美軍研發(fā)超高速火炮 或成未來反導(dǎo)重要力量

美軍開展超高速炮彈彈射試驗資料圖

????據(jù)海軍內(nèi)情網(wǎng)2016年9月19日報道，經(jīng)過政府和民間的慎重考慮，美國防部已經(jīng)不再將電磁導(dǎo)軌炮視為下一代反導(dǎo)用的重要平臺，但正在研發(fā)的超高速常規(guī)火炮技術(shù)將有望成為應(yīng)對未來高端對手大規(guī)模導(dǎo)彈火力的有效手段。

????起源很早的新概念武器——電磁導(dǎo)軌炮

????電磁導(dǎo)軌炮又稱電磁軌道炮，它的技術(shù)概念原理比較簡單：主體部分由兩條平行的軌道組成，彈丸夾在兩條軌道之間；兩軌接入電源，電流經(jīng)一軌道流向彈丸再流向另一軌道產(chǎn)生強磁場，磁場與電流相互作用，產(chǎn)生強大的洛侖茲力推動彈丸，達到很高的速度（理論上可以到達亞光速，當然這是幾乎不可能實現(xiàn)的）。它加速快，彈丸出口速度高,是一種典型而又獨特的動能武器,可用于對抗反艦導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈和反輻射導(dǎo)彈。

????電磁導(dǎo)軌炮屬于“不折不扣”的新概念武器，但這一發(fā)明起源較早，已經(jīng)有了八九十年的歷史。電磁導(dǎo)軌炮由法國人維勒魯伯于1920年發(fā)明。1944年，德國的漢斯勒博士研制出長2米、口徑20毫米的電磁導(dǎo)軌炮，能把重10克的圓柱體鋁彈丸加速到1.08千米/秒；1945年他又將2門電磁導(dǎo)軌炮串聯(lián)起來，使炮彈速達到了1.21千米/秒。二戰(zhàn)期間，日本也研究過感應(yīng)加速式電磁導(dǎo)軌炮，并把2千克的彈丸加速到335米/秒。但由于材料和電力等關(guān)鍵問題無法解決，電磁導(dǎo)軌炮的研究陷入瓶頸。1978年，澳大利亞國立大學物理學家理查德?馬歇爾和約翰巴伯等人使用5米長的電磁導(dǎo)軌炮將質(zhì)量3.3克的塑料彈丸以5.9千米/秒的高速發(fā)射成功的突破性進展。

????“冷戰(zhàn)”結(jié)束后，隨著美國和西方防御思想的轉(zhuǎn)變，電磁導(dǎo)軌炮應(yīng)用的研究重點也由戰(zhàn)略和空間防御向常規(guī)戰(zhàn)爭和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)移。為此美國陸軍制定了一個焦點技術(shù)計劃（FTP），要求大約用5年時間，投資5億美元將初口動能提高到20兆焦，初速達到3-4千米/秒，投資2.2億美元，制造一種預(yù)研樣機并使其具有一定的重復(fù)發(fā)射能力；然后再用兩年時間進行試驗和改進，進入全尺寸技術(shù)驗證階段，執(zhí)行先進技術(shù)演示計劃，從一般性武器化研究轉(zhuǎn)向滿足于防空、反導(dǎo)、反裝甲和其它武器系統(tǒng)使用要求。

????除美國以外，西歐的英、法、德三國以及日本和俄羅斯都介入了電磁導(dǎo)軌炮技術(shù)的研究。英國研制電磁導(dǎo)軌炮的主要方向是裝備未來的主戰(zhàn)坦克。法國和德國決定聯(lián)合研制電磁導(dǎo)軌炮，計劃分為兩部分：一是基礎(chǔ)研究；二是設(shè)計、制造和試驗?；A(chǔ)研究分為系統(tǒng)總體、電磁導(dǎo)軌炮、線圈炮、高速彈丸、電源和開關(guān)6個項目。設(shè)計、制造和試驗的炮型就是上述3種炮的縮比演示器。

????電磁導(dǎo)軌炮的作戰(zhàn)優(yōu)勢和發(fā)展瓶頸共存

????美國電磁導(dǎo)軌炮的近期應(yīng)用主要體現(xiàn)在戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈防御和低空近程防空上，它的應(yīng)用將大大加強戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)能力。電磁導(dǎo)軌炮的一個重要特點是初速快。假定射彈的初速能達到4 千米/秒，射彈飛行30-130秒，它大致可攔截120-520 千米以遠處發(fā)射的仍處于助推段的戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈。電磁導(dǎo)軌炮在發(fā)射時不產(chǎn)生火焰和煙霧，也不產(chǎn)生沖擊波，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。此外，電磁導(dǎo)軌炮可部署在遠離主戰(zhàn)場的地方。正如美國海軍研究部門負責人卡爾所說的：“海軍可在至少200公里的距離發(fā)射炮彈，讓水手遠離險境。”

