電影里的電磁炮在打外星人，而我們的電磁炮用來滅火

在《變形金剛2》電影中曾出現(xiàn)這樣一幕——美軍的戰(zhàn)艦上的一門電磁炮，在一陣電磁喧囂聲后，以巨大的威力轟擊金字塔頂端的敵方變形金剛。

來源丨電影劇照

這一幕曾經(jīng)給熒幕前的我們帶來了很大的震撼，同時又有一些疑問在我們心頭油然而生，電磁軌道炮這種武器真實存在么？它與我國2021年11月試射成功的消防用電磁炮又有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？

1. 電氣時代新寵——電磁炮的前世今生

自從19世紀法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律之后，人們就開始嘗試著將這一科學原理應(yīng)用到武器當中。在20世紀初，有人就提出過利用洛倫茲力發(fā)射大炮的假說，在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國、法國等國家都嘗試研究過電磁炮武器。作為一種動能武器，其彈丸質(zhì)量和出膛速度是衡量其威力的主要參數(shù)。二戰(zhàn)時期的德國就在實驗中做到過將10克的彈丸利用這一原理加速到1200米每秒的速度。

戰(zhàn)后的20世紀70年代，澳大利亞國立大學做到了將3克的彈丸加速到了6000米每秒。經(jīng)過幾十年的發(fā)展時間，到了2010年時，美國所研制的電磁炮武器就做到了以五倍音速擊中200千米外的目標，其威力相當于常規(guī)武器的十倍。目前世界上有許多國家包括我國在內(nèi)都在積極研究電磁炮，嘗試著去發(fā)掘它更大的潛能。

美國海軍特種作戰(zhàn)中心試射電磁炮的照片

來源丨維基百科

2. 電磁炮的產(chǎn)生——精益求精的能量運用

縱觀古今，每一次武器的發(fā)展，都伴隨著人們對更大威力的武器的需求——換言之，就是讓能量以更高的效率使用出來。

原始時期，我們的智人祖先從空手投擲長矛到發(fā)明了擲矛器；再之后人們制作弓箭和弩，用彈性形變將積攢的能量快速釋放；從中世紀到近現(xiàn)代常規(guī)武器的發(fā)展中，人類使用爆炸這一劇烈的化學反應(yīng)發(fā)明了火藥武器，將大量的化學能用來催動大威力的武器，以追求更大的殺傷力。

現(xiàn)在最為常見的兩種火藥之一——黑火藥

來源丨維基百科

但以爆炸來催動武器，終有其力之不及之處，首先作為劇烈的熵增過程，爆炸的本身就帶有著劇烈、不好控制等因素，其次在爆炸過程中，有很大一部分能量都是以熱能的形式釋放，爆炸釋放出的能量只有很少一部分能轉(zhuǎn)化為炮彈的動能發(fā)射出去，這是這一過程本身性質(zhì)所決定的，縱然我們?nèi)绾胃倪M提升它的效率，也是極其受限的。

來源丨維基百科

所以，尋找一種更高效的能量轉(zhuǎn)化，并且釋放更大能量的方式，自然而然地成為了未來武器發(fā)展的目標。在科學家的上下求索當中，電磁炮進入了它們的視野當中。

3. 電磁炮的原理——電磁感應(yīng)新的視野

電磁炮目前的類型目前主要分為三類——軌道炮、線圈炮、重接炮。

這一類武器最基本的原理，就是我們高中課本中的安培力公式：F=BIL，即通電的導體在磁場中會受到力的作用。利用這一原理將一個外殼導電的炮彈在固定磁場中加速后發(fā)射出去。

軌道炮也叫磁道炮，以電流產(chǎn)生的洛倫茲力加速炮彈，使炮彈沿著平行的導軌移動并發(fā)射出去。

磁道炮的運作概要圖來源丨維基百科

線圈炮則是利用一組或者多組線圈，線圈在通電過程中產(chǎn)生磁場，這個磁場會對炮彈產(chǎn)生引力或者斥力，從而將炮彈加速。重接炮是一種特殊的線圈炮，其原理和線圈炮大致相同。

線圈炮的原理示意圖

來源丨維基百科

不同于傳統(tǒng)火炮，電磁炮的能量利用效率會更高，在理論上，電磁炮的初速度可以達到20-30馬赫，為了達到讓炮彈短時間內(nèi)有如此高的初速度，目前普遍采用電容儲存電荷并在短時間內(nèi)釋放的方法，并且在這一過程中的能量轉(zhuǎn)化主要為電能轉(zhuǎn)化為動能，能量損耗會很小，絕大多數(shù)的電能都會變成電磁炮彈恐怖的初速度的一部分。

在一些視頻演示中，我們可以看到電磁炮彈輕而易舉擊穿多層鋼板，這都是歸功于它本身可怕的動能，又由于其優(yōu)秀的能量轉(zhuǎn)化效率，它在達到如此威力的同時，成本又遠低于傳統(tǒng)火炮。

4. 科幻電影中的電磁炮距離我們還有多遠

在一些科幻電影中，我們常常能看到電磁炮的身影，它巨大的威力往往能給我們很大的震撼，但是在現(xiàn)實里，電磁炮真正的用途有哪些，它離我們的生活又有多遠呢？

首先，電磁炮最早作為一款武器概念被提出，其在戰(zhàn)場上具有一定的用途，但在實際中，電磁炮的主要應(yīng)用方向卻并不像電影中那般高端大氣，我們開展電磁炮研究，更多是重視它廉價，高效等特點。相比于傳統(tǒng)火炮，它能用更少的成本，達到更大的打擊速度，發(fā)射的間隔也變得更少，對于炮體的維護也更加便捷，這才是其本質(zhì)優(yōu)勢。同時，受益于其更大的速度，電磁炮在未來，將更多的發(fā)展在穿甲、反導、防空等作戰(zhàn)領(lǐng)域中。

在2021年11月份，央視展示出的視頻中，農(nóng)業(yè)用電磁炮等小型便攜電磁炮已經(jīng)投入使用，可以用來進行消防、農(nóng)業(yè)等方面的工作，這些都已經(jīng)說明小型電磁炮已經(jīng)開始走進民用領(lǐng)域，同時也在一步一步進入到我們的生活當中。

來源丨央視網(wǎng)

那么，未來呢？人類從遠古時期開始仰望星空，近代開始我們開始接觸我們頭頂?shù)臒o人深空，但由于載荷入軌過程中燃料和助燃劑始終占據(jù)了荷載的一大部分，人們對星空的探索，始終像帶著枷鎖的舞蹈。

和電磁炮工作原理基本相同的電磁彈射發(fā)展迅速，目前我國已研發(fā)出采用電磁彈射方式的航母艦載機，我們或許可以想象，如果未來這一先進技術(shù)應(yīng)用于航天領(lǐng)域，我們對星空探索的步伐將會加快。