專家：電磁軌道炮三大優(yōu)點可主導(dǎo)未來戰(zhàn)爭
時間:2012-04-11 16:24 來源：科技日報
在科幻電影《變形金剛Ⅱ》中，游弋在大洋上的美國戰(zhàn)艦配置有一種超級武器，憑借其驚人的威力與超高的精度，在決戰(zhàn)之關(guān)鍵時刻，它令金字塔頂?shù)摹翱衽伞睓C(jī)器人瞬間灰飛煙滅。這就是美軍借好萊塢影片廣為宣傳的神秘殺手——電磁軌道炮。
自1920年法國科學(xué)家維勒魯伯提出原理設(shè)想，經(jīng)20世紀(jì)80年代美國“星球大戰(zhàn)”計劃高調(diào)渲染，直到近年來美國海軍頻繁試驗，電磁軌道炮的相關(guān)技術(shù)難題日漸被攻克，距離真正走上戰(zhàn)場指日可待。至此，作為臨近空間飛行器的未來殺手，電磁軌道炮廣闊的軍事應(yīng)用前景，勢必將重繪未來空天一體化作戰(zhàn)的圖景。
戰(zhàn)爭向臨近空間拓展
臨近空間(NearSpace)是目前軍事界對海拔20千米至100千米空間范圍的一個通用性稱謂，又稱“空天過渡區(qū)”“橫斷區(qū)”“亞太空”“超高空”“近空間”及“亞軌道”等。概念稱謂的莫衷一是，就某種角度而言，恰也映射出該空間的潛在軍事價值被人類發(fā)現(xiàn)的歷史并不算長。事實上，由于空天技術(shù)的滯后、人類認(rèn)知的不足及戰(zhàn)爭領(lǐng)域演進(jìn)的自然規(guī)律，直到近年來，臨近空間的作戰(zhàn)問題，才逐漸走入各國軍方的視野。
就戰(zhàn)爭環(huán)境而言，相比于“空”與“天”，臨近空間主要有如下特點：一是該空間范圍較小，飛行器的飛行空間相對有限，且遵循萬有引力定律的航空飛行器與遵循開普勒宇宙定律的航天飛行器均無法在其間自由飛行；二是該空間大氣以水平運動為主，平均速度為10m/s,層內(nèi)干燥，水汽、雜質(zhì)很少，云雨現(xiàn)象少見，溫度幾乎不變，濕度接近于零，適合浮空器和采用吸氣式動力的飛行器平穩(wěn)飛行。
就戰(zhàn)爭制權(quán)而言，由于該空間在情報收集、偵察監(jiān)視及通信保障等空天一體化作戰(zhàn)方面具有獨特價值。因此，近年來，作為臨近空間的主角，臨近空間飛行器(NSV)發(fā)展尤其迅速。臨近空間飛行器的制造通常有兩種方式：超壓和零壓。超壓臨近空間飛行器一般是充氣且密封的，由于采用高強(qiáng)度的抗壓材料，因此可以相對耐受穿孔損害；零壓臨近空間飛行器具有排氣系統(tǒng)，可以保證內(nèi)部壓強(qiáng)與周圍大氣一致，相比于超壓臨近空間飛行器，更耐受穿孔損壞。就目前的研制情況來看，美國正處于全球領(lǐng)先地位。
具體而言，美國正在積極研發(fā)的“臨近空間機(jī)動飛行器”(NSMV)，集人造衛(wèi)星和偵查飛機(jī)的功能于一身，由地面遙控設(shè)備操縱，能完成空中偵查、戰(zhàn)損評估及通信中繼等任務(wù)。俄羅斯正集中力量研究的大型飛艇，通過利用多個電弧等離子體加速器對充氣氣體進(jìn)行加熱，能有效解決飛艇在高空飛行殼體易結(jié)冰的難題。英國正在研究的“天貓”系列飛艇，則通過采用空中氣墊著陸系統(tǒng)，使其能像氣墊船一樣平穩(wěn)地降落在平地、草地、雪地、沼澤或水面上，并且降落后不需要繩索系留。此外，日本、以色列、韓國及德國等國軍方也制定了臨近空間飛行器發(fā)展規(guī)劃。
特殊的地理位置與精密的制造技術(shù)，使臨近空間飛行器具有廣泛的覆蓋范圍與超強(qiáng)的生存能力，這就為研制能夠擊落它的臨近空間反擊武器提出了一個難題。目前，能夠打擊臨近空間目標(biāo)的艦載武器極少，只有美國海軍的“標(biāo)準(zhǔn)”Ⅲ型導(dǎo)彈具備打擊臨近空間目標(biāo)的能力。
