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美军研发超高速火炮 或成未来反导重要力量

2017-07-07 16:48重庆新闻网编辑:admin人气:


美军开展超高速炮弹弹射试验资料图

    据海军内情网2016年9月19日报道,经过政府和民间的慎重考虑,美国防部已经不再将电磁导轨炮视为下一代反导用的重要平台,但正在研发的超高速常规火炮技术将有望成为应对未来高端对手大规模导弹火力的有效手段。

    起源很早的新概念武器——电磁导轨炮

    电磁导轨炮又称电磁轨道炮,它的技术概念原理比较简单:主体部分由两条平行的轨道组成,弹丸夹在两条轨道之间;两轨接入电源,电流经一轨道流向弹丸再流向另一轨道产生强磁场,磁场与电流相互作用,产生强大的洛仑兹力推动弹丸,达到很高的速度(理论上可以到达亚光速,当然这是几乎不可能实现的)。它加速快,弹丸出口速度高,是一种典型而又独特的动能武器,可用于对抗反舰导弹、战术弹道导弹、空地导弹和反辐射导弹。

    电磁导轨炮属于“不折不扣”的新概念武器,但这一发明起源较早,已经有了八九十年的历史。电磁导轨炮由法国人维勒鲁伯于1920年发明。1944年,德国的汉斯勒博士研制出长2米、口径20毫米的电磁导轨炮,能把重10克的圆柱体铝弹丸加速到1.08千米/秒;1945年他又将2门电磁导轨炮串联起来,使炮弹速达到了1.21千米/秒。二战期间,日本也研究过感应加速式电磁导轨炮,并把2千克的弹丸加速到335米/秒。但由于材料和电力等关键问题无法解决,电磁导轨炮的研究陷入瓶颈。1978年,澳大利亚国立大学物理学家理查德•马歇尔和约翰巴伯等人使用5米长的电磁导轨炮将质量3.3克的塑料弹丸以5.9千米/秒的高速发射成功的突破性进展。

    “冷战”结束后,随着美国和西方防御思想的转变,电磁导轨炮应用的研究重点也由战略和空间防御向常规战争和战术应用转移。为此美国陆军制定了一个焦点技术计划(FTP),要求大约用5年时间,投资5亿美元将初口动能提高到20兆焦,初速达到3-4千米/秒,投资2.2亿美元,制造一种预研样机并使其具有一定的重复发射能力;然后再用两年时间进行试验和改进,进入全尺寸技术验证阶段,执行先进技术演示计划,从一般性武器化研究转向满足于防空、反导、反装甲和其它武器系统使用要求。

    除美国以外,西欧的英、法、德三国以及日本和俄罗斯都介入了电磁导轨炮技术的研究。英国研制电磁导轨炮的主要方向是装备未来的主战坦克。法国和德国决定联合研制电磁导轨炮,计划分为两部分:一是基础研究;二是设计、制造和试验。基础研究分为系统总体、电磁导轨炮、线圈炮、高速弹丸、电源和开关6个项目。设计、制造和试验的炮型就是上述3种炮的缩比演示器。

    电磁导轨炮的作战优势和发展瓶颈共存

    美国电磁导轨炮的近期应用主要体现在战术弹道导弹防御和低空近程防空上,它的应用将大大加强战术反导能力。电磁导轨炮的一个重要特点是初速快。假定射弹的初速能达到4 千米/秒,射弹飞行30-130秒,它大致可拦截120-520 千米以远处发射的仍处于助推段的战术弹道导弹。电磁导轨炮在发射时不产生火焰和烟雾,也不产生冲击波,不易被敌人发现。此外,电磁导轨炮可部署在远离主战场的地方。正如美国海军研究部门负责人卡尔所说的:“海军可在至少200公里的距离发射炮弹,让水手远离险境。”

    不过,电磁导轨炮的研发也面临瓶颈,因为目前还没有哪艘军舰能产生并且储存开炮所需的电能。在过去,驱逐舰上90%的能量都用于供给推进系统。除此之外,面临的挑战还包括:确保准确命中目标的高精度控制技术,炮弹对巨大加速度的承受能力等。由于距离目标超过了300千米,所以这种炮不能像普通枪管一样去瞄准,而需要空气动力学的校正,炮弹到了空中也必须由来自卫星的指令对其运行方向进行修正。同时,炮弹在出膛时的加速度会达到地球重力加速度的45000倍,炮弹上携带的电子器件必须经受得住这种加速度。此外,要使转子在炮管中高速运动也很困难。

    2013年,海军电力舰船项目办公室主管称,美国海军海上系统司令部发布了一份名为《海军电力系统技术开发路线图》的计划文件,该路线图的发布旨在鼓励学术界、国防部与海军开展合作,寻找改进舰上集成电力系统所需的方法。文件称,长期发展存在不确定性,但可以预计的是,随着定向能武器、高功率声纳、电磁导轨炮不断增多,其体积和能力的不断提升,舰船要想同时运行这些系统将需要更多的电力。文件还希望能够建立一种通用方法,为不同类型的海军舰船开发和安装电力系统。文件还提出了一些应对挑战的建议,包括开发能量“弹仓”技术,向诸如激光和导轨炮这样的武器提供瞬时高强度电力。

