电磁炮

在高中物理学习材料中，你可以经常看到关于电磁炮的信息。为什么军队和科学家热衷于此？本文可能会给出相关的解决方案。

首先看一组数据，你可能对电磁枪的前景有一个直观的了解。

电磁炮与主流火炮的速度比较

声速:每小时1236公里；

战斧巡航导弹:每小时885公里；

舰炮:每小时3219公里；

轨道炮:时速9072公里。

电磁炮具有强大的破坏力，可以摧毁100英里以外的目标，这将超过任何常规武器，包括大炮和导弹。也正因为如此，电磁炮吸引了许多科学家的注意，陆军正在不遗余力地开发这种新型武器，这种武器可能会改变未来的武器模式。

一、电磁枪的工作原理

电磁枪纯粹是一种电子武器，它通过一对金属轨道加速导电的射弹。这对金属轨道非常平滑，允许大电流通过，并在“壳”中形成一个回路。“外壳”相当于电磁铁。通过它的大电流，它与轨道产生的强磁场相互作用，并产生强大的力来加速“壳”。它的典型特点是不需要使用燃料推进，发射速度比火力武器快得多。

电磁炮工作原理示意图

电磁枪的操作需要经过以下三个步骤:

1)炮弹——通常是子弹或导弹——固定在电枢中，电枢传导电流。它们固定在两排金属轨道之间。

2)巨大的电流流过轨道，从而产生足以以极快的速度推动电枢前进的强磁场。

3)外壳与电枢分离，将在100英里范围内以7倍于音速的速度运行。

例如，如果提供高达100万安培的强电流，轨道炮将以每秒几公里的速度对射弹产生巨大的推力。在以前的实验中，科学家已经获得了20公里/秒的射弹速度。它的缺点是，由于推进过程中产生大量的热量，轨道容易腐蚀。轨道炮通常需要频繁更换轨道或使用导电耐磨材料。

二、电磁炮的研究历史

早在1918年，法国发明家路易？屋大维发明了一种与上述原理非常相似的电子枪，并于1919年4月1日申请了一项名为“射弹电气设备”的美国专利。在他的装置中，两条平行的总线连接到射弹的机翼上，整个装置被磁场包围。当电流通过母线和射弹时，会产生一个力来推动射弹沿着母线前进，并最终发射出去。

图中的轨道炮使用直径为2英寸的枪管。

二战期间，德国军械署署长约阿希姆？汉斯勒重新获得了这个想法，并计划开发一种电动高射炮。到1944年底，在理论储备充足的情况下，纳粹德国防空司令部开始向军工部门发布规格:弹丸初速达到2000米/秒，弹丸内装有0.5公斤炸药。它们最初计划安装在6门火炮上，每秒12发，适用于12.8厘米的高射炮。然而，这种电磁武器从未被成功制造出来。战后，这些细节被发现并引起了军界的兴趣，更详细的研究还在继续。直到1947年，一份研究报告最终得出结论，该理论是可行的，但每支电磁枪所需的电力高得令人难以置信——它需要电力来照亮芝加哥的一半。

20世纪50年代，澳大利亚物理学家马克？奥列芬特先生也是新澳大利亚国立大学物理科学研究所的首任所长，他研究并设计了世界上最大的单极发电机，能量为500兆焦耳。然而，这项研究并不直接用于军事目的，而是作为科学仪器来驾驶轨道炮。

电磁炮长期以来一直用于实验和验证技术，但近年来，科学家们已经使它们成为实用的军事武器。

三、美国海军电磁炮实验

2010年底，美国海军宣布在弗吉尼亚州达盖尔的海军水面作战中心进行了一次轨道炮测试。电磁炮释放出33兆焦耳的能量，这是世界上最大的枪口能量，是之前记录的三倍。

1兆焦耳的能量是多少？一辆载重吨的卡车大约要行驶100公里。如果目标被射弹击中，力将是原来的33倍。超级电磁炮可以发射10公斤的炮弹或导弹。炮弹只需几分钟就能击中160公里外的目标，其射击精度可以达到传统火炮无法达到的水平。这种“外壳”不会以爆炸的形式释放冲击力，而是通过无形的力量摧毁一切经过的东西。

早在20世纪末，美国海军就开始测试这种新型武器。目前，美国军舰只能确保它们从13英里外准确命中目标。但是陆军希望这种新型武器能够让战舰在更安全的距离上精确打击。在美国海军的测试中，轨道炮每发炮弹大约需要5分钟来充电。发射的炮弹穿过了5500英尺的丛林，炮弹落地前只产生了极小的爆炸。

美国海军在这次试验中需要克服的主要障碍是投资问题——过去五年的试验已经花费了2.11亿美元——然后军方需要获得足够的后续资金来试验轨道炮的超音速飞行。科学家预测，到2025年，这项技术可能会使电磁炮的功率加倍，并允许炮弹在六分钟内发射出可以飞行200英里(321公里)的炮弹。