早在1980年，美國西屋公司在“星球大戰(zhàn)”計劃中就設(shè)想了實驗型電磁軌道炮。當(dāng)時假定，若將這座電磁軌道炮置于太空，它即可將質(zhì)量為300克的炮彈加速到8—10千米/秒。面對此種近30倍音速的電磁炮彈轟擊，太空中所有的航天器，小到衛(wèi)星，大到空間站，皆將被撞擊成太空碎片。而這次美國海軍試驗的新型電磁軌道炮，可將一大塊金屬在空氣中加速到5600英里每小時(約2.5千米/秒)。此次試驗的終極目標(biāo)是將電磁軌道炮制成一個可艦載的能量為20—32兆焦的武器系統(tǒng)，射程能夠達(dá)到50—100海里。由此可見，特殊的研制機(jī)理賦予了電磁軌道炮特殊的作戰(zhàn)威力。
其一是速度快。由于電信號的響應(yīng)速度接近光速，因此，電磁軌道炮的電控制與電發(fā)射技術(shù)的響應(yīng)時間也就極短。彈藥無需攜帶彈丸，質(zhì)量較一般炮彈彈丸輕，從而可以獲得較高的裝填速度。加之與小質(zhì)量彈丸配合的軌道炮本體體積小、質(zhì)量輕且加速快，因此軌道加速射彈的時間極短。于是，將這種超高速武器運用到臨近空間作戰(zhàn)中，一方面，傳統(tǒng)防御系統(tǒng)由于助推時間過長而不能在助推段飛行起到攔截作用，而電磁軌道炮初速快的顯著特點正好化解了這一難題；另一方面，低空、近程防空可采用電磁軌道炮發(fā)射無控射彈或電熱炮發(fā)射受控彈頭，其速度快、質(zhì)量輕的特點有助于迅速瞄準(zhǔn)、準(zhǔn)確跟蹤移動目標(biāo)。
其二是隱蔽性強(qiáng)。利用隱形化的進(jìn)攻武器對敵人的各個戰(zhàn)略樞紐進(jìn)行毀滅性打擊，可誘使敵人投入巨大的防御成本，而依舊陷入極大的恐懼之中，最終對其形成有效戰(zhàn)略威懾，全面瓦解其主導(dǎo)優(yōu)勢。對此，電磁軌道炮不攜帶藥彈、質(zhì)量輕、體積小的特點使其在發(fā)射時不產(chǎn)生火焰、煙霧及沖擊波，因而不易被敵人發(fā)現(xiàn)。這種隱形性使得電磁軌道炮的軍用價值更加顯著，為運用其在臨近空間完成預(yù)警探測、偵查監(jiān)視、通信保障及電子對抗等軍事任務(wù)提供了堅實基礎(chǔ)。
其三是抗電磁干擾能力強(qiáng)。信息技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，不僅拓寬了戰(zhàn)場空間，也帶來了與自然戰(zhàn)場并存的“第五維戰(zhàn)場”，即電磁戰(zhàn)場，而電磁干擾則是其核心的對抗手段。電磁干擾，簡單而言，就是在電磁環(huán)境下任何能夠引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能下降或?qū)o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。如何有效提高武器裝備的抗干擾性是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的重要命題。而將電磁軌道炮運用到臨近空間則不會遇到這樣的難題，原因如下：一方面，作為高功率脈沖武器的電磁軌道炮，本身早已經(jīng)受過自身系統(tǒng)的強(qiáng)電磁干擾，外來的電磁干擾相較之下則可忽略不計；另一方面，速度快、射程遠(yuǎn)的電磁軌道炮可以反過來干擾其它電磁武器，可謂不戰(zhàn)而勝。
顯然，如此威力的電磁軌道炮，將不僅可作為戰(zhàn)術(shù)武器承擔(dān)艦對空、艦對地軍事打擊任務(wù)，也已具備了一定的在臨近空間運用的戰(zhàn)略價值。如由于電磁軌道炮的外彈道完全覆蓋臨近空間高度，具備對臨近空間飛艇等作戰(zhàn)平臺的打擊能力，而其作戰(zhàn)使用成本也較“標(biāo)準(zhǔn)”Ⅲ型導(dǎo)彈而言具有無可比擬的優(yōu)勢。因此，電磁軌道炮成為未來臨近空間戰(zhàn)爭殺手锏的潛力，日漸成為各國軍方關(guān)注的焦點。
