最新动态
文章排行

【解密电磁炮】相比“网红”电磁炮 电热炮就“成熟稳重”多了

2019-09-19    来源:科普中国-军事科技前沿

  相比于在美国大片中频频出场的电磁炮,研发已久的电热炮却并不这般著名。然而,在实际武器成熟度上,电热炮却要远高于常规电磁炮,也更加适合对现代武器装备的继续改造,很可能会在近期投入实战装备。

  

  图为电影“变形金刚”中的美军电磁炮,搭载于伯克级驱逐舰

  在此前的文章中提到过,电磁炮是基于电磁感应原理,通过洛伦兹力发射弹丸的电能兵器。相比于现有化学能火炮,其能量转换率更高,更容易实现高初速、高射程等优秀弹道特性,被认为是未来重要的打击手段。而电热炮的发射原理却完全不同于电磁炮。电热炮的发射原理更加接近于电炉烧水的过程,并非依靠电磁感应提供动能,而是依靠电加热特定介质来完成能量释放的过程。电热炮主要分为两种,一种是不依靠化学能发射药的纯电热炮,完全依靠等离子发生器产生的高温等离子体积膨胀来替代化学能火炮发射药燃烧产生高温高压气体,从而把弹药发射出去。而另外一种电热炮则更加接近于改进型的化学能火炮,其化学介质使用的是可用于爆炸的特殊化学发射药,在电热炮的等离子发生器进行超高温加温的时候会同时引爆,从而实现化学能和电能的双重利用,达到最高的能量输出。目前来说,各国主要研究的方向都是第二种电热炮,即化学电热炮。

  对于电热炮来说,其使用进行加温的介质十分重要。以水为例,从环境温度到气化温度的转化需要提高150℃到60℃不等,而提高到等离子态所需的温度则需要达到6500℃的高温。而纯金属铁虽然液化温度高达1100摄氏度,变成等离子态却只需要1400摄氏度。部分等离子体的温度甚至可以直接用手触摸,而部分等离子体却却几乎仅存于聚变反应堆和核试验现场。一般来说,合格的电热炮介质需要能在常见温度范围内进行稳定形态的储存,液体介质不能凝结,固体介质不能融化。而进行等离子化所需要的温度则越低越好。对于化学电热炮来说,则需要其介质拥有一定的快速氧化还原反应能力,并全部转化为一种气体。转化的气体要求同样能在相对较低的温度下转化成等离子体,以降低所需的等离子发生器输出功率。

  就目前科技水平来说,已经可以实现在坦克火炮上的电热化学炮实用。美国此前在M-8型轻型坦克上就试验了105毫米电热化学炮。这一火炮替代了原装的XM-291型120毫米滑膛炮,但是却并没有改变炮闩结构,极大的方便了部队的换装。而这门105毫米电热化学炮的炮口初速已经超过了2000米每秒,相比于此前使用的穿甲弹有了较大的提高。而为这门电热化学炮适配的供电、供弹设施也可以整合在轻型坦克内部。虽然轻型坦克本身的发电机组无法提供足够的电能,但是其所需的电力供应并非无法解决。如果能基于电热化学炮武器系统重新设计一种轻型坦克辆,部分强化辅助发电设备并重新设计弹药布局,完全可能在现有轻型坦克辆的物理尺寸下实现电热化学炮的实用化。

  

  图为美国电热炮试验轻型坦克

  然而,电热化学炮也有着不小的缺点,就是其成本高昂。无论是电热化学炮需要的等离子发生器还是为其功能的超大容量电容组,甚至是为电容组充能的变压转换结构,成本都远远超出了现代轻型坦克辆使用的化学能火炮。相比之下,电热化学炮的动能却没有发生质的提高。炮口初速2000米每秒对于现代化学能弹药依然是可以实现的目标,为此全面换装电热化学炮,重新设计轻型坦克辆和飞行体自然不是最好的选择。为此,大多数研发电热化学炮的国家都没有直接开始特定型号轻型坦克辆的研发,而是继续改进现有穿甲弹技术以提高其穿甲能力,满足战争需要。

  或许在不久的将来,伴随着电力工业的持续发展,电热化学炮和电磁炮将会很快出现在战争舞台上。坦克上和战舰上使用的常规化学能火炮会被从科幻片中“走出”的先进装备取代。由于其穿甲能力的极大发展,很可能会再次颠覆地面战争的格局——大部分坦克都无法应对初速高达2200米/秒高速的电热化学炮穿甲弹,材料科技的局限也无法大幅度提升装甲效果,最终轻型装备、轮式装备取代坦克的位置,成为各国武装部队的主力。

  出品:科普中国

  作者:矛隼工作室

  策划:赵清建

  监制:光明网科普事业部