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【解密电炮】电磁武器全面开花为何“尝鲜”的却是战舰?

军事技术前沿微平台2019.9.12我要分享

第二次世界大战时代是最后一次使用枪支来确定结果的时代,标志着战舰的最终退出。在那之后,舰载机和火箭武器基本上取代了海军枪的地位。军舰的主炮基本上只用于自卫和地面打击任务。相反,地面装甲部队主要依靠火炮为主要杀伤手段。但是令人惊讶的是,为什么军舰成为第一个部署电磁武器的平台。原因必须从功能开始。

图为电动枪测试平台

目前,能源供应有三种类型,主要可用于地面战部队,电池,发动机发电和动力电池。在当前情况下,世界上大多数主战坦克都依靠前两种方式为其武器系统提供动力。装甲部队的引擎将多余的动力充入电池组,为必要时使用高能耗设备提供了能量基础。但是,该系统远远不能满足电磁武器的需求。其原因是电磁武器发射的大部分能量是由电力提供的。装甲技术设备中使用的主要能源仍来自化学能推进剂。电能主要用于提供各种类型的传感器和转塔电机,其能耗不处于相同的数量级。

图为美国陆军实验型7马赫电磁炮

当前更有希望向电磁武器提供电能的是热电池技术。该技术以前用于导弹等火箭武器,既可提供足够的功率,又可通过一次性电池产生热量,并可确保在空空导弹等小型平台上正常使用有源能量传感器(如有源雷达)。与常规电池(例如常规锂电池,铅酸电池和银锌一次性电池)相比,热电池技术具有更高的能量密度,更适合为高能量设备供电。

图为航空用热电池

但是,热电池技术也有固有的缺点,主要是由于其惊人的热量。在使用固体燃料的空对空导弹上,热电池产生的热量明显低于其固体燃料火箭发动机的热量,并且该热量是完全可以接受的。但是,对于地面装甲部队,柴油机,汽油机等的内燃机自然不能与几乎具有爆炸性的固体燃料火箭发动机相提并论。对于地面装甲部队而言,加热电池极为出色。这不仅需要为使用热电池的电磁武器部署专门的冷却措施,而且还需要使用热电池的装甲部队的红外特性。对于带有被动红外传感器或热成像的现代主战坦克,传统的内燃机主战坦克可以在4000-6000米的任何地方找到,并引导其他单位发动攻击。如果使用热电池,热值的突然升高将与环境不兼容,并且可能会被8-10公里外的敌方坦克发现并引导近距离空中支援。

图片显示了美国M1主战坦克的内部,非常拥挤。

对于地面设备,使用飞轮电池或超导电池可能是唯一可行的选择。超导电池的能量密度比可用的最先进的锂电池高几个数量级,而飞轮电池的能量密度比超导电池高一个数量级。在能量非常丰富的情况下,电磁武器可以用作装甲部队的“杀手”,枪口的速度远远低于现有火炮的“花瓶”。然而,尽管这两个电池已经提出了技术原型,但它们远非用于军事装备的最低要求。长期以来,在地面装甲部队上不可能使用电磁武器。

图为飞轮储能单元

但是对于军舰来说,情况就大不一样了。目前,主要军舰的主炮重量大多为数十吨。以俄罗斯的956艘“现代”级驱逐舰为例。他们配备了两挺重达90吨的AK-130主炮,并有放置电磁武器的空间。数百个锂电池组和相应的电容器。军舰的充足电源可以在航行期间为所有枪炮电池充满电,然后在战时发挥战斗力。对于在这个阶段还不成熟的电磁枪,足够的实验和转换空间更为重要。现代军舰上出现了更可靠的动力集成系统。在英国的45级驱逐舰上,英国首先意识到了电力推进和动力集成系统的实用性。该系统可以有效地集中整船的所有电力需求设备,以实现最有效的能量存储和利用。显然,配备动力集成系统的军舰非常适合使用耗能大的电磁武器。

