本文由現代軍事（ID:xiandaijunshi）授權轉載，作者：周偉等電磁軌道炮技術是美國在「第三次抵消戰略」下重點開發的關鍵性、顛覆性和前沿性武器系統技術,但實際上美國最早於20世紀10年代就開始進行相關研究,20世紀90年代以後逐步漸入佳境,21世紀初以來從概念研究進入到原型開發階段。目前,BAE系統公司和通用原子公司分別牽頭實施海基和陸基型號研製項目,實戰型電磁軌道炮最早將於2020年左右列裝。在2017財年,美國海軍為電磁軌道炮、超高速射彈和固體激光器項目共提出了30億美元的預算申請。在電磁軌道炮技術發展過程中,美國採取了多種措施,不斷推進技術成熟度和實戰化水平的演進。總的來看,其發展主要呈現以下特點:
▲在陸基電磁軌道炮項目方面，目前以通用原子公司炮口動能3兆焦的「閃電」（Blitzer）電磁軌道炮為主螺旋式開發、漸進式研製,快速而低成本地推動形成新型作戰能力基於現行軍事戰略,有計劃、分步驟、有重點地推進項目實施無論是美國21世紀初正式啟動電磁軌道炮項目之時的「由海向陸」的海軍戰略,還是目前的「第三次抵消戰略」或「分散式殺傷」作戰理論,都是美國指導其電磁軌道炮發展的依據,而其電磁軌道炮的各項研發工作都緊貼這些軍事戰略和作戰理論的需求,例如為美軍提供創新性、顛覆性的火力支援、防空反導能力等。同時美國遵循武器裝備發展的規律和流程,制訂了較詳盡的開發計劃。作為美國「海軍創新原型」(INP)計划下的重點項目,美國海軍從一開始就將電磁軌道炮項目分2個階段實施。第一階段工作跨越2005年至2012年,目前已告完成;第二階段工作從2013年開始,至今仍在持續進行。對於每個階段,都有相應的開發重點,例如第一階段的重點之一是解決基本的發射技術,第二階段則側重於解決連續發射技術。相關分系統的開發也是如此。2013年9月,美國海軍研究局與BAE系統公司簽訂電磁軌道炮高速彈丸第一階段研製合同。此彈丸的研製將分3個階段完成:第一階段(2013年9月-2014年5月),開展折衷研究和概念設計,縮小模塊化和通用性方面的概念設計範圍;第二階段(2014年5月-2015年4月),開展初步設計和詳細設計工作;第三階段(2015年5月-2017年4月),完成最後研製工作,包括生產、測試和試飛彈丸。美國通用原子公司也為陸基型「閃電」電磁軌道炮超高速射彈的開發制訂和實施了一系列計劃,逐步推進風險降低和技術成熟化工作。2015年12月,成功進行超高速射彈制導與控制系統測試,實現了正常發射和機動飛行,其彈載通信組件也運行正常;2016年3月7-9日,再次成功進行類似試驗,驗證了超高速射彈的通信組件性能。按照計劃,通用原子公司將在2016年末至2017年初進行一系列演示試驗,演示超高速射彈及其組件的全部功能。基於現有技術條件,按照「先試驗、後實戰」的原則選擇武器平台由於電磁軌道炮使用電磁力發射彈丸,而非依靠傳統的化學能驅動,因此對其作戰平台的電能需求十分突出。美海軍的軌道炮原型安裝有100兆焦脈衝功率的電容器,由一個25兆瓦的發電站為其充電。電容器可在0.01秒內將存儲電荷輸送至電磁軌道炮,瞬間將彈體加速至馬赫數6。美海軍的目標是每分鐘發射10發彈丸,因此電容器需每6秒充電一次。目前美海軍現役作戰艦艇幾乎均不能滿足電磁軌道炮的電容需求,僅有在研的DDG1000「朱姆沃爾特」級驅逐艦符合要求。該級驅逐艦擁有78兆瓦綜合發電系統,但到20世紀20年代中期才能部署。為此,美海軍選擇暫時利用非作戰艦艇作為電磁軌道炮的試驗平台,以獲取電磁軌道炮與其作戰平台的集成與使用經驗。2014年7月11日,美國海軍研究局完成將2套電磁軌道炮原型機安裝到「米利諾基特」號「聯合高速船」(JHSV)上的工作。