技术派|日本研制电磁炮拦截高超声速武器,技术发展如何?

澎湃新闻特约撰稿 林森

2022-01-19 07:05 来源:澎湃新闻

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日本防卫省目前正在开发用于拦截高超声速武器的电磁轨道炮。
据日本媒体日前报道,日本防卫省于2022年财年拨款65亿日元(约合人民币3.57亿元),用以完成电磁轨道炮在装备化前的样机生产,日本计划在2020年代后半期将电磁炮投入使用。电磁轨道炮发射瞬间。

电磁轨道炮发射瞬间。

随着高超声速导弹的实用化,俄罗斯、美国和印度等国都已经列装或准备列装这种武器,尤其是助推滑翔高超声速导弹,已经多个型号交付部队使用。比如本月,朝鲜进行了两次高超声速导弹试射,朝鲜最高领导人金正恩还参观了11日的试射活动,说明这款使用带小翼双锥体弹头的高超声速导弹即将装备朝鲜军队。
在日本看来,朝鲜等国的高超声速武器是一个威胁,为此日本一方面加快推进高超声速导弹的研制计划,另一方面也加紧研制拦截高超声速武器的防御系统,攻防结合,双管齐下。除了发展高超声速武器防御技术,日本也在研制高超声速导弹。

除了发展高超声速武器防御技术,日本也在研制高超声速导弹。

电磁炮适合拦截高超武器
电磁轨道炮是一种各军事大国争相发展的新概念武器。上世纪50年代,美国就提出了电磁轨道炮的概念。1958年,美国洛斯阿拉莫斯实验室的Bostick提出了电磁轨道炮的概念,并率先进行等离子体电枢的轨道发射试验。后来,因为对电磁轨道炮认识、材料等原因,电磁轨道炮的发展也经历浮沉。美国研制的电磁轨道炮。

