專業(yè)資料 電磁炮（軌道炮、同軸線圈炮、重接炮）的工作原理

電磁炮（軌道炮、同軸線圈炮、重接炮）的工作原理電磁炮利用電磁力（洛侖茲力）沿導(dǎo)軌發(fā)射炮彈的武器。它主要由能源、加速器、開關(guān)三部分組成。由加速方式又分為線圈炮、軌道炮、重接炮和電熱炮。電熱炮使用電加熱產(chǎn)生高溫等離子體推動彈丸，其原理又類似古代的蒸汽大炮。重接炮本質(zhì)上也屬于一種線圈炮，區(qū)別只在于線圈排列方式有所不同一、電磁炮的彈丸除非在太空中使用，電磁炮的彈丸都需要在空氣中飛行直到擊中目標(biāo)。根據(jù)空氣阻力的公式：F=12p0SV2一般取： V=kS32,M=Vp1,E=12MV2聯(lián)立可知，F(xiàn)E=P0PIS也就是說彈丸單位行程的動能損失基本上與其速度無關(guān)，只與其特征迎風(fēng)面積有關(guān)。當(dāng)然這只是估算方程，實際上超過音障后特征迎風(fēng)面積是隨速度變化而不斷變化的。顯然，要減少彈丸的動能損失，必須選擇高密度的材料。此外，除了電熱炮不要求彈丸的電磁性能，線圈炮和軌道炮都要求彈丸具有高導(dǎo)電性。因此，電磁炮的彈丸又可分為一體式和分離式。一體式彈丸本身即是導(dǎo)電體，為了兼顧導(dǎo)電性要求和高密度要求,最理想的的材質(zhì)是黃金或銀，其次是紫銅。分離式彈丸在離開“炮體”后，高密度的彈丸即與低密度的環(huán)形導(dǎo)電體（助推殼）分離。其中導(dǎo)電材料需要高導(dǎo)電系數(shù)、輕質(zhì)和必要的強度。最理想的的導(dǎo)電體是高度整齊石墨烯或碳納米管，最理想的的彈丸材料是鉞伯合金。然而10kg的徐伯價格達數(shù)百萬人民幣一一這個價格相對于1kg單向石墨烯或碳納米管已經(jīng)便于的近乎可以忽略了。經(jīng)濟上比較現(xiàn)實的導(dǎo)電體材料是高強度鋁，彈丸則是鴇或貧鈾。二、發(fā)射裝置線圈炮的發(fā)射線圈采用水冷銅線圈，線圈本身沒有技術(shù)含量（也意味著沒有提升空間），更多的研發(fā)集中在如何提高瞬間大功率的高頻電流。而軌道炮的軌道則一直被各國諱莫如深（諱莫如深的原因可能是怕被抄襲，也可能是想看著后來者掉進同樣的坑里）。軌道需要讓彈丸以至少3千米每秒的速度劃過并保持超大電流的供電，現(xiàn)階段很難想象有某種材料可以承受。三、發(fā)射準備工作電磁炮的電磁推進裝置必然比傳統(tǒng)火炮更加笨重，所以軍用的電磁炮很可能使用傳統(tǒng)火炮作為預(yù)推進。另外為了避免彈丸在炮內(nèi)高速運動產(chǎn)生擊波，發(fā)射前炮內(nèi)會充入低密度的高溫氫氣或蒸汽。三、射程和精度電磁炮彈丸的動能在稠密大氣層中極速衰減，彈丸單位行程的動能損失與其動能成正比，與迎風(fēng)面積的開方成反比，而對于特定密度和形狀的彈頭，迎風(fēng)面積的開方與彈丸質(zhì)量的開方成正比。也就是說,在初動能不變的情況下，彈頭減小7/8,初速度就必須增加一倍才能獲得同樣的射程。10kg彈丸在第一宇宙速度下的射程大約為100km（速度衰減到穿甲彈的程度，可以令萬噸排水量的軍艦受損但是不會沉沒）在大氣中的滯留越短，動能隨時和大氣引起的偏移越小。然而彈丸在炮內(nèi)的加速度是受助推殼導(dǎo)電性能限制的，要增加初速度，只能增加炮長。初速度在2千米每秒以下的彈丸是沒有意義的，這一速度已經(jīng)足以產(chǎn)生黑障了。能夠承受大加速度、能夠破障通信制導(dǎo)的制導(dǎo)系統(tǒng)即使存在，成本也是極高的，同時也會擠占彈頭空間，減小彈頭密度，增加阻力。合理的武器級電磁炮裝置很可能采用無制導(dǎo)或激光推理制導(dǎo)。由于電磁炮的初速度可控，其初速度可以比傳統(tǒng)火炮精確，然而大氣擾動產(chǎn)生的干擾是不能避免的。典型的10kg彈丸可以在10km內(nèi)實現(xiàn)無制導(dǎo)打擊。更遠的距離下則需要激光推力制導(dǎo)。激光推理制導(dǎo)則是使用四臺大功率激光器布置在電磁炮四周。制導(dǎo)時，激光照射彈丸表面的氮化硅涂層使之氣化產(chǎn)生側(cè)向推理。推力點在彈丸側(cè)面靠前端（箭形彈），因此只需要很小的推力就能使彈丸偏轉(zhuǎn)。四、應(yīng)用領(lǐng)域和針對性技術(shù)計劃中，電磁炮主要用于對戰(zhàn)機的打擊和彈道導(dǎo)彈、續(xù)航導(dǎo)彈的攔截，需配備超高精度相控陣雷達、超高分辨率紅外/可見光攝像頭陣列、目標(biāo)特征識別AI系統(tǒng)、氣相雷達（觀察大氣狀況便于計算阻力和風(fēng)制偏轉(zhuǎn)）、超級計算機。電磁炮的天敵也是：超高分辨率紅外/可見光攝像頭陣列+