电影里的电磁炮在打外星人,而我们的电磁炮用来灭火

作者: 罗会仟

来源: 数字北京科学中心

发布日期: 2022-09-05 14:17:31

本文探讨了电磁炮的发展历程、工作原理及其在军事和民用领域的应用前景,特别是与电影中科幻场景的对比,展示了电磁炮从理论到实践的转变。

电影里的电磁炮在打外星人,而我们的电磁炮用来灭火。在《变形金刚2》电影中曾出现这样一幕——美军的战舰上的一门电磁炮,在一阵电磁喧嚣声后,以巨大的威力轰击金字塔顶端的敌方变形金刚。这一幕曾经给荧幕前的我们带来了很大的震撼,同时又有一些疑问在我们心头油然而生,电磁轨道炮这种武器真实存在么?它与我国2021年11月试射成功的消防用电磁炮又有什么区别和联系呢?

自从19世纪法拉第发现电磁感应定律之后,人们就开始尝试着将这一科学原理应用到武器当中。在20世纪初,有人就提出过利用洛伦兹力发射大炮的假说,在第二次世界大战期间,德国、法国等国家都尝试研究过电磁炮武器。作为一种动能武器,其弹丸质量和出膛速度是衡量其威力的主要参数。二战时期的德国就在实验中做到过将10克的弹丸利用这一原理加速到1200米每秒的速度。

战后的20世纪70年代,澳大利亚国立大学做到了将3克的弹丸加速到了6000米每秒。经过几十年的发展时间,到了2010年时,美国所研制的电磁炮武器就做到了以五倍音速击中200千米外的目标,其威力相当于常规武器的十倍。目前世界上有许多国家包括我国在内都在积极研究电磁炮,尝试着去发掘它更大的潜能。

纵观古今,每一次武器的发展,都伴随着人们对更大威力武器的需求——换言之,就是让能量以更高的效率使用出来。原始时期,我们的智人祖先从空手投掷长矛到发明了掷矛器;再之后人们制作弓箭和弩,用弹性形变将积攒的能量快速释放;从中世纪到近现代常规武器的发展中,人类使用爆炸这一剧烈的化学反应发明了火药武器,将大量的化学能用来催动大威力的武器,以追求更大的杀伤力。

电磁炮目前的类型目前主要分为三类——轨道炮、线圈炮、重接炮。这一类武器最基本的原理,就是我们高中课本中的安培力公式:F=BIL,即通电的导体在磁场中会受到力的作用。利用这一原理将一个外壳导电的炮弹在固定磁场中加速后发射出去。轨道炮也叫磁道炮,以电流产生的洛伦兹力加速炮弹,使炮弹沿着平行的导轨移动并发射出去。

线圈炮则是利用一组或者多组线圈,线圈在通电过程中产生磁场,这个磁场会对炮弹产生引力或者斥力,从而将炮弹加速。重接炮是一种特殊的线圈炮,其原理和线圈炮大致相同。

不同于传统火炮,电磁炮的能量利用效率会更高,在理论上,电磁炮的初速度可以达到20-30马赫,为了达到让炮弹短时间内有如此高的初速度,目前普遍采用电容储存电荷并在短时间内释放的方法,并且在这一过程中的能量转化主要为电能转化为动能,能量损耗会很小的,绝大多数的电能都会变成电磁炮弹恐怖的初速度的一部分。

在一些视频演示中,我们可以看到电磁炮弹轻而易举击穿多层钢板,这都是归功于它本身可怕的动能,又由于其优秀的能量转化效率,它在达到如此威力的同时,成本又远低于传统火炮。

在一些科幻电影中,我们常常能看到电磁炮的身影,它巨大的威力往往能给我们很大的震撼,但是在现实里,电磁炮真正的用途有哪些,它离我们的生活又有多远呢?

首先,电磁炮最早作为一款武器概念被提出,其在战场上具有一定的用途,但在实际中,电磁炮的主要应用方向却并不像电影中那般高端大气,我们开展电磁炮研究,更多是重视它廉价,高效等特点。相比于传统火炮,它能用更少的成本,达到更大的打击速度,发射的间隔也变得更少,对于炮体的维护也更加便捷,这才是其本质优势。同时,受益于其更大的速度,电磁炮在未来,将更多的发展在穿甲、反导、防空等作战领域中。

在2021年11月份,央视展示出的视频中,农业用电磁炮等小型便携电磁炮已经投入使用,可以用来进行消防、农业等方面的工作,这些都已经说明小型电磁炮已经开始走进民用领域,同时也在一步步进入到我们的生活当中。那么,未来呢?人类从远古时期开始仰望星空,近代开始我们开始接触我们头顶的无人深空,但由于载荷入轨过程中燃料和助燃剂始终占据了荷载的一大部分,人们对星空的探索,始终像带着枷锁的舞蹈。

和电磁炮工作原理基本相同的电磁弹射发展迅速,目前我国已研发出采用电磁弹射方式的航母舰载机,我们或许可以想象,如果未来这一先进技术应用于航天领域,我们对星空探索的步伐将会加快。

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