轨道炮的研发进展
轨道炮的炮管由两条长约6米的平行导轨组成，导轨之间由一个光滑的转子连接。电流从一条轨道流出，经过转子，然后流回另一条轨道。这个回路产生磁场推动转子，然后推动位于转子前方的炮弹飞出轨道。
普通舰炮射程只有20公里，精度很差。巡航导弹虽然有效射程超过300公里，但价格昂贵，一艘船最多只能携带70枚。因为不能在海上装卸，补给时必须返回港口。轨道炮具有射程远、成本低、交通便利、配套设施齐全等诸多优势，被美国国防部寄予厚望。轨道炮甚至被美国陆军视为2020年后陆军战车主战武器的候选技术方案。
但电磁发射的技术研究可能还要持续20年以上，因为没有哪艘战舰能够产生并储存发射所需的电能。以前驱逐舰上90%的能量都是用来供给推进系统的。此外，面临的挑战还包括:确保准确命中目标的高精度控制技术，以及炮弹承受巨大加速度的能力。由于与目标的距离超过300公里，这种枪无法像普通枪管那样瞄准，需要进行气动修正。当炮弹在空中时，它的运行方向必须由卫星的指令来修正。同时，炮弹出舱时的加速度将达到地球重力加速度的45000倍，炮弹上携带的电子设备必须承受这种加速度。另外，很难使转子在桶内高速运动。
目前，美国海军正在与英国国防部合作研发这种轨道炮。他们准备把驱逐舰改装成超长机枪，一分钟可以发射12发这种廉价炮弹。2003年，英国科尔库布里的一家工厂以1∶8的比例制造出了这种轨道炮的样品，并在实验中发射了一枚以6倍音速速度稳定飞行的炮弹。然而，据美国海军海洋系统司令部的罗杰·麦金尼斯上校称，美国的轨道炮最早也要到2015年才能交付。
经过多年的努力，轨道炮使用的科学技术取得了长足的进步，可以用于军事应用，为轨道炮作战系统的研究奠定了坚实的基础。
首先，美国国防部决定研究DDG-1000综合动力系统舰，为包括轨道炮在内的新一代动力武器系统的研究打开了大门。因为轨道炮需要的功率取决于弹丸发射的速度。综合电力系统舰的额定电功率为80 MW，有足够的功率维持15-30 MW的轨道炮以每分钟6-12发的速度发射弹丸。同时，轨道炮不需要火药等高能炸药，提高了舰艇的安全性，降低了后勤保障成本。第二，精确制导技术的发展促进了轨道炮的发展，美军越来越多的应用制导、导航和控制系统技术，为发展更小、更致命、更便宜的弹丸提供了机会。这种趋势只得益于低成本高速度的轨道炮子弹的发展。第三是枪管寿命的延长。德克萨斯大学先进技术研究所为美国陆军在枪管寿命技术方面取得了巨大进展。电枢与导轨的接触面受到两种磨损现象的影响，这两种磨损现象限制了枪管的寿命:一种是刨削，另一种是平移。目前，美国技术人员完全了解导致高速滑行的物理原因，并找到解决这一问题的材料。在炮口处，电枢由金属对金属接触变为电弧接触时，相应的等离子体会破坏轨道。目前，德克萨斯大学的高技术学院已经展示了一种处理翻译问题的成功方法。
2001、11年，美国海军高技术研究所通过参数研究和建模活动，获得了新型电磁轨道炮系统的主要性能参数:轨道炮可安装在水面舰艇上，重量相当于155毫米的先进火炮系统，可使用初始动能63兆焦，初始速度2500米/秒(7.5马赫)。高速弹丸到达200海里外的目标只需6分钟，能以5马赫的速度用动能撞击目标。还估算了脉冲形成网络(PFN)产生射弹所需的初始动能和速度。
随着美国海军启动的DDG-1000研究的深入，美国海军计划在这一平台上安装电磁炮，并于2003年授予BAE系统公司武器系统部门一份合同，进行为期6个月的将轨道炮集成到新型驱逐舰上的研究。经过研究，BAE系统公司认为，功率为81 MW的DDG-1000综合电力系统舰可以为两门轨道炮提供足够的电力。当舰船以10-18节的速度航行时，轨道炮每分钟可发射10-12发炮弹。轨道炮的重量和体积适合安装在水面舰艇上。目前合成工作面临的主要工程问题只是轨道炮产生的热能管理。
