动能武器的种类及作战功效

第三节　动能武器的种类及作战功效

动能武器按照部署方式不同，可分为天基动能武器、地基动能武器、空基动能武器、海基动能武器4类。按获得功能来源的不同形式，又可以分为动能拦截弹、电磁炮和群射火箭等。以下介绍几种已研制开发的动能武器。

1．火炮动能弹

火炮都有炮筒或炮管，军事上叫炮身。没有炮身，炮弹怎么能发射出去呢?不错，自从人类发明火药以来，几乎所有的枪、炮都是靠火药爆炸产生的冲力推动子弹、炮弹前进的。我们可以分析一下，炮弹发射出去、高速飞向目标需要具备什么条件?简单地说，一要有力量，二要把握方向。火药可以产生力量，炮身可以把握弹丸的方向。火炮种类繁多，有加农炮、榴弹炮、迫击饱、无后坐力炮等等，无论什么炮都离不开炮身。从原理上讲，常规火炮可以作为动能武器使用(发射非爆炸性弹头)。在火炮中，最大弹丸速度主要取决于火药燃气分子的速度，即可达到2～3千米/秒。从上述讨论中可知，弹头达到这一速度的火炮可安装在作战平台上用于中段拦截。但基于以下原因，将火炮用于天基系统防御作用不大:

第一，火炮燃气压力作用在弹头上的时间很短，弹头的速度、射程均有限，这使得火炮的杀伤半径小，仅通用于进行短程拦截。

第二，火炮安装在作战平台上，发射时存在后坐力补偿问题，需要消耗燃料供稳定系统和导航使用，从而减慢了发射速率。

2．火箭动能弹

首光让我们领略一下无头火箭的风采。

请看一组试验的慢镜头。战场上，几辆坦克咆哮前进，扬起一道道烟尘，犹如进入无可阻挡之地。殊不知，无头火箭迎了上来，它用弹体上的穿甲杆攻破了似乎坚不可摧的装甲钢板，一辆辆坦克瘫痪了，刚才的神气劲儿不知到哪儿去了。从慢镜头中可以看出，无头火箭攻击目标靠的是超高速的速度来推动弹体的穿甲杆去穿透坦克的坚硬防护外壳。它的穿甲杆的穿透力极强，可在400米距离上穿透100多厘米厚的装甲。

无头火箭的飞行速度特别快，比现有其他的机载反坦克导弹快出若干倍，每秒钟可达1524米，4公里以外的装置目标，只需3秒钟就可击毁。

这也说明，它的准确性极高，要攻击什么位置上的目标，准能达到目的。这是因为，它装有精确的激光制导系统，不受气候和战场上硝烟、迷雾的干扰，不达目标誓不罢休，哪怕操作手一时疏忽，攻击时偏离目标几十米甚至上百米，制导器仍能引导无头火箭准确地攻击目标。

由于这种火箭不需装载弹药，所以它轻巧，重量是现有的其他反坦克导弹的若干分之一，这种正在研制的无头火箭直径小到仅10厘米，一架军用F—16战斗机能载160多枚。这种无头火箭是谁研制的呢?是美国林—特姆科—沃特导弹与电子公司研制的。目前正在进一步研制，在不远的将来将成批生产，装备部队。

美国人准备部署的动能武器目前都采用火箭加速，因此亦称之为超高速火箭动能武器。

火箭是依靠化学燃料燃烧产生的喷气推进加速的，用俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基推导出的单级火箭速度增量公式计算可知:使1千克的弹头获得l0千米/秒的速度，火箭重量需达100千克。不仅如此，美国人做过的大量实验证明，要使弹头的末速度提高2千米/秒，火箭的质量要增加l倍。因此，美国人取6千米/秒作为动能拦截弹速度的优化值。

尽管火箭技术比较成熟，制造超高速火箭动能弹技术上已没有障碍，但如何根据拦截的需要，选择优化、合理的拦截弹速度，使能量利用率保持在适当水平，仍是值得工程技术人员研究的课题。

美国人选定超高速火箭动能拦截弹作为“星球大战”第一阶段部署的武器系统，有以下三个理由:

首先，火箭系统的有效加速度虽然较低，但加速时间长，完全可以达到摧毁拦截目标所需要的拦截速度和作战半径。

其次，火箭系统的线型尺寸小、重量轻，非常适合于天基部署，而且其适中的弹头质量便于对之进行制导与控制。

再次，火箭系统虽然存在火箭质量随速度增大而增大的限制，但实验表明，为了实现拦截，并不要求动能弹的速度无限制地增大，因而火箭系统的质量仍然远小于火炮系统和电磁系统的质量。特别是，若采用天基部署，火箭系统可利用动能弹载体已具备的轨道速度，这更使得火箭质量随速度增大而增加的限制非常有限。

