等离子电驱轨道炮或是电磁炮的未来

俊恩评趣事 2023-12-19 15:00:09

日本电磁炮进行了首次海上试射,据说采用了部分美国技术,而美国的电磁炮呢?它的电磁炮研发工作开展得很早,已有四十多年的历史了,曾计划安装在2012下水的朱姆沃尔特号上,但是相关研发接连受挫,不得不在2021年停止运作。

电磁炮的未来极具应用前景,它与激光、电子脉冲等新概念武器被美国规划到下一代的武器平台上,按常理说,美国不可能停止研发电磁炮,而是应该沿着即有的技术基础继续下去,除非出现了不可突越的障碍,不得不推倒重来。

新世纪以来,科学技术在新理论、新材料、新工艺等方面取得了突飞猛进的发展,也许是在这种情况,中国的电磁炮在完成120次连续发射后,相关设备并无明显烧蚀现象,这是历史性的突破。美日电磁炮尚未听说连发的报道,且美国的电磁炮在出口动能只有3000万焦,日本的是5兆焦,中国的是70兆焦,显然,中国的电磁炮在使用效率与功率上是远远超过后两者的。

新理论的突破并非空穴来风,据海军工程大学电磁能技术全国重点实验室关于《电磁轨道发射装置绝缘支撑体的研究与现状》中提到,电磁炮并非只有一种,以目前的驱动方式划分,电磁炮可分为等离子电驱轨道炮与C型铝电驱为代表的固定电驱轨道炮。

从名字上看,等离子电驱轨道炮显然采用的与C型电驱的工作原理还是洛仑兹力,但是其直线电机的驱动原理已有所不同了。文中特别说明“C型铝电驱为代表”,说明它是多个国家科研单位都在发展或曾经发展过的一个技术方向。

发展电磁炮的国家不少,能够制造出原型机的国家只中美再加上日本,从那一次不愉快的泄密事件来看,中美两国都发展过固定C型铝电驱轨道炮,日本是个特例,属于异军突起那一类,应该是美日技术相结合的结果,而中国,很可能存在两种技术路径,据坊间传闻,2018年时,中国电磁炮在西北某基地将重25公斤的炮弹发射到250公里以外,并洞穿10m厚混泥土,这个出口动能,远高于当前120次发射的电磁炮。

海军大学的这篇论文,本身是对电磁炮的轨道新型材料的概述。意在说明无论是等离子轨道炮,还是C型铝电驱固定轨道炮,对轨道发射装置材料的要求特别之高。

轨道发身装置首先是要绝缘,作为电磁炮,它的瞬时电流往往是在0.1-5MA之间,一个1000瓦的用电器在220v下是4.56A,这是电磁炮的轨道绝缘的1/10000,当然,这个绝缘性能远不是这样比较可以说明的。

其次是2~10km/s的高速带来的高温与高腔压。电磁炮的高速往2×10Km/s以上的瞬时高温,如此高的温度,往往伴随着严重烧蚀。而美国的电磁炮据说是卡在这个环节多年了。高腔压,电磁炮的高超音速给轨道带来了200~600MPa的高压强,相当于2000-6000个大气压,这已相当于当前主流的滑膛炮的膛压。但需要了解的是,滑膛炮的结构与材料均只需适膛压与高温即可,而轨道在结构上需要适应洛仑兹力的运用原理,还需适应高温高压的要求。

严酷的条件考验着科学家对电磁轨道发射装置绝缘支撑体的选择,各种材料的性能易发生劣化,影响发射装置的性能和寿命,各国学者从材料及失效机理入手进行了相关的研究,但复杂的内膛多物理场环境对这种选择来说极为困难。文章提到,中国的一种陶瓷增韧材料才使120次无故障连续发射成为能力。

新工艺上,中国为电磁炮设计了一套十万个传感器的诊断系统,以便能在零点零零秒的时间捕捉到电磁炮发射的各种数字,然而,要从这些海量的数据中快速发现问题所在又成了一个难题,研究团队为此开发一套AI系统。据报道,该系统曾在一次连续发射50次的测试中挽救了原型机,从而挽回了巨量资产,节约了成本,加快了研发进度。

如此严酷环境下的测试,搞不好就开菊花。

结语:

新武器需要新理论、新材料、新工艺的加持,三者全变了,意味着这是一条崭新的技术路径。它不但能在更短的时间内产生更高的出口动能,而且可以提高工作效率与安全保障,从这种意义上讲,美国电磁炮停研是在点错科技树的前提下及时止损,这不失为一种明确选择。与日本合作实则是“废物”再利用,毕竟科技的迭代就是后浪推前浪,前浪迟早拍死在沙滩上。

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