才“10馬赫”弱爆了！了解下等離子電磁炮，炮口速度達(dá)光速的3%！

#頭號創(chuàng)作者激勵計(jì)劃#

講真，由于某些眾所周知的原因，絕大部分軍迷獲取信息的渠道是有很大限制的，所以看到一些參數(shù)往往就可以被很多自媒體博主包裝成UC震驚體。

例如電磁炮這種大玩具，就經(jīng)常看到有很多博主鼓吹所謂的“10馬赫”。但如果放在真正搞技術(shù)的人眼里看——“才十倍音速嘛，弱爆了！”。

今天給大家講一個(gè)早就出現(xiàn)的電磁炮吧，速度最快可達(dá)光速的3%。不過，對于很多連馬赫數(shù)到底是什么的讀者來說，如果只說光速的3%，大多數(shù)人是建立不起尺度概念的。

那么，咱們先說下馬赫數(shù)（Mach Number），馬赫數(shù)表示通過邊界的流速與局部音速之比，是一個(gè)無量綱數(shù)。

說“多少馬赫”本來就是錯(cuò)誤的表述方法，所以如果看W君的文章會發(fā)現(xiàn)從來不會寫“10馬赫”，而是寫作“馬赫10”或者“10倍音速”。具體的書寫細(xì)節(jié)和今天的話題沒太大關(guān)系，如果從一般口語約定俗成來說，大家說的“多少多少馬赫”是指海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下20攝氏度時(shí)候的聲音在空氣中的傳播速度，大約是343米/秒，很多自媒體又去方便計(jì)算取整到340米/秒。

真空光速=299792458 米/秒

那么“10馬赫”的電磁炮射出的炮彈速度就是3400米/秒。3400 / 299792458 = 0.0011% 也就是說即便是“10馬赫”的速度，在光速面前也只是10萬分之1.1。

3%倍光速，要按照大家熟知的馬赫來算就是“26452.3馬赫”，比“10馬赫”的電磁炮再快2600倍。這個(gè)比例關(guān)系，大概相當(dāng)于一只烏龜在地上不徐不疾地爬，和一架殲-20 在馬赫 1.85 速度下進(jìn)行超音速巡航的差距——甚至還要再大那么一點(diǎn)。

了解概念就行了，這就是等離子電磁炮和現(xiàn)在軍迷們熱吹的電磁炮之間的差距，咱們不搞震驚體。

那咱們開始說下“等離子電磁炮（Plasma railgun）”是什么東西：

電磁炮（railgun）是利用洛倫茲效應(yīng)加速彈丸的設(shè)備。

結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)暮唵危硪膊浑y理解。當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體在磁場中導(dǎo)通形成電流，這個(gè)導(dǎo)體的周圍就會產(chǎn)生磁場，而產(chǎn)生的磁場和既有的磁場就會有磁力作用，這時(shí)候?qū)w就會被磁力所推動。當(dāng)電流足夠大，周圍的磁力也足夠大的時(shí)候，就會產(chǎn)生巨大力加速導(dǎo)體移動——這就是電磁炮的基本原理。

為什么電磁炮初速可以達(dá)到“10馬赫”呢？主要的原因不僅僅是電流大磁力強(qiáng)，而是和傳統(tǒng)火炮不同的是電磁炮的炮彈在軌道間運(yùn)行的整個(gè)過程都可以受到洛倫茲力加速。加速的時(shí)間和穩(wěn)定性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)火炮。

傳統(tǒng)火炮依靠發(fā)射藥燃燒的產(chǎn)生火藥氣體推動彈丸在彈膛內(nèi)運(yùn)動，但發(fā)射藥燃燒的過程是一個(gè)瞬間行為，最大膛壓之后火炮炮膛內(nèi)壓力就會迅速下降。壓力降低——加速度就降低，因此一門傳統(tǒng)火炮很難持續(xù)的用最大加速度加速炮彈，因此火炮本身的利用率就不夠了。

而電磁炮除了剛開始合上開關(guān)的一瞬間有一點(diǎn)感生電阻之外，剩下的加速時(shí)間內(nèi)只要電源不斷開，彈丸在軌道中所受到的加速度不會降低。這就導(dǎo)致了電磁炮可以對彈丸有更長的加速時(shí)間和更大的加速度，于是就“10馬赫”了。

電磁炮的出膛速度只和電流大小與導(dǎo)體的質(zhì)量有關(guān)，理論上如果電流足夠強(qiáng)、軌道足夠長，導(dǎo)體材料足夠耐熱那么電磁炮可以打出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“10馬赫”的速度。

但現(xiàn)在的問題是，電磁炮的電流、軌道長度、導(dǎo)體的耐熱程度基本上已經(jīng)發(fā)展到了極限。因此目前很多國家研制電磁炮提高速度的另一個(gè)手段就出現(xiàn)了——縮小彈丸。這其實(shí)就是作弊。例如印度的電磁炮，就搞了一個(gè)口徑達(dá)到12毫米的電磁炮。

技術(shù)能力不夠就只好縮小彈丸叻……

在前面的敘事里面W君留了個(gè)扣子，一直在說電磁炮的軌道中是一個(gè)“導(dǎo)體”。但問題來了導(dǎo)體嘛何必非得是一個(gè)固體彈丸呢？

等離子體難道不行嗎？這就是等離子體電磁炮（Plasma railgun），等離子體也是導(dǎo)體，可以導(dǎo)電，導(dǎo)電過程中有電流就可以產(chǎn)生電磁場，讓等離子體依然受到洛倫茲力推動。