原定2016年進行電磁軌道炮發射試驗,但目前已推遲。2016年2月初,美國海軍與亨廷頓·英格爾斯公司研究在LPD-17「聖安東尼奧」兩棲船塢運輸艦上安裝新型雷達、電磁軌道炮和激光武器等,以便將其改建成導彈防禦艦。如果得以實現,它將是美國海軍自二戰以來最大的水面戰鬥艦。「聖安東尼奧」艦與「聯合高速船」的共同點是,擁有巨大的內部空間、良好的穩定性和任務靈活性,可在不對船體設計進行大改的前提下,容納電磁軌道炮及其發電和冷卻設備。另外,美海軍也考慮在技術條件允許的情況下,在其他作戰艦艇上安裝電磁軌道炮。2014年12月下旬,美海軍表示,鑒於激光武器和電磁軌道炮這兩種新型武器可能帶來的顯著優勢,正在考慮在現役62艘「阿利·伯克」級驅逐艦的一系列技術升級計劃中,為其配備這2種新型武器系統。基於先期開發成果,提升現有武器系統性能水平經過多年的開發,美國電磁軌道炮項目取得了大量技術成果,例如高速彈丸技術。為了在「第三次抵消戰略」的引領下,利用現成或趨於成熟的技術,快速低成本地形成顛覆性能力,美國計劃先將部分成果用於現役武器裝備,同時繼續進行關鍵技術攻關和演示驗證。這種做法既能基於現有火炮快速形成作戰能力(如低成本反導能力),又能為未來電磁軌道炮的實用化奠定基礎。2012年2月,美海軍啟動「超高速射彈」(HVP)項目,旨在研發一種可同時兼容電磁軌道炮和傳統火炮的下一代通用化、低風阻、模塊化多任務制導炮彈,並要求其技術性能提升而總成本降低。2016年1月中旬,HVP的研製方BAE公司表示,HVP可由電磁軌道炮及傳統艦炮(如Mk.45艦炮)發射。二者的射程均可達約96千米,是之前艦炮射程的4倍;均採用「慣性制導+GPS制導」方式,命中精度(CEP)為幾碼,還可在飛行中重新定位目標,同時可實現低成本。美國海軍現役「戰斧」對陸攻擊巡航導彈每枚價格約160萬美元,而HVP每發價格可能僅為其價格的2%～3%。2016年2月中旬和7月13日,美海軍海上系統司令部、美國國防部戰略能力辦公室先後表示,正在研究如何將用於電磁軌道炮的HVP應用於5英寸艦炮或陸軍「帕拉丁」自行榴彈炮等現有火炮系統。2016年3月28日,美國國防部戰略能力辦公室表示,正在開發「超高速炮武器系統」(HGWS)項目。該系統是一種機動型點防禦系統,使用為美海軍電磁軌道炮研發的智能彈丸,可從美陸軍和海軍現役傳統火炮中發射,具備導彈防禦能力。這些火炮包括美陸軍900部155毫米口徑「帕拉丁」自行榴彈炮、美海軍100部127毫米口徑的Mk.45艦炮。
▲目前美海軍現役作戰艦艇幾乎均不能滿足電磁軌道炮的電容需求，僅有在研的DDG 1000「朱姆沃爾特」級驅逐艦符合要求通用化開發、多功能集成,協同推動形成整體作戰能力同步開發海基和陸基型號,促進互聯互通互操作作為一種新型「火炮」,電磁軌道炮在海上戰場和陸地戰場擁有類似的需求,具備了類似的技術可行性。因此,美國在開發電磁軌道炮時儘管以海上需求為主,但也兼顧了陸地需求。在海基電磁軌道炮項目方面,主要由BAE公司負責,以在2020年前部署炮口動能32兆焦的電磁軌道炮為階段性目標,以在2025年前部署炮口動能64兆焦的為最終目標;未來美陸軍也可能採用BAE公司研製的陸基型號。在陸基電磁軌道炮項目方面,目前以通用原子公司炮口動能3兆焦的「閃電」(Blitzer)電磁軌道炮為主。在2013年10月21日-23日舉行的2013年美國陸軍協會年會上,美國通用原子公司首次披露其研製的陸基型「閃電」電磁軌道炮。這是該公司多任務電磁軌道炮武器系統的試驗型號,整個系統包括發射器、高密度電容驅動脈衝電源、武器火控系統等,射程80千米,既可提供反炮兵火力,又可執行防空任務,也具備一定的近程彈道導彈防禦能力。