主题：茗谈118：北京天梯 -- 本嘉明

（一）

据美国防务技术网(Defensetech，DT)2014年1月16日报道 美国海军的“电磁导轨炮（electromagnetic rail gun）”项目已经进入了第二阶段。在1月15日的“海军水面战联盟年会”上，美海军介绍了电磁导轨炮项目的进展情况。

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美国海军研究实验室负责人马修-库伦德少将（Matthew Klunder, Chief of Naval Research）介绍称，导轨炮项目已经完成了第一阶段(原型机研发阶段)，已经研制了2套导轨炮系统原型机，目前项目已经进入第二阶段，海军及工业部门将测试在一分钟内进行连射。库伦德对即将在白沙靶场（White Sands Missile Range）进行导轨炮8连射测试结果充满信心。

导轨炮是一种远程、高能、多任务的武器，射速可达常规舰炮的3倍。其射程可达100英里(约160公里)以上，以舰船上的电能为动力，利用电磁力(洛仑兹力)沿导轨将弹头加速到很高的速度发射出去。海军官员称这是一种不太昂贵、具有高杀伤力和远程打击能力的攻击性武器。美国海军已在弗吉尼亚州达尔格林的海军水面作战中心（the Naval Surface Warfare Center in Dahlgren）对电磁导轨炮进行测试，预计将于2016年装备上舰。

上图：Dahlgren实验室里的导轨炮。

这2套导轨炮系统原型机是非常不同的，一套是“通用原子公司”承接的“Blitzer”项目，较为轻便，将来会用于车载项目（“通用原子”是福特号航母的电磁弹射器的供应商）。

第二套也就是现在海军在谈论的，是由BAE于2006年3月承接的“32 MJ Laboratory Launcher”项目，预计安装于下一代重驱逐舰DDG1000的“导轨舰炮”系统，这一套威力要比Blitzer强大得多。

虽然由于技术要求高而没能赶上DDG1000的首舰安装，但项目进展还算顺利，因此美国海军有信心在2016年在某艘DDG1000上试装首门32兆焦耳试验炮。这种导轨舰炮的弹丸重23磅(约10.43千克)，从电磁导轨上发射，也可从海军127毫米甚至155毫米火炮系统发射。美国海军希望最终把电磁轨道炮的单次发射能量提高到64兆焦耳(64MJ)，射程提升至200海里(当然实心炮弹的质量就可以比现有BAE的32MJ项目大很多)。但由于64MJ单次发射所需电流达到惊人的600万安培，因此或许要在多年以后才能设计出产生如此强大电流的电容器，或找到新材料设计出每次发射炮弹后不会被炸成碎片的发射身管.

目前导轨炮采用指令制导，但在未来可能发展成自导式。除了在射程和毁伤力方面的优势，导轨炮还是一种相对廉价的海军火炮项目，每发射一枚炮弹的成本约25000美元。

由于电磁导轨炮使用时发热情况严重，需要有良好的冷却技术支持。目前美国海军正在对多个冷却系统设计进行评估。

（二）

BAE的电磁舰炮，像榴弹炮一样仰射的话，初速可达7.5马赫，爬高到152公里高（50万英尺），弹丸动能耗尽，然后下降，再入大气层。由于高音飚得高，因此落到地面时，还能保持5马赫的高速度，因此弹丸虽小（10公斤），打击力还是很惊人的。

上图：前一门舰炮是电磁炮，后一门是155MM传统炮。

传统的155MM舰炮，如美国的Advanced Gun System（就是现在装在朱姆沃特舰上的舰炮，将来要给导轨炮让路的），每分钟可以发射10发，每枚炮弹（药柱加弹丸）总重102公斤（实际上弹头是枚火箭，里头光战斗部装药就有11公斤）。

电磁炮这个离膛初速，已经是传统舰炮的3倍左右，因此换来的好处，一是弹丸可以大大缩小到现在这个个头，二是不必携带笨重又危险的传统发射药柱（现在朱姆沃特舰上储藏有约1000发常规药柱）。当然，电磁炮32兆焦（32MJ）的能量要求，也是很惊人的，毕竟福特号航母上的电磁弹射器，最大弹射功率也就是122兆焦，已经需要2座新式核反应堆（发电量为尼米兹级航母的3倍）+4座巨大的发电机组（每组能发电100兆焦）来支持，才能保证每45秒充满一次电（即弹射间隔时间45秒）。DDG1000排水量仅1.45万吨，燃气轮机动力，靠新设计的“整体电力系统（IPS）”，全舰最大发电功率可达到78兆瓦，已经超过一个中等城市的用电负荷。

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其实这个功率要求，不像我们想象的那么巨大。福特级航母配置4条电磁弹射道，每天的极限出击率（飞机弹射架数）由尼米兹级的160架次提高到了220架次。而尼米兹级使用传统的蒸汽弹射器，其能量转换效率仅6%，可见满负荷运转，弹射160架次的话，要消耗多少能源------也就是核动力，挥霍得起。

福特级的220架次出击率，是由电磁弹射道保障的，而电磁弹射道的能量转换效率达到60%。

（三）

如果我们在“北京天梯”项目里涉及的“铅笔”飞船，全重近5吨，电磁弹射的初速约800米/秒，那么每弹射一艘“铅笔”飞船所需要的能量，相当于福特级航母上弹射50架次25吨级的战斗机，或DDG-1000驱逐舰上的BAE电磁导轨舰炮发射200发炮弹。可见这个能量总额，是可以接受的，况且是民用项目，没有占地面积/机动性等限制。工程的难点在于：

第一，同样的电能，电磁弹射是分50次用掉，而“北京天梯”则要一次用掉，对于强迫储能装置的要求高得多。

第二，航母电磁弹射器的轨道长度在100米以内，而“北京天梯”的发射管道长度达8公里，连接件的摩擦是个难题。

第三，BAE电磁导轨炮能够打出比“北京天梯”高得多的初速（近2500米/秒），但弹丸质量要小得多。

第四，传统化学炸药大炮（如古斯塔夫大炮）可以把7吨的弹丸打出820米/秒的初速，但弹丸内部是简单的传统结构，经得起高G加速，不像“铅笔”飞船配备有火箭发动机/飞控/导航仪等精密设备。

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