5月28日，美國總統(tǒng)特朗普突然宣布，要用傳統(tǒng)蒸汽動力彈射器取代電磁彈射系統(tǒng)在航空母艦上的應(yīng)用,。與此形成鮮明對比的是,，中國彈射之父馬偉明院士表示,，我國電磁彈射技術(shù)領(lǐng)先于美國,，相對于蒸汽彈射功能提高了一倍以上,。作為現(xiàn)代航母的關(guān)鍵技術(shù),，國防核心實力的標(biāo)志性技術(shù)之一,，電磁彈射技術(shù)也是重要的軍民兩用技術(shù),，比如，磁懸浮列車的啟動使用的就是電磁發(fā)射技術(shù),。作為軍民融合硬科技系列報告的第三篇,，本文對我國電磁彈射技術(shù)的軍民兩用進(jìn)行解讀和展望。
電磁彈射技術(shù)原理與主要應(yīng)用
?。ㄒ唬┘夹g(shù)概述
電磁彈射是一種新型的直線推進(jìn)技術(shù),，是采用電磁能量來推動被彈射的物體向外運動，適用于短行程發(fā)射大載荷,，在軍事,、民用和工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。電磁彈射技術(shù)是對蒸汽彈射技術(shù)的一種迭代,，通過電驅(qū)動代替?zhèn)鹘y(tǒng)蒸汽驅(qū)動的方式進(jìn)行機(jī)械發(fā)射,。
電磁彈射技術(shù)最廣為人知的運用是在航空母艦彈射器上，其中美國經(jīng)過了30年的研發(fā)周期,，由國防采購商通用原子能公司（General Atomics）研制了飛機(jī)電磁彈射系統(tǒng)EMALS,，并在福特級航母上搭載服役。我國在航母艦隊領(lǐng)域起步較晚,，但在綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)中已取得關(guān)鍵突破和自主可控的能力,，電磁彈射系統(tǒng)在國產(chǎn)航母中搭載可期。
?。ǘ┘夹g(shù)原理及組成
電磁彈射系統(tǒng)的技術(shù)原理是采用電能轉(zhuǎn)化為磁能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為載荷所需動能來推動物體快速達(dá)到一定速度,。其系統(tǒng)由直線電機(jī)、儲能系統(tǒng),、控制系統(tǒng)和電力電子系統(tǒng)等組成,，其中直線電機(jī)是電磁彈射的動力裝置，儲能系統(tǒng)負(fù)責(zé)從航母配電系統(tǒng)中獲取,、儲存和釋放大量能量,，電力電子系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制脈沖放電，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)綜合處理各種信息,，詳見下圖：
電磁彈射系統(tǒng)技術(shù)原理圖
（圖片來源：根據(jù)《電磁彈射的發(fā)展和應(yīng)用前景》整理）
與蒸汽彈射相比,，電磁彈射具備四個方面的顯著優(yōu)勢：一是電磁彈射器構(gòu)成組件較少,，體積約等于蒸汽彈射器的一半，為航母節(jié)省了大量的戰(zhàn)斗單元搭載空間；二是電磁彈射器運營損耗小,，而蒸汽彈射機(jī)械磨損嚴(yán)重,，損耗較大，運轉(zhuǎn)費用占整個航母全部設(shè)備維護(hù)費用的80%以上,；三是電磁彈射器輸出功率遠(yuǎn)高于蒸汽彈射器,，有利于艦載機(jī)的快速彈射起飛；四是電磁彈射器可彈射一般艦載機(jī)和艦載無人機(jī),，而蒸汽彈射無法彈射艦載無人機(jī),。
（三）各國技術(shù)進(jìn)展比較