整個系統可由3輛拖車式卡車運載,其中2輛卡車運載電源(每輛卡車配備2組發電機和一組為電容器供電的蓄電池),1輛卡車用於攜載「閃電」電磁軌道炮、彈藥箱和目標定位雷達;3輛車可由4架次C-17運輸機空運部署。2015年6月9日～10日,美通用原子公司完成了4次的電磁軌道炮炮彈性能測試,也還完成了「閃電」電磁軌道炮的第100次成功發射。在海陸通用電磁軌道炮技術方面,2014年4月中旬,美海軍官員稱,海軍和陸軍正在聯合研製用於地面作戰的電磁軌道炮。該項目的主管、陸軍上尉馬歇爾·齊夫透露,「軍方正在嘗試開發一個系統模塊,使得電磁軌道炮能同時適用於陸基和海基。陸基型電磁軌道炮類似一種前端操作平台,它的脈衝電源箱位置一旦確定,加速起點和炮彈初始能量也就確定了。……它是未來的發展方向之一。」2016年6月下旬,美國陸軍司令馬克·米雷將軍稱,計劃將電磁軌道炮和激光武器部署在坦克等地面平台,目前美國陸軍正在探討相關性能指標。另外,開發中的HVP採用模塊化設計,彈體通過配置不同彈托,以方便由電磁軌道炮以及現役不同口徑的海軍和陸軍火炮發射。強調攻防兼備,勝任多種任務鑒於電磁軌道炮具有速度快、射程遠、威力大、精度高、效費比高等優良的特性,美國希望其能執行對陸對海攻擊、防空反導等多種使命任務。為實現這一目標,美國不僅要求將電磁軌道炮自身用於反導,也要求將其關鍵技術,如「超高速射彈」(HVP),通過普通火炮系統用於反導。按照美國海軍的計劃,多任務電磁軌道炮系統原型將於2025年前具備實戰能力,可探測、追蹤並攔截或打擊彈道導彈等空中目標和水面艦船,應至少具備一項以下能力:能在較大範圍追蹤低雷達反射截面的隱身目標;電子掃描覆蓋(視場)的方位角和仰角應大於90°;能追蹤並攔截大氣層內的彈道導彈目標;能抑制環境雜波(天氣、水面、生物);能進行防空反導和水面作戰;能同時追蹤敵方和己方發射的超聲速彈藥。2014年12月22日,美國海軍海上系統司令部披露,美國防部計劃使用電磁軌道炮防禦彈道導彈、超聲速導彈等威脅。2015年3月,為了降低美軍導彈防禦成本,美國國防部副部長羅伯特·沃克首次提出「突襲消除器」(Raid Breaker)概念;2015年7月上旬,沃克再次提出,當前「導彈攔截導彈」的方法是不可持續的,無法持續購買足夠數量的攔截彈來攔截一切威脅;美國防部「第三次抵消戰略」的一個關鍵目標是,必須找到挫敗大規模(100枚)彈道導彈和巡航導彈齊射的「突襲消除器」。那些具備「突襲消除器」能力的導彈防禦系統,必須成為「導彈攔截導彈」方法的替代方案,提供低成本的單次發射、更大載彈量、高速打擊和精確瞄準。而電磁軌道炮系統正是這樣一種替代方案。2016年9月15日,沃克表示,「超高速火炮系統」(HGWS)項目相關技術可用於155毫米榴彈炮、127毫米艦炮,能攔截95%～98%的來襲彈道導彈和巡航導彈齊射,「扭轉美國在『反介入/拒止』環境下的不利形勢」。
▲2016年4月20日，美海軍水面作戰中心達爾格倫分部宣布，已授予電池設計製造商帥福得美國有限公司（Saft America Inc.）一項合同，為電磁軌道炮開發非傳播能量儲存模塊以體系化開發為核心,採用多種採辦策略,穩步推動形成實戰化能力競爭性採辦與融合式採辦相結合在實施電磁軌道炮項目時,美國採用兩大主承包商相互競爭的策略。在整個第一階段,BAE系統公司與通用原子公司進行平行的系統開發工作。當第一階段即將結束時,2大主承包商交付炮口動能均為32兆焦的電磁軌道炮樣機,但美國海軍經評估後認為通用原子公司的樣機存在體積偏大等缺陷,於是選擇BAE公司作第2階段的主承包商。