電熱化學炮

為了更好地完成火炮的作戰任務，未來的火炮必須大幅度提高性能，但傳統的方法已接近極限。從20世紀70年代開始，西方各軍事大國紛紛對新的發射源進行了廣泛研究和探索，開展了諸如電熱化學炮、電磁炮、定向能武器等電能武器的研究，以期取代傳統火炮，但其中取得了突破性進展，發展最迅速，即將投入實戰使用的是電熱化學炮。

據英國《簡氏國際防務評論》報道，2005美國聯合防務公司電熱化學炮首次安裝在裝甲車上進行了射擊試驗。該炮是一門改裝的120毫米XM291型坦克炮。有一個點火脈衝電源系統。可對120毫米炮彈進行等離子點火。同時仍保留了常規的點火裝置。實驗中採用了M8型裝甲車。並用120毫米XM291型坦克炮代替了原來的105毫米M35型坦克炮。

由電源、脈衝形成網路、炮身、炮架等部分組成。電熱化學炮的炮彈由等離子體噴管、推進劑和彈丸等組成。電熱化學炮綜合使用電能和化學能，可使電能需要量減少80%，有利於實現小型化，易於實戰使用。

典型電熱炮的發射原理是：由電源發出的高電壓大電流經脈衝成形網路的調節，使其成為波形符合彈道要求的電流脈衝，輸入等離子體噴管，引起電極間產生電弧，燒蝕塑料毛細管壁，產生高溫、高壓、含氫量高的等離子體射流，高速噴入推進劑，發生化學反應生成高溫高壓燃燒氣體，驅動彈丸高速運動，從炮口射出。根據氣體動力學原理估算，電熱化學炮彈彈丸的初速度最高可達3～4千米/秒。

電熱化學炮的研究始於1980年初，但進展相當迅速，特別是進入20世紀90年代以來取得了突破性的進展。目前，電熱化學炮的研究和試驗已經取得了令人振奮的成果，世界各國都對電熱化學炮表現出了很大的興趣，美國、俄羅斯、以色列、英國、法國、日本等發達國家已在這一技術領域進行了理論探索和實驗研究，尤其以美國的進展最快，技術最為領先。

電熱化學炮的主要優點是：彈丸的初速度大，射程遠，其炮口動能比傳統火炮提高約25～55%，推進劑的化學反應速率可由輸入的電流脈衝調節控制，射程改變靈活，除發射電熱化學炮彈以外，也可發射普通炮彈

1、坦克炮。未來坦克為了更好地完成作戰任務，必須大幅度提高威力及彈丸的初速度。從目前的研製進程來看，電熱化學坦克炮是優先發展的項目。美國國防部1998年公布的國防技術領域計劃中，提出的發展目標是：3～5年內，XM291進行120毫米電熱化學坦克炮的試驗，使10千克的彈丸初速度達到1825米/秒，炮口動能17兆焦，比傳統的坦克炮動能增加50%，穿甲能力提高10%；遠期（6年以後）目標是將電熱化學炮技術用於產品改進計劃或裝備未來戰鬥系統；最終的目標是發展炮口動能達到20兆焦以上的電熱化學坦克炮，這相當於傳統的140毫米固體發射葯火炮的炮口動能。美陸軍正在研究M1A2坦克用的電熱化學炮，計劃2005年進行裝車試驗。

2、野戰火炮。電熱化學炮是在傳統火炮發射技術基礎上的一個飛躍，可以大幅度地提高彈丸的初速和射程，且與目前裝備的火炮銜接性能好（可發射普通炮彈），比電磁炮更容易作為火力支援武器應用在野戰火炮上。1995年，以色列核研究中心為美國軍方研製的口徑為105毫米的固體推進電熱化學炮野外試驗，已使質量3.8～5.2千克的彈丸初速度達到1.80～2.03千米/秒，且膛壓曲線可控、重複性好。

3、艦船武器：美國海軍和國防特種武器局正在實施一項聯合計劃，由國際科學應用公司作為主承包商進行研製。在水面火力支援計劃中，中期目標是演示127毫米電熱化學艦炮系統，炮口動能22兆焦；遠期（6年以後）目標是將電熱化學艦炮技術用於產品改進計劃。

電熱化學炮很好地解決了動能武器“快”的問題，既可取代傳統火炮用於遠程火力支援，又可用於執行反裝甲、防空、艦艇近距離防禦等作戰任務，具有廣闊的應用前景。如今，電熱化學炮技術已經進入靶場試驗的實用階段，由於具有威力大、射程遠、體積小、適用性廣和實用性強等顯著優點，它已成為液體發射葯火炮和電磁炮等新概念火炮最有力的競爭者，將帶來兵器發展史上一場大革命。

美國是最先開展電熱化學炮研究的國家，並且一直處於領先地位。1980－1990年間，美國有關公司進行了一系列試驗，以期能把電熱化學炮裝備到美國M1坦克上。通用公司和食品機械公司分別把120毫米口徑的M256制式坦克炮改裝成電熱化學炮進行了試驗。令人遺憾的是，這些試驗並不成功，不僅沒能達到預期目的，而且令人感到電熱化學炮並不比電磁炮更有前途。認同這一觀點的美陸軍科技部在1990年曾建議把發展基金從支持電熱化學炮轉為支持電磁炮。但是即使這樣，由於電熱化學炮是從化學能炮到電能炮的過渡產物，一些化學能火炮的技術可以利用，又比電磁炮的電源簡單，因此電熱化學炮仍被看作是未來坦克炮最直接的候選對象，電熱化學炮取代傳統坦克炮的研究仍在有步驟地進行。