如下表1所示，當(dāng)前10個擁有航母的國家中,，美國共擁有“小鷹”級,、“尼米茲”級和“企業(yè)”級在內(nèi)的13艘大型航母。在電磁彈射領(lǐng)域,，美國處于第一梯隊,，其中EMALS已裝備福特級航母，日出動艦載機(jī)架次可達(dá)270-310架次,。馬偉明院士曾表示：“我國電磁彈射技術(shù)具備上航母的條件,，且技術(shù)上明顯領(lǐng)先美國”，因此,，也列為第一梯隊的范疇,。而俄羅斯目前正致力于研制一種新型航母艦載機(jī)彈射系統(tǒng)，投資800億盧布,，據(jù)判斷該系統(tǒng)應(yīng)為電磁彈射系統(tǒng),。而第三梯隊的英國和法國則處于經(jīng)濟(jì)考慮或安全考慮，均宣布放棄電磁彈射的自主研究計劃,，轉(zhuǎn)而向美國進(jìn)行采購,。其他擁有航母國家如意大利、泰國等目前多以垂直/短距起飛和滑躍式起飛為主要起飛方式,，未納入本文比較,。
表1 電磁彈射技術(shù)的三大梯隊
電磁彈射技術(shù)的軍民應(yīng)用
電磁彈射所用到的技術(shù)本身就有很多是從民用領(lǐng)域衍生而來的，比如高鐵上的IGBT模塊,，是推動在電磁彈射技術(shù)中有效實現(xiàn)電能控制和轉(zhuǎn)換的電力電子器件,。儲能，尤其是大容量的儲能是分布式能源發(fā)展的關(guān)鍵,。電磁彈射技術(shù)正持續(xù)向著提高彈射質(zhì)量和出口速度等方向發(fā)展,。隨著技術(shù)的進(jìn)展，未來可有效推動的應(yīng)用領(lǐng)域如下：
一是在武器裝備科研生產(chǎn)領(lǐng)域,，電磁彈射技術(shù)可應(yīng)用于火箭彈的發(fā)射,。我國火箭彈技術(shù)較為成熟,，且研制、生產(chǎn)成本低,，精準(zhǔn)度高,，但最大的問題是在高原山地地區(qū)因空氣稀薄導(dǎo)致“燃燒不充分”。采用電磁彈射技術(shù)能夠有效解決該問題,，且能夠極大提升火箭彈的威力,。電磁炮也是重要應(yīng)用，利用電磁系統(tǒng)中電磁場產(chǎn)生的洛倫茲力來對金屬炮彈進(jìn)行加速,，使其達(dá)到打擊目標(biāo)所需的動能,，與傳統(tǒng)的火藥推動的大炮，電磁炮可大大提高彈丸的速度和射程,。采用電磁彈射技術(shù)一次性發(fā)射多架無人機(jī),，形成強(qiáng)大的“蜂群”效應(yīng)，在未來的大規(guī)模無人作戰(zhàn)系統(tǒng)中也大有用武之地,。另外,，電磁彈射技術(shù)還可以用于魚雷發(fā)射、防空電磁炮等多個領(lǐng)域,。
二是在軌道交通領(lǐng)域,，磁懸浮技術(shù)涉及到的電磁驅(qū)動技術(shù)，本質(zhì)上和航母上的電磁彈射類似,。只不過電磁彈射技術(shù)所需要的能量和加速度要比磁懸浮高至少一個數(shù)量級,。近日我國時速600公里的高速磁懸浮試驗樣車正式下線，標(biāo)志著我國在高速磁懸浮領(lǐng)域取得重大突破,。在各種中長距離交通工具中,，高鐵時速一般是300公里，飛機(jī)時速一般是900公里,，磁懸浮列車時速處于二者之間,，尤其是在近距離領(lǐng)域，補充了一種新的交通出行選擇,。上海磁懸浮專線2006年就已經(jīng)投入商業(yè)運營,。
三是在物料輸送和搬運傳輸領(lǐng)域，利用電磁彈射裝置中的直線電機(jī)作為核心拖動技術(shù)生產(chǎn)的郵政包裹自動分揀系統(tǒng)在我國已經(jīng)投入使用,。利用電磁彈射原理的分揀系統(tǒng)分配精準(zhǔn),、性能穩(wěn)定，效率翻番且自動化程度高,。在工廠自動化中,，這樣的技術(shù)也可以應(yīng)用于對移動機(jī)構(gòu)的定位、執(zhí)行元件的性能及控制要求較高的場景,。
