5月28日，美國總統(tǒng)特朗普突然宣布，要用傳統(tǒng)蒸汽動(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)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(bào)告的第三篇，本文對(duì)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(dòng)被彈射的物體向外運(yùn)動(dòng)，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(duì)蒸汽彈射技術(shù)的一種迭代，通過電驅(qū)動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)蒸汽驅(qū)動(dòng)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(yùn)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(jí)航母上搭載服役。我國在航母艦隊(duì)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(dòng)能來推動(dòng)物體快速達(dá)到一定速度。其系統(tǒng)由直線電機(jī)、儲(chǔ)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(dòng)力裝置，儲(chǔ)能系統(tǒng)負(fù)責(zé)從航母配電系統(tǒng)中獲取、儲(chǔ)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

　?。▓D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(gè)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(yùn)營損耗小，而蒸汽彈射機(jī)械磨損嚴(yán)重，損耗較大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用占整個(gè)航母全部設(shè)備維護(hù)費(fèi)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(gè)擁有航母的國家中，美國共擁有“小鷹”級(jí)、“尼米茲”級(jí)和“企業(yè)”級(jí)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(duì)，其中EMALS已裝備福特級(jí)航母，日出動(dòng)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(duì)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(duì)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(jì)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(duì)

　　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(dòng)在電磁彈射技術(shù)中有效實(shí)現(xiàn)電能控制和轉(zhuǎn)換的電力電子器件。儲(chǔ)能，尤其是大容量的儲(chǔ)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(dòng)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(duì)金屬炮彈進(jìn)行加速，使其達(dá)到打擊目標(biāo)所需的動(dòng)能，與傳統(tǒng)的火藥推動(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)數(shù)量級(jí)。近日我國時(shí)速600公里的高速磁懸浮試驗(yàn)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(shí)速一般是300公里，飛機(jī)時(shí)速一般是900公里，磁懸浮列車時(shí)速處于二者之間，尤其是在近距離領(lǐng)域，補(bǔ)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(yùn)營。

　　三是在物料輸送和搬運(yùn)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(dòng)技術(shù)生產(chǎn)的郵政包裹自動(dòng)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(dòng)化程度高。在工廠自動(dòng)化中，這樣的技術(shù)也可以應(yīng)用于對(duì)移動(dòng)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(yùn)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(shí)現(xiàn)新型航天器的低成本重復(fù)發(fā)射，遠(yuǎn)期用于實(shí)現(xiàn)未來航天器的天地往返。2017年初，有媒體報(bào)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(yùn)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(yùn)載火箭，預(yù)計(jì)于2020年完成電磁發(fā)射演示系統(tǒng)建設(shè)及原理驗(yàn)證試驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)、慣性約束核聚變、電磁金屬成形等領(lǐng)域的研究工作。

　　推動(dòng)電磁彈射技術(shù)發(fā)展的對(duì)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(gè)核心關(guān)鍵問題。在未來推動(dòng)電磁彈射技術(shù)的發(fā)展中，提出對(duì)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(jià)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(dòng)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(dòng)權(quán)。

　?。ǘ?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(lì)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(dòng)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）

　?。〝?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(jì)劃統(tǒng)籌推動(dòng)；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。