创世武器

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  科幻战舰、大洋杀手、隐形忍者……这些形容词说的都是将于2015年11月交付的朱姆沃尔特级驱逐舰(Zumwalt-class destroyer)。此舰的下水之所以能引起全世界的高度关注,是因为传闻中的它,将配备一种强大的未来武器——电磁炮。
  电磁炮,是一种强大的动能武器,由于其拥有的一系列优越性能,使各军事强国都投入了巨大的人力物力进行研究。为什么要发明电磁炮?它拥有哪些特殊的能力?理解它真的需要很高深的知识吗?
  事情还得从电子战说起……
  电子战“魔高一尺道高一丈”,电磁炮应运而生
  雷达,是第二次世界大战中出现的三大新式武器之一,由英国的科学家首先发明,并率先在英国和美国的军队中装备。由于可以先敌发现,提前做好应对准备,在雷达装上盟军的飞机和军舰以后,“二战”的胜负已无悬念。英国不列颠空战的胜利,德国“狼群”潜艇战队的覆灭,以及日本航母在对美海战中的完败,雷达都起了举足轻重的作用。
  但有矛必有盾,随着雷达的广泛应用,各种反雷达的技术也逐渐兴起。雷达再也没有“二战”时的那种好日子过了。最先出现的反雷达技术,就暴露了雷达自身的缺陷。
  
  雷达的工作原理是:先发射出去一束电磁波,再接收反射回来的电磁波,以此判断目标的距离远近、移动方向等。由于发散现象,反射回来的电磁波,往往只有其发射出去的数亿分之一甚至百亿分之一,非常微弱。所以,雷达的接收装置必须非常灵敏。
  灵敏,是雷达的最大优点,却也是它的致命弱点。我们都知道,若长时间呆在黑暗的环境中,眼睛对光线就会特别敏感,这时若突然暴露在阳光下,瞬间就会被“闪瞎”。雷达也是如此,用突然出现的强电磁辐射,就可以摧毁正在工作中的雷达——这是最早出现的电子战方法之一。
  对付雷达,还有一种方法更直接。1965年,越南的防空导弹开始使用雷达制导,击落美国飞机的效率大为提高。很快,美军就装备了一种反雷达导弹。它能够在接收到敌方的雷达信号后,顺着雷达波发出的方向反向导航,摧毁雷达站——制导成为引导,很尴尬。于是,“电子静默”的战法开始出现:我的雷达不常开,必要的时候再打开。为应对这种战术,雷达定位的技术也逐渐出现:只要你敢开,我就能算出你的位置,再利用精确制导的武器将你摧毁。1999年的科索沃战争,南联盟的雷达只要开机一次,5分钟内即可被摧毁。
  除了这些“硬”的方式,还有一些“软”的方法,比如“隐身”:通过结构设计和涂抹吸波材料,尽量减少雷达波的反射。目前,最先进的一些轰炸机的雷达反射面积比一只鸟还小,被探测和识别的概率很低。
  为了对付雷达,进攻方可谓是花样百出,但防守方是否真的也就无计可施了呢?当然不是,破解之道,就在进攻的武器本身。不管是飞机还是导弹,都需要燃料燃烧来推动。有燃烧,就有高温,有高温,就会发射红外线——红外线也是电磁波。飞机能伪装得像小鸟一样,但高强度的红外线很快就暴露了它的真实面目。目前不少防空导弹都在利用热红外制导,不需要发射电磁波探测,一样可以追踪目标。
  在这种“魔高一尺,道高一丈”的较量中,一种新的武器应运而生。在它正式登场之前,我们不妨先做一道问答题放松一下。
  问:小说《笑傲江湖》中,谁的功夫最高?
  答:东方不败。
  回答正确。
  东方不败最让人忌惮的功夫,就是他的绣花针。绣花针,小、快,还没看见,就扎到你身上了,防不胜防——这里最关键的就是“看不见”。
  不管是用雷达探测,还是用红外线制导,根本目的就是为了能“看见”。下一代的进攻武器,就是让对手“看不见”:既不反射电磁波,也不发射红外线。
  这样的武器已经出现,电磁炮就是候选之一。
  电磁炮,利用电磁场给炮弹加速,以极高的速度(7倍音速或以上)发射出去,打击几百千米之外的目标。炮弹本身没有动力装置,可以做得很小,再涂上点吸波材料,极难被发现和拦截。由于没有烟雾和大火,发射平台也不容易暴露(若没有能被轻易捕捉的痕迹,在方圆几百千米大的地方找一艘伪装的船或车,难度非常大)。
  出现在科幻电影中的电磁炮
  在《变形金刚2:卷土重来》中,就出现了电磁炮的身影:为制造能量源,邪恶的堕落金刚爬上金字塔顶,妄图启动灭日机器,此时,美国的一艘驱逐舰发射秘密武器——电磁炮,将强大的堕落金刚打成重伤……
  电磁炮的类型与原理
  电磁炮按原理可分为线圈炮、电热炮、重接炮、轨道炮等。
  
