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當聽到「電磁軌道炮」這名字,相信不少人都會想起十年前《變形金剛:狂派再起》(Transformers: Revenge of the Fallen) 電影中,美軍用來痛擊狂派的「電磁炮」吧,也相信不少人都會認為這只不過是電影裏的虛構武器,不說不知,原來現實中是真有其炮的!

根據美國海軍研究局 (Office Of Naval Research, ONR) 表示,這款被研究人員稱為「星戰級科技」的「電磁軌道炮」(Railgun) ,是由通用原子公司 (General Atomics) 和英國航太系統公司 (BAE Systems) 從 2005 年開始一起合作研發。

磁軌炮動力來源與其他傳統武器不同,不使用炸藥與推進劑,而是一種與單極馬達原理相似的電磁炮發射裝置。由於是一種將電能轉換成被投射物的動能的加速裝置,沒有推進燃料,理論上屬於電磁彈射裝置的一種,所以嚴格來說「磁軌炮」是一種冷兵器。

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磁軌炮發射原理是 --- 當電流通過軌道時先會在電線周圍產生磁場,一個帶電流的投射物處於一個磁場中,利用受到與電流和磁場垂直 90° 電磁產生的「勞倫茲力」(Lorentz force) 來投射物品,所以被投射物的其中一部份必須要是導體,令其沿平行的導軌移動,並進入下一個軌道繼續加速,最後被拋射物會沿着軌道射出。

傳統軍事用火炮的炮彈初速無法超越每秒 2000 公尺,而磁軌炮初速卻能達到每秒 3000 公尺,減去空氣阻力及引力的影響,時速約 9010 公里,是手槍子彈速度的六倍、音速的七倍,發射能量高達到 32 兆焦耳。能將炮管內重達十公斤的炮彈,以時速 9000 公里的速度,發射到 177 公里外的目標,準繩度高之餘威力更足以穿透三道混凝土牆。

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另外,由於磁軌炮並沒有推進燃料,因此能避免傳統炸藥與彈頭等在儲存上的風險,以及相對低廉的成本亦是磁軌炮的優勢,單發成本約 25000 美元,僅為常規導彈的百分之一。

如此低廉的成本,因此美國海軍高層對磁軌炮皆寄與厚望,在研發初期時,預計最快 2018 年就會廣泛在各種戰艦上部署。

鑑於磁軌炮是用純物理方式來提供炮彈動能,所以除了軍事應用,美國太空總署 (National Aeronautics and Space Administration, NASA) 也考慮過運用磁軌炮技術,將一種稱為「質量投射加速器」(Mass Driver) 的太空船送入外太空軌道。

預計有關技術能使運載系數倍增,同時發射成本也能降低為原來的一半,然而必須要先解決在發射過程中所產生的強大 G-force 力問題,否則無法成為蛓人航天蛓具的發射技術。

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磁軌炮測試原型由英國航太系統公司 (BAE Systems) 負責製造,原型炮在 2012 年 1 月 30 日運抵維珍尼亞州達格倫 (Dahlgren, VA) 的海軍水面武器中心達格倫分部 (Naval Surface Warfare Center Dahlgren Division, NSWCDD) 作測試。

2 月 28 日,美國海軍宣佈六次成功試射原型炮,炮彈時速 8000 公里,但按照原設計理論,炮彈最高速度應為每小時 9010 公里。

2013 年 10 月 28 日,在緬因州 (Maine) 下水的「亞里伯克級驅逐艦」 (Arleigh Burke class destroyer) 的後繼艦「朱姆沃爾特號」(USS Zumwalt DDG-1000),成為第一艘在設計上已預計正式部署磁軌炮的驅逐艦,USS Zumwalt 也是目前美國海軍歷來最大型的匿蹤驅逐艦。

2014 年 7 月 8 日,兩台磁軌原型機,也在加州聖地牙哥 (San Diego, CA) 裝配於高速雙體船「米利諾基特號」(USNS Millinocket) 作艦載測試。

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好了,在經過十四年的研發時間與花費了超過五億美元的研發經費以後,2019 年也過了一大半,至今磁軌炮測試情況如何了?

好可惜,這套被稱為「未來技術」的磁軌炮可能仍以擱置收場,美國國防部 (U.S.Department of Defense, DOD) 對於下一代艦炮的看法,現在已傾向使用新技術和現有技術的混合,以降低軍艦升級的成本。

但據前美國海軍官員暨軍事專家 Bryan Clark 指出,磁軌炮擁有成本低而且不必儲存高度危險推進火藥的優點,因此美國海軍曾經認真的打算將其安裝到新一代軍艦之上。

可是,磁軌炮至今仍存在很大的問題,難以取代以傳統火藥為發射動力的炮彈或導彈,並非有效的軍事科技。與其花錢研發磁軌炮,倒不如把這些經費用在導彈和艦載垂直發射系統的開發上。

其實導致美國國防部 (U.S.Department of Defense, DOD) 有意暫緩這項研發案,主要原因是它的連續發射效率太差,目前磁軌炮每分鐘射擊次數僅有 4.8 次,而不是原先計劃的十次,意味著對於快速移動的目標毫無作用。這個缺點在短期間仍無法解決,令到五角大樓 (The Pentagon) 打算以「超高速拋射體」(Hyper Velocity Projectile, HVP) 計劃來取代磁軌炮。

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HVP 採用了在磁軌設計過程中開發的炮彈技術,外型採用低阻力設計,以提升彈飛行速度。雖然 HVP 的射速沒有磁軌那麼快〔大約只有 1.5 馬赫〕,射程也只有磁軌一半〔大約八十公里〕,但是仍然比現用的五吋艦炮炮彈表現好多,現在的五吋彈射程僅有 15~20 公里。

儘管磁軌炮的發射成本比導彈便宜,但其炮彈卻比原先預計的昂貴很多,而且需要更先進的制導系統才能有效操作,要廣泛在戰艦上部署,在成本上可能得不償失。

而且,雖然磁軌炮炮彈比現有標準的五吋艦炮的破壞力強大,但仍導彈差得多,所以在攻擊任務上,導彈比較有效,而且還能追蹤目標。

US_Navy_The_Office_of_Naval_Research_Electromagnetic_Railgun_located_at_the_NSWCDD,.jpg

此外,維修和電力來源也是重大的問題。磁軌炮的發射需要大量電力,而且在發射時的「剪切力」(Shear Force) 使炮管磨損得很快。因此,炮管在發射幾十次之後可能就要更換,這會大大影響作戰能力。

在面對這一系列問題,現在美國國防部已經放緩了磁軌炮的研發,但並未完全放棄,因為他們相信有關技術最終還是能用在其他軍事項目上。

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至於實驗艦「朱姆沃爾特驅逐艦」(USS Zumwalt DDG-1000),雖然已設計好一套電力系統 (IPS),能夠有效提供電力往磁軌炮的發射系統,為日後正式部署作好準備,但礙於國防部已經放緩了對磁軌炮的研發,目前仍只裝配「先進火炮系統」 (Advanced Gun System, AGS) 來代替。

雖然到 2020 年時,我們仍不會看磁軌實際使用,但是從樂觀的角度來看,磁軌的技術並沒有放棄,因此在未來,還是有敗部復活的機會,它只是推遲,而不是消失。

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