才“10马赫”弱爆了！了解下等离子电磁炮，炮口速度达光速的3%！

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讲真，由于某些众所周知的原因，绝大部分军迷获取信息的渠道是有很大限制的，所以看到一些参数往往就可以被很多自媒体博主包装成UC震惊体。

例如电磁炮这种大玩具，就经常看到有很多博主鼓吹所谓的“10马赫”。但如果放在真正搞技术的人眼里看——“才十倍音速嘛，弱爆了！”。

今天给大家讲一个早就出现的电磁炮吧，速度最快可达光速的3%。不过，对于很多连马赫数到底是什么的读者来说，如果只说光速的3%，大多数人是建立不起尺度概念的。

那么，咱们先说下马赫数（Mach Number），马赫数表示通过边界的流速与局部音速之比，是一个无量纲数。

说“多少马赫”本来就是错误的表述方法，所以如果看W君的文章会发现从来不会写“10马赫”，而是写作“马赫10”或者“10倍音速”。具体的书写细节和今天的话题没太大关系，如果从一般口语约定俗成来说，大家说的“多少多少马赫”是指海平面标准大气压下20摄氏度时候的声音在空气中的传播速度，大约是343米/秒，很多自媒体又去方便计算取整到340米/秒。

真空光速=299792458 米/秒

那么“10马赫”的电磁炮射出的炮弹速度就是3400米/秒。3400 / 299792458 = 0.0011% 也就是说即便是“10马赫”的速度，在光速面前也只是10万分之1.1。

3%倍光速，要按照大家熟知的马赫来算就是“26452.3马赫”，比“10马赫”的电磁炮再快2600倍。这个比例关系，大概相当于一只乌龟在地上不徐不疾地爬，和一架歼-20 在马赫 1.85 速度下进行超音速巡航的差距——甚至还要再大那么一点。

了解概念就行了，这就是等离子电磁炮和现在军迷们热吹的电磁炮之间的差距，咱们不搞震惊体。

那咱们开始说下“等离子电磁炮（Plasma railgun）”是什么东西：

电磁炮（railgun）是利用洛伦兹效应加速弹丸的设备。

结构相当的简单，原理也不难理解。当一个导体在磁场中导通形成电流，这个导体的周围就会产生磁场，而产生的磁场和既有的磁场就会有磁力作用，这时候导体就会被磁力所推动。当电流足够大，周围的磁力也足够大的时候，就会产生巨大力加速导体移动——这就是电磁炮的基本原理。

为什么电磁炮初速可以达到“10马赫”呢？主要的原因不仅仅是电流大磁力强，而是和传统火炮不同的是电磁炮的炮弹在轨道间运行的整个过程都可以受到洛伦兹力加速。加速的时间和稳定性要远远高于传统火炮。

传统火炮依靠发射药燃烧的产生火药气体推动弹丸在弹膛内运动，但发射药燃烧的过程是一个瞬间行为，最大膛压之后火炮炮膛内压力就会迅速下降。压力降低——加速度就降低，因此一门传统火炮很难持续的用最大加速度加速炮弹，因此火炮本身的利用率就不够了。

而电磁炮除了刚开始合上开关的一瞬间有一点感生电阻之外，剩下的加速时间内只要电源不断开，弹丸在轨道中所受到的加速度不会降低。这就导致了电磁炮可以对弹丸有更长的加速时间和更大的加速度，于是就“10马赫”了。

电磁炮的出膛速度只和电流大小与导体的质量有关，理论上如果电流足够强、轨道足够长，导体材料足够耐热那么电磁炮可以打出远远超过“10马赫”的速度。

但现在的问题是，电磁炮的电流、轨道长度、导体的耐热程度基本上已经发展到了极限。因此目前很多国家研制电磁炮提高速度的另一个手段就出现了——缩小弹丸。这其实就是作弊。例如印度的电磁炮，就搞了一个口径达到12毫米的电磁炮。

技术能力不够就只好缩小弹丸叻……

在前面的叙事里面W君留了个扣子，一直在说电磁炮的轨道中是一个“导体”。但问题来了导体嘛何必非得是一个固体弹丸呢？

等离子体难道不行吗？这就是等离子体电磁炮（Plasma railgun），等离子体也是导体，可以导电，导电过程中有电流就可以产生电磁场，让等离子体依然受到洛伦兹力推动。