相比于臨近空間，電磁軌道炮的研究由來已久。早在19世紀(jì)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律時，有人很自然就想到了電磁炮的概念，并做了早期研究。盡管原理簡單，但由于工程上一直困難重重：如導(dǎo)軌表面的固體電樞材料敷層對加速及連射性能的影響問題；伴隨連射而引起的導(dǎo)軌溫度上升問題；高超聲速伺服機(jī)構(gòu)的安全分離問題；高超聲速彈丸的加熱與氣動特性問題；遠(yuǎn)射程中的射彈拋撒和電源反復(fù)連續(xù)使用引起的加熱問題等。
正是這些制約因素導(dǎo)致電磁軌道炮一直沒能真正走上戰(zhàn)場。然而，人類戰(zhàn)爭史告訴我們，軍事技術(shù)能走多遠(yuǎn)，軍事思想就一定要走得更遠(yuǎn)。歷史上許多新武器的出現(xiàn)，正是由于沒有引起足夠的重視，最終無法獲得戰(zhàn)爭制域權(quán)。如在一戰(zhàn)期間，一個叫貝斯特?斯文頓的英國隨軍記者向大英帝國防務(wù)委員會鄭重提出將“霍爾特”型拖拉機(jī)改裝成裝甲戰(zhàn)車的建議，經(jīng)過一番曲折，這項建議才被時任英國海軍大臣的溫斯頓?丘吉爾采納，又用了1年多時間才制造出世界上最早的坦克“小游民”。但對坦克戰(zhàn)理論的升華，卻是在二戰(zhàn)期間，納粹德國依靠坦克集群的快速突擊將閃電戰(zhàn)發(fā)揮到了極致。
顯然，倘若單純局限于當(dāng)下的技術(shù)水平，沒有足夠的技術(shù)自覺和超前探索的戰(zhàn)略眼光，必然要在世界性的軍事角逐中落伍。作為一項新武器，電磁軌道炮的速度快、射程遠(yuǎn)、隱蔽性能好及抗電磁干擾等性能特點，為將來應(yīng)用于臨近空間戰(zhàn)場提供了一種可能。因此，如何進(jìn)一步開發(fā)其優(yōu)勢，利用相關(guān)電磁學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的交叉融合成果，將其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展，以便主導(dǎo)未來戰(zhàn)爭，這不僅是應(yīng)對科技的挑戰(zhàn)，更是遏止戰(zhàn)爭的呼喚。(國防科技大學(xué)曾華鋒賈珍珍石海明)
自1920年法國科學(xué)家維勒魯伯提出原理設(shè)想，經(jīng)20世紀(jì)80年代美國“星球大戰(zhàn)”計劃高調(diào)渲染，直到近年來美國海軍頻繁試驗，電磁軌道炮的相關(guān)技術(shù)難題日漸被攻克，距離真正走上戰(zhàn)場指日可待。至此，作為臨近空間飛行器的未來殺手，電磁軌道炮廣闊的軍事應(yīng)用前景，勢必將重繪未來空天一體化作戰(zhàn)的圖景。
戰(zhàn)爭向臨近空間拓展
臨近空間(NearSpace)是目前軍事界對海拔20千米至100千米空間范圍的一個通用性稱謂，又稱“空天過渡區(qū)”“橫斷區(qū)”“亞太空”“超高空”“近空間”及“亞軌道”等。概念稱謂的莫衷一是，就某種角度而言，恰也映射出該空間的潛在軍事價值被人類發(fā)現(xiàn)的歷史并不算長。事實上，由于空天技術(shù)的滯后、人類認(rèn)知的不足及戰(zhàn)爭領(lǐng)域演進(jìn)的自然規(guī)律，直到近年來，臨近空間的作戰(zhàn)問題，才逐漸走入各國軍方的視野。
就戰(zhàn)爭環(huán)境而言，相比于“空”與“天”，臨近空間主要有如下特點：一是該空間范圍較小，飛行器的飛行空間相對有限，且遵循萬有引力定律的航空飛行器與遵循開普勒宇宙定律的航天飛行器均無法在其間自由飛行；二是該空間大氣以水平運動為主，平均速度為10m/s,層內(nèi)干燥，水汽、雜質(zhì)很少，云雨現(xiàn)象少見，溫度幾乎不變，濕度接近于零，適合浮空器和采用吸氣式動力的飛行器平穩(wěn)飛行。
