中国电弹技术外溢:全球首个电磁橇突破!究竟什么原理,有什么用处?

10月20日，央视网快看官方微博发布了一条博文称世界上首个电磁橇设施成功运行，对吨级或以上物体最高推进速度可达每小时1030公里，创造了大质量超高速电磁推进技术的世界最高速度纪录，但大家却纳闷了，这玩意儿到底是干啥用的？

电磁橇技术突破：这玩意儿到底是干啥用的？

央视网快看官方微博发布的博文显示，这个电磁橇建设在济南，能在轨道上对吨级物体最高加速到1030千米/小时，也就是大约286米/秒，已经属于高亚音速范围。

发布的视频显示，一个有些类似于高速列车的载荷，在一条长长的轨道上以非常平稳的状态下很快就被加速到了风驰电掣的速度！之后视频介绍了控制室以及驱动模块，看起来似乎成本相当高，但问题来了，这个玩意儿到底能干啥用？

电磁橇技术：用途可就大了

留言中有朋友猜测可能是高速列车使用的，事实上有一些关系，但却不是应用面，而是用于测试。因为这个技术主要面向的对象是高速地面交通、航空飞行器等高速先进装备的研发测试用。这些交通工具的研发除了吹风洞这些“静态”的模型去研究外，还必须解决复杂动态过程下的空气动力学、高强度先进材料、高速测控等一系列科学技术等问题。

NASA 使用火箭雪橇测试低密度超音速减速器

早期测试往往采用轮轨或者火箭推进，不仅速度范围受到限制，火箭燃烧还存在很大的污染，而且测试环境飞沙走石，对人类极不友好，采用电磁推进技术建造的电磁橇设施，不仅推力大、响应快、而且速度精确可控，具有相当大的优势，可以为上述这些麻烦的问题提出优秀的解决方案与测试手段。

能用在磁悬浮列车上？非也！最有前途的或许是电磁发射

相信很多朋友看到这条轨道就已经想到用在磁悬浮列车上了，但事实上磁悬浮根本就不用如此高级的加速方式，这种全程可以不断累积加速的设备有一种高大上的用途，也就是发射载荷进入近地轨道的电磁发射！

可以试想一下这种应用环境，假如将这个轨道拉长到10千米或者更远的距离，或者制造一个在封闭空间内的超级环形轨道，内部抽成真空，然后将出口设置在青藏高原某个高峰顶。

发射时将载荷导入轨道后在环形轨道内不断加速，一直到4-5千米/秒后再导出进入直线轨道，青藏高原的某个峰顶飞向太空，飞出到一定距离后再点燃三级火箭发动机，直接将载荷送入近地轨道。

这种状态下只需要少量的火箭燃料即可将载荷送入太空，发射的成本将大幅降低，而且使用的只是廉价的电能而已，可以让难以利用的光、风等电能进入近地轨道，估计这应该是很多朋友的梦想。

电磁橇技术：究竟是电磁炮中哪项技术外溢了？

上文已经简单说明了电磁橇技术的用途，它到底和电磁炮有什么关系，究竟是电磁炮的哪项技术外溢到了电磁橇技术？到目前为止只有几张图片，没有说明原理，下文简单来做个分析这种电磁橇技术到底是怎么实现的。

电磁炮有三条路线图

电磁发射原理并不复杂，基本原理就是通电的导体在磁场中运动，说白了和电动机是差不多的，但实现方式以及结构差异，主要有以下几种比较典型的技术：

• 1、轨道发射技术；
• 2、线圈发射技术；
• 3、重接发射技术；

先说个结论，三种发射技术中轨道发射技术结构最简单，几乎人人都能制造！但实用化却是最难的，线圈发射技术次之，稍微有点动手能力的朋友都能制作，而且效果还不错，但要达到超高速很难。而重接发射技术难度就比前两者都要高一些，但在重载发射能力上它是首屈一指的。

轨道发射技术：简单到可怕，难度却很高

上图就是轨道炮的原理图，而证实的结构与这个差别还真不大，当然上图忽略了电源，不过对于理解原理并没有影响。导轨就是电极，发射弹头有一个导电的电枢，通电时电流从导轨穿过电枢从另一条导轨回到电源构成一个回路：

电流通过导体会产生环形磁场，这个磁场将驱动电枢上通过的电流，推动电枢前进，在小电流下这个驱动力并不明显，但在百万安倍的电流下就会变成巨大的推动力，将电枢加速到数千米/秒。

