才“10馬赫”弱爆了！了解下等離子電磁炮，炮口速度達光速的3%！

#頭號創作者激勵計劃#

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�？吹接泻芏嗖┲鞴拇邓^的“10馬赫”。但如果放在真正搞技術的人眼里看——“才十倍音速嘛，弱爆了！”。

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

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

說“多少馬赫”本來就是錯誤的表述方法，所以如果看W君的文章會發現從來不會寫“10馬赫”，而是寫作“馬赫10”或者“10倍音速”。具體的書寫細節和今天的話題沒太大關系，如果從一般口語約定俗成來說，大家說的“多少多少馬赫”是指海平面標準大氣壓下20攝氏度時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。這個比例關系，大概相當于一只烏龜在地上不徐不疾地爬，和一架殲-20 在馬赫 1.85 速度下進行超音速巡航的差距——甚至還要再大那么一點。

了解概念就行了，這就是等離子電磁炮和現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）是利用洛倫茲效應加速彈丸的設備。

結構相當的簡單，原理也不難理解。當一個導體在磁場中導通形成電流，這個導體的周圍就會產生磁場，而產生的磁場和既有的磁場就會有磁力作用，這時候導體就會被磁力所推動。當電流足夠大，周圍的磁力也足夠大的時候，就會產生巨大力加速導體移動——這就是電磁炮的基本原理。

為什么電磁炮初速可以達到“10馬赫”呢？主要的原因不僅僅是電流大磁力強，而是和傳統火炮不同的是電磁炮的炮彈在軌道間運行的整個過程都可以受到洛倫茲力加速。加速的時間和穩定性要遠遠高于傳統火炮。

傳統火炮依靠發射藥燃燒的產生火藥氣體推動彈丸在彈膛內運動，但發射藥燃燒的過程是一個瞬間行為，最大膛壓之后火炮炮膛內壓力就會迅速下降。壓力降低——加速度就降低，因此一門傳統火炮很難持續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的一瞬間有一點感生電阻之外，剩下的加速時間內只要電源不斷開，彈丸在軌道中所受到的加速度不會降低。這就導致了電磁炮可以對彈丸有更長的加速時間和更大的加速度，于是就“10馬赫”了。

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

但現在的問題是，電磁炮的電流、軌道長度、導體的耐熱程度基本上已經發展到了極限。因此目前很多國家研制電磁炮提高速度的另一個手段就出現了——縮小彈丸。這其實就是作弊。例如印度的電磁炮，就搞了一個口徑達到12毫米的電磁炮。

技術能力不夠就只好縮小彈丸叻……

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

等離子體難道不行嗎？這就是等離子體電磁炮（Plasma railgun），等離子體也是導體，可以導電，導電過程中有電流就可以產生電磁場，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等離子體發生器電路，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：日光燈帶有一個鎮流器，這東西本質上是一個高壓變壓器，當啟輝器不斷的開關的時候鎮流器就有充能和放能的變化，于是鎮流器里面的高壓變壓器就會產生高電壓，讓燈管的燈絲兩端形成高壓和高溫激發燈管中的汞蒸氣，在高電壓下汞蒸氣變為等離子體開始導電導通了日光燈的兩個燈絲形成電流回路，于是在日光燈的整個電路中形成了穩定的電流回路，由于這個回路的電阻遠小于啟輝器的電阻，因此啟輝器也就“下線”了。

這里面就是等離子發生器的一個基本原理。先用高壓電電離目標氣體，在氣體電離變成導體的時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無不如此。等離子體電磁炮也是。

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

有的電路還包括了一個炮口電場電極，讓等離子體在身管內有更大的加速度。

經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，加速腔體進行額外的設計。

那這個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！

在最早的設計中，等離子電磁炮是近地軌道上的太空武器的一個方案。一顆作戰衛星可以攜帶少量的（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星上，對附近的衛星進行打擊。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�？吹竭@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的關聯性要比和M的關聯性大得多。而且極高的速度更適合在近地軌道上進行目標打擊的需求。

當然了，這是一個作弊行為，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70-80年代，等離子電磁炮一度成為各個國家高端軍工研究的重點。

當年有各種構型和設計，在當年的條件下就搞出了每秒300公里的發射速度，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展和利用外太空的基本原則。

這個條約還真就讓等離子電磁炮的發展終止了！各個國家都陸續停止了這個設備武器化的研發。

但是“等離子電磁炮”作為非武器的設計還是存在的。它有一個變形產物叫做離子推進器（Ion thruster）。

和等離子軌道炮追求一炮打出多大能量和速度不同，離子推進器主要承擔的是長時間的持續推力輸出，在結構上進行了優化。

所以，你仔細看離子推進器和等離子軌道炮是不是從結構上依然很相近呢？

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當中，以美國空軍菲利普斯實驗室的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毫克的質量，動能已經相當于2.27公斤TNT（9.5MJ）爆炸當量了！

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

最后一個問題，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克蘇魯的稱號呢？

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。

東方超環是合肥的核聚變試驗裝置。

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