电磁炮的原理

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，电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。

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。

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。

发展沿革

发现原理

19世纪，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。

美国试射电磁炮

两次试射所生成的能量，分别达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，由于电磁炮无需火药，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。

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。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。

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。”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。

美军电磁炮

日本

22年1月，防卫省22年度起将正式着手研发利用电磁力高速发射炮弹的电磁炮。

性能特点

电磁炮结构

电磁轨道炮是一种远程、高能、多任务的武器，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。

电磁轨道炮弹头重23磅（约10.43千克） ……此处隐藏1007个字……置，基本上可以不必考虑这些，而且如果高温超导强磁体能够研制成功，对低温条件的要求也可放宽。

关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关，因为在磁场不够强的情况下，要想提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流。于是就产生了大电流发热和炮身烧蚀等麻烦。幸好这些麻烦对于航天发射不太重要，因为作为武器的电磁炮得严格限制长度，而作为发射工具，几千米甚至十几千米的炮身并不算问题，只是对建设施工时的作业精度要求较高罢了。 此外，延长轨道也可使炮弹承受的加速度降低。经过计算，用5千米长的轨道使炮弹由静止加速到第一宇宙速度，加速度是重力加速度的600倍，这已经比普通迫击炮发射时的加速度还小了，可人显然还是无法忍受，而长1000千米的加速轨道在地球上几乎无法建造。

最后，建造公里级长度，配备强磁场的加速轨道不会有技术困难，实际上为数众多的粒子加速器、对撞机等多半具有几千米，甚至几十千米长的加速和聚能环。而且它们除了对环道施工的精度要求极高外，各转弯和控制点等处也均需要设置强磁场。在建造宇宙电磁炮的基本技术方面，人们早已充分掌握了。真正的困难是，从来没谁把超级加速器放在高寒山区，而且青藏高原的交通条件不便利。

至于电磁炮的发射成本，如果不考虑产生强磁场的低温液体费用，仅仅是电和不可回收的炮弹壳体而已，日常维护成本也和同长度的高速地铁相仿，可以开口处一小段配备专职扫雪人员，或加个活动盖子就能解决。

作战用途

电磁炮作为发展中的高技术兵器，被世界各国海军所相中，把它作为未来新式武器，其军事用途十分广泛：

（一）用于天基反导系统：电磁炮由于初速度极高，可用于摧毁空间的低轨道卫星和导弹，还可以拦截由舰只和装甲发射的导弹．因此，在美国的“星球大战”计划中，电磁轨道炮成为一项主要研究的任务。

（二）用于防空系统：由于电磁炮初速度高，射速也高。有美军军事专家认为可用电磁炮代替高射武器和防空导弹，执行防空任务。如美国正在研制一种电磁炮，其发射速度为500发/分，射程达几十千米的电磁炮，准备替代舰上的“密集阵防空系统”。用它不仅能打击临空的各种飞机，还能在远距离拦截空对舰导弹．英国也正在积极研制用于装甲车的防空电磁炮。

（三）用于反装甲武器：美国的打靶试验证明，电磁炮是对付坦克装甲的有效手段。发射质量为50克、速度为3km/s的炮弹，是非常优良的反装甲武器。

（四）用于改装常规火炮：随着电磁发射技术的发展，在普通火炮的炮口加装电磁加速系统，可大大提高火炮的射程。美国利用这一技术，已将火炮射程加大到150km。

（五）用于反坦克武器。由于电磁炮初速极高，所以，它的穿甲能力极强，能有效地穿过坦克装甲，成为反坦克利器。美国曾进行过电磁炮打靶试验：电磁炮发射质量为50克、速度为3km/s的炮弹，可穿透25.4mm厚的装甲。有关资料还报道，用一种电磁炮做试验，完全可以穿透模拟的T－72、T－80坦克的装甲厚度。由此可见，电磁炮具有很强的穿透能力，是非常优良的反坦克武器。

（六）用于装备炮兵部队。电磁炮可望装备炮兵部队。美国海军陆战队也对电磁炮感兴趣。美国海军陆战队经常在海外执行作战任务，需要电磁炮这样的远程快速打击武器，对沿岸作战的士兵进行火力支援。美国陆军也在研发较小型的电磁炮用于陆战。

