书城科普小军迷告诉你:什么是新概念武器
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第5章 急速破袭——动能武器(3)

1989年6月,欧洲国际计划组织同意投资1.355亿美元用于欧洲防御长期合作倡议工程,电动炮技术是其中研究的一个重要领域。1980年初,英国RARDE开始小规模实施电动炮研究计划。在福特·霍尔斯特德实验室,由单极电机驱动的6.7兆焦轨道炮曾成功地发射了一发长25毫米、重数克的等离子体电枢型炮弹,它的速度达到了4.2千米/秒。该装置长91米,据称电机转动时间小于美国同类电机。当时,英国也曾有过于乐观的期望,计划于1987年进行技术可行性演示,包括建造可装备到“奇伏坦”坦克上的电磁炮。可是时至今日,配备电磁炮的坦克也未建成。

德—法圣路易斯研究所于1987年开始从事电磁加速器的研究。目前,500千焦的15毫米圆形管轨道炮系统已经研制出来,用它可将3.2重的炮弹加速到4千米/秒以上。除此之外,该研究所还对各类开关装置以及等离子电枢的特性进行了研究。

在荷兰,据报道已研制出欧洲第一个而且在世界上也是独一无二的多管发射装置。荷兰科学家从20世纪70年代末开始非公开地研究电磁炮,直到1982年才得到政府赞助。由W.科尔克特博士等人创立的物理脉冲实验室于1987年在德尔夫特正式使用,一个6.7兆焦重复使用的轨道炮于1988年6月安装在该实验室的试验装置上。它由紧凑型单极电机和同轴电感器提供电源,使用一种由巴伯博士首次发明的重复开关。同年8月,荷兰研究小组以10千赫兹的发射率成功地进行了5发弹的点射试验。之后,他们还用管长3米、边长为15毫米的正方形加速器进行了两次点射试验。

前苏联从20世纪60年代开始研究动能武器,他们主要从事电磁轨道炮和超高速炮弹的研究。前苏联已成功发射了铅和钼粒子,速度达到25千米/秒(在太空可达到60千米/秒)。

目前,从事电磁炮技术研究的国家有:美国、俄罗斯、澳大利亚、日本、德国、英国、法国、荷兰等。迄今为止,研究试验中的电磁炮口径已从20毫米增到90毫米,炮弹质量也从1克提高到2千克;电源功率从4兆焦扩大到60兆焦,正按计划突破千兆焦耳级大关;就炮弹所携带的动能而言,由美国DARPA、国防核武器局和陆军共同负责的“MiramarB”工程在麦克斯韦实验室进行试验的结果表明,“MiramarB”炮已使1.08千克重的聚碳酸酯弹丸获得2.6千米/秒的速度,并穿破了13厘米厚的钢板。他们认为,弹丸的速度一旦达到3.4千米/秒,就不会留下完整的钢板,只能残存一些破碎钢片。由此可见,炮弹的速度之快、其末端动能之大是前所罕见的,这正是武器专家们热衷于研究它的重要原因之一。

2.电热炮的发展

电热炮是20世纪80年代之后才出现的一种新概念火炮,美国ARDEC、美国联合防务公司(原FMC公司)和GTIdevices公司都在探索、研究它。

在直热式电热炮中,为了减小等离子体的高温效应对弹丸的影响,在弹丸和电爆炸材料(产生等离子体的工质)之间用流体工质隔离,电加热产生的等离子体推动流体工质,流体工质再推动弹丸。在这种电热炮中,由于流体工质是惰性的,推进弹丸的能量全部来自电能,这种电热炮又被称作“纯”电热炮。在1995年,德国进行的105毫米电热炮试验已能够把2千克的弹丸加速到2400米/秒。由于从电能转化为机械能的效率很低,为“纯”电热炮提供能量的高功率脉冲电源的体积甚至和电磁炮电源相当,“纯”电热炮不能成为未来坦克炮的可行选择,因此,人们把注意力全部放到电热化学炮的研究上。电热化学炮的发展经历了液体发射药电热化学炮和固体发射药电热化学炮两个阶段。

(1)液体发射药电热化学炮

把“纯”电热炮的惰性流体工质替换成含能的流体工质,便是大家熟知的液体发射药电热化学炮。除电能外,流体工质发生化学反应提供弹丸运动所需要的大部分能量。同电磁炮相比,电热化学炮需要的电能大为减少,使得电热化学炮变得实用性更强。美国FMC公司的电热化学炮就是电热炮和液体发射药火炮融合的产物,曾一度被认为可以应用于坦克上。同其他使用含能流体工质的电热化学炮相似,FMC公司的电热化学炮像整装的液体发射药火炮,这类火炮的内弹道存在压力波,不能保证内弹道的一致性,这是采用流体工质电热化学炮要克服的最大障碍。

(2)固体发射药电热化学炮

20世纪90年代初,以色列索伦克核研究中心率先从事用于坦克炮的固体发射药电热化学炮的研究。后来美国也介入该研究领域。最近几年,德国和法国也从事了固体发射药电热化学炮的研究。

固体发射药电热化学炮的概念是这样形成的:为了增加传统固体发射药火炮的初速,发射药在炮膛内燃烧的同时,注入由高功率脉冲电源产生的等离子体。这样做能使炮口速度达2~2.5千米/秒。不过,对等离子体发生器产生等离子体的时机有严格要求。

在最新的固体电热化学炮中,由于原来的等离子体注入器被功率点火器取代,对电能的需求又有所降低。每发射击所需要的电能已减少到0.5兆焦,脉冲电流已降到10~30千安之间(以往为3~4兆安),这使得把固体电热化学炮应用到装甲车辆的问题迎刃而解。

安装有等离子体发生器的固体电热化学炮与传统固体发射药火炮相比有如下优点:首先,等离子体点火使火炮有较高的装填密度。对于给定尺寸的火炮来说,装填密度的提高意味着发射药做功能力的增大、弹丸初速的提高。其次,固体发射药电热化学炮能够使用稳定性更高的发射药。而用传统的点火方式点燃稳定性好的固体发射药是很困难的。

等离子体点火系统的不断改进可能使现有的坦克火炮的炮口动能增加25%。这意味着用固体电热化学炮发射现有制式坦克炮的炮弹,能够使初速由1750米/秒提高到1950米/秒。