尽管火箭系统比较优越，技术上也比较成熟，实现起来也比较容易，但也存在若干严重问题，如制导控制问题、小型化问题、降低成本问题等等。此外，火箭系统的动能拦截弹如在大气层使用，将会因空气阻力等而引起一系列问题，这使得这类动能武器主要用于大气层外的防御。

3．电热式动能弹

电热式动能弹亦称电热炮。电热炮不是靠电磁力发射炮弹，而是靠电热化学的方法推动弹丸。发射时，电流通入一种液体里，激发液体起化学反应，产生巨大的能量。电热炮也有多种结构形式，最简单的一种是采用一般的炮管，管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极，燃烧器安装在炮后膛的末端。当等离子体燃烧器两电极间被加上高压时，会产生一道电弧，使放在两电极间的等离子体生成材料(如聚乙烯)蒸发。蒸发后的材料变成过热的高压等离子体，使弹丸加速。(https://www.daowen.com)

电热炮也像液体发射药火炮一样，弹丸离开炮口时，能量大、射程远、速度非常高。从1945年以来，陆续有人进行电热炮的实验研究，以色列研究的电热炮，弹丸的速度达到了每秒4千米。前苏联也曾研究出一种能射出钨或钼等重金属粒子流的“炮”，粒子流在空气中的速度约25千米/秒，在真空中大于60千米/秒。前苏联时期就可能部署了一种用于保护卫星或航天站的近程天基动能武器。

4．超级电磁炮

科学家通过对常规动力枪炮的分析表明，它们很可能已达到了性能的极限，炮口初速已接近物理和技术极限，射程也不可能更远，原因是火药燃气压力作用在弹丸上的时间很短。但在利用电磁场作用力的电磁系统中，其作用时间可能长得多，从而可以提高弹丸的速度和射程。这就是电磁炮技术引起人们兴趣的主要原因。

19世纪，科学家们发现在磁场中带电粒子或载流导体会受到力的作用，这个力被称为“洛伦兹力”。后来，科学家们提出了利用“洛伦兹力”发射炮弹的设想。

电磁炮是一种通过电磁场加速或电能加热加速的动能武器系统。利用电磁场，电能使“炮弹”加速的过程是:当强电流进入加速器后，立即在两根导轨间形成强大的磁场，从而产生“洛伦兹力”，将预先放在两根导轨间的“炮弹”发射出去。

从80年代初期以来，电磁炮在未来武器系统的发展计划中已成为越来越重要的部分。电磁炮的发展大概应该以1937年普林斯顿大学诺思厄普教授的实验为起点。诺思厄普教授在实验中成功地用电磁力发射了一个抛射体，从理论和技术上证实了电磁炮的可行性。第二次世界大战中、德国曾秘密地研制电磁炮。二次大战后，美国也对电磁炮进行了系统的实验。但由于当时缺乏理想的动力设备，以及受技术能力的限制，因而在相当长的时间内电磁炮的研究工作进展缓慢，甚至一度得出“电磁炮根本行不通”的悲观结论，将电磁炮打入冷官。直到1978年，电磁炮的研究才出现了转机。澳大利亚国立大学的马歇尔等人，利用单极发电机做能源，在实验中把3克重的弹丸加速到5～9千米/秒。这一突破性的进展使科学家大为振奋。此后不久，美国洛斯·阿拉莫斯实验室和劳伦斯·利弗莫尔实验室，用磁通压缩机将聚碳酸酯制作的小型抛射体以5千米/秒的初速发射出去。1982年西屋公司研究与发展中心利用15兆焦耳的单极发电机将317克的弹丸以4.2千米/秒的速度发射出去，证明了电磁炮不仅能加速几克重的弹九，而且能发射大尺寸的弹丸，为坦克使用电磁炮提供了可能性。

电磁炮一改传统的火药发射而利用电能发射炮弹，靠直接撞击的动能毁伤目标，与现有的火炮相比，电磁炮具有许多优点。

首先是弹丸的初速高。和普通火炮相比，它的射速快。实验表明，其弹丸速度可达每秒4～6千米，在高空可达每秒50千米以上，而常规火炮炮弹速度为每秒1.5千米，战术导弹为每秒0.3～3千米，战略导弹最大速度为每秒7千米，天基拦截导弹为每秒7千米。所以它能在短时间内追击飞机、导弹、卫星等高速飞行器，并可产生很大的破坏能量。

