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美軍研發(fā)超高速火炮 或成未來反導(dǎo)重要力量

2016年09月29日 08:02:44 來源: 中國網(wǎng)

美軍開展超高速炮彈彈射試驗資料圖

????據(jù)海軍內(nèi)情網(wǎng)2016年9月19日報道,經(jīng)過政府和民間的慎重考慮,美國防部已經(jīng)不再將電磁導(dǎo)軌炮視為下一代反導(dǎo)用的重要平臺,但正在研發(fā)的超高速常規(guī)火炮技術(shù)將有望成為應(yīng)對未來高端對手大規(guī)模導(dǎo)彈火力的有效手段。

????起源很早的新概念武器——電磁導(dǎo)軌炮

????電磁導(dǎo)軌炮又稱電磁軌道炮,它的技術(shù)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(jīng)一軌道流向彈丸再流向另一軌道產(chǎn)生強磁場,磁場與電流相互作用,產(chǎn)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(dāng)然這是幾乎不可能實現(xiàn)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(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈和反輻射導(dǎo)彈。

????電磁導(dǎo)軌炮屬于“不折不扣”的新概念武器,但這一發(fā)明起源較早,已經(jīng)有了八九十年的歷史。電磁導(dǎo)軌炮由法國人維勒魯伯于1920年發(fā)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(dǎo)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(dǎo)軌炮串聯(lián)起來,使炮彈速達到了1.21千米/秒。二戰(zhàn)期間,日本也研究過感應(yīng)加速式電磁導(dǎo)軌炮,并把2千克的彈丸加速到335米/秒。但由于材料和電力等關(guān)鍵問題無法解決,電磁導(dǎo)軌炮的研究陷入瓶頸。1978年,澳大利亞國立大學(xué)物理學(xué)家理查德?馬歇爾和約翰巴伯等人使用5米長的電磁導(dǎo)軌炮將質(zhì)量3.3克的塑料彈丸以5.9千米/秒的高速發(fā)射成功的突破性進展。

????“冷戰(zhàn)”結(jié)束后,隨著美國和西方防御思想的轉(zhuǎn)變,電磁導(dǎo)軌炮應(yīng)用的研究重點也由戰(zhàn)略和空間防御向常規(guī)戰(zhàn)爭和戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)移。為此美國陸軍制定了一個焦點技術(shù)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(yù)研樣機并使其具有一定的重復(fù)發(fā)射能力;然后再用兩年時間進行試驗和改進,進入全尺寸技術(shù)驗證階段,執(zhí)行先進技術(shù)演示計劃,從一般性武器化研究轉(zhuǎn)向滿足于防空、反導(dǎo)、反裝甲和其它武器系統(tǒng)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(dǎo)軌炮技術(shù)的研究。英國研制電磁導(dǎo)軌炮的主要方向是裝備未來的主戰(zhàn)坦克。法國和德國決定聯(lián)合研制電磁導(dǎo)軌炮,計劃分為兩部分:一是基礎(chǔ)研究;二是設(shè)計、制造和試驗。基礎(chǔ)研究分為系統(tǒng)總體、電磁導(dǎo)軌炮、線圈炮、高速彈丸、電源和開關(guān)6個項目。設(shè)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(dǎo)軌炮的作戰(zhàn)優(yōu)勢和發(fā)展瓶頸共存

????美國電磁導(dǎo)軌炮的近期應(yīng)用主要體現(xiàn)在戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈防御和低空近程防空上,它的應(yīng)用將大大加強戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)能力。電磁導(dǎo)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(fā)射的仍處于助推段的戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈。電磁導(dǎo)軌炮在發(fā)射時不產(chǎn)生火焰和煙霧,也不產(chǎn)生沖擊波,不易被敵人發(fā)現(xiàn)。此外,電磁導(dǎo)軌炮可部署在遠離主戰(zhàn)場的地方。正如美國海軍研究部門負(fù)責(zé)人卡爾所說的:“海軍可在至少200公里的距離發(fā)射炮彈,讓水手遠離險境?!?/p>

????不過,電磁導(dǎo)軌炮的研發(fā)也面臨瓶頸,因為目前還沒有哪艘軍艦?zāi)墚a(chǎn)生并且儲存開炮所需的電能。在過去,驅(qū)逐艦上90%的能量都用于供給推進系統(tǒng)。除此之外,面臨的挑戰(zhàn)還包括:確保準(zhǔn)確命中目標(biāo)的高精度控制技術(shù),炮彈對巨大加速度的承受能力等。由于距離目標(biāo)超過了300千米,所以這種炮不能像普通槍管一樣去瞄準(zhǔn),而需要空氣動力學(xué)的校正,炮彈到了空中也必須由來自衛(wèi)星的指令對其運行方向進行修正。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(jīng)受得住這種加速度。此外,要使轉(zhuǎn)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,美國海軍海上系統(tǒng)司令部發(fā)布了一份名為《海軍電力系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)路線圖》的計劃文件,該路線圖的發(fā)布旨在鼓勵學(xué)術(shù)界、國防部與海軍開展合作,尋找改進艦上集成電力系統(tǒng)所需的方法。文件稱,長期發(fā)展存在不確定性,但可以預(yù)計的是,隨著定向能武器、高功率聲納、電磁導(dǎo)軌炮不斷增多,其體積和能力的不斷提升,艦船要想同時運行這些系統(tǒng)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(fā)和安裝電力系統(tǒng)。文件還提出了一些應(yīng)對挑戰(zhàn)的建議,包括開發(fā)能量“彈倉”技術(shù),向諸如激光和導(dǎo)軌炮這樣的武器提供瞬時高強度電力。