美國陸軍先在30毫米和60毫米口徑的縮尺寸坦克炮上進行了電熱化學發射試驗，後來又擴大到120毫米口徑火炮上。這一工作是在美國陸軍的資助下完成的。1991年，美陸軍與食品機械公司簽訂了《電增強因素改進項目》的研究合同，資助食品機械公司從事電熱化學發射技術研究。

除美國外，其他一些發達國家也在從事電熱化學炮的研究。特別值得關注的是以色列索倫克核研究中心。該中心自1986年從事電熱化學炮研究以來，已取得了很大成就。1993年在實驗室里進行了60毫米口徑電熱化學炮的發射試驗后，又成功地進行了105毫米口徑固體發射葯電熱化學炮的野外射擊試驗。

德國於1986年開始電熱化學他的研究，從1991年開始，德國與法國開始聯合研究，並且曾計劃於1999年進行120毫米口徑的電熱化學炮的野外射擊試驗。

電熱化學炮源於人們對電熱炮的研究。按工作方式，電熱炮可分為兩大類，一類是利用特定的高功率脈衝電源向某些工質放電，把工質加熱變為等離子體，利用含有熱能和動能的等離子體直接去推動彈丸運動，這類電熱炮我們稱作直熱式電熱炮；另一類稱為電熱化學炮。

在直熱式電熱炮中，為了減小等離子體的高溫效應對彈丸的影響，在彈丸和電爆炸材料（產生等離子體的工質）之間用流體工質隔離，電加熱產生的等離子體推動流體工質，流體工質再推動彈丸。在這種電熱炮中，由於流體工質是惰性的，椎進彈丸的能量全部來自電能，這種電熱炮又被稱作“純”電熱炮。在1995年，德國進行的105毫米口徑電熱炮試驗已能夠把2公斤的彈丸加速到2400米/秒。由於從電能轉化為機械能的效率很低，為“純”電熱炮提供能量的高功率脈衝電源的體積甚至和電磁炮電源相當，“純”電熱炮不能成為未來坦克炮的可行選擇，因此，人們把注意為全部放到電熱化學炮的研究上。

電熱化學炮的發展經歷了液體發射葯電熱化學炮和固體發射葯電熱化學炮兩個階段。

液體發射葯電熱化學炮

把“純”電熱炮的惰性流體工質替換成含能的流體工質，就成為大家熟知的液體發射葯電熱化學炮。除了電能外，流體工質發生化學反應提供彈丸運動所需要的大部分能量。同電磁炮相比，電熱化學炮需要的電能大為減少，使得電熱化學炮變得實用性更強。美國食品機械公司的電熱化學炮就是電熱炮和液體發射葯火炮融合的產物，曾一度被認為可用於坦克上。同其它使用含能流體工質的電熱化學炮相似，食品機械公司的電熱化學炮象整裝的液體發射葯火炮，這類大炮的內彈道存在壓力波，不能保證內彈道的一致性，這是採用流體工質電熱化學炮要克服的最大障礙。

固體發射葯電熱化學炮

90年代初期，以色列索倫克核研究中心率先從事用於坦克炮的固體發射葯電熱化學炮的研究。後來美國也介入該研究領域。最近幾年，德國和法國也從事了固體發射葯電熱化學炮的研究。

固體發射葯電熱化學炮的概念是這樣形成的：為了增加傳統固體發射葯火炮的初速，發射葯在炮膛內燃燒的同時，注入由高功率脈衝電源產生的等離子體。這樣做的確能使炮口速度達2000－2500米/秒。不過，對等離子體發生器產生等離子體的時機有嚴格要求。

在最新的固體電熱化學炮中，由於原來的等離子體注入器被功率點火器取代，對電能的需求又有所降低。每發射擊所需要的電能已減少到0.5兆焦耳，脈衝電流已降到10－30千安之間（以往為3000－4000千安），這使得把固體電熱化學炮應用到裝甲車輛的問題迎刃而解。

安裝有等離子體發生器的固體電熱化學炮與傳統固體發射葯火炮相比有如下優點：首先，等離子體點火使火炮有較高的裝填密度。對於給定尺寸的火炮來說，裝填密度的提高意味著發射葯作功能力的增大，彈丸初速的提高。其次，固體發射葯電熱化學炮能夠使用穩定性更高的發射葯。而用傳統的點火方式點燃穩定性好的固體發射葯是很困難的。

等離子體點火系統的不斷改進可能於近期使現有坦克火炮的炮口動能增加25%。這意味著用固體電熱化學炮發射現有制式坦克炮的炮彈，能夠使初速由1750米/秒提高到1950米/秒。

美國陸軍的研究目標是利用低於1兆焦的電能，把現有120毫米口徑的坦克炮的炮口動能提高40%，德國的目標也基本相同，預期的炮口速度可達到2100米/秒。應該指出，即使美國、德國預期的目標得以實現，120毫米口徑坦克炮的性能也比不上140毫米口徑坦克炮的指標。美英等國之所以沒有積極發展傳統的140毫米口徑的坦克炮，主要是考慮到該口徑坦克炮的彈丸的體積較大，重量也大，隨車攜行的彈丸數量將大為減少。

目前在國外，直接從事電熱化學炮研究的機構多達數十個，至於涉及研究脈衝功率電源和脈衝形成網路等配套設施的機構更是不計其數。80年代末以來，國外在電熱化學發射技術的研究方面取得了很大突破，電熱化學發射技術已經成熟。可以預見，在不遠的將來，固體發射葯電熱化學坦克炮必將走向實用化，在未來戰場上大顯身手。