美軍研發超高速火炮 或成未來反導重要力量

美軍開展超高速炮彈彈射試驗資料圖

    據海軍內情網2016年9月19日報道，經過政府和民間的慎重考慮，美國防部已經不再將電磁導軌炮視為下一代反導用的重要平臺，但正在研發的超高速常規火炮技術將有望成為應對未來高端對手大規模導彈火力的有效手段。

    起源很早的新概念武器——電磁導軌炮

    電磁導軌炮又稱電磁軌道炮，它的技術概念原理比較簡單：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，電流經一軌道流向彈丸再流向另一軌道産生強磁場，磁場與電流相互作用，産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,可用于對抗反艦導彈、戰術彈道導彈、空地導彈和反輻射導彈。

    電磁導軌炮屬于“不折不扣”的新概念武器，但這一發明起源較早，已經有了八九十年的歷史。電磁導軌炮由法國人維勒魯伯于1920年發明。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門電磁導軌炮串聯起來，使炮彈速達到了1.21千米/秒。二戰期間，日本也研究過感應加速式電磁導軌炮，並把2千克的彈丸加速到335米/秒。但由于材料和電力等關鍵問題無法解決，電磁導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米長的電磁導軌炮將品質3.3克的塑膠彈丸以5.9千米/秒的高速發射成功的突破性進展。

    “冷戰”結束後，隨著美國和西方防禦思想的轉變，電磁導軌炮應用的研究重點也由戰略和空間防禦向常規戰爭和戰術應用轉移。為此美國陸軍制定了一個焦點技術計劃（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，制造一種預研樣機並使其具有一定的重復發射能力；然後再用兩年時間進行試驗和改進，進入全尺寸技術驗證階段，執行先進技術演示計劃，從一般性武器化研究轉向滿足于防空、反導、反裝甲和其他武器係統使用要求。

    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軌炮技術的研究。英國研制電磁導軌炮的主要方向是裝備未來的主戰坦克。法國和德國決定聯合研制電磁導軌炮，計劃分為兩部分：一是基礎研究；二是設計、制造和試驗。基礎研究分為係統總體、電磁導軌炮、線圈炮、高速彈丸、電源和開關6個項目。設計、制造和試驗的炮型就是上述3種炮的縮比演示器。

    電磁導軌炮的作戰優勢和發展瓶頸共存

    美國電磁導軌炮的近期應用主要體現在戰術彈道導彈防禦和低空近程防空上，它的應用將大大加強戰術反導能力。電磁導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 千米以遠處發射的仍處于助推段的戰術彈道導彈。電磁導軌炮在發射時不産生火焰和煙霧，也不産生衝擊波，不易被敵人發現。此外，電磁導軌炮可部署在遠離主戰場的地方。正如美國海軍研究部門負責人卡爾所説的：“海軍可在至少200公里的距離發射炮彈，讓水手遠離險境。”

    不過，電磁導軌炮的研發也面臨瓶頸，因為目前還沒有哪艘軍艦能産生並且儲存開炮所需的電能。在過去，驅逐艦上90%的能量都用于供給推進係統。除此之外，面臨的挑戰還包括：確保準確命中目標的高精度控制技術，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星的指令對其運作方向進行修正。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受得住這種加速度。此外，要使轉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，美國海軍海上係統司令部發布了一份名為《海軍電力係統技術開發路線圖》的計劃文件，該路線圖的發布旨在鼓勵學術界、國防部與海軍開展合作，尋找改進艦上整合電力係統所需的方法。文件稱，長期發展存在不確定性，但可以預計的是，隨著定向能武器、高功率聲納、電磁導軌炮不斷增多，其體積和能力的不斷提升，艦船要想同時運作這些係統將需要更多的電力。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和安裝電力係統。文件還提出了一些應對挑戰的建議，包括開發能量“彈倉”技術，向諸如鐳射和導軌炮這樣的武器提供暫態高強度電力。

