日本電磁軌道砲

(上與下)日本防衛裝備廳(ALTA)從2016年起發展艦載電磁軌道砲,此為陸地上的原型。

防衛裝備廳試作電磁軌道砲概要。

日本防衛裝備廳(ALTA)發展電磁軌道砲的實驗原型,此為2018年。 

(上與下)日本電磁軌道砲2021年進行陸上試射的畫面。

(上與下)2023年10月17日,日本電磁軌道砲首次在海上進行試射,搭載的船艦是飛鳥號實驗艦(ASE-6102)。

2023年10月19日,海上自衛隊司令齋藤聰訪視ATLA在下北的測試中心,參觀電磁軌道砲原型。

──by captain Picard


 

在2016年起,日本防衛裝備廳(Acquisition Technology & Logistics Agency,ATLA)就開始發展電磁軌道砲的研究發展工作,編列10億日圓預算,從2016年執行到2022年。

在2023年3月日本DSEI防務展期間,ALTA防衛技術總監三島茂德表示,此時他們正在尋求美國的協助,打算以日本在材料科學(Material Science)領域的長處,結合美國在導引系統、能量儲存系統的優勢,希望能將電磁軌道砲實用化。雖然美國在2022正式終止自己的電磁軌道砲計畫,但曾參與美國電磁軌道砲的承包商未來不排除還有機會與ALTA合作,參與日本的電磁軌道砲計畫,甚至進而間接讓電磁軌道砲重獲美國青睞。

依照ALTA公布的資料,ALTA開發的原型電磁軌道砲本身重8噸,發射軌道(砲管)長6m,砲身壽命120發以上,砲口初速2230m/s(約6.5馬赫)以上;測試用的彈丸口徑為40mm,分成一體式與分離式兩種形式,其中一體式彈丸長140mm,分離式彈丸長160mm,兩者重量都約300g。電磁軌道砲供電單元安裝在三個20英尺集裝箱(TEU)裡,功率5MW(以後會進一步提高到20MJ)。ALTA研製的屬於中小口徑電磁軌道砲,潛在能力包括攔截彈道飛彈以及高超音速武器等。

在2023年10月17日,ALTA宣布,日本研製的電磁軌道砲原型首次成功完成海上試射,在船上進行海上試射,重320g的彈藥砲口初速達2297m/s;依照稍後的資料,此次海上測試是在飛鳥號實驗艦上進行。ALTA發言人向Naval News透露,從2022年度開始,他們就已經開始研究與準備關於電磁砲實用化所需的各種技術,包括海上穩定、快速發射等。此後ALTA會進一步針對各項實用場景進行測試,包括將電磁軌道砲裝上船艦進行各項射擊測試。在2023年1月,日本海自與承包商簽署價值108萬日圓(約7萬2220美元)合約,負責「關於40mm電磁軌道砲的臨時性裝備,用於船艦上進行研究工作」。這顯示ALTA要進一步在海上環境測試電磁軌道砲。

防衛省在2022年度編列65億日圓(4790萬美元)預算進行電磁軌道砲對付多種威脅的研究,在2023年度編列160億日圓,2024年度預算又增加到238億日圓。

日本與歐洲針對電磁軌道砲領域的合作

在2024年3月30日,日本、德國與法國國防部簽署簽署一項職權範圍(Terms of Reference,ToR)協議,旨在研究三國合作研發、測試評估電磁軌道砲技術的可行性。依照2024年10月中旬ATLA向Naval News透露的信息,這項協議包括讓參與國的研究機構之間,能更順暢地交換彼此信息與意見;不過,ALTA並未直接參與歐洲的電磁軌道砲計畫,目前日本與歐洲之間也僅在電磁軌道砲的技術領域上進行交流。

在2020年5月,歐洲國防協會(European Defense Agency,EDA)啟動「羅馬重標槍」(PILUM,全名是「運用電磁軌道砲擴增彈藥射程」,Projectiles for Increased Long-range effects Using Electro-Magnetic railgun)項目。 研究由歐洲國家合作發展射程200km級電磁軌道砲的可行性。PILUM項目包括三大重點子系統,包括電磁軌道砲、彈藥、能源儲存與轉換系統。總計有來自五個歐洲國家的機構參與PILUM項目,包括歐洲在電磁軌道砲領域領先的法國-德國聖路易斯研究機構(Institute of Saint-Louis,ISL)、 比利時卡爾曼研究機構(Von Karman Research Institute,專長是流體動力與推進)、關於彈藥開發的德國Diehl Defence以及法國Nexter Munitions、關於系統整合的法國海軍集團(Naval Group)以及法國Nexter Systems、 專門發展金屬爆裂物塗層的波蘭Explomet、負責高容量電容的意大利ICAR等。

在PILUM項目發展期間,對各項關鍵技術領域進行了許多計算模擬、實驗測試等,並在開放空間測試場對三像重要子系統進行的實驗;項目後期著重於關於系統工程的問題,以及將電磁軌道砲整合到海軍或陸地武器平台上。 PILUM項目在2023年9月告一段落,結論是在三個重要子系統項目都獲得重要進展,且發展此種200km級電磁軌道砲是可行的。 PILUM項目的成果包括選擇了可用於後續深度研究的方案概念,以及可用於日後實用化電磁軌道砲系統的能源與瞄準方案。 關於電磁軌道砲方面,PILUM遇到的重要難題包括砲彈通過時產生的高溫與摩擦,而這些可以用耐磨塗層等材料技術改善,增加砲管壽命。彈藥方面,PILUM的研究計畫產生了一種超高速彈藥的概念方案,可達到6馬赫;依照ISL的報告內容,相關研究主要是著重於加速時產生的阻力跟熱量負荷,測試工作包含風洞測試、基於計算流體力學 (Computational fluid dynamics)的模擬以及自由飛行測試等,評估此種概念在5馬赫速率之下的表現。關於能量供應,PILUM研究的方向包括電容式(capacitive)與感應式(inductive)等電源供應方式;依照ISL的報告內容,PILUM項目期間進行了一項針對電容能源概念進行的生命週期評估顯示,基於特定的作業條件與場景,脈衝能量系統( pulsed energy system)的能量密度,比製造商技術規格中的指標高出大約25%。此外,ISL也研究另一種基於感應式儲存電磁能、體積相對較小的XRAM供電技術,此項研究產生了一種可用於艦載電磁軌道砲系統的方案(艦上的空間比陸地更為緊湊)。 而在系統整合方面,PILUM產生了幾份經過驗證的概念,這些方案是基於不同武器平台的可用空間。這些方案可作為2035年之前,制訂發展電磁軌道砲系統的技術路線基礎。

此外,在2023年6月選定的電磁軌道火砲(TecHnology for ElectroMAgnetic Artillery,THEMA)項目,也將參與PILUM的所有機構納入;THEMA是由法國Nexter領導,進行電磁軌道砲技術的成熟化研究,預定在2028年進行實際試射與展示。