[科普中國(guó)]-【解密電炮】相比“網(wǎng)紅”電磁炮 電熱炮就“成熟穩(wěn)重”多了

相比于在美國(guó)大片中頻頻出場(chǎng)的電磁炮，研發(fā)已久的電熱炮卻并不這般著名。然而，在實(shí)際武器成熟度上，電熱炮卻要遠(yuǎn)高于常規(guī)電磁炮，也更加適合對(duì)現(xiàn)代武器裝備的繼續(xù)改造，很可能會(huì)在近期投入實(shí)戰(zhàn)裝備。

圖為電影“變形金剛”中的美軍電磁炮，搭載于伯克級(jí)驅(qū)逐艦

在此前的文章中提到過(guò)，電磁炮是基于電磁感應(yīng)原理，通過(guò)洛倫茲力發(fā)射彈丸的電能兵器。相比于現(xiàn)有化學(xué)能火炮，其能量轉(zhuǎn)換率更高，更容易實(shí)現(xiàn)高初速、高射程等優(yōu)秀彈道特性，被認(rèn)為是未來(lái)重要的打擊手段。而電熱炮的發(fā)射原理卻完全不同于電磁炮。電熱炮的發(fā)射原理更加接近于電爐燒水的過(guò)程，并非依靠電磁感應(yīng)提供動(dòng)能，而是依靠電加熱特定介質(zhì)來(lái)完成能量釋放的過(guò)程。電熱炮主要分為兩種，一種是不依靠化學(xué)能發(fā)射藥的純電熱炮，完全依靠等離子發(fā)生器產(chǎn)生的高溫等離子體積膨脹來(lái)替代化學(xué)能火炮發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體，從而把彈藥發(fā)射出去。而另外一種電熱炮則更加接近于改進(jìn)型的化學(xué)能火炮，其化學(xué)介質(zhì)使用的是可用于爆炸的特殊化學(xué)發(fā)射藥，在電熱炮的等離子發(fā)生器進(jìn)行超高溫加溫的時(shí)候會(huì)同時(shí)引爆，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能的雙重利用，達(dá)到最高的能量輸出。目前來(lái)說(shuō)，各國(guó)主要研究的方向都是第二種電熱炮，即化學(xué)電熱炮。

對(duì)于電熱炮來(lái)說(shuō)，其使用進(jìn)行加溫的介質(zhì)十分重要。以水為例，從環(huán)境溫度到氣化溫度的轉(zhuǎn)化需要提高150℃到60℃不等，而提高到等離子態(tài)所需的溫度則需要達(dá)到6500℃的高溫。而純金屬鐵雖然液化溫度高達(dá)1100攝氏度，變成等離子態(tài)卻只需要1400攝氏度。部分等離子體的溫度甚至可以直接用手觸摸，而部分等離子體卻卻幾乎僅存于聚變反應(yīng)堆和核試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，合格的電熱炮介質(zhì)需要能在常見(jiàn)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定形態(tài)的儲(chǔ)存，液體介質(zhì)不能凝結(jié)，固體介質(zhì)不能融化。而進(jìn)行等離子化所需要的溫度則越低越好。對(duì)于化學(xué)電熱炮來(lái)說(shuō)，則需要其介質(zhì)擁有一定的快速氧化還原反應(yīng)能力，并全部轉(zhuǎn)化為一種氣體。轉(zhuǎn)化的氣體要求同樣能在相對(duì)較低的溫度下轉(zhuǎn)化成等離子體，以降低所需的等離子發(fā)生器輸出功率。

就目前科技水平來(lái)說(shuō)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在坦克火炮上的電熱化學(xué)炮實(shí)用。美國(guó)此前在M-8型輕型坦克上就試驗(yàn)了105毫米電熱化學(xué)炮。這一火炮替代了原裝的XM-291型120毫米滑膛炮，但是卻并沒(méi)有改變炮閂結(jié)構(gòu)，極大的方便了部隊(duì)的換裝。而這門(mén)105毫米電熱化學(xué)炮的炮口初速已經(jīng)超過(guò)了2000米每秒，相比于此前使用的穿甲彈有了較大的提高。而為這門(mén)電熱化學(xué)炮適配的供電、供彈設(shè)施也可以整合在輕型坦克內(nèi)部。雖然輕型坦克本身的發(fā)電機(jī)組無(wú)法提供足夠的電能，但是其所需的電力供應(yīng)并非無(wú)法解決。如果能基于電熱化學(xué)炮武器系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)一種輕型坦克輛，部分強(qiáng)化輔助發(fā)電設(shè)備并重新設(shè)計(jì)彈藥布局，完全可能在現(xiàn)有輕型坦克輛的物理尺寸下實(shí)現(xiàn)電熱化學(xué)炮的實(shí)用化。

圖為美國(guó)電熱炮試驗(yàn)輕型坦克

然而，電熱化學(xué)炮也有著不小的缺點(diǎn)，就是其成本高昂。無(wú)論是電熱化學(xué)炮需要的等離子發(fā)生器還是為其功能的超大容量電容組，甚至是為電容組充能的變壓轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，成本都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)代輕型坦克輛使用的化學(xué)能火炮。相比之下，電熱化學(xué)炮的動(dòng)能卻沒(méi)有發(fā)生質(zhì)的提高。炮口初速2000米每秒對(duì)于現(xiàn)代化學(xué)能彈藥依然是可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，為此全面換裝電熱化學(xué)炮，重新設(shè)計(jì)輕型坦克輛和飛行體自然不是最好的選擇。為此，大多數(shù)研發(fā)電熱化學(xué)炮的國(guó)家都沒(méi)有直接開(kāi)始特定型號(hào)輕型坦克輛的研發(fā)，而是繼續(xù)改進(jìn)現(xiàn)有穿甲彈技術(shù)以提高其穿甲能力，滿(mǎn)足戰(zhàn)爭(zhēng)需要。

或許在不久的將來(lái)，伴隨著電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，電熱化學(xué)炮和電磁炮將會(huì)很快出現(xiàn)在戰(zhàn)爭(zhēng)舞臺(tái)上。坦克上和戰(zhàn)艦上使用的常規(guī)化學(xué)能火炮會(huì)被從科幻片中“走出”的先進(jìn)裝備取代。由于其穿甲能力的極大發(fā)展，很可能會(huì)再次顛覆地面戰(zhàn)爭(zhēng)的格局——大部分坦克都無(wú)法應(yīng)對(duì)初速高達(dá)2200米/秒高速的電熱化學(xué)炮穿甲彈，材料科技的局限也無(wú)法大幅度提升裝甲效果，最終輕型裝備、輪式裝備取代坦克的位置，成為各國(guó)武裝部隊(duì)的主力。

出品：科普中國(guó)

作者：矛隼工作室

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