    為此，《路線圖》同時要求開展研究以尋求艦上的電力産生和存儲方法。海軍驅逐艦裝備的發電機組已經從最初的3-4千瓦發展到9000千瓦，而DDG-1000驅逐艦的發電能力則達到78000千瓦。電力係統在艦船裝備中的重要性正在日益提高。艦上電力和電氣係統負責支援諸如通信設備、燈光、聲納、雷達和武器係統對于電的需求。電動機還是船用替代推進技術，如混合動力輔助推進係統（已用于海軍“馬金島”號兩棲攻擊艦、並計劃用于“美國”號和“的黎波裏”號）的關鍵組成部分。

    美軍正在開展用傳統艦炮發射超高速火炮的研究

    2016年3月，美軍海軍新聞網消息稱，美國海上係統司令部正在開展傳統艦炮發射超高速火炮（HGWS），該項目來自美海軍電磁導軌炮計劃，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艦炮發射，無需進行大規模改造，飛行速度可達3倍音速，超過Mk 45型127毫米艦炮發射無制導炮彈的打擊效果。目前，美國海軍主力戰艦上都安裝了Mk 45型艦炮，但該艦炮的打擊距離較短，而且缺少遠端精確打擊能力，幾乎成了擺設。超高速火炮能夠讓Mk 45艦炮煥發青春，可對陸、對海打擊，甚至能夠攔截空中目標，並為電磁炮設計進行鋪墊。

    根據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，發展基礎為超高速炮彈，該炮彈無需裝藥，利用自身動能摧毀目標，127毫米艦炮發射超高速火炮是美國海軍正在尋找的遠端對陸攻擊力量。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，一艘驅逐艦級別的水面艦艇能夠攜帶數百枚炮彈，更大程度上提高彈藥庫的裝彈量，降低彈藥的總成本，避免出現攔不起的局面。還有一點很關鍵，以超高速火炮為基礎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係統公司在獲得去年3000萬美元的合同後，正全力研發超高速火炮，試圖在2025年將電磁炮技術發展成熟。電磁炮的研發建立在超高速火炮基礎之上，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，發現目標後可以快速摧毀。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境中無法保證正常工作。

    超高速火炮係統將在下屆總統任內得到演示驗證

    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“超高速火炮係統”（HGWS）項目的相關能力。HGWS項目將使美國陸軍大量火炮能夠發射與海軍電磁導軌炮通用的智能炮彈。

    “如果研發工作正常展開，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平臺，並提高其射程。”沃克稱，“HGWS技術將同樣用于海軍127毫米艦炮，因此也有望使這些艦炮用作防空反導，扭轉美國在拒入/限動環境下的不利形勢。”沃克稱，有分析模型顯示，美軍通過改進常規火炮並將其作為戰場網絡的一個節點，可攔截近100枚導彈的齊射。但在實戰驗證中，如果將HGWS作為主要火力，可以更為有效地對抗潛在對手。

    “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%的敵方彈道導彈和巡航導彈，這將對未來可能發生的在太平洋、歐洲地區的對抗産生重大影響。”沃克曾在2015年3月首次提出“突襲破壞者”演習的設想，並在2016年首次公布國防部開始關注HGWS項目，這説明這項技術將在下一屆總統任期內成為投資重點。沃克曾在5月份説，他相信HGWS才是投資的重點。但同時，如果下一任美國總統認為“電磁炮才是美國真正想要的武器”，那麼他們將得到足夠的資金發展海軍電磁導軌炮。

    美國防部在2017財年為HGWS投資了2.46億美元，在2015-2016財年已經投資了3.64億。而通用原子公司和BAE係統公司也已交付了電磁導軌炮樣炮。與此同時，海軍也在17財年提出了30億美元的預算申請，繼續研發電磁炮、超高速火炮和固體鐳射器。新的HGWS項目將首先由國防部戰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有武器係統潛力，通過升級改造使之具備更強作戰能力。（謝武）