印媒: 中國在電磁炮領域再獲驚人突破!
印媒《歐亞時報》報道稱,由於電磁炮發射的時的惡劣條件,電磁炮彈丸飛行的速度高達5~7馬赫,使得彈丸與外界的通信受到很大的影響,三年前美國放棄了該計劃,然而中國卻在近期獲得了突破性進展,電磁炮發射的超高速彈丸實現了衛星制導,這意味着可以精準命中目標。
《歐亞時報》報道的內容是中國海軍工程大學電磁能國家重點實驗室馮軍宏團隊在2023年11月在《海軍工程大學學報》上發表的論文,該團隊的研究成果能讓電磁炮彈丸能持續接收到來自北斗衛星導航系統的穩定信號,以此為導航數據不斷調整飛行路徑,將末端誤差保持在15米(49 英尺)以內,「直到擊中目標」。
論文表示「在如此高的速度下實現如此高的精度並不容易,因為炮彈每秒可以飛行2,500米(8,200 英尺)。」馮軍宏團隊研製出了一種天線,能抵抗強烈的電磁輻射,並接收來自北斗星座軍用頻段的清晰信號。另外北斗接收機還可以承受超過2.5萬G的加速度,另外團隊還開發了一種「低成本可批量生產的氣凝膠作為隔熱層,以對抗外殼在飛行過程中產生的高溫」。
並且該團隊還開發了一種「簡單而有效的算法」,以解決因炮彈「旋轉」和「不穩定」搖擺而導致的進一步導航衛星通信中斷的問題,尤其是在不同空氣密度下準確改變航向以控制炮彈精準命中目標。
電磁炮彈丸突破制導,究竟意味着什麼?
印媒表示,這項技術投入使用的話可以重新定義海戰,使美國軍艦面臨更大的風險,並為中國指揮官提供除各種彈道導彈和反艦導彈之外的另一種武器。
什麼意思?大意就是電磁炮和普通的火藥氣體發射的普通炮彈完全不是同一回事,電炮發射的彈丸速度可達2500~3000米/秒的速度,彈丸重量可達100~200千克以上,射程可達200~300千米,請試想像一個可怕的場景:
一艘裝備了電磁炮的驅逐艦在距離航母編隊大約300千米的「安全海域」航行,突然間該驅逐艦向航母編隊以間隔一分鐘的速度發射30枚150千克的炮彈,航母編隊的巡洋艦宙斯盾雷達已經發出了警告,一種雷達反射信號極其微弱的高速物體正在接近艦隊,然而卻無法攔截,因為這種飛行物速度高達10馬赫,航母編隊中的防空武器沒有一種能攔截。
這種飛行物不像普通飛行物,因為它的彈道高達75千米,遠超一般導彈的飛行高度,但卻低於彈道導彈的飛行高度,也不像是滑翔高超導彈,因為它的軌跡基本呈彈道模式,卻明顯可以確定是制導狀態,因為在途中有幾次明顯可以確定其修正了軌跡,彈道軌跡的末端是艦隊的航母。
艦隊防空警報響起,但卻沒有任何防禦手段,雖然各種導彈與攔截武器已經全面開啟了了火力,但彈丸仍然以極高的精準度命中了目標,命中率高達90%,總共27枚炮彈命中了目標,航母中了10枚,兩艘巡洋艦各中了5枚,2艘驅逐艦各中了2枚,補給艦與兩艘瀕海戰鬥艦各中了1枚!
儘管該程度不至於沉沒,但航母艦載機已經無法起飛,巡洋艦以及驅逐艦的上層建築被命中,失去了戰鬥力,其中一艘的VLS(垂髮系統)被擊中,導彈被引爆,炸開了一個大洞,看來就算能「活着」回到港口也要大修了。
然而航母編隊正在評估損失時第二批炮彈警告又再次響起,這一輪齊射後,航母編隊已經完全失去了戰鬥力,航母內部發生了大爆炸,衝天的濃煙表示這次問題相當大,而那艘被命中了VLS的驅逐艦已經沉沒,其他幾艘也在苦苦掙扎!但讓航母編隊絕望的是第三批炮彈到了。
當然以上場景純屬想像,不過在電磁炮彈能被成功制導的條件下這種可能性是很高的,因為在目前的狀態下,要將150千克的彈丸投送到300千米外,不是導彈就是飛機,這個成本相當高,沒有幾十萬美元不可能完成,甚至在上百萬美元也是合理價格。
但電磁炮的出現卻讓這種投送成本(不包含彈丸本身價值)突然下降到了幾百甚至幾十美元以下,從零星的導彈打擊變成了一場炮彈雨滅頂之災般的打擊,以前要組織一場飽和攻擊難度很高,現在有了電磁炮卻很容易了,即使不設置飽和打擊,1分鐘間隔的發射頻率也能讓對手攔截到崩潰,因為這種速度太高,目標太小的彈丸除了激光武器外完全無法攔截。
電磁炮彈丸,為何美軍卻無法制導?還在2021年放棄了該計劃
制導炮彈大家早就聽說過了,比如美國的M712型「銅斑蛇」制導炮彈和俄羅斯的2K25型「紅土地」制導炮彈,這類使用半主動尋的激光制導的炮彈打擊模式讓地毯式打擊變成了精確打擊,大炮只要概略的朝着某個位置發射即可,剩下的事情將轉交給炮彈上的制導系統來實現!