咱們說下最簡單的一個(gè)等離子體發(fā)生器電路，這東西放十幾年前基本上大家家里都有，就是日光燈。

咱們說只等離子體部分：日光燈帶有一個(gè)鎮(zhèn)流器，這東西本質(zhì)上是一個(gè)高壓變壓器，當(dāng)啟輝器不斷的開關(guān)的時(shí)候鎮(zhèn)流器就有充能和放能的變化，于是鎮(zhèn)流器里面的高壓變壓器就會產(chǎn)生高電壓，讓燈管的燈絲兩端形成高壓和高溫激發(fā)燈管中的汞蒸氣，在高電壓下汞蒸氣變?yōu)榈入x子體開始導(dǎo)電導(dǎo)通了日光燈的兩個(gè)燈絲形成電流回路，于是在日光燈的整個(gè)電路中形成了穩(wěn)定的電流回路，由于這個(gè)回路的電阻遠(yuǎn)小于啟輝器的電阻，因此啟輝器也就“下線”了。

這里面就是等離子發(fā)生器的一個(gè)基本原理。先用高壓電電離目標(biāo)氣體，在氣體電離變成導(dǎo)體的時(shí)候利用低壓電流維持。

基本的等離子體工作電流都是這樣做的，從日光燈到等離子切割機(jī)無不如此。等離子體電磁炮也是。

就是一個(gè)高壓升壓電路建立起來等離子體導(dǎo)通后在用低壓大電流活動磁場推動等離子體向炮口運(yùn)動。

有的電路還包括了一個(gè)炮口電場電極，讓等離子體在身管內(nèi)有更大的加速度。

經(jīng)過這套裝置加速等離子體就可以高速從炮口射出了。

原理就是這么簡單的一件事情。到工程上則需要對等離子電磁炮的氣體注入、起弧腔體，加速腔體進(jìn)行額外的設(shè)計(jì)。

那這個(gè)東西主要用來做什么呢？電磁炮啊，它就是炮！等離子電磁炮也是！

在最早的設(shè)計(jì)中，等離子電磁炮是近地軌道上的太空武器的一個(gè)方案。一顆作戰(zhàn)衛(wèi)星可以攜帶少量的（幾公斤級）的稀有氣體，通過電離加速過程將這些稀有氣體的等離子彈丸投射到附近的衛(wèi)星上，對附近的衛(wèi)星進(jìn)行打擊。通常每次只投射毫克等級的氣體，但這些加速后的等離子體可以獲得兆焦級別的動能。看到這里很多人就覺得幾毫克的氣體就呵呵了，但如果在真空中這些氣體還是有很大的殺傷力大。畢竟動電和V的關(guān)聯(lián)性要比和M的關(guān)聯(lián)性大得多。而且極高的速度更適合在近地軌道上進(jìn)行目標(biāo)打擊的需求。

當(dāng)然了，這是一個(gè)作弊行為，畢竟幾毫克的氣體加速這事情和印度搞12mm電磁炮有得一比。

在上世紀(jì)70-80年代，等離子電磁炮一度成為各個(gè)國家高端軍工研究的重點(diǎn)。

當(dāng)年有各種構(gòu)型和設(shè)計(jì)，在當(dāng)年的條件下就搞出了每秒300公里的發(fā)射速度，不過，這類武器的冬天馬上就到了——隨著《外層空間條約》的締約國不斷增加，外太空非軍事化了，任何武器方面的研究都違背了和平發(fā)展和利用外太空的基本原則。

這個(gè)條約還真就讓等離子電磁炮的發(fā)展終止了！各個(gè)國家都陸續(xù)停止了這個(gè)設(shè)備武器化的研發(fā)。

但是“等離子電磁炮”作為非武器的設(shè)計(jì)還是存在的。它有一個(gè)變形產(chǎn)物叫做離子推進(jìn)器（Ion thruster）。

和等離子軌道炮追求一炮打出多大能量和速度不同，離子推進(jìn)器主要承擔(dān)的是長時(shí)間的持續(xù)推力輸出，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化。

所以，你仔細(xì)看離子推進(jìn)器和等離子軌道炮是不是從結(jié)構(gòu)上依然很相近呢？

讀到這里一定有人還覺得大炮好，覺得一炮輸出巨大能量的等離子炮依然是男人的夢，這件事其實(shí)還在研制中，作為一門大炮哪能這么容易從良呢？

世界各國依然在研發(fā)當(dāng)中，以美國空軍菲利普斯實(shí)驗(yàn)室的MARAUDER（英文：掠奪者）為例：在2000年就做出了9.4兆焦的輸出功率，可以把2毫克的等離子體加速到每秒10000公里（光速的3%）。不要小看2毫克的質(zhì)量，動能已經(jīng)相當(dāng)于2.27公斤TNT（9.5MJ）爆炸當(dāng)量了！

不過，這些裝置目前都是非軍事用途，更多的時(shí)候是用來給環(huán)例子加速器或者托卡馬克裝置注入等離子體。

最后一個(gè)問題，這種“科幻武器”咱們自己有沒有？這件事你就得看咱們國家的一貫、的明確的態(tài)度了，別人有的咱們怎么可能沒有？

中國目前在等離子軌道炮的研究上也在世界前沿。否則我們又怎么對得起東方大國或者工業(yè)克蘇魯?shù)姆Q號呢？

看這里：

紅色箭頭所指之處就是咱們的其中一臺等離子軌道炮的用途EAST——東方超環(huán)。

東方超環(huán)是合肥的核聚變試驗(yàn)裝置。

這個(gè)裝置在內(nèi)部利用磁場約束了氘等離子體進(jìn)行加熱完成核聚變反應(yīng)。那你說最初啟動裝置前的氘等離子體是怎么注入進(jìn)去的呢？還不是等離子軌道炮！