其次是弹丸在加速过程中受到的推力是均匀的，因而提高了弹丸的稳定性，精密制导部件也不易被损坏。

第三，电磁炮发射时没有冲击波、火焰、硝烟和巨大的声响，不产生有害气体，因而射击隐蔽性好，不易暴露目标，敌人难以发现。

第四，弹丸和轨道的形状不受限制，可以设计成使弹丸飞行阻力为最小的形状。

第五，可以通过调节发射能量，来改变弹丸的射程。普通火炮靠抬高或降低炮身，增加或减少火药来调整射程远近，操纵复杂，费时费力。而电磁炮只要控制输入加速器中电流的大小就行了，方法简便易行。如果电磁炮以常规火炮那样的初速发射较大的弹丸，那么就可以发射精密制导炮弹。

第六，弹丸的尺寸和质量都比较小，使装弹比较容易，而且发射后不必退壳。这都有利于提高火炮的威力。在坦克上安装能以3000米/秒的初速发射穿甲弹的电磁炮，其防御和进攻能力可以提高4倍。

此外，利用电磁发射原理，可以制作无人驾驶飞机和滑翔飞行器的弹射装置。一个结构紧凑的电磁弹射装置。用很少的能量，就能在战场上隐蔽地将飞行器发射到空中。

电磁炮的主要问题是:发展电磁炮是一项技术难度相当高的研究工作，从原理上看，以导轨炮为代表的电磁炮可以达到极高的速度、足够远的射程。但至今一些技术问题仍没有彻底解决，因而电磁炮还不能进入实用阶段，但是电磁炮的发展和应用前景是相当诱人的。主要基于以下两方面的问题，使得导轨炮难以用作作战武器:一是为使弹丸达到所要求的加速度和速度值，并具有足够大的动能(因为弹丸的质量也不能太小)，整个系统的线性尺寸长、重量大，总重量要达数行吨。如此笨重的装置难以部署，特别是要部署在作战平台上十分困难;即使能顺利部署，线性尺寸长达200米左右的庞大系统本身的安全问题也难以保证。同时，如此笨重的系统在射击中要进行反冲补偿修正，这给更新瞄准带来困难，因而系统的发射率低，不能满足样截要求。

二是电磁炮发射时需要超级的电能贮存装置，该装置必须能提供百万千瓦级的功率和百万安培级的电流。提供这样强大电流的设备要两间房子那么大。从60年代开始，澳大利亚、美国、前苏联和日本等国的科学家一直在研究如何制造出这种重量大、能耗高的电源装置，但未取得理想的结果。

随着新技术、新材料的不断发展，电磁炮的研究取得了不少实质性的进展，引起了各国政府和军方的关注。如美国在1980年和1989年两次组织电磁技术讨论会，美国星球大战计划也把电磁炮作为天基反导系统的主要备选方案、研究费用从1979年的100万美元猛增至1987年的2亿美元。美国原计划近期内战术应用的电磁炮将进入全面的工程发展阶段，在2000年后开始部署，并对用于战略防御的电磁炮进行全面评估。俄罗斯、英国、澳大利亚、日本等国也都在积极开展电磁炮的研究工作。

1987午美国陆军、空军和国防部提出将电磁炮计划列入美国“星球大战”计划，用于对战略进攻的防御。到目前为止，电磁炮速度已从开始每秒680米提高到1.7千米，1984年12月发射的一个80克的弹头，速度在每秒6～10千米之间。美国日前正在研制的7.5米长的电磁炮，可装在长机上作为航炮，也可作为地面防空武器;美国海军还想把电磁炮装在大型水面舰艇上，以代替现在的密集阵火炮，在远距离拦截反舰导弹或带核弹头的其他反舰武器。可以设想，如果将电磁炮装在空间平台或地面上，也可拦截弹道导弹。

实验表明，电磁发射的小型炮弹，只要速度到达每秒10～20千米，把它投送到2000千米以外目标，单位面积上的能量比强激光、高能粒子束、x射线激光、2.5万吨级核弹头投送的能量还要大。

近年来，随着超导技术的迅速发展，电磁炮的研究取得了重大进展。可以预料，随着现代科技的突飞猛进，电磁炮用于实战指日可待。