    为此,《路线图》同时要求开展研究以寻求舰上的电力产生和存储方法。海军驱逐舰装备的发电机组已经从最初的3-4千瓦发展到9000千瓦,而DDG-1000驱逐舰的发电能力则达到78000千瓦。电力系统在舰船装备中的重要性正在日益提高。舰上电力和电气系统负责支持诸如通信设备、灯光、声纳、雷达和武器系统对于电的需求。电动机还是船用替代推进技术,如混合动力辅助推进系统(已用于海军“马金岛”号两栖攻击舰、并计划用于“美国”号和“的黎波里”号)的关键组成部分。

    美军正在开展用传统舰炮发射超高速火炮的研究

    2016年3月,美军海军新闻网消息称,美国海上系统司令部正在开展传统舰炮发射超高速火炮(HGWS),该项目来自美海军电磁导轨炮计划,打击速度达到3倍音速,利用动能击毁目标。超高速火炮的特点在于利用传统舰炮发射,无需进行大规模改造,飞行速度可达3倍音速,超过Mk 45型127毫米舰炮发射无制导炮弹的打击效果。目前,美国海军主力战舰上都安装了Mk 45型舰炮,但该舰炮的打击距离较短,而且缺少远程精确打击能力,几乎成了摆设。超高速火炮能够让Mk 45舰炮焕发青春,可对陆、对海打击,甚至能够拦截空中目标,并为电磁炮设计进行铺垫。

    根据美国海军的舰炮升级计划,2020年至2023年时需要获得全面的舰炮升级,发展基础为超高速炮弹,该炮弹无需装药,利用自身动能摧毁目标,127毫米舰炮发射超高速火炮是美国海军正在寻找的远程对陆攻击力量。更重要的是,超高速火炮的口径可以不同,适合不同口径舰炮的使用,比DDG-1000上使用的火箭增程制导炮弹要便宜很多,适合大量装备海军舰艇部队。超高速火炮利用动能打击,因此精确度要很高,而且能够在未来能够利用电磁炮进行发射。从这方面看,超高速火炮具有小型化,精确度高的特点,一艘驱逐舰级别的水面舰艇能够携带数百枚炮弹,更大程度上提高弹药库的装弹量,降低弹药的总成本,避免出现拦不起的局面。还有一点很关键,以超高速火炮为基础的电磁炮炮弹不需要装药,因此可以安全存放,对海军舰艇而言也不用担心弹药库殉爆。

    BAE系统公司在获得去年3000万美元的合同后,正全力研发超高速火炮,试图在2025年将电磁炮技术发展成熟。电磁炮的研发建立在超高速火炮基础之上,飞行速度更高,至少在5倍音速以上,对400公里外的目标,只要200秒的飞行时间,发现目标后可以快速摧毁。美国海军目前未披露到底有几家公司参与了电磁炮研制,美国海军的指标为最大射程可达到400千米,弹头速度达到5至6马赫。电磁炮炮弹还无法使用指导套件,毕竟飞行速度快,加速度可达到万个G,任何仪器在如此恶劣环境中无法保证正常工作。

    超高速火炮系统将在下届总统任内得到演示验证

    9月15日,美国副国防部长罗伯特•沃克在新美国安全中心的一次会议上称,他正全面推动在下届总统任期中开展一次名为“突袭破坏者”的军事演习,这次演习中将验证“超高速火炮系统”(HGWS)项目的相关能力。HGWS项目将使美国陆军大量火炮能够发射与海军电磁导轨炮通用的智能炮弹。

    “如果研发工作正常展开,我们可以将部署在北约的每门155毫米榴弹炮升级成为防空反导平台,并提高其射程。”沃克称,“HGWS技术将同样用于海军127毫米舰炮,因此也有望使这些舰炮用作防空反导,扭转美国在拒入/限动环境下的不利形势。”沃克称,有分析模型显示,美军通过改进常规火炮并将其作为战场网络的一个节点,可拦截近100枚导弹的齐射。但在实战验证中,如果将HGWS作为主要火力,可以更为有效地对抗潜在对手。

    “我认为,如果我们在白沙靶场开展‘突袭破坏者’演习,我们将能够拦截95%-98%的敌方弹道导弹和巡航导弹,这将对未来可能发生的在太平洋、欧洲地区的对抗产生重大影响。”沃克曾在2015年3月首次提出“突袭破坏者”演习的设想,并在2016年首次公布国防部开始关注HGWS项目,这说明这项技术将在下一届总统任期内成为投资重点。沃克曾在5月份说,他相信HGWS才是投资的重点。但同时,如果下一任美国总统认为“电磁炮才是美国真正想要的武器”,那么他们将得到足够的资金发展海军电磁导轨炮。

    美国防部在2017财年为HGWS投资了2.46亿美元,在2015-2016财年已经投资了3.64亿。而通用原子公司和BAE系统公司也已交付了电磁导轨炮样炮。与此同时,海军也在17财年提出了30亿美元的预算申请,继续研发电磁炮、超高速火炮和固体激光器。新的HGWS项目将首先由国防部战略能力办公室负责管理,该办公室主要职责是进一步挖掘现有武器系统潜力,通过升级改造使之具备更强作战能力。(谢武)

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