欧洲电磁轨道炮发展浅析

电磁轨道炮

轨道炮一词在1950年代后期首次使用。电磁轨道炮又称磁轨炮(Electromagnetic Rail Gun，EMRG)，是指采用电磁轨道发射技术对制导炮弹进行无烧蚀加速的先进定向动能武器，不同于将火药燃气压力作用于弹丸的传统火炮发射过程，电磁轨道炮是利用发射系统产生精确可控的电磁力对携带电枢的弹丸进行加速，由于电磁加速，从轨道炮发射的弹丸可以发展出超音速或高超音速，并在理论上击中目标，而且很难被拦截。

然而，专家指出，电磁轨道炮作为一种武器存在许多重大缺陷。现有的原型都是消耗大量能量的庞大结构。此外，这种武器的装弹过程非常耗时，这会显著降低射速。射击时，炮管会过热并且经常变形，之后几乎需要完全更换炮管。

电磁轨道炮的基本结构

欧洲早期电磁轨道炮发展

电磁轨道炮最早就由欧洲人发明，并在二战中开展了相关实验，但因当时技术限制，材料和电力等关键问题无法从根本上解决，致使电磁轨道炮研究中断了很久。随着二十世纪八九十年代科技的进步，欧洲多国科研机构重启了对电磁轨道炮的研究。

英国电磁轨道炮的研发特点是和美国紧密结合，从1997年开始，英国BAE系统公司就与美国合作开展电磁轨道发射技术、脉冲电源技术、弹丸技术研究，并于2012年向美国海军交付了单发全尺寸电磁轨道炮工程样机，并成功进行了射击实验，炮口动能达到32MJ的阶段性技术指标。2012年，BAE系统公司开始开发具有先进冷却机制的脉冲电源系统，保证炮管的可重复使用率。2014年7月，BAE系统公司在美国海军米利诺基特号高速联合舰上展示了工程样炮和发射用一体化弹丸。

2014年BAE系统公司在海空天博览会上展示的电磁轨道炮(上)及弹丸(下)

2017年5月底，美国海军研究局水面战中心达尔格伦研究分部对电磁轨道炮进行了室外测试，这门电磁轨道炮可发射16千克的弹药，炮弹的飞行速度为2千米/秒(5.8马赫)，每发炮弹产生动能32MJ。然而由于后续诸多技术问题，美国的电磁轨道炮项目于2021年6月正式关闭，BAE系统公司的相关技术也被暂时封存。

达尔格伦研究分部的电磁轨道炮试验台

1987年，法国和德国国防部共同组建了法德圣路易斯研究所(French-German Research InstituteSaint Louis’s，ISL)，在电磁轨道发射技术、电磁装甲技术领域开展了多年研究，已经成为继美国之后在电磁发射领域重要的研究力量。1997年，法德圣路易斯研究所位于法国东部的工厂建造了电磁轨道炮的全尺寸样机，命名为“Pegasus”。

Pegasus全尺寸电磁轨道炮原型样机

法德ISL建设了10MJ脉冲电源系统，电压为10.75kV，包含了200个电容器模块，配备了半导体开关，电流可达2MA。基于10MJ脉冲电源，法德ISL研制了多型电磁轨道发射器。其中，ISL早期的50mm圆形口径发射装置可把质量为356.8g的电枢加速到2.24km/s，效率29.9%。40mm方口径发射装置可将质量为300g的电枢加速至2.4km/s，也可将质量为1kg的弹丸发射到2.0km/s以上的速度，发射效率超过25%。

2015年9 月，在法国代表团访问美国海军水面战中心达尔格伦分部(NSWCDD)期间，时任法国国防采购局海军技术总监、法国海军少将 Christian Dugué听取了NSWCDD高能激光杀伤力负责人 Chris Lloyd 博士的有关从电磁轨道炮到超高速射弹的海军技术计划的简报。Lloyd解释了对目标材料进行严格建模和实验室测试的重要性，以确保构建的电磁系统能够满足作战人员的要求。

在法国武器装备总署(DGA)主办的2017年度“法国武器装备总署创新”论坛上，法德圣路易斯研究所披露了全功能车载电磁轨道炮，并使用5×5毫米弹丸进行了实弹射击演示，弹丸的初速达到120米/秒。法德圣路易斯研究所相信该技术的第一个实际应用会在海军领域。