就戰(zhàn)爭制權(quán)而言，由于該空間在情報收集、偵察監(jiān)視及通信保障等空天一體化作戰(zhàn)方面具有獨特價值。因此，近年來，作為臨近空間的主角，臨近空間飛行器(NSV)發(fā)展尤其迅速。臨近空間飛行器的制造通常有兩種方式：超壓和零壓。超壓臨近空間飛行器一般是充氣且密封的，由于采用高強(qiáng)度的抗壓材料，因此可以相對耐受穿孔損害；零壓臨近空間飛行器具有排氣系統(tǒng)，可以保證內(nèi)部壓強(qiáng)與周圍大氣一致，相比于超壓臨近空間飛行器，更耐受穿孔損壞。就目前的研制情況來看，美國正處于全球領(lǐng)先地位。
具體而言，美國正在積極研發(fā)的“臨近空間機(jī)動飛行器”(NSMV)，集人造衛(wèi)星和偵查飛機(jī)的功能于一身，由地面遙控設(shè)備操縱，能完成空中偵查、戰(zhàn)損評估及通信中繼等任務(wù)。俄羅斯正集中力量研究的大型飛艇，通過利用多個電弧等離子體加速器對充氣氣體進(jìn)行加熱，能有效解決飛艇在高空飛行殼體易結(jié)冰的難題。英國正在研究的“天貓”系列飛艇，則通過采用空中氣墊著陸系統(tǒng)，使其能像氣墊船一樣平穩(wěn)地降落在平地、草地、雪地、沼澤或水面上，并且降落后不需要繩索系留。此外，日本、以色列、韓國及德國等國軍方也制定了臨近空間飛行器發(fā)展規(guī)劃。
特殊的地理位置與精密的制造技術(shù)，使臨近空間飛行器具有廣泛的覆蓋范圍與超強(qiáng)的生存能力，這就為研制能夠擊落它的臨近空間反擊武器提出了一個難題。目前，能夠打擊臨近空間目標(biāo)的艦載武器極少，只有美國海軍的“標(biāo)準(zhǔn)”Ⅲ型導(dǎo)彈具備打擊臨近空間目標(biāo)的能力。
早在1980年，美國西屋公司在“星球大戰(zhàn)”計劃中就設(shè)想了實驗型電磁軌道炮。當(dāng)時假定，若將這座電磁軌道炮置于太空，它即可將質(zhì)量為300克的炮彈加速到8—10千米/秒。面對此種近30倍音速的電磁炮彈轟擊，太空中所有的航天器，小到衛(wèi)星，大到空間站，皆將被撞擊成太空碎片。而這次美國海軍試驗的新型電磁軌道炮，可將一大塊金屬在空氣中加速到5600英里每小時(約2.5千米/秒)。此次試驗的終極目標(biāo)是將電磁軌道炮制成一個可艦載的能量為20—32兆焦的武器系統(tǒng)，射程能夠達(dá)到50—100海里。由此可見，特殊的研制機(jī)理賦予了電磁軌道炮特殊的作戰(zhàn)威力。
其一是速度快。由于電信號的響應(yīng)速度接近光速，因此，電磁軌道炮的電控制與電發(fā)射技術(shù)的響應(yīng)時間也就極短。彈藥無需攜帶彈丸，質(zhì)量較一般炮彈彈丸輕，從而可以獲得較高的裝填速度。加之與小質(zhì)量彈丸配合的軌道炮本體體積小、質(zhì)量輕且加速快，因此軌道加速射彈的時間極短。于是，將這種超高速武器運用到臨近空間作戰(zhàn)中，一方面，傳統(tǒng)防御系統(tǒng)由于助推時間過長而不能在助推段飛行起到攔截作用，而電磁軌道炮初速快的顯著特點正好化解了這一難題；另一方面，低空、近程防空可采用電磁軌道炮發(fā)射無控射彈或電熱炮發(fā)射受控彈頭，其速度快、質(zhì)量輕的特點有助于迅速瞄準(zhǔn)、準(zhǔn)確跟蹤移動目標(biāo)。
其二是隱蔽性強(qiáng)。利用隱形化的進(jìn)攻武器對敵人的各個戰(zhàn)略樞紐進(jìn)行毀滅性打擊，可誘使敵人投入巨大的防御成本，而依舊陷入極大的恐懼之中，最終對其形成有效戰(zhàn)略威懾，全面瓦解其主導(dǎo)優(yōu)勢。對此，電磁軌道炮不攜帶藥彈、質(zhì)量輕、體積小的特點使其在發(fā)射時不產(chǎn)生火焰、煙霧及沖擊波，因而不易被敵人發(fā)現(xiàn)。這種隱形性使得電磁軌道炮的軍用價值更加顯著，為運用其在臨近空間完成預(yù)警探測、偵查監(jiān)視、通信保障及電子對抗等軍事任務(wù)提供了堅實基礎(chǔ)。