不僅在電磁軌道炮主系統的研製上,而且在相關分系統的研製上,美國也採取了多家承包商競爭的模式。例如,為了開發大容量電源等分系統,美國海軍分別與3家以上承包商進行合作。2012年1月,美國海軍海上系統司令部向雷聲公司等3家公司授出價值1000萬美元的初始合同,開發電磁軌道炮大功率電源系統「脈衝形成網路」(PFN);2016年5月23日,雷聲公司稱已開始向美國海軍交付電源脈衝集裝箱(PPC),用於靶場集成測試。2014年7月2日,美國海軍海上系統司令部授予K2能源公司8100萬美元合同,用於在2016年12月之前完成開發一種基於磷酸鋰鐵電池的、獨立自容式電池儲能量存儲系統,為電磁軌道炮用的大規模電容器組供充電。2016年4月20日,美海軍水面作戰中心達爾格倫分部宣布,已授予電池設計製造商帥福得美國有限公司(Saft America Inc.)一項合同,為電磁軌道炮開發非傳播能量儲存模塊。另一方面,在以同一個主承包商為核心的開發團隊里,美國強調主承包商與各分承包商密切配合,形成一個開發整體,以提高開發和採辦效率。例如,2006年6月,美國海軍研究局在與BAE系統公司、通用原子公司這2大主承包商簽訂電磁軌道炮項目的第一階段合同的同時,也要求通用原子公司與BAE系統公司聯合開展「艦載電磁軌道炮的戰術應用研究」,主要研究電磁軌道炮的輕量化方案;與波音公司和德瑞普實驗室(Draper Laboratory)聯合研究可耐受50千克加速度、具有導航與制導能力的彈丸組件技術等電磁炮專用技術。基礎技術研究與工程技術研究相結合由於電磁軌道炮是一種新概念武器,也是一種旨在「改變作戰規則」的顛覆性武器,創新性很強,沒有可供參考的案例,為確保研製成功,美國採取了基礎性技術研究與工程技術研究相結合的方針。在海基電磁軌道炮項目方面,BAE系統公司和通用原子公司在項目第一階段率領各自的團隊進行樣機的工程技術研發與演示驗證工作;在項目的第二階段,則由BAE系統公司率領的一個團隊進行相關工作。在陸基電磁軌道炮項目方面,通用原子公司除了繼續參與海基項目的分系統工作外,主要專註於「閃電」電磁軌道炮的工程研製工作,包括大量的演示驗證。例如,2016年4月,在美國陸軍機動與火力綜合實驗期間,通用原子公司成功對「閃電」電磁軌道炮系統進行了演示,並在演示中發射了11發超高速射彈,其射程再創新高,同時檢驗了該系統的機動作戰能力。另一方面,美國建立了專門的研發團隊同步、甚至更早地進行風險降低與技術支撐工作,不斷提升項目相關技術的成熟度。在「海軍創新原型」(INP)計划下的電磁軌道炮項目實施之前,2003年美海軍研究實驗室(NRL)即開始實施用於演示驗證的電磁軌道炮項目。2011年10月,NRL實現大口徑電磁軌道炮樣機的1000次發射試驗,達到關鍵里程碑;2014年3月7日,NRL「軌道炮材料測試中心」(RMTF)建成並首次試射一台新型小口徑(25.4毫米)電磁軌道炮。「這台『小型軌道炮』將作為小口徑系統的試驗平台,以滿足陸基和海基平台的電力需求。」該中心重點解決電磁軌道炮的材料問題,而NRL等離子物理分部就脈衝電源、材料加工、非線性動力學等開展了一系列研究。這些研究有力地支撐了目前的電磁軌道炮工程開發。
▲2016 年3 月28 日，美國國防部戰略能力辦公室表示，正在開發「超高速炮武器系統」（HGWS）項目。這些火炮包括美陸軍900 部155 毫米口徑「帕拉丁」自行榴彈炮、美海軍100 部127 毫米口徑的Mk.45 艦炮結語儘管美國電磁軌道炮技術開發水平處於世界前列,但與傳統火炮相比,該技術本身的發展仍不成熟,主要體現在其小型化、機動性、可靠性等性能指標均不能滿足實戰要求,而且面臨資金投入大、研發周期長、工程風險性高等困難。此外,電磁軌道炮技術的研發還受美國政治、經濟因素的干擾而放緩甚至停滯。因此,美國電磁軌道炮技術的開發是一個動態調整的過程,不同發展階段將具備不同的特點。