全功能车载电磁轨道炮

欧洲应用电磁轨道炮增强远程投掷效果(PILUM)项目

2019年欧洲防务局(EDA)所辖欧盟国防研究预备行动(PADR)发布了关于“未来颠覆性防御技术-新兴游戏规则改变者”主题征集提案行动，旨在通过使用电磁轨道炮提高远距离弹药投掷效果。

2020年，由法德圣路易斯研究所(ISL)牵头，成员包括来自法国、德国、波兰、比利时和意大利的系统集成商、国防系统厂商和中小企业组成的“应用电磁轨道炮增强远程投掷效果”(Projectiles for Increased Long-range effects Using electroMagnetic railgun，PILUM)联盟被EDA选中，开启了电磁轨道炮项目的技术开发进程。PILUM项目的主要目标是从理论上和实验上研究电磁轨道炮(EMRG)及其超高速射弹的可行性。该项目将解决关键的科学和技术差距，并将提供电磁轨道炮作为远程火炮系统的第一个概念验证，目标射程达200公里。

PILUM项目汇集了来自五个欧洲国家的九个合作伙伴，每个合作伙伴都拥有自己的工业、技术和先进科学专长：

• ISL，法国-德国圣路易斯研究所，欧洲电磁加速领导者和项目协调人;

• 冯卡门研究所(比利时)，专门研究流体动力学和推进;

• Naval Group(法国)和 Nexter Systems(法国)，两家系统集成商;

• Diehl Defense(德国)和 Nexter Munitions(法国)，两家弹药供应商;

• Explomet(波兰)，一家专门从事爆炸焊接金属的小公司;

• ICAR(意大利)，高密度电容器制造商;

• Erdyn Consultants(法国)，欧洲合作项目管理专家。

2021年4月23日PILUM项目通过在线会议正式启动，项目预算约150万欧元，研制周期24个月。

图表：PILUM 项目初期部分合作伙伴出资份额

资料来源：调研整理

作为PADR计划的一部分，PILUM成果将支持欧盟委员会、EDA和成员国欧洲国防基金的研究。该项目还与EDA能力技术组(CapTech导弹和弹药以及CapTech组件)下开展的活动密切相关。

PADR计划由欧盟委员会于2017年发起，由欧盟委员会提供资助，欧洲防务局具体管理，它为欧盟多年期财政框架(2021-2027年)下的欧洲防务基金(EDF)的一部分的欧洲防务计划铺平了道路。

PILUM项目新进展

自2021年4月以来，ISL一直在领导PILUM联盟的科研进程，为了使这个项目取得圆满成功，并支持其各个合作伙伴的技术研究，ISL调动了其十几个科学团队的技能，并且在枪管设计与冷却、能量管理和超高速弹药等问题上取得一定进展。

2022年6月在法国巴黎举办的国际军警防务展览会(Eurosatory 2022)上，ISL展出了三种电磁轨道炮概念弹药。

第一种已经在试验台上发射，是一种空心铝制弹药。它将用于测试计算机组件的耐用性，这些组件可以集成到未来的高超音速导弹中。

第二个概念是集成在弹壳中的远程120毫米弹药(2/3比例)，可以从方形口径的电磁轨道炮中发射。这种弹药，无论是否制导，对陆地目标甚至海上目标的作战范围都可能达到200公里。

远程射弹概念，口径为120毫米。目前，电磁轨道炮没有特定标准的口径。

最后，ISL 提出了一个类似于微型高超音速滑翔机的 1:1 比例迷你弹药的概念，该解决方案旨在为可能的近迫武器系统(CIWS)或电磁近程防空(SHORAD)系统提供齐射发射能力。事实上，轨道炮不是为齐射而设计的，其蓄能器的充电时间导致其无法连续射击。为了规避这个问题，ISL计划将五枚这种小型弹药装入轨道炮的后膛。然后轨道炮非常快速地连续发射所有弹药(0.1秒内发射五颗)，同时蓄电器进行一次放电。由于密集发射分散度低，因此这些非制导弹药可以在大约一公里的距离内击落一枚高超音速导弹。

3D打印的高密度连发小尺寸弹药

小结

除欧盟外，美国(海军研究办公室、海军水面战中心达尔格伦分部和BAE系统公司)、印度(DRDO)、英国(DRA)、日本(ATLA)以及俄罗斯都有机构或公司处于电磁轨道炮研究的不同阶段。但美国已经中止了电磁轨道炮项目，其他国家也仅仅是处在初期阶段，电磁轨道炮距离其装备实战化依然还很遥远。