轨道炮研究史上的一个重大里程碑是，美国海军于2003年4月在苏格兰柯克伯里县成功完成了90毫米电磁炮如何在海上发射高超音速弹药的演示验证试验。该测试由美国海军海上系统司令部和英国* * * *公司的电磁炮工厂共同完成。测试中使用的系统是一个原型，大小为未来原型的1/8，但发射的弹丸初速超过2500m/s(具体速度仍保密)。包括美国海军舰队司令罗伯特·奈特海军上将、海军研究局局长少将·杰伊·科恩在内的许多美国海军高级官员都参加了这项前景广阔的技术验证试验。这次测试是海军火力改革和改变新一代舰炮和海军水面战斗舰角色的关键一步。
美国海军海上系统司令部将在库尔查伯里的测试结果提交给了美国海军海上研究咨询委员会的电磁炮技术研究小组。该小组于2004年2月发表了一份评估报告。报告认为电磁炮是一种潜在的转型武器，并建议海军启动风险降低研究计划，以确保这种武器适用于未来的驱逐舰计划。该团队还认为，电磁炮是一种革命性的电磁炮作战系统，可以打击200海里以外的目标，同时具有增加弹药储备、提高发展、降低成本和后勤保障要求的优势。放弃这项研究是一个大错误。
2007年6月65438+10月65438+6月，美国海军研究办公室(ONR)在弗吉尼亚州海军水面作战中心达尔格伦分部举行了一种新型电磁装置的交付仪式。美国海军没有用剪刀剪彩，而是打破常规，用90mm实验电磁炮发射1高速炮弹穿透彩带。这种炮弹在枪口的初始动能达到7.4 MJ，初速达到2146 m/s..但更有意义的是，这种新型电磁炮的交付再次印证了美国海军对高能轨道炮充满信心。美国海军将把这种轨道炮作为改造武器方案，发射高速弹丸精确打击远程目标，从而改变美国海军的海上攻击行动。
达尔格伦分部发射测试装置的交付只是一个开始。美国海军的目标是开发一种战术系统，可以从距离海岸300多海里的军舰上连续发射精确弹药。这种弹药虽然含有很少或不含高爆材料，但可以通过弹丸的高速碰撞摧毁目标。轨道炮克服了常规火炮射程短、飞行时间短、杀伤力有限的局限性。由于电磁炮弹没有爆炸材料，因此不需要生产、运输、处理和储存爆炸物。此外，超远程、极短飞行时间和高杀伤力大大增强了美国海军在未来远程作战中的攻击力。通过使用极高的电流产生强大的电磁力，美国海军未来的轨道炮可以发射速度超过7马赫的弹丸。弹丸先快速进入外层大气空间无阻力飞行，然后再入大气层以5马赫以上的速度撞击目标。
美国海军研究办公室力争将轨道炮的研究推向军用阶段，计划在2020-25年装备部队。
2005年8月，美国海军启动了一项名为“创新海军原型”的项目，希望通过对这一过渡性项目的投资，获得相对成熟的技术，从而在未来4到8年内转入轨道炮的全面研发。“创新型海军样机”这个项目比传统武器装备“奇葩”得多，风险程度高。也从根本上背离了既定的要求和作战理念。因此，没有美国海军高层领导的批准，是不可能开展这项研究的。
美国海军计划投资2.7亿美元的“创新海军原型”项目，主要解决发射装置、弹丸、脉冲形成网络和舰船合成四个技术问题。美国海军研究办公室在项目第一阶段的主要研究工作集中在发射装置和射弹上。研究的重点是先进的密封发射装置技术，以及电磁轨道炮系统合适的体积和重量，以便集成到舰上，承受发射时产生的巨大电磁脉冲。第二阶段的研究工作是将发射装置和弹丸合成一个完整的系统。在第一阶段，美国海军将研究一种能够多次发射的枪管。这个枪管可以保持轨道的斥力。美国海军还将解决热能管理问题，将炮口初始动能从目前的8 MJ提高到32 MJ，最终达到64 MJ。在弹丸方面，美国海军需要研究如何提高轨道炮的发射生存能力(因为弹丸可能会经历45000g的重力加速度，遇到潜在的电磁干扰效应)，解决高速制导飞行和杀伤力机制等问题。其他重要的研究项目包括枪管几何形状、先进材料(包括合成材料)、密封技术和制造技术。