四是在商業(yè)航天領(lǐng)域,，電磁彈射技術(shù)未來可能部分或完全替代運載火箭,，利用電磁力加速衛(wèi)星,、飛船等有效載荷穿過大氣層進(jìn)入太空,，從而實現(xiàn)新型航天器的低成本重復(fù)發(fā)射，遠(yuǎn)期用于實現(xiàn)未來航天器的天地往返,。2017年初,，有媒體報道，航天科工將研發(fā)兩款由地面大型電磁彈射系統(tǒng)發(fā)射的運載火箭,，分別為羽舟系列電推火箭系統(tǒng)和輕舟系列液體運載火箭,，預(yù)計于2020年完成電磁發(fā)射演示系統(tǒng)建設(shè)及原理驗證試驗。此外,，電磁彈射技術(shù)還可以應(yīng)用于空間軌道轉(zhuǎn)移器,。
此外，在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域,，電磁彈射技術(shù)還可用于高壓物理實驗,、慣性約束核聚變、電磁金屬成形等領(lǐng)域的研究工作,。
推動電磁彈射技術(shù)發(fā)展的對策建議
相較于美,、英、法等發(fā)達(dá)國家,，我國電磁彈射已經(jīng)突破了技術(shù)瓶頸,。但在應(yīng)用方面，還落后于美國,，如何發(fā)揮好電磁彈射技術(shù)革命性的技術(shù)潛力就成了當(dāng)前必須考慮的一個核心關(guān)鍵問題,。在未來推動電磁彈射技術(shù)的發(fā)展中，提出對策建議如下：
（一）方向上要“不畏浮云遮望眼”
雖然特朗普以技術(shù)過分先進(jìn),、造價過分高昂為由宣布要放棄電磁彈射的應(yīng)用,，但從國家戰(zhàn)略、技術(shù)進(jìn)展及未來拓展應(yīng)用考慮,，我國宜保持戰(zhàn)略定力,，進(jìn)一步推動相關(guān)研究，保持電磁彈射技術(shù)的國際領(lǐng)先性,，確保主導(dǎo)權(quán)和主動權(quán),。
（二）應(yīng)用上要“百花齊放,、百家爭鳴”
如前所述,，電磁彈射技術(shù)不僅在軍事領(lǐng)域有戰(zhàn)略意義，在民用領(lǐng)域的應(yīng)用空間也十分巨大,。我國電磁彈射技術(shù)所取得的突破,，也得益于國內(nèi)雄厚的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),，建議進(jìn)一步采取措施，鼓勵電磁彈射技術(shù)和產(chǎn)品研究的軍民融合,，一方面進(jìn)一步完善武器產(chǎn)品,，更重要的是，加快電磁彈射相關(guān)技術(shù)在航空航天,、交通裝備,、物流裝備和基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域推廣，帶動更多民用高端裝備產(chǎn)品的研發(fā),，促進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,。
表2 電磁彈射技術(shù)市場規(guī)模判斷（單位：人民幣）
（數(shù)據(jù)來源：Wind相關(guān)數(shù)據(jù),，產(chǎn)新智庫估算）
（三）重視電磁彈射技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)
在研究層面,，電磁彈射技術(shù)的基礎(chǔ)研究投入大、周期長,，需要國家層的科研計劃統(tǒng)籌推動,；在應(yīng)用層面，電磁彈射技術(shù)的應(yīng)用空間巨大,、涉及面廣,，但部分應(yīng)用屬于革命性的迭代，難度較大,。產(chǎn)學(xué)研政軍協(xié)同,，構(gòu)建電磁彈射從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究再到商業(yè)化的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展優(yōu)勢勢在必行。充分發(fā)揮軍工集團(tuán)的基礎(chǔ)優(yōu)勢,，打造電磁彈射技術(shù)應(yīng)用與推廣的龍頭企業(yè),，并鏈接配套企業(yè)，打造參與國際市場競爭的利益綜合體,。
