【物理】不用火藥的炮——電磁炮，你知道不？不知道就out了！

「炮」有很多種，我們熟悉的有鞭炮、鋼炮，火炮等等，我們往往都是把它和「火藥」聯繫起來，因為現有絕大多數武器都是利用火藥產生的化學能推動射彈前進.到了21世紀，世界各國為增大武器射程進行了不懈的努力.隨著射程的增大，武器體積、重量急劇增加，機動性能受到嚴重影響.增大射程的重要措施之一是提高初速.目前榴彈炮的初速不足900米／秒，最先進的坦克炮初速2千米／秒已接近極限。當一項技術投入所得到的回報越來越少時，那麼就有另一種更具有前途的系統來替代它。今天用電能代替化學能製成電能武器將從根本上改變這種狀況，它將帶來兵器發展史上一場大革命。

「電磁炮」就是一種新的替代品.我們知道當一個螺線管通直流電時，螺線管就產生與條形磁鐵一樣的磁場.螺線管的一端是N極，另一端是S極，電流越大產生的磁場就越強，下圖是電磁炮示意圖。你知道電磁炮是如何把炮彈打出去的嗎？

一、電磁炮的製作原理

當螺線管通以強大的瞬間電流時，能在短時間內釋放出能量，把炮彈送出炮筒。電磁炮的電源內有一個大容量電容器，首先使電容器充電，然後讓電容器瞬間放電，這時在螺線管內的磁場可瞬時達到零點幾特斯拉的磁感應強度，強大的瞬時磁感應強度能把鐵磁性材料做的炮彈吸進螺線管，以後炮彈就靠慣性往前衝出炮筒口而射出去。

上面只簡述了感應電磁炮的原理，真正的電磁炮要複雜得多，磁場是經多級螺線管感應的強磁場，也就是炮彈經第一螺線管出口時，正好是第二級螺線管的開始；炮彈出第二級螺線管出口時，正好又是第三級螺線管的開始……這樣經過多級接力加速作用，炮彈可以獲得很大的加速度，到出炮口時的速度很大，炮彈就可射得很遠。

二、電磁炮的發展概況

早在1845年，對電磁炮的研究就開始了.當時曾有人繞制了一些線圈，線圈中產生的電磁力將一根金屬棒射出了近20米遠.1901年，挪威物理學家伯克蘭造出了第一門電磁線圈炮，能把10千克的彈體加速到100米／秒.這門長10米的電磁炮至今仍陳列在挪威奧斯陸的博物館中.

1920年，法國人維勒魯斯又發明了電磁軌道炮.電磁炮真正取得實質性的進展還是70年代的事.在70年代澳大利亞國立大學試製了一門電磁炮，首次成功地將3.3克的彈體加速到5.9千米/秒.1982年，他們又製成一門威力更大的電磁炮，能把2.2克的彈體加速到10千米/秒，遠遠超過了常規炮彈的飛行速度。

1980年，美國的研究人員用電磁炮成功地發射了一顆質量為317克的彈丸，其飛行速度為4.2千米/秒.1987年，美國又研製成「雷電」電磁炮，在試驗中將彈丸加速到6千米/秒. 1991年，美國又研製成功機動型的多發電磁炮，1994年研製出反戰術導彈電磁炮.

三、電磁炮的特點及用途

電磁泡與常規火炮相比，有以下特點：

（一）電磁炮利用電磁力所作的功作為發射能量，不會產生強大的衝擊波和瀰漫的煙霧，因而具有良好的隱蔽性.電磁炮可根據目標的性質和距離，調節、選擇適當的能量來調整彈丸的射程.

（二）電磁炮沒有圓形炮管，彈丸體積小，重量輕，使其在飛行時的空氣阻力很小，因而電磁炮的發射穩定性好，初速度高，射程遠.另外電磁炮的發射過程全部由計算機控制，彈頭又裝有激光制導或其他制導裝置，所以具有很高的射擊精度。

（三）從發射能量的成本來看，常規火炮的發射葯產生1兆焦耳能量需10美元，而電磁炮只需0.1美元.而且電磁炮還可以省去火炮的葯筒和發射裝置，故而重量輕、體積小、結構簡單、運輸以及後勤保障等方面更為安全可靠和方便。

四、電磁炮的軍事用途

（一）用於天基反導系統：電磁炮由於初速度極高，可用於摧毀空間的低軌道衛星和導彈，還可以攔截由艦隻和裝甲發射的導彈.因此，在美國的「星球大戰」計劃中，電磁炮就成為一項主要研究的任務.

（二）用於防空系統：美軍認為可用電磁炮代替高射武器和防空導彈執行防空任務.美國正在研製長7.5米、發射速度為500發／分、射程達幾十千米的電磁炮，準備替代艦上的「火神──方陣防空系統」.用它不僅能打擊臨空的各種飛機，還能在遠距離攔截空對艦導彈.

（三）用於反裝甲武器：美國的打靶試驗證明，電磁炮是對付坦克裝甲的有效手段.發射質量為50克、速度為3千米／秒的炮彈，可穿透25.4毫米厚的裝甲，是非常優良的反裝甲武器.

（四）用於改裝常規火炮：隨著電磁發射技術的發展，在普通火炮的炮口加裝電磁加速系統，可大大提高火炮的射程.美國利用這一技術，已將火炮射程加大到150千米.

五、電磁炮前景展望

太空梭耗資巨大，「太空電梯」則連材料問題都還沒有完全解決，難道在現有技術框架內真的找不到廉價的太空發射手段嗎？答案是否定的.科學家們想到了電磁炮。

用兩根導體製成軌道，中間放置炮彈，使電流可以通過三者建立迴路.把這個裝置放在磁場中，並給炮彈通電，炮彈就會加速向前飛出.在1980年，美國西屋公司為「星球大戰」建造的實驗電磁炮基本就是這樣的結構.它把質量為300克的炮彈加速到了約4千米／秒.如果是在真空中，這個速度還可提高到8~10千米／秒，這已經超過了第一宇宙速度，具備了作為一種新型航天發射裝置的理論資格.

用電磁炮發射宇宙飛船的設想圖

電磁炮最主要的缺點是消耗功率大，假如以3千米/秒的速度發射1.0千克重的彈丸，就需要200萬千瓦以上的功率.因此，很難裝備中小型作戰平台.就目前而言，電磁炮要從實驗室走上戰場，還存在許多技術問題沒有得到很好的解決。