【海军】【空军】忽悠大眾的虚拟武器

我在前文《愚民主政下的指鹿为马》里指出中山科学院的海剑羚系统是忽悠大眾的虚拟武器，不过这并不代表海剑羚这类的反飞弹飞弹系统有物理或工程上不可能超越的困难，毕竟美军的RIM-116和共军的HHQ-10都已大批服役。中山院的问题在于管理和经费上的欠缺，使其研发能力远远落后于国际先进的水准。但是当前世界军工业的确有些因物理或工程上困难而不可能在合理时间内达到有意义的性能指标的武器发展计划，换句话说，即使是最先进的美、中、俄三国都不可能成功开发这些新武器技术，它们是真正忽悠全世界民眾的虚拟武器。

在这些虚拟武器中，最常被军迷提起的是电磁炮。前文《看不见的军备竞赛：战术雷射》已经批判过它的不实用性，不过我仍然在中美的军事论坛上看到很多兴高采烈的文章，预言它将取代下一代海军舰只的主炮。美国海军（雇用BAE Systems）以及厂商自费（General Atomic，通用原子）继续高调开发电磁炮技术，共军的“北方某单位”（参见http://www.dingsheng.com/portal.php?mod=view&aid=5591）也在默默地研发之中。那么是否中美的科研机构有我未曾预料到的突破呢？

我不认为如此。首先美军向来爱好花俏的新科技，不切实际的失败计划不可胜数；共军则是在近年经费充裕之后，只要美军有的他也要有。其实美中两方对这个技术的投资都十分有限，完全不把它当成重点项目；我们只要仔细审察技术细节，就可以理解为什么如此。当前最先进的原型电磁炮，炮口速度是Mach7，动能是32MJ，最大射程200公里；而36年前出厂的Reinmetall 120mm坦克炮就可以轻易达到Mach5的初速，即将服役的DDG-1000上的155mm火炮发射LRLAP（Long Range Land Attack Projectile，长程陆攻弹）时，炮口动能是34.7MJ，射程也是200公里。美军在可见未来希望达到的技术指标是炮口初速Mach7.5，动能64MJ，最大射程450公里。这样的性能，除了初速之外，人类早在70年多前就已有了，我说的是纳粹德国的V2飞弹。现代的弹道导弹在射程和能量上都可以轻易超越电磁炮几个数量级；新式的火箭弹有和电磁炮同样的射程和十倍的载荷，价钱更是白菜化了。电磁炮号称6分钟飞到最大射程，火箭弹晚了两三分钟，同样都只能打击固定目标，根本没有实用战术上的差别。电磁炮为了追求50%的速度优势而严重牺牲载荷和廉价性，与前文《未来十年的中美武器对比（三）》里讨论的LCS有异曲同工之妙。

我常看到吹嘘电磁炮的文章说它最大的优势是弹丸小，不占地方，这是没有物理常识的歪论。同样的载荷要飞行到同样的射程所用的能量与速度平方成正比；电磁炮所用的电来自燃油，其能量密度稍高于火箭弹的推进药，但是正因为电磁炮弹丸速度较高，所以其所消耗的能源以体积和重量计都还是较多的。不过电磁炮最致命的缺陷，其实是在附加的装备上，不但必须有极大功率的发电机，电磁炮本身的结构也远比火炮庞大复杂，尤其是它的身管必须以较细的截面积来承受更高的摩擦生热，又得要传导极强大的电流，电阻生热比摩擦还要严重，所以在散热上先天就比火炮困难一到两个数量级。当前最先进的大型火炮可以每分钟发射十发，火箭炮的发射速率更高；电磁炮则即使再研发20年，顶多也只能做到几分钟一发，根本没有实用性。我还没有提到它身管的寿命，那基本是打十几发就得换的。

美国海军研究办公室（Office of Naval Research，ONR）所属的电磁发射设备（Electromagnetic Launch Facility）试射BAE Systems的电磁炮原型机。很奇怪的是全世界的读者似乎都对弹丸后面的巨大火焰视而不见。这其实是因为在Mach7的速度下，弹丸承受极大的空气阻力，所以必须加上一个火箭引擎来维持速度，勉强挤出200公里的射程。这是一个货真价实的助推火箭，不只是Bull博士的ERFB火炮的弹底排气技术，所以有用的载荷就更加可怜了。PLZ-05发射ERFB-BB（Base Bleed，底排）弹，照片里的火焰主要来自火炮本身，弹底的火焰很小。第二代的52倍径ERFB-BB一般射程在42-44公里左右。PLZ-05使用滑翔弹的最大射程超过100公里，但是滑翔弹必须有末端制导，远比无制导弹药昂贵。电磁炮的弹药也同样必须有制导装置（尚未开发），再加上前面提到的助推火箭，载荷能力很可能低于零。

电磁炮的问题还可以说是工程上的细节，一般非专业人员很难理解；另一个常见的虚拟武器却只需要物理知识就可以看穿它的把戏。可是前几天有读者询问我对一个自称是物理博士的博文的意见，那篇文章提到弹道导弹在重入大气层时因速度在Mach7以上，因摩擦生热会使其前方的空气电离化，成为Plasma（电浆，或译为等离子体），所以会对地面雷达有隐身作用。这是很明显地被俄国的所谓Plasma Stealth（等离子体隐身）技术忽悠后的结果，以致一看等离子体就和隐身划上等号。

其实Plasma只是原子外层的电子被剥离后，所余的正离子和自由电子的混合物。因为正离子比电子一般重了几万倍，所以在与电磁波互相作用时，主要是自由电子的运动来决定它的性质。可是学过大一物理的人应该知道，还有另外一种物质也含有大量的自由电子，因此而决定了它的导热、导电和光学性质，那就是金属，所以Plasma与金属在一般情况下对雷达波的反应是一样的：都是近乎完全反射。重返大气层的弹头或飞船虽然不能直接和地面做无线电通讯（但是可以通过头顶的通讯卫星转接），地面雷达却可以清清楚楚地看到一个很大的反射截面。那么所谓的Plasma Stealth到底是怎么回事呢？

Plasma和金属里自由电子的最大不同，在于其密度和温度可以有很大的变化，在特定的密度和温度下，其共振频率有可能落到微波的范围，那么在一个雷达波的频率刚好与之相同的时候，就会被这个Plasma所吸收。但是这是纯理论的妄想，在非密闭的环境下根本不可能细调密度和温度使其共振频率与入射的雷达波完全吻合，所以俄国人连一个原型机也做不出来，Plasma Stealth也就永远只能是卡通装备。其实就算有能控制共振频率到所需要精度的魔术，敌方只要使用两个频道（新式的AESA本身就能快速变频或多频同时发射）就能击破这个隐身，而且还会看到比机体本身更大的截面积，那么这个极重又极耗电的设备就真是搬石头砸脚了。

熟悉这个部落格的读者应该知道我向来以破除迷思为己任，以上是两个当前军事论坛里最常见的迷思：电磁炮在大气层外，或许会是歼星舰的好配备；Plasma Stealth则绝对是不切实际的。未来20年的海军舰艇将会是像055级这样的改装了先进电子设备的传统军舰，而不是DDG-1000那样的科幻船只。空军的战机和轰炸机也将继续主要依靠外形来获得隐身能力，没有其他的捷径。