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图|通过网络

产品|中国科普

作者 | 矛隼工作室

策划 | 赵清建

监制 | 光明网科普事业部

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第二次世界大战作为最后一个使用舰炮决定胜负的时代,标志着战列舰的最终退场。在此之后,舰载机和火箭武器基本取代了舰炮的地位,战舰主炮基本只用于自我防卫和对地打击任务。相比之下,地面装甲单位反而大多依赖火炮作为主要杀伤手段。但是令人出乎意料的是,为什么战舰却成为了第一批配置电磁武器的平台?原因还得从功能说起。

图为电热炮试验平台

目前,主要可用于地面战装甲单位的供能方式有三种,蓄电池,发动机发电和热电池。当前情况下,世界上各国的主战坦克大多依靠前两种方式为其所属武器系统提供电力。装甲单位的发动机将盈余的电力充能到电池组中,为必要时大耗能装备的使用提供能量基础。然而,这一系统却远远不能满足电磁武器的需要,究其原因,电磁武器的大部分发射能量都是依靠电力提供的,而目前装甲技术装备使用的主要能量供应依然来自于化学能发射药,电能主要用于供应各类传感器和炮塔电机,其能量消耗完全不在同一数量级。

图为美军实验型7马赫电磁炮

而目前更有希望为电磁武器提供电能供应的是热电池技术。这一技术之前被用于导弹等火箭武器上,通过一次性电池在发热的同时提供足够的电力,在空对空导弹这种小型平台上保证主动雷达等高耗能传感器的正常使用。相比于常规锂电池、铅酸蓄电池和银锌一次性电池等常见电池,热电池技术的能量密度更大,更适合为高能设备供电。

图为航空用热电池

然而,热电池技术也有着先天劣势,主要源自于其惊人的发热量。在使用固体燃料的空对空导弹上,热电池的发热量很显然远低于其固体燃料火箭发动机,发热量完全可以被接受。然而对于地面装甲单位来说,柴油机、汽油机等内燃机的发热量自然是比不上近乎爆炸的固体燃料火箭发动机,热电池对于地面装甲单位来说发热量极为惊人。这不仅要求必须为使用热电池的电磁武器配置专用的降温措施,也将会极为严重的影响使用热电池的装甲单位的红外特征。对于拥有被动红外传感器,或者说热成像的现代主战坦克来说,常规的内燃机主战坦克完全可以在4000-6000米外发现,并且引导其他单位发动攻击。而如果使用热电池,其发热量的骤然提升会和环境格格不入,完全可能在8-10千米外就被敌军坦克发现并且引导近距离空中支援。

图为美军M1主战坦克内部,可以看出十分拥挤。

对于地面单位来说,使用飞轮电池或者超导电池或许是唯一可行的方案。超导电池的能量密度要超过现有最先进锂电池数个数量级,而飞轮电池则还要超过超导电池一个数量级。在能量极大丰裕的情况下,电磁武器才能作为装甲单位的“杀手锏”,而非炮口速度还远低于现有火炮的“花瓶”。然而,即使这两种电池已经提出了技术原型,也远没有到在军用装备上使用的最低需求,在很长时间里,都不可能在地面装甲单位上使用电磁武器。

图为飞轮储能单元

但是对于军舰来说,情况则大为不同。现阶段主要的军舰主炮重量大都高达数十吨,以俄罗斯的956“现代”级驱逐舰为例,其装备了两门AK-130型主炮重量都高达90吨,完全有空间为电磁武器筹备上百单元的锂电池电池组和相应电容。战舰充沛的电力供应完全可以在航行过程中为所有炮属蓄电池完成充能,在战时再发挥其战斗力。而对于现阶段尚不成熟的电磁炮来说,充分的实验和改造空间更是十分重要。而现代军舰上还出现了更为可靠的电力整合系统。在英国的45级驱逐舰上,英国首先实现了电力推进和电力整合系统的实用。这一系统可以有效集中全舰所有需电设备,从而达到最高效的储能和利用。很显然,装备有电力整合系统的战舰十分适合使用高耗能的电磁武器。

划 重 点

图 | 源自网络

出品 | 科普中国

作者 | 矛隼工作室

策划 | 赵清建

监制 | 光明网科普事业部

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