????為此,《路線圖》同時要求開展研究以尋求艦上的電力產(chǎn)生和存儲方法。海軍驅(qū)逐艦裝備的發(fā)電機組已經(jīng)從最初的3-4千瓦發(fā)展到9000千瓦,而DDG-1000驅(qū)逐艦的發(fā)電能力則達到78000千瓦。電力系統(tǒng)在艦船裝備中的重要性正在日益提高。艦上電力和電氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)支持諸如通信設(shè)備、燈光、聲納、雷達和武器系統(tǒng)對于電的需求。電動機還是船用替代推進技術(shù),如混合動力輔助推進系統(tǒng)(已用于海軍“馬金島”號兩棲攻擊艦、并計劃用于“美國”號和“的黎波里”號)的關(guān)鍵組成部分。

????美軍正在開展用傳統(tǒng)艦炮發(fā)射超高速火炮的研究

????2016年3月,美軍海軍新聞網(wǎng)消息稱,美國海上系統(tǒng)司令部正在開展傳統(tǒng)艦炮發(fā)射超高速火炮(HGWS),該項目來自美海軍電磁導(dǎo)軌炮計劃,打擊速度達到3倍音速,利用動能擊毀目標(biāo)。超高速火炮的特點在于利用傳統(tǒng)艦炮發(fā)射,無需進行大規(guī)模改造,飛行速度可達3倍音速,超過Mk 45型127毫米艦炮發(fā)射無制導(dǎo)炮彈的打擊效果。目前,美國海軍主力戰(zhàn)艦上都安裝了Mk 45型艦炮,但該艦炮的打擊距離較短,而且缺少遠程精確打擊能力,幾乎成了擺設(shè)。超高速火炮能夠讓Mk 45艦炮煥發(fā)青春,可對陸、對海打擊,甚至能夠攔截空中目標(biāo),并為電磁炮設(shè)計進行鋪墊。

????根據(jù)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(fā)展基礎(chǔ)為超高速炮彈,該炮彈無需裝藥,利用自身動能摧毀目標(biāo),127毫米艦炮發(fā)射超高速火炮是美國海軍正在尋找的遠程對陸攻擊力量。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(dǎo)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(fā)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(qū)逐艦級別的水面艦艇能夠攜帶數(shù)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(xiàn)攔不起的局面。還有一點很關(guān)鍵,以超高速火炮為基礎(chǔ)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(dān)心彈藥庫殉爆。

????BAE系統(tǒng)公司在獲得去年3000萬美元的合同后,正全力研發(fā)超高速火炮,試圖在2025年將電磁炮技術(shù)發(fā)展成熟。電磁炮的研發(fā)建立在超高速火炮基礎(chǔ)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(biāo),只要200秒的飛行時間,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后可以快速摧毀。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(biāo)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(dǎo)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(huán)境中無法保證正常工作。

????超高速火炮系統(tǒng)將在下屆總統(tǒng)任內(nèi)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(tǒng)任期中開展一次名為“突襲破壞者”的軍事演習(xí),這次演習(xí)中將驗證“超高速火炮系統(tǒng)”(HGWS)項目的相關(guān)能力。HGWS項目將使美國陸軍大量火炮能夠發(fā)射與海軍電磁導(dǎo)軌炮通用的智能炮彈。

????“如果研發(fā)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(dǎo)平臺,并提高其射程?!蔽挚朔Q,“HGWS技術(shù)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(dǎo),扭轉(zhuǎn)美國在拒入/限動環(huán)境下的不利形勢?!蔽挚朔Q,有分析模型顯示,美軍通過改進常規(guī)火炮并將其作為戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點,可攔截近100枚導(dǎo)彈的齊射。但在實戰(zhàn)驗證中,如果將HGWS作為主要火力,可以更為有效地對抗?jié)撛趯κ帧?/p>

????“我認(rèn)為,如果我們在白沙靶場開展‘突襲破壞者’演習(xí),我們將能夠攔截95%-98%的敵方彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈,這將對未來可能發(fā)生的在太平洋、歐洲地區(qū)的對抗產(chǎn)生重大影響?!蔽挚嗽?015年3月首次提出“突襲破壞者”演習(xí)的設(shè)想,并在2016年首次公布國防部開始關(guān)注HGWS項目,這說明這項技術(shù)將在下一屆總統(tǒng)任期內(nèi)成為投資重點。沃克曾在5月份說,他相信HGWS才是投資的重點。但同時,如果下一任美國總統(tǒng)認(rèn)為“電磁炮才是美國真正想要的武器”,那么他們將得到足夠的資金發(fā)展海軍電磁導(dǎo)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(jīng)投資了3.64億。而通用原子公司和BAE系統(tǒng)公司也已交付了電磁導(dǎo)軌炮樣炮。與此同時,海軍也在17財年提出了30億美元的預(yù)算申請,繼續(xù)研發(fā)電磁炮、超高速火炮和固體激光器。新的HGWS項目將首先由國防部戰(zhàn)略能力辦公室負(fù)責(zé)管理,該辦公室主要職責(zé)是進一步挖掘現(xiàn)有武器系統(tǒng)潛力,通過升級改造使之具備更強作戰(zhàn)能力。(謝武)

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