美国研制的电磁轨道炮。

上世纪80年代开始,为了全面反制苏联,美国提出“星球大战”计划,激光、粒子束、电磁轨道炮等一系列新概念武器的发展获得空前重视,冷战结束后,美国先后解决了中大口径电磁轨道炮“电弧烧蚀”、“高速刨削”等关键技术难题,电磁轨道炮技术开始进入工程应用研究阶段。
电磁轨道炮是电磁轨道发射的其中一种用途,它通过磁场与电流相互作用,产生强大的电磁能推动弹丸,将弹丸以数马赫的初速发射出去。电磁轨道主要由导轨、电枢和电源三部分组成,导轨是一对平行的金属轨道,用于传导电流,金属轨道镶嵌在用高强度材料制成的绝缘筒内,构成炮管。
电磁轨道炮利用强大电磁能将弹丸的速度加速到极高,可以大大超过火炮的射程,甚至可以与一些导弹武器相媲美。与传统火炮相比,电磁轨道炮有以下优点:一是高初速、突击能力强;二是射程远;三是反应灵敏高效,可控度较高,火力比较灵活;四是弹丸稳定性好,精准度高;五是威力大,毁伤能力强。
美国是电磁轨道炮技术积累最多、技术最先进的国家,通过其一些例子可以直观感受导弹电磁轨道炮的优势。2003年美海军进行了电磁轨道炮发射试验,系统尺寸是未来原型机的1/8,弹丸出口速度为马赫数6,动能7.25兆焦耳。2010年,美海军进行了两次电磁轨道炮试射,靶标位于370千米外,展示了其远程打击能力。2016年5月,美军进行10米的电导体轨道加速发射弹丸试验,速度为724千米/小时,射速为10发/分钟,有效射程达200千米,可瞬间穿透7块普通钢板,并具有多发同时弹射能力,展示了其精确打击能力。
说了这么多电磁轨道炮的优点,那么这种武器如何在反导或反高超声速武器中发挥作用呢?电磁轨道炮在反导或反高超声速武器中作用相当于动能拦截,其实,美国在上世纪80年代的“星球大战”计划中就提出天基电磁炮,在弹道导弹飞行过程中的助推段进行拦截。电磁轨道炮的高初速、远射程、连续发射和低成本的优势在高超声速武器防御有独特的技术优势,安装在舰船上,可以靠前部署,对敌方助推滑翔高超声速导弹在助推段进行拦截,而布置在本土的电磁轨道炮则可以对再入段的弹头进行多次拦截。
2018年9月26日,美国导弹防御局同时授出21份合同,用于开展高超声速防御武器系统方案定义,采用动能或非动能方式拦截滑翔或末段飞行的高超声速武器。在这些方案中,有多个是电磁轨道炮方案。
美导弹防御局于2018年9月首次公布了“高超声速防御武器系统”(HDWS)项目,并于2019年9月选取了5个较为可行的方案(包括4个动能拦截方案和1个定向能拦截系统方案)授予合同开展概念改进阶段研发。综合分析这5个方案内容来看,对高超声速导弹的拦截手段仍以发展动能拦截器为主,而且是基于现有的反导拦截弹,比如在“标准”-6、“萨德”、“标准”-3等基础上发展用于对付高超声速武器的拦截弹,在滑翔段/末段拦截中程高超声速导弹,融入现有的反导系统。
从上面方案来看,在新概念武器中,只有定向能武器拦截方案获准进行下一阶段的研究,而电磁轨道炮未受青睐。笔者认为,这与电磁轨道炮还未达到实用化有关,基于现有的反导拦截弹研制反高超的拦截弹是技术跨度相对较小、成本较低的选择,这也反映了美国急于形成反高超能力。2021年,美国海军在电磁轨道炮研发方面虽收到950万美元拨款,2022年其拨款却为0,其电磁轨道炮项目研发也少有进展披露,分析认为,美军的电磁轨道炮项目有可能已经进入停滞。但这并不代表电磁轨道炮未来在反导或反高超领域没有用武之地,一旦相关技术得到解决,美国还是会重新考虑电磁轨道炮。
日本电磁轨道炮技术发展如何?
日本很早就关注到了电磁轨道炮,上世纪80年代,日本投入更多的资源开发这种新概念武器,在上世纪90年代前半期,主要着眼于利用等离子体电枢实现超高速,当时的研发成果有7.45千米/秒的纪录。之后,由于等离子体电枢的导轨烧蚀、脉冲电源等遇到技术瓶颈,实用化研究基本没有进行。2000年左右日本完成了简单的低速加速装置,探讨了利用固体电枢的性能。
2010年,日本防卫省开始着手研发用于近程防御的小口径电磁轨道炮系统。在2015年时,日本防卫装备厅就研发了16毫米的小口径电磁轨道炮,在炮口采用弧形设计有效减少发射对炮口的烧蚀。2016年,防卫省在此前小口径电磁轨道炮的研制基础上,开始实施40毫米口径的电磁轨道炮的研发,目标是初速度达到2000米/秒,并达到120发以上的耐久性。目前,该项目已经进入后期。
2018年,日本加速电磁轨道炮的研发。2018年8月2日,日本防卫省正式对外宣告其正在研制电磁轨道炮装置——“电磁加速系统”,该系统是电磁炮的技术试验原型机。该设备体积小,配套设施齐全,包括直线电磁推进加速器、功率转化器、脉冲式储能装置、电力分配控制、散热装置等子系统。从2010年—2016年该项目共投资10亿日元,可以以2000米/秒的速度发射10千克的炮弹。2019年11月,日本防卫省公布了在下北试验场试射分离弹的一些数据和分离时视频。根据日本媒体报道,在研究测试阶段,日本的轨道炮原型机的发射速度曾达到近2300米/秒。日本此前公布的电磁轨道炮的试验视频截图。

日本此前公布的电磁轨道炮的试验视频截图。

日本计划在“摩耶”级驱逐舰上实验电磁轨道炮和激光武器,在27DDG驱逐舰上配备电磁轨道炮等动能武器,增强战舰的多任务作战能力。
近年来,日本开始重视高超声速武器的防御,其可能效仿美国,对现有的反导系统进行升级,从美国引进专门对付高超声速武器的新型拦截弹,另一方面推进电磁轨道炮、低轨道导弹预警监视卫星网构建,进一步强化防御高超声速武器的能力。
日本现役反导体系由海基“宙斯盾”系统和陆上的“爱国者”系统及预警指挥系统组成。日本海上自卫队目前拥有8艘“宙斯盾”驱逐舰,这些驱逐舰都配备了“标准-3”反导导弹。海上的“宙斯盾”战舰主要用于中段拦截,“爱国者”系统主要用于末段拦截。
2022年1月,美国国务卿安东尼·布林肯表示,美日近期将签订为期五年的双边防务技术研发合作协议,主要应对高超声速武器和天基打击能力威胁,因此,未来美日将在这一领域展开深度合作,在电磁轨道炮方面,美国应该会积极支持日本展开研究,日本如果成了,美国可以坐享其成,如果日本迟迟未获成功,花的也不是自己的钱,不心疼。
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责任编辑:谢瑞强
图片编辑:施佳慧
校对:刘威
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 电磁炮,日本防卫省,高超声速武器

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