其三是抗電磁干擾能力強(qiáng)。信息技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，不僅拓寬了戰(zhàn)場空間，也帶來了與自然戰(zhàn)場并存的“第五維戰(zhàn)場”，即電磁戰(zhàn)場，而電磁干擾則是其核心的對抗手段。電磁干擾，簡單而言，就是在電磁環(huán)境下任何能夠引起裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能下降或?qū)o生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。如何有效提高武器裝備的抗干擾性是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的重要命題。而將電磁軌道炮運用到臨近空間則不會遇到這樣的難題，原因如下：一方面，作為高功率脈沖武器的電磁軌道炮，本身早已經(jīng)受過自身系統(tǒng)的強(qiáng)電磁干擾，外來的電磁干擾相較之下則可忽略不計；另一方面，速度快、射程遠(yuǎn)的電磁軌道炮可以反過來干擾其它電磁武器，可謂不戰(zhàn)而勝。
顯然，如此威力的電磁軌道炮，將不僅可作為戰(zhàn)術(shù)武器承擔(dān)艦對空、艦對地軍事打擊任務(wù)，也已具備了一定的在臨近空間運用的戰(zhàn)略價值。如由于電磁軌道炮的外彈道完全覆蓋臨近空間高度，具備對臨近空間飛艇等作戰(zhàn)平臺的打擊能力，而其作戰(zhàn)使用成本也較“標(biāo)準(zhǔn)”Ⅲ型導(dǎo)彈而言具有無可比擬的優(yōu)勢。因此，電磁軌道炮成為未來臨近空間戰(zhàn)爭殺手锏的潛力，日漸成為各國軍方關(guān)注的焦點。
相比于臨近空間，電磁軌道炮的研究由來已久。早在19世紀(jì)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律時，有人很自然就想到了電磁炮的概念，并做了早期研究。盡管原理簡單，但由于工程上一直困難重重：如導(dǎo)軌表面的固體電樞材料敷層對加速及連射性能的影響問題；伴隨連射而引起的導(dǎo)軌溫度上升問題；高超聲速伺服機(jī)構(gòu)的安全分離問題；高超聲速彈丸的加熱與氣動特性問題；遠(yuǎn)射程中的射彈拋撒和電源反復(fù)連續(xù)使用引起的加熱問題等。
正是這些制約因素導(dǎo)致電磁軌道炮一直沒能真正走上戰(zhàn)場。然而，人類戰(zhàn)爭史告訴我們，軍事技術(shù)能走多遠(yuǎn)，軍事思想就一定要走得更遠(yuǎn)。歷史上許多新武器的出現(xiàn)，正是由于沒有引起足夠的重視，最終無法獲得戰(zhàn)爭制域權(quán)。如在一戰(zhàn)期間，一個叫貝斯特?斯文頓的英國隨軍記者向大英帝國防務(wù)委員會鄭重提出將“霍爾特”型拖拉機(jī)改裝成裝甲戰(zhàn)車的建議，經(jīng)過一番曲折，這項建議才被時任英國海軍大臣的溫斯頓?丘吉爾采納，又用了1年多時間才制造出世界上最早的坦克“小游民”。但對坦克戰(zhàn)理論的升華，卻是在二戰(zhàn)期間，納粹德國依靠坦克集群的快速突擊將閃電戰(zhàn)發(fā)揮到了極致。
顯然，倘若單純局限于當(dāng)下的技術(shù)水平，沒有足夠的技術(shù)自覺和超前探索的戰(zhàn)略眼光，必然要在世界性的軍事角逐中落伍。作為一項新武器，電磁軌道炮的速度快、射程遠(yuǎn)、隱蔽性能好及抗電磁干擾等性能特點，為將來應(yīng)用于臨近空間戰(zhàn)場提供了一種可能。因此，如何進(jìn)一步開發(fā)其優(yōu)勢，利用相關(guān)電磁學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科的交叉融合成果，將其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展，以便主導(dǎo)未來戰(zhàn)爭，這不僅是應(yīng)對科技的挑戰(zhàn)，更是遏止戰(zhàn)爭的呼喚。(國防科技大學(xué)曾華鋒賈珍珍石海明)
編輯:李杰