按理說制導炮彈難度並不高,甚至直接將其搬到電磁炮領域也應該能使用,為什麼美軍卻在2021年放棄了,難道電磁炮彈丸制導方式與其他方式不一樣?答案是還真不一樣,而且電炮所處的環境之惡劣難以想像,從論文中釋放的幾個關鍵信息可見一斑:
- 飛行時的巨大壓力也會損害和損壞內部的電子設備
- 等離子護盾和高速行駛期間其身體周圍形成的極高熱量。
- 中國科學家研製出一種獨特的「天線」,可以抵抗強烈的電磁輻射
- 「具有成本效益、可批量生產的氣凝膠作為隔熱層,以對抗外殼在飛行過程中產生的高溫」。
- 在不同空氣密度下改變航向
第一個問題:制導炮彈得承受大炮發射時巨大的加速度,這是學過物理的朋友都知道的事情,但電磁炮發射初速時普通炮彈的5~6倍以上,所以必須設計出一種能適應更高G過載的電子系統,這部分難度不小,但確實能解決,問題不是特別大;
第二個問題:等離子護盾有點意思,炮彈飛行速度高達10馬赫,在炮彈周圍會因為高溫而形成等離子體包裹炮彈會導致通信效果變差,這是必須要解決的一個問題,因為這些等離子體會阻礙信號穿出或者進入,此前國內有期刊發表論文確認這個問題可以用「親電子中和」方式降低等離子體濃度的方法解決。而因為高超音速激波加熱導致外殼透波性能下降這個問題中國的高超音速滑翔彈早已解決(第四個問題:氣凝膠隔熱層也是一個方式),所以也不是特別大的問題;
第五個問題:不同的空氣密度層控制炮彈飛行方向,這個比較有意思,制導炮彈飛行高度最多也就幾千米,但電磁炮彈高度卻不一樣,射程300千米的彈丸,彈道高度至少在75千米一閃個,這裡幾乎就是真空,因次彈丸會穿過稠密大氣層到真空再回到大氣層,每個階段都可能有制導需求,所以在各種空氣密度下控制炮彈飛行是非常有必要的。
除了以上幾個條件外,其實有一個最重要的環節沒有說明!這就是第三個問題:一種可以抵抗強烈的電磁輻射的「天線」,因為電磁炮彈丸除了和化學發射火炮那種極高的加速度外還有一個極端惡劣的環境:
電磁炮原理是使用軌道發射原理,將軌道兩短同上直流電,軌道產生的磁場讓軌道中間彈丸的電流在磁場中運動從而加速到極高速,這個原理超級簡單,但條件卻十分惡劣,出現了兩個難以解決的問題:一個是極端高溫將會破壞軌道自身,另一個是超強電流引發的極端惡劣電磁環境。
堪比閃電中心的高溫以及電弧引發的電磁環境,常規芯片的這種環境下會瞬間擊穿,即使能制導也會在發射環境中被「腦死亡」,然而中國科學家卻設計出了一種極端優秀的抗電磁輻射天線,使得這種天線在穿過電磁炮膛時能承受極端極端惡劣的電磁環境。
當然對於彈丸來說還有一層保護要求,即在極端惡劣的電磁環境下保證內部電子設備安全,因此必須要用導電的外殼形成的「法拉第籠」保護內部的電子設備,各位不必擔心,論文都寫出來了,我們的科學家早就已經解決。
突破這種技術的中國,未來的炮彈真可能當成導彈打!對於中遠程反艦仍然用導彈的成本來說,電磁炮的優勢是相當明顯的,這個可以管夠,導彈卻因為成本以及VLS坑位數量的問題難以滿足高強度打擊的需求。
延伸閱讀:美軍在2021年下馬,就差臨門一腳
美軍電磁炮在2021年下馬的事情估計很多軍迷都有耳聞,原因是發射炮彈使用的軌道(軌道炮)燒蝕太厲害,幾十次射擊後就得更換,不僅更換起來很麻煩,並且成本也高到受不了,因此在2021年年度預算中電磁炮項目被砍掉了。
美軍的可制導電磁炮彈的計劃也包含在內,不過該計劃卻要比電磁炮要晚一些,美國海軍於2012年首次提出「夢想炮彈」的概念,該炮彈從電磁軌道炮(或線圈炮)發射後,將在衛星導航信號的引導下以 5 馬赫的速度航行。
當時美軍計劃在五年內開發並試射該炮彈,研究工作一直持續到2017年之後。然然而令人意外的是2021年時美國因為電磁炮預算被砍掉而「放棄」了該計劃。美國海軍將資金轉向高超音速導彈、定向能武器(DEW)和電子戰(EW)系統。
哈德遜研究所的軍事和海戰分析師布萊恩·克拉克 (Bryan Clark)表示,美國十多年來在該計划上花了5億美元。說實話這錢真不多,但是這並不是錢的問題,而是技術問題無法解決,這才是問題的根源。