是不是很简单？但各位必须要了解的是这个极端电流会直接将电枢给烧了，就算没烧毁也会将导轨烧得一塌糊涂，所以这个轨道发射不仅要有超级电源，还要有防烧蚀的导轨技术，据说美国在这方面就做得不太好，结果导致了美军的电磁炮计划在2021年黯然下马。

线圈炮：入门简单，高速很难

这个线圈炮的模型可以在某宝上买到，几个线圈，一片驱动电路，买回来装起来就是一门“电磁炮”，它的原理是利用线圈产生的磁场吸引中间的“弹丸”，将其持续加速，并且可以通过多级将其不断加速，达到比较高的速度。

但这个线圈发射原理有个缺点是中间的铁磁物体磁通容易饱和，阻碍了速度的进一步提高，所以玩玩没问题，但要实用化就比较难了。

重接发射原理：复杂度有点高，电磁弹射就是这个原理

重接发射原理有点像线圈炮，不过线圈炮是线圈中心通过发射物，而重接炮则是线圈的中轴线垂直方向发射，两个线圈的磁场通过导线将磁场“重新连接”起来，所以被称为是“重接炮”。

重接发射有一个优势，可以用多个星型布置的线圈并联加速，简单了说就是可以将发射物体的重量加大，可以发射高速重载的物体，比如电磁弹射就是属于重接发射原理的一种，它能将30~40吨的物体在2-3秒内加速到飞机的起飞速度（一般的飞机起飞速度都在200千米/小时）以上。

电磁橇技术：到底是什么发射原理？

从公布的视频中我们可以发现，这条发射的电磁轨道是双排的，如下图：

这个角度看起来非常清楚，分别有左右两条轨道，这表示加速的不止一个轨道，一定是两条轨道同时加速的，再根据发射环境为露天，这种裸露的条件下仍然可以继续工作的，很有可能是重接发射原理，就是上文说明过的最后一种重接发射方式。

前文我们已经说明了电磁弹射使用的也是这个原理，这表示我们的电磁弹射早就已经成熟并且还外溢到了电磁橇领域，或者也可以说电磁炮技术已经外溢，因为无论是电磁炮还是电磁弹射，这些原理不外乎这几种。

因此各位试想，我们的003航母上的电磁弹射用的也是这种原理，表示我国的电磁弹射技术也相当成熟，等未来的003航母入役时，电磁弹射也将可以用飞机弹射起飞，再也不需要滑跃式这种勉强可以用的起飞技术了。

电磁弹射：不只是重接发射原理

电磁弹射其实非常复杂，因为涉及到储能以及超高功率的强迫储能与输出发电系统、弹射导轨及其冷却系统、超高功率的变频器与控制系统、电磁干扰屏蔽系统等。

电弹的这些子系统每个都是极端难度，因为战斗机动辄20~30吨，起飞速度需要200多千米，要在2-3秒内释放，这个功率简直就是变态。

而这个弹射路线有直流和交流两种，美国人选的是交流，我们走的是直流路线，在储能设备中，飞轮电机无所谓直流和交流，但在变频设备中就需要转直流再变“交流”，这是电子设备的毛病，因此直流在整个系统中有优势。

而且结果也显示美军的福特号航母工作不太稳定，是个电磁弹射器用了一它变频器与控制系统，检修时需要四套全部停机，很多时候故障也是一台损坏，四台全部停工！2020年6月8日，USNI News（美国海军研究学会新闻网）就曾报道，福特号航母的电磁弹射系统出现严重故障，导致航母在5天内无法弹射飞机。

另一个麻烦事是福特的电磁回收也存在同样的问题，故障率太高，完全不能达到部署的要求，因此福特号航母入役已经很多年，但每次都是在海上晃荡却难以部署就是这个原因。

延伸阅读：美国电磁炮已经下马

2021年5月28日，美国海军发布了一份2022财年预算中没有关于电磁炮的研究的任何资金，据Interesting Engineering的说法，雄心勃勃的“Railgun”（轨道炮）项目已经被取消，将集中力量研发高超音速武器。

海军 2022 财年预算额其中一页

美军15年的研发、5亿美元的投入付诸东流！咨询公司Avascent Group的国防分析师马修·卡里斯 (Matthew Caris) 表示：“目前轨道炮已经死了。

中国电磁炮海试

比较有趣的是，在2021年11月1日，央视的《军武零距离》节目中播出了一个中国电磁炮发射灭火弹的视频，笔者还专门写过文章分析，认为这个是线圈炮技术，这种技术发射小型低速弹丸用来灭火再合适不过。

中国电磁炮和电磁弹射技术已经外溢到了民用领域，而美国的项目不是下马就是不稳定，科技树点错了还真特么可怕！