电流来推动炮弹，但是在发射之后，炮口处有残余电流，必须设法处理。工程师们将研究导轨炮的炮闩、炮口、以及炮管加电的方式，给系统加防护，安装该系统。

目前，BAE系统公司正在制造一个缩小比例的2兆焦试验型发射器。Chaboki称，将在亚利桑那州尤马试验场试射该试验型导轨炮。在研制和组装导轨炮的过程中，该系统的一些部件将在达尔格伦设施接受测试。32兆焦发射器将安装在这个地方。

导轨炮的炮弹及其制导系统也必须能够承受很高的加速度。虽然还没有确定炮弹的最终设施方案，但Chaboki说，电磁导轨炮发射的任何物体都将承受35千G至40千G的加速度，实战型武器系统的加速度将达到50千G。这种加速度力是加农炮发射的炮弹的两倍。海军研究局签署了两份炮弹研制合同，一份合同是与芝加哥的波音公司签署的，另外一份是与国马萨诸塞州剑桥市的查理•斯塔克•德雷珀实验室签署的。

军方之所以对电磁导轨炮感兴趣，是因为它的能耗需求低于激光武器等定向能武器。DD(X)驱逐舰项目办公室2003年可行性研究得出的一个结论是，未来的军舰将拥有使用电磁导轨炮所需的电力。导轨炮在射击时需要9－10秒的高功率脉冲。Chaboki说：“军舰有足够的电力，但目前正在研究电力质量管理和其它方面的问题。与定向能武器所需的电力相比，导轨炮所需的电力无疑具有更大的可能性和可行性。”

美国陆军研制电磁导轨炮的历史也有数十年了。由于电磁导轨炮体积和重量的原因，美陆军研究人员一直在研究用脉冲交流发电机和旋转机械式能源充当电源。但是，Chaboki指出，海军则不存在体积受限的问题，因为军舰上有足够的空间，可以用电容器蓄存武器系统所需的电力。

海军正在研究两个供电方案：电容器和脉冲交流发电机。两者相比，电容器是一种更为成熟的技术，但是更重更大一些。Chaboki说，目前正在研制体积更小的电容器。通用原子公司正在研发脉冲交流发电机技术，脉冲交流发电机利用高速飞轮生产数兆瓦的电力。

Chaboki补充道，美国海军和陆军共享导轨炮项目的信息。他说，海军密切关注着陆军在脉冲交流发电机方面取得的进展，陆军也在研究海军在导轨炮方面的进展情况。

项目的第一阶段将于2011年结束，该阶段将验证导轨炮的可行性。如果第一阶段获得成功，将于2015年进行系统演示，2020－2025年间将形成初始作战能力。

来源：美国信号杂志

作者：亨利-S-凯尼恩

编译：知远/绿菊