????不過，電磁導(dǎo)軌炮的研發(fā)也面臨瓶頸，因為目前還沒有哪艘軍艦?zāi)墚a(chǎn)生并且儲存開炮所需的電能。在過去，驅(qū)逐艦上90%的能量都用于供給推進系統(tǒng)。除此之外，面臨的挑戰(zhàn)還包括：確保準確命中目標的高精度控制技術(shù)，炮彈對巨大加速度的承受能力等。由于距離目標超過了300千米，所以這種炮不能像普通槍管一樣去瞄準，而需要空氣動力學的校正，炮彈到了空中也必須由來自衛(wèi)星的指令對其運行方向進行修正。同時，炮彈在出膛時的加速度會達到地球重力加速度的45000倍，炮彈上攜帶的電子器件必須經(jīng)受得住這種加速度。此外，要使轉(zhuǎn)子在炮管中高速運動也很困難。

????2013年，海軍電力艦船項目辦公室主管稱，美國海軍海上系統(tǒng)司令部發(fā)布了一份名為《海軍電力系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)路線圖》的計劃文件，該路線圖的發(fā)布旨在鼓勵學術(shù)界、國防部與海軍開展合作，尋找改進艦上集成電力系統(tǒng)所需的方法。文件稱，長期發(fā)展存在不確定性，但可以預(yù)計的是，隨著定向能武器、高功率聲納、電磁導(dǎo)軌炮不斷增多，其體積和能力的不斷提升，艦船要想同時運行這些系統(tǒng)將需要更多的電力。文件還希望能夠建立一種通用方法，為不同類型的海軍艦船開發(fā)和安裝電力系統(tǒng)。文件還提出了一些應(yīng)對挑戰(zhàn)的建議，包括開發(fā)能量“彈倉”技術(shù)，向諸如激光和導(dǎo)軌炮這樣的武器提供瞬時高強度電力。

????為此，《路線圖》同時要求開展研究以尋求艦上的電力產(chǎn)生和存儲方法。海軍驅(qū)逐艦裝備的發(fā)電機組已經(jīng)從最初的3-4千瓦發(fā)展到9000千瓦，而DDG-1000驅(qū)逐艦的發(fā)電能力則達到78000千瓦。電力系統(tǒng)在艦船裝備中的重要性正在日益提高。艦上電力和電氣系統(tǒng)負責支持諸如通信設(shè)備、燈光、聲納、雷達和武器系統(tǒng)對于電的需求。電動機還是船用替代推進技術(shù)，如混合動力輔助推進系統(tǒng)（已用于海軍“馬金島”號兩棲攻擊艦、并計劃用于“美國”號和“的黎波里”號）的關(guān)鍵組成部分。

????美軍正在開展用傳統(tǒng)艦炮發(fā)射超高速火炮的研究

????2016年3月，美軍海軍新聞網(wǎng)消息稱，美國海上系統(tǒng)司令部正在開展傳統(tǒng)艦炮發(fā)射超高速火炮（HGWS），該項目來自美海軍電磁導(dǎo)軌炮計劃，打擊速度達到3倍音速，利用動能擊毀目標。超高速火炮的特點在于利用傳統(tǒng)艦炮發(fā)射，無需進行大規(guī)模改造，飛行速度可達3倍音速，超過Mk 45型127毫米艦炮發(fā)射無制導(dǎo)炮彈的打擊效果。目前，美國海軍主力戰(zhàn)艦上都安裝了Mk 45型艦炮，但該艦炮的打擊距離較短，而且缺少遠程精確打擊能力，幾乎成了擺設(shè)。超高速火炮能夠讓Mk 45艦炮煥發(fā)青春，可對陸、對海打擊，甚至能夠攔截空中目標，并為電磁炮設(shè)計進行鋪墊。