咱们说下最简单的一个等离子体发生器电路，这东西放十几年前基本上大家家里都有，就是日光灯。

咱们说只等离子体部分：日光灯带有一个镇流器，这东西本质上是一个高压变压器，当启辉器不断的开关的时候镇流器就有充能和放能的变化，于是镇流器里面的高压变压器就会产生高电压，让灯管的灯丝两端形成高压和高温激发灯管中的汞蒸气，在高电压下汞蒸气变为等离子体开始导电导通了日光灯的两个灯丝形成电流回路，于是在日光灯的整个电路中形成了稳定的电流回路，由于这个回路的电阻远小于启辉器的电阻，因此启辉器也就“下线”了。

这里面就是等离子发生器的一个基本原理。先用高压电电离目标气体，在气体电离变成导体的时候利用低压电流维持。

基本的等离子体工作电流都是这样做的，从日光灯到等离子切割机无不如此。等离子体电磁炮也是。

就是一个高压升压电路建立起来等离子体导通后在用低压大电流活动磁场推动等离子体向炮口运动。

有的电路还包括了一个炮口电场电极，让等离子体在身管内有更大的加速度。

经过这套装置加速等离子体就可以高速从炮口射出了。

原理就是这么简单的一件事情。到工程上则需要对等离子电磁炮的气体注入、起弧腔体，加速腔体进行额外的设计。

那这个东西主要用来做什么呢？电磁炮啊，它就是炮！等离子电磁炮也是！

在最早的设计中，等离子电磁炮是近地轨道上的太空武器的一个方案。一颗作战卫星可以携带少量的（几公斤级）的稀有气体，通过电离加速过程将这些稀有气体的等离子弹丸投射到附近的卫星上，对附近的卫星进行打击。通常每次只投射毫克等级的气体，但这些加速后的等离子体可以获得兆焦级别的动能。看到这里很多人就觉得几毫克的气体就呵呵了，但如果在真空中这些气体还是有很大的杀伤力大。毕竟动电和V的关联性要比和M的关联性大得多。而且极高的速度更适合在近地轨道上进行目标打击的需求。

当然了，这是一个作弊行为，毕竟几毫克的气体加速这事情和印度搞12mm电磁炮有得一比。

在上世纪70-80年代，等离子电磁炮一度成为各个国家高端军工研究的重点。

当年有各种构型和设计，在当年的条件下就搞出了每秒300公里的发射速度，不过，这类武器的冬天马上就到了——随着《外层空间条约》的缔约国不断增加，外太空非军事化了，任何武器方面的研究都违背了和平发展和利用外太空的基本原则。

这个条约还真就让等离子电磁炮的发展终止了！各个国家都陆续停止了这个设备武器化的研发。

但是“等离子电磁炮”作为非武器的设计还是存在的。它有一个变形产物叫做离子推进器（Ion thruster）。

和等离子轨道炮追求一炮打出多大能量和速度不同，离子推进器主要承担的是长时间的持续推力输出，在结构上进行了优化。

所以，你仔细看离子推进器和等离子轨道炮是不是从结构上依然很相近呢？

读到这里一定有人还觉得大炮好，觉得一炮输出巨大能量的等离子炮依然是男人的梦，这件事其实还在研制中，作为一门大炮哪能这么容易从良呢？

世界各国依然在研发当中，以美国空军菲利普斯实验室的MARAUDER（英文：掠夺者）为例：在2000年就做出了9.4兆焦的输出功率，可以把2毫克的等离子体加速到每秒10000公里（光速的3%）。不要小看2毫克的质量，动能已经相当于2.27公斤TNT（9.5MJ）爆炸当量了！

不过，这些装置目前都是非军事用途，更多的时候是用来给环例子加速器或者托卡马克装置注入等离子体。

最后一个问题，这种“科幻武器”咱们自己有没有？这件事你就得看咱们国家的一贯、的明确的态度了，别人有的咱们怎么可能没有？

中国目前在等离子轨道炮的研究上也在世界前沿。否则我们又怎么对得起东方大国或者工业克苏鲁的称号呢？

看这里：

红色箭头所指之处就是咱们的其中一台等离子轨道炮的用途EAST——东方超环。

东方超环是合肥的核聚变试验装置。

这个装置在内部利用磁场约束了氘等离子体进行加热完成核聚变反应。那你说最初启动装置前的氘等离子体是怎么注入进去的呢？还不是等离子轨道炮！