（七）用于装备海军舰艇。由于电磁炮具有的特点，它有望替代火炮，成为新型舰炮，装备海军舰艇。美国海军准备将电磁炮装备美国舰艇，美国的军事有专家认为，电磁炮有可能成为为未来美国海军新式武器。所以，美国前海军作战部长拉夫黑德上将称它为会带来“海军战法的革命。

最新进展

2015年，一段BAE系统公司为美国海军所研制的电磁炮测试视频在网络上曝光。相比传统的火炮，电磁炮在速度、精度以及打击效果上都有着显著优势。从测试画面来看，BAE所研制的电磁炮射出的炮弹就如同一根大钉子，可以轻易击穿水泥板、汽车，甚至是一次穿透8块钢板，威力惊人。

总体评价

尽管美国的国防预算难以避免被大幅削减的命运，但美国海军最高指挥官对未来的武器项目充满信心。

美国海军作战部长格林纳特上将在出席海军联盟2014年海空天博览会时表示，美海军平台应该要更好地适应其搭载的武器和任务系统。

格林纳特介绍，电磁导轨炮已经走出实验室，正在进入工程测试阶段。电磁导轨炮利用电能产生磁场，在此前的测试中，电磁导轨炮将一枚23磅（约合10.43千克）的弹丸推动到5600英里/小时（约合2.5千米/秒）的出膛速度。电磁导轨炮是一种动能武器，也就是说它不需要安装爆炸物。

美国海军还正在推进为部署在阿拉伯海的巡逻舰艇装备新型导弹系统测试进展顺利。除电磁导轨炮之外，其它的一些新型舰载武器也处于研制当中。美海军已经在近海战斗舰（LCS）上装备了“长弓地狱火”导弹，但这是权宜之策，美国海军计划在濒海战斗舰上装备远程导弹，从而提高这型舰艇的杀伤力。

电磁炮的详细原理是什么？强大的电场不会干扰周围电子设备吗？

答：啥？电磁炮的详细原理？不就是用食指和拇指夹住游戏币，弹出去就行了吗？

不开玩笑，电磁炮是一种概念很早就被提出来，但至今没有彻底实现的工具。其主要有四种类型：轨道炮、线圈炮、磁力线重接炮和轨道-线圈复合型电磁炮。这里主要介绍轨道炮和线圈炮的原理。

轨道炮发射机构由导轨、弹丸和电枢（以等离子体电枢为例）构成，发射时，给导轨通电，高压电弧将电枢加热到等离子态，通过可导电的弹丸接通回路，导轨上的电流产生垂直于导轨平面的磁场，通有电流的弹丸会在该磁场中受到向外的安培力，该力大小与电流平方成正比，在该力的作用下，弹丸加速并射出。可以看到，电流越大，导轨越长，弹丸初速越高。但问题在于所需电流过大，对电源和储能器要求高，且炮膛（即导轨）易磨损。

线圈炮分为固定线圈和可动线圈，看名字也知道，固定线圈在炮膛上，可动线圈在弹丸上，毕竟你不可能把炮膛发射出去。线圈炮发射时，在固定线圈通交变电流，交变电流产生交变磁场，可动线圈则在交变磁场中感应出感生电流，根据楞次定律，感生电流与固定线圈电流存在斥力，弹丸在该斥力作用下获得加速度，最终射出。单一线圈对弹丸的加速作用有限，因此线圈炮一般以多级线圈加速。线圈炮为无接触电磁炮，不会烧蚀炮膛，但线圈炮面临交变电流相位与弹丸速度匹配的问题，因此线圈炮电路较轨道炮更复杂。

这里可以看出，某漫画作者明显不懂物理，对电磁炮而言，区区3倍音速算什么，早在上世纪就有研究机构做出初速为9600m/s的.电磁轨道炮了。想象力比不过科技。

最后谈一下电磁干扰的问题。线圈炮不必多说，从原理可知，其会产生强电磁场，因此电磁防护是必要的。而对轨道炮，其会在膛外产生低频强磁场，对电路系统影响有限，但其电源系统的电磁特性十分明显，需要注意防护。