????根據(jù)美國海軍的艦炮升級計劃，2020年至2023年時需要獲得全面的艦炮升級，發(fā)展基礎(chǔ)為超高速炮彈，該炮彈無需裝藥，利用自身動能摧毀目標，127毫米艦炮發(fā)射超高速火炮是美國海軍正在尋找的遠程對陸攻擊力量。更重要的是，超高速火炮的口徑可以不同，適合不同口徑艦炮的使用，比DDG-1000上使用的火箭增程制導(dǎo)炮彈要便宜很多，適合大量裝備海軍艦艇部隊。超高速火炮利用動能打擊，因此精確度要很高，而且能夠在未來能夠利用電磁炮進行發(fā)射。從這方面看，超高速火炮具有小型化，精確度高的特點，一艘驅(qū)逐艦級別的水面艦艇能夠攜帶數(shù)百枚炮彈，更大程度上提高彈藥庫的裝彈量，降低彈藥的總成本，避免出現(xiàn)攔不起的局面。還有一點很關(guān)鍵，以超高速火炮為基礎(chǔ)的電磁炮炮彈不需要裝藥，因此可以安全存放，對海軍艦艇而言也不用擔心彈藥庫殉爆。

????BAE系統(tǒng)公司在獲得去年3000萬美元的合同后，正全力研發(fā)超高速火炮，試圖在2025年將電磁炮技術(shù)發(fā)展成熟。電磁炮的研發(fā)建立在超高速火炮基礎(chǔ)之上，飛行速度更高，至少在5倍音速以上，對400公里外的目標，只要200秒的飛行時間，發(fā)現(xiàn)目標后可以快速摧毀。美國海軍目前未披露到底有幾家公司參與了電磁炮研制，美國海軍的指標為最大射程可達到400千米，彈頭速度達到5至6馬赫。電磁炮炮彈還無法使用指導(dǎo)套件，畢竟飛行速度快，加速度可達到萬個G，任何儀器在如此惡劣環(huán)境中無法保證正常工作。

????超高速火炮系統(tǒng)將在下屆總統(tǒng)任內(nèi)得到演示驗證

????9月15日，美國副國防部長羅伯特?沃克在新美國安全中心的一次會議上稱，他正全面推動在下屆總統(tǒng)任期中開展一次名為“突襲破壞者”的軍事演習，這次演習中將驗證“超高速火炮系統(tǒng)”（HGWS）項目的相關(guān)能力。HGWS項目將使美國陸軍大量火炮能夠發(fā)射與海軍電磁導(dǎo)軌炮通用的智能炮彈。

????“如果研發(fā)工作正常展開，我們可以將部署在北約的每門155毫米榴彈炮升級成為防空反導(dǎo)平臺，并提高其射程。”沃克稱，“HGWS技術(shù)將同樣用于海軍127毫米艦炮，因此也有望使這些艦炮用作防空反導(dǎo)，扭轉(zhuǎn)美國在拒入/限動環(huán)境下的不利形勢?！蔽挚朔Q，有分析模型顯示，美軍通過改進常規(guī)火炮并將其作為戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，可攔截近100枚導(dǎo)彈的齊射。但在實戰(zhàn)驗證中，如果將HGWS作為主要火力，可以更為有效地對抗?jié)撛趯κ帧?/p>

????“我認為，如果我們在白沙靶場開展‘突襲破壞者’演習，我們將能夠攔截95%-98%的敵方彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈，這將對未來可能發(fā)生的在太平洋、歐洲地區(qū)的對抗產(chǎn)生重大影響?！蔽挚嗽?015年3月首次提出“突襲破壞者”演習的設(shè)想，并在2016年首次公布國防部開始關(guān)注HGWS項目，這說明這項技術(shù)將在下一屆總統(tǒng)任期內(nèi)成為投資重點。沃克曾在5月份說，他相信HGWS才是投資的重點。但同時，如果下一任美國總統(tǒng)認為“電磁炮才是美國真正想要的武器”，那么他們將得到足夠的資金發(fā)展海軍電磁導(dǎo)軌炮。

????美國防部在2017財年為HGWS投資了2.46億美元，在2015-2016財年已經(jīng)投資了3.64億。而通用原子公司和BAE系統(tǒng)公司也已交付了電磁導(dǎo)軌炮樣炮。與此同時，海軍也在17財年提出了30億美元的預(yù)算申請，繼續(xù)研發(fā)電磁炮、超高速火炮和固體激光器。新的HGWS項目將首先由國防部戰(zhàn)略能力辦公室負責管理，該辦公室主要職責是進一步挖掘現(xiàn)有武器系統(tǒng)潛力，通過升級改造使之具備更強作戰(zhàn)能力。（謝武）