  线圈炮相当于是一台电动机。在电动机中,定子中产生磁场,作用于转子中的电流,推动转子高速转动。在线圈炮中,发射装置相当于是“定子”,炮弹相当于是“转子”,发射装置产生的磁场作用在炮弹上,使其高速运动,发射出去。
  电热炮与传统的火炮很相像,它是先用电将工质加热至等离子态,再让具备了相当热能与动能的工质推动炮弹发射。
  重接炮是电磁炮的一种新形式,目前只有美国进行了相关研究,它在大质量炮弹与高速度之间取得一定的平衡,被认为是未来天基武器的一种重要形式。
  轨道炮,是目前各国主要研究的一种电磁炮,已经处于装备前的试验阶段。它的基本原理也很简单:电流在磁场中受力的作用——初中入门级的物理知识。
  电磁轨道炮原理:(1)在两根导轨中通入电流,产生磁场;(2)电流流过滑块(炮弹),电流在磁场中受力的作用,滑块被加速至7倍音速以上;(3)利用滑块的巨大动能打击目标。   滑块受的电磁力越大,加速距离越长,出口的速度越大,即使经过空气摩擦减速,在攻击目标时的速度仍能达到5倍音速以上。
  制造电磁炮的想法由来已久
  早在19世纪末就有科学家提出了线圈炮的设想。线圈炮,包括以后各种形式的电磁炮的基本原理都很简单,但是能形成战斗力的电磁炮,它的复杂程度远超化学炮。尽管在20世纪初的几十年内,也有不少科学家在进行这方面的研究,但是进展缓慢,并一度被放弃。在20世纪80年代,作为“星球大战”的一部分,电磁炮的概念又被重新拾起,并在各种新技术条件下具有了实现的可能性。在与传统武器进行认真的对比分析后,人们发现,电磁炮的巨大意义已经远远超出了当初的设想。
  射程远超火炮,堪比 最先进的防空导弹
  传统的火炮是以火药急剧燃烧提供的膨胀力,推动炮弹发射,在经过一百多年的发展后,它的实战性能已经接近极限。目前,能用于装备的最先进火炮炮弹出口速度仅在1.5千米/秒左右,最远的攻击距离不超过200千米。
  而电磁炮的作用时间相对较长,能提供更大的能量,炮弹的加速度可达到几万~几十万倍的重力加速度,即在短短的千分之一秒内,能将炮弹加速到每秒数千米,甚至每秒十几千米,打击距离400千米以上(目前的设计水平),远远超越传统火炮,与一些先进防空导弹的攻击距离相近。也就是说在传统战场上,电磁炮可以实现超视距作战,甚至发挥出一些近程导弹的攻击效果。
  成本远低于传统武器
  有人说“架几门大炮就能征服一个国家的历史已经一去不复返了”,而电磁炮可能让历史重演——为什么?
  过去,擅长骑射的游牧民族,始终都是中原农耕民族的巨大威胁。而曾经,热兵器的远程攻击和强大杀伤力,又把一个个冷兵器帝国打得落花流水。现在,远程攻击能力仍是决定一个国家军事是否强大的最重要指标,而实现远程攻击的手段,在很长的时间内无非是飞机和导弹。然而,它们不菲的造价,也每每让战争进入“烧钱模式”。20世纪末和21世纪初的几场大战,多是由西方发起的,而赢得战争的主要付出之一,就是数千亿美元的花费——别忘了,截至目前,世界上90%的国家国民生产总值一年也就几千亿美元。
  而电磁炮成本则要低得多。一枚电磁炮弹的价格不过一万多美元,一枚机载空空导弹的价格在十几万至几十万美元之间,一枚防空导弹的价格更是高达上百万美元。电磁炮弹在体量方面的优势也非常明显,一枚电磁炮弹几千克至十几千克,而一枚导弹通常有几百千克重、几米长的身段。
  由此不难想象,在电磁炮技术成熟后所会引起的一个巨大变化:单个作战平台(飞机、舰艇、坦克等)的远程打击能力将可能提升至原来的十倍甚至数十倍以上,发动一场战争的动员规模将远小于现在,集结速度也将大大加快。
  “大洋杀手”的隐秘装备
  即将服役的朱姆沃尔特级驱逐舰的最大特点就是隐身,为了能尽量减少雷达反射、红外线发射和噪声,舰体采用了革命性的内外结构设计,新的雷达系统以及大量的复合材料,使此舰的造价高达30亿美元左右。但若不配备同样可以隐身的武器,之前所有的努力都将白费。
  由于火药燃烧时会产生火光和大量的烟雾,传统的火炮和导弹发射平台几乎没有隐蔽性可言。而电磁炮则没有这方面的顾虑,它的发射平台具有相当的隐蔽性,不容易暴露自己的位置。这可以大大增加武器发射平台在战场上的生存率,并像一个杀手一样,悄悄地潜伏到对方400千米的范围内……
  创世武器,有望成为导弹克星
  当今,建立在导弹基础上的核武平衡已经持续了半个多世纪,之所以能形成平衡,在于远程导弹的装药量很大,飞行速度太快,洲际导弹的末端攻击速度可达25倍音速左右。而防空导弹同样是基于化学能的推动,体量比远程导弹小的多,目前最先进防空导弹的飞行速度也不过9倍音速左右,理论上只能拦截15倍音速以下的来袭目标。
  电磁炮能打破这种平衡吗?毕竟战争中也有“快打慢”之说。目前处于试验中的电磁炮能打出的最高出口速度已经达到10.1千米/秒(29.7倍音速),而设想中的天基电磁炮,其出口速度更是在20千米/秒左右(近60倍音速)。或许在人们对电磁炮的应用熟练以后,现在的各种化学能导弹在它面前都将成为摆设。
  目前,美国用于试验的是舰艇电磁炮,主要设想是用于近岸攻击及舰艇间对抗,它的初期设计目标是185千米左右,最远可至400千米以上。而未来的电磁炮发射平台,一定不会限于舰艇,还可以布置在飞机、坦克、太空等领域,射程也不会限于400千米。远程、速度快,体积小且价格便宜,电磁炮或许能终结延续了几百年的、以化学能发射炮弹的历史,进入一个新的战争时代:“十年之后,你看不见我,我看不见你,而我们已经开始交火”。
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