电磁炮是什么，为何近年来电磁炮研究复兴了？

Question

如题所述

Answer 1

长期以来，火药一直是武器发射弹丸的首选推进剂。然而，火药存在三个主要限制：首先，火药必须随炮弹一起携带，这增加了整个炮弹的重量。其次，基于黑火药的军械在储存和运输过程中不稳定，难以处理和安全运输。最后，火药推动的炮弹的初速通常限制在每秒约1,219米。为了克服这些挑战，科学家们开始研究电磁轨道炮，也称为电磁炮或轨道炮。
电磁炮使用电磁场加速金属炮弹，可以将弹丸加速到每秒16,000米。尽管目前的海军电磁炮炮最大射程为100公里，但铁路火车上的电磁炮可以在6分钟内击中400公里外的目标。在本回答中，我们将讨论轨道炮的工作原理，使用方法以及该技术的局限性。
电磁炮主要由三部分组成：电源、一对平行的轨道和活动的电枢。电源是电磁炮的电流源，通常使用数百万安培的电流。导轨由导电金属组成，如铜，长度范围为1.2米-9米。电枢桥接轨道之间的间隙，可以是一块实心的导电金属，也可以是一个导电的弹托——一个能装有弹丸或其他投射物的载体。
当电流从电源的正极端子流过正电源线，穿过电枢，然后从负极电源线流回电源时，电流会在导线周围产生磁场。磁场在轨道周围循环，轨道之间的净磁场方向垂直指向。这种磁场产生的力称为洛伦兹力，它作用在抛射体上，使其加速到与电源相对的轨道末端，并通过一个孔弹射出去。
近年来，电磁炮研究得到了复兴。军方对电磁炮特别感兴趣，因为小型钨导弹形式的电磁炮弹药相对较轻，易于运输和处理。此外，由于其高速度，与目前的炮弹相比，电磁炮导弹更不容易受到风的影响。电磁炮曾被提议作为战略防御计划（俗称星球大战）的重要组成部分。
然而，电磁炮也存在一些问题。首先，产生加速电磁炮弹丸所需的功率是一个真正的挑战。电容器必须存储电荷，直到可以积累足够大的电流为止。其次，当电流流过导体时，会遇到导电材料（在这种情况下为铁轨）的阻力，产生大量的热量。这会导致导轨表面的熔化和磨损。此外，电磁炮各轨道中的电流方向相反，产生排斥力，试图将导轨分开。
尽管存在这些问题，但随着技术的不断进步，电磁炮可能会成为战场上的首选武器和发射台上的首选推进剂。