兩大問題阻礙電磁軌道炮的進一步發展本文由現代軍事（ID:xiandaijunshi）授權轉載作者：汪文俊美國《國家利益》網站刊文稱,美國海軍電磁軌道炮武器系統的未來開發將面臨兩方面的阻礙或挑戰。首先是武器系統海上發射所需的巨大電力需求;其次是性能驗證工作,即驗證其性能優於海軍現有的武器系統。
▲巨大的電力需求是美海軍電磁軌道炮發展的一大挑戰如何解決電力需求問題電磁軌道炮使用電磁力發射彈體,美海軍的電磁軌道炮原型系統擁有100兆焦的電容器,由一個25兆瓦的發電系統為其充電。該電容器可在0.01秒內將脈衝電流輸送到電磁軌道炮,瞬間將彈丸加速至馬赫數6。如果要實現海軍每分鐘發射10發炮彈的目標,其電容器需要每6秒充電1次。目前,很少有美軍戰艦能滿足電磁軌道炮的電容需求。發電能力最強的「朱姆沃爾特」級驅逐艦擁有78兆瓦的綜合發電系統,可為推進器和艦載電子系統動態分配電力,當速度達到20節時,將佔用58兆瓦儲備電力。相比之下,「阿利·伯克」級驅逐艦隻有7.5兆瓦電力可供艦載電子系統之用。美國海軍原來有幾艘核動力巡洋艦,在上世紀90年代已經退出服役。也許未來有新型核動力戰艦可搭載數門電磁軌道炮,但是在海軍申請到所需資金之前,必須要證明這種武器值得投資。
▲裝配在美海軍「米利諾基特」號聯合高速船上的電磁軌道炮原型是否能驗證其性能優勢電磁軌道炮有3個主要用處,首先是海上火力支援,也就是為登陸作戰提供炮火支援。「朱姆沃爾特」級驅逐艦155毫米先進火炮系統(AGS)也為登陸作戰進行了優化,使用了火箭助推遠程對地攻擊彈(LRLAP)。雖然LRLAP的成本幾乎是電磁軌道炮超高速射彈(HVP)的10倍,但射程不及軌道炮。HVP還可以從巡洋艦和驅逐艦的艦載先進火炮系統及127毫米艦炮上發射。HVP是重10千克的動能炮彈,依靠衝擊速度對目標造成損毀。「戰斧」對陸攻擊巡航導彈可搭載450千克的高爆彈頭,射程近1500千米,每枚耗資110萬美元。同時,海軍新一代遠程反艦巡航導彈(LRASM)的隱身能力高於「戰斧」導彈,搭載了船體侵徹彈頭,射程近900千米。電磁軌道炮的第二個作用是充當反艦武器,但是用途不大。電磁軌道炮只有在具備擊中移動目標能力時才能充當反艦武器,而且HVP要有足夠的動能才能對艦船造成實際損毀。相比之下,遠程反艦巡航導彈足以消滅大多數類型目標。另外,美海軍還希望利用電磁軌道炮攔截反艦導彈。海軍的「標準-2」和「標準-6」導彈能夠攔截反艦巡航導彈,「標準-3」和「標準-6」導彈能夠攔截彈道導彈。而且,升級版「海麻雀」導彈(ESSM)可以在50千米範圍內防禦導彈和戰機攻擊,「密集陣」近戰多管炮可當作最後的近程武器使用,未來還有望增添激光武器。電磁軌道炮的第3個作用,是充當中間層防空反導武器使用。「超高速炮武器系統」項目正在調查其能否在127毫米火炮上使用HVP對導彈進行攔截。電磁軌道炮技術還可用於其他目的。例如,電磁發射系統可以按相同的原理安裝在下一代航母上,或者可以將HVP的速度與導彈的射程和精準度相結合。相比導彈而言,電磁軌道炮的電力需求和單一的功能使其難以集成到現有的戰艦上。如果經過進一步發展,電磁軌道炮在性能上超過了現有武器系統,海軍可能會加速電磁軌道炮的集成與應用。但是從目前看,達到這一目標還需很長時間。
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