美国海军水面作战中心达尔格伦分部的电磁发射器是支撑“创新海军原型”项目的关键技术装置。该装置根据美国国防威胁减少局的指令，在1986至1999由麦克斯韦尔技术公司开发的“绿色农场电子枪研发装置”上安装了100 MJ的电容器(由通用原子公司研究)和翻新的90 mm炮管。电磁发射器于2006年6月5438+10月测试并投入试运行，2007年6月5438+10月正式投入使用。
为了支持“创新海军原型”项目，美国海军水面作战中心的达尔格伦分部将在2008财年结束前增加储存的电能，改进发射装置和终端区域，以组装一门初始动能为32 MJ的轨道炮。根据一份价值540万美元的合同，BAE系统公司的武器系统部门已经设计和翻新了一个32 MJ的实验发射器。该发射器预计将于2007年6月底在美国海军水面作战中心的达尔格伦分部安装并投入试运行。据BAE系统公司称，这种固定式实验发射装置的炮管是用层压钢板密封的，用来研究炮管的寿命。一个由美国政府实验室、工业部门和学术界代表组成的委员会为研究活动提供了支持。
美国海军研究办公室计划在2008财年第三季度末测试32 MJ轨道炮。如果研究成果通过鉴定，研究将于2009年8月转入第二阶段，计划在2010财年结束时展示100张32 MJ发射装置的枪管和32 MJ先进枪管的密封状况。
在评估了BAE系统公司、通用部队公司和诺斯罗普公司的格鲁曼公司在2006年6月65438至2006年3月进行的理论设计研究后，美国海军研究办公室选择BAE系统公司和通用原子公司在2006年6月对32焦耳轨道炮进行为期30个月的技术开发和初步设计研究，以便为64 MJ动能战术系统的实际部署做准备。BAE系统公司获得了一份价值930万美元的合同，负责轨道炮的样品炮技术和初步设计。通用原子公司获得960万美元合同，与波音公司、L-3通信公司、斯巴达复合材料公司、杰克逊工程公司合作研发轨道炮发射器所需技术。此外，波音公司和德雷珀公司共同研究弹丸和综合发射包的理论，包括综合发射包的枪管动力学，飞行弹丸和空气的热力学特性，杀伤力和发射生存能力，制导和导航与控制。
至于先进的脉冲力研究工作，由美国陆军负责，计划在08财年展示。其他研究工作还包括高能量密度电容器和多次发射活动的热能管理。
如果“创新型海军原型”项目在2009年通过评估，1阶段的工作将在2011完成，第二阶段的工作将持续到2015财年。如果所有研究工作进展顺利，海军海上系统司令部可以在2015财年对轨道炮进行全方位研发。64 MJ轨道炮的战术系统将在2016财年进行海上展示，2020-26年可以装备。
2012年2月28日，美国军方官员宣布，美国海军工程师在弗吉尼亚州达尔格伦的地面作战中心成功试射了首个由军工企业制造的轨道炮样机，推动了这种超远程新型武器的发展。根据海军公布的信息，炮弹初速可达每秒7000米至8000米，可击中90公里至180公里外的目标。
电磁炮的项目经理罗杰·埃利斯(Roger Ellis)表示，这次测试的主要目的是评估原型炮的枪管寿命和整体结构。他说，这将使海军离未来的战术武器系统更近一步。如果研制成功，电磁炮将大大提升海军的多任务能力。其初速和射程远超普通舰载火炮，这意味着海军可以对陆地军事行动实施精确的远程火力支援，拦截来袭的敌方巡航导弹或弹道导弹，攻击敌船。
这种由英国BAE军械发展公司在美国制造的动能为32 MJ的轨道炮“原型”已经在一周内进行了6次测试，从而开始了长达两个月的评估过程。在这个过程中，海军将评估BAE公司制造的这种电磁炮的原型和通用原子能系统公司制造的另一种原型。通用原子能系统的原型炮预计4月完成。