横冲直撞的动能武器
二、横冲直撞的动能武器
我们知道，日常生活中人类身体束磕磕碰碰是在所难免的，但是试想一下，如果高速运动的物体之间发生了碰撞会带来怎样的后果呢？答案是：必将是致命的伤害。一切运动的物体都具有动能，动能越大，杀伤破坏的力量自然就越大。根据动力学原理，质量为m的物体以速度V运动时，所具有的动能为E＝
mv2。据此，如果确定摧毁目标所需要的能量为E，相应地选择弹头的质量和运动速度，就可以使动能武器具有足够的杀伤破坏力。经过科学家的专心研究，动能武器便应运而生了。
动能武器是利用超高速运动物体的巨大动能，靠撞击来摧毁目标的武器，弹头则是动能武器的核心，一般是利用火箭推进或电磁力驱动的方式而获得高速，当弹头与目标发生碰撞时就能摧毁目标。当然也可以通过在目标附近引爆弹头携带的高能炸药后产生的无数金属碎块来击毁目标。动能武器包括推进系统、弹头、探测器、制导与控制系统组成。推进系统提供了弹头加速到高速的动力，可采用火炮、火箭、电场或磁场加速装置；弹头则是由金属材料或塑料制成的钢体；探测器则是动能武器的感官，用于探测、识别和跟踪目标，通常使用红外传感器；制导与控制系统则是动能武器的中枢神经，一般由寻的器、惯性测量器、计算机、方向和姿态控制器、通信设备、能源设备等组成。对于动能武器而言，弹头的飞行速度越高，也就意味着摧毁目标的能力越强。动能武器按部署方式划分为天基动能武器、空基动能武器、地基动能武器和海基动能武器四大类，主要用于拦截导弹和攻击卫星等高速运动目标，也可以攻击飞机、直升机、坦克、舰船等运动目标。目前世界上采用新概念技术的动能武器主要为电磁炮、电热炮和群射火箭，这里我们主要介绍一下电磁炮。
电磁炮原理示意图
（1）颠覆传统——电磁炮
据美国《海军时报》报道，美国海军用一门颠覆传统概念的电磁炮创造了新的世界纪录，它无需火药就能发射炮弹，而且炮弹速度达到7倍音速。对于这条消息，好多人可能觉得电磁炮一定是一种神秘的武器，其实，电磁炮无论是在作用机理上还是在结构上，都比一般火炮简单，操作使用安全方便。这种炮有两条十几米长的铜导轨，炮弹很小，装在两条导轨之间。发射时，给两条导轨接通电源，弹丸在强大的洛伦兹力的作用下，从导轨上以超高速发射出去。超高速，是指5倍音速以上的速度。若想达到这种速度，可见电磁炮的电源是关键。这种电源能够产生很强的直流脉冲电流，电流值在数万至数十万安培以上。在这种电源的作用下，导轨上会产生强度为数万高斯的磁场。两条导轨之间用一滑块连接，当电流通过滑块上的金属箔片时，汽化为等离子体，并在强磁场中受到加速力的作用，放在滑块前的弹丸就会被高速发射出去。
（2）电磁炮中的电磁发射技术
电磁炮的闪亮之处在于电磁发射技术，而这种技术已有近百年的历史，但发展到今天却几起几落，历尽沧桑。
美海军试射电磁导轨炮
早在19世纪，物理学家就发现，在磁场中运动的带电粒子或载流导体会受到电磁力的作用，这个力物理学家称之为洛伦兹力或安培力。1917年，法国人首先提出利用强磁力发射有翼炮弹的设想。第二次世界大战之后，许多国家的科学家对电磁发射问题进行了诸多研究。20世纪70年代，澳大利亚科学家研制成功了电磁发射装置，使3克中的塑料弹丸获得了6千米／秒的速度，从而开创了电磁发射技术的新纪元。这一当时惊人的科研成就，从实验上证明了用电磁力能将较重的物体推进到超高速的可行性，为电磁炮的发展作出了划时代的贡献。从此，电磁炮的研究工作进入了新阶段。澳大利亚科学家的开拓性成就，极大地鼓舞和启发了各国的有关科学家，同时也引起了军方的强烈关注，他们不惜重金投入人力、财力从事现代电磁炮研究，纷纷建立电磁炮实验室。美国、前苏联、澳大利亚、英国、法国、德国、加拿大、中国、以色列、新西兰等十几个国家开始竞相实验研制。目前美国处于世界领先地位。
电磁炮效果图
为了评估电磁发射技术及其应用潜力，1978年在美国陆军装备研究发展工程中心的倡导下，成立了有关电磁炮研究的国家咨询委员会和技术学部。从1990年开始，把电磁炮列入国防部关键技术计划中，并给予相当的投资支持。1991年又成立了“电磁炮联合会”，旨在协调军队、能源部、国防原子能局和战略防御倡议机构的电磁炮研究工作。为促进电磁炮的理论和工程技术的进步，由国防部和陆军有关单位主办，从1980年开始，每两年举行一次国际电磁发射技术讨论会。在我国，军械工程学院早在80年代初也率先倡导了国内的电磁炮研究工作。
（3）电磁炮的优势
电磁炮之所以被军事家们称为未来战场的主要力量，备受人们青睐，是因为它有异乎寻常的优势，具体概括如下：
美国海军展示被电磁炮打中的靶子
高初速。电磁炮利用电磁能所产生的推力可比火药的推力大一个数量级以上，而且射弹速度不受音速限制，它可以把不同质量的射弹加速到每秒几千米至几十千米的初速。举个例子，同样弹丸，电磁炮发射的初速可达4～6千米／秒，在天基可达50千米／秒。而常规火炮的弹丸初速最高的只有1．6千米／秒，战术导弹的最高速度为3千米／秒，战略导弹的最高速度为7千米／秒。所以电磁炮的弹丸可以追击飞机、导弹等高速飞行的物体，并且由于它的动能很大，极易给目标造成重创。高初速一直以来是军事家们梦寐以求的，因为由此能增大弹丸射程和穿甲深度以及缩短射击的提前量和提高命中目标的概率。同样，高初速对航天和高压物理实验也有帮助。
射弹质量范围大。传统火炮发射100千克以上的弹丸比较困难。而电磁发射器发射的弹丸可大可小，从几克到几吨或几十吨乃至百吨以上。因此电磁发射器的应用领域被大大拓宽。由于速度高，在不减动能时弹丸可小而轻，这就意味着装载平台可储存更多的炮弹，并且易于实现自动装填和提高射速；同时有利于在坦克、航空器或航天器上储存。
操作简便。传统火炮，特别是液体发射药火炮的发射药，以及火箭所用的推进机都是优良的含能燃料，需要特别制作、运输，不仅造价高而且使用时不安全。而电磁发射器一般使用低烃类燃料作为发电用的初始能源，安全且成本低；并且不存在处理废火药的困难和麻烦，不使用药筒，不需要退弹壳，这便给后勤和使用均带来诸多便利。
电磁炮发射场景
工作性能优良。因为不存在常规火炮那种因点火过程和发射药燃烧不均匀而出现的延迟点火、突然撞击和加速度突变等问题，因此电磁炮工作稳定，重复性好。另外，一门性能优良的电磁炮，其弹丸的平均加速度和峰值加速度相差很小，弹丸几乎是匀加速运动。由于弹丸受力均匀，应力小，因此可装配精确的制导系统，有利于战斗部的智能化。