激光炮被视为军武界的明日之星（图上），但电磁炮（图下）做为未来海军舰艇的武器已不再是梦想。（合成图片）
日本防卫省下辖的防卫装备厅（ATLA）与海上自卫队，日前进行了史上首次的电磁炮（Railgun）海上试射，让电磁炮的实用化又向前迈进了一大步。过去电磁炮的试射都是在陆地上进行，因为电磁炮需要很大的电力支援，装置本身又非常的庞大，为了发射高速弹头，整个轨道结构也必需强化，牢牢固定在地面上。日本成功在船舰上试射电磁炮，代表已有能力解决电力、体积与结构的问题，同时在发射电磁炮的瞬间，产生的强大磁场，也不会干扰船舰仪器的正常运作。证明让电磁炮做为未来海军舰艇的武器已不再是梦想，算是为电磁炮扳回了一城。毕竟在美国终止电磁炮的研发计划后，这种仍在发展中的军事技术，一度被认为已遭淘汰，将由定向能武器（Directed Energy Weapon, DEW）胜出，特别是其中的激光炮，被视为是最有希望的明日之星。
射速快、成本低、不使用火药
各国会相继投入电磁炮与激光炮的研发，在于传统火炮系统有非常多缺点。除了会发出极大的声响，曝露自己的位置外，还非常的危险，保存不良或制造时就有瑕疪的弹药，很容易造成膛炸，导致人员死伤。此外还有射速慢，炮管的使用寿限短，发射成本昂贵，弹药笨重不易运输等问题，特别是精确导引弹药开始出现以后，一枚数万美金的价格，是非常沉重的负担。相较之下，电磁炮与激光炮有诸多的优点，比如射速快，每一发的成本极为便宜，由于不会使用火药，不只不会有膛炸的问题，更省去弹药保存与使用期限等麻烦后勤事务。这让电磁炮与激光炮成为新宠，过去二、三十几年来，有许多技术突破，其中又以军事科技实力最强的美国，进度最为领先。不过电磁炮与激光炮两者的原理完全不同，各有优劣，也成了两阵营互相竞争的关键。
电磁炮的运作原理如同磁浮列车，也称为轨道炮。（图片摘自维基百科）
电磁炮的运作原理如同磁浮列车，将金属弹头在瞬间加速到非常快的速度，发射出去，因此需要一个加速轨道，这也是电磁炮英文称为轨道炮的由来。激光炮则是以高能量激光，烧穿目标表面，达成破坏的效果，单纯只有光能，没有实体的弹头。但这两者的最大缺点在于非常耗电，要产生极强大的磁场加速弹头，需要充沛的电力，而要让激光能烧穿目标，更需要将大量电能转换为光能。过去无法将这么庞大的发电装置，安装在一般的车辆、船舰或飞行器上，因此电磁炮与激光炮一直无法实用化，是最难以克服的技术瓶颈。不过激光炮从电能转换成光能的效率，这几年进步的非常快，让功率较小的激光炮，开始能装在车辆、海军舰艇与大型运输机上测试，不过电磁炮的轨道却难以缩小，因此略逊一筹，这也成为美国中止电磁炮研发的原因之一。
美国的电磁炮研发计划以海军为主，远从2005年开始就投入资金，委由通用原子公司（General Atomics）与英国航太（BAE）集团，发展能够安装在舰艇上的电磁炮。但一开始的原型系统，性能与稳定性都不佳，许多关键性的技术问题无法解决，原本预计要在2016年上舰测试，2020年服役，最后却无法达成。而且除了激光炮的强力竞争外，俄罗斯与中国积极投入高超音速（Hypersonic）飞弹的研发，使美国处于落后的情况，为了要迎头赶上，美国三军大举投入高超音速飞弹的研发，也造成了预算的排挤效应。由于高超音速飞弹的最大特点，与电磁炮一样，都是以数倍音速飞行的弹头进行攻击，两者有重复投资之嫌。最后美国海军拍板决定选择高超音速飞弹，在2021年编列预算时，取消让电磁炮继续发展的下年度经费，无疑放弃了电磁炮。
电磁炮具备的强大破坏力
在电磁炮的发展似乎陷入困境之际，日本却宣布不会放弃自己的计划，而让电磁炮留下一线生机。日本的起步虽然比较晚，防卫装备厅在2016年才开始投入电磁炮的研究，但日本在磁浮列车的技术上，非常成熟，并已投入营运，在工程材料方面，亦有深厚的基础。另一个意外原因，是动画产业非常蓬勃的日本，曾出现过以电磁炮为主题的流行作品，虽然内容中的电磁炮，与真实世界完全没有任何关系，却让冷门的军事名词变的家喻户晓，这在某种程度上为日本继续投资电磁炮，提供了一定的助力。日本发展出来的电磁炮重量达8吨，炮管内的轨道长度为6米，最少可发射120发，能让40毫米口径的金属弹头，以6.5倍音速射出。虽然轨道磨损的问题，还有待进一步改善，但随着未来技术的成熟，与材料科学的进步，应该可以逐步解决。
电磁炮的运作原理为利用电磁力在炮管内加速弹药推进，使弹药在脱离炮管时，能达到最大初速。（图片摘自自日本防卫省）
日本不放弃电磁炮的原因，很可能与电磁炮具备的强大破坏力有关。因为与激光炮相比，采用金属弹头的电磁炮，即使弹头的口径不大，但在数倍音速下击中目标时，具有极大的穿透力。相较之下，激光炮虽然也能烧毁目标的表面，达到破坏的效果，但速度较慢，表面越厚实，所花费的时间就越多。由于多数的飞行器为了减轻重量，机身蒙皮都很薄，激光炮可以轻易烧穿，但如果是海上舰艇或地面车辆，拥有金属船身或车身，就不是激光炮可以轻易破坏的了。特别是装甲车与主力战车，一般的小口径火炮都难以穿透，激光炮就更没有办法了。但电磁炮却可以轻易击毁一般的装甲车，对于采用厚重复合装甲与各种反应装甲的新一代主力战车，虽然还是力有未逮，不过若能继续发展下去，随着口径变大，发射速度更快，有很大的潜力能取代战车炮。
因为装甲与反装甲武器的竞争，已来到了极限，目前主流的120毫米战车炮的发射成本极高，单枚炮弹的重量几乎已达到一般士兵能徒手搬运的上限。许多国家因此选用自动装弹机，但仍无法解决主力战车能携带的弹药越来越少，炮管又会快速磨损的问题。相反的，复合装甲越来越进步，主动式防护系统（APS）也慢慢崭露头角。虽然现有的主动式防护系统，还无法有效反制速度最快的脱壳翼稳穿甲弹（APFSDS），但以目前的发展速度，这应该只是时间早晚问题。在这种情况下，许多人认为传统战车炮已走到尽头，未来的希望是电磁炮，毕竟技术更成熟后，体积应该可以缩小到安装在战车底盘上。电磁炮属于动能弹，其强大的破坏力能轻易贯穿新型的复合式装甲，且不易受反应装甲影响，射速又快，主动式防护系统也不易拦截这么快的弹头。
战车的未来希望是电磁炮
电磁炮这种射速快、弹头速度更快的特点，远胜传统火炮，也让电磁炮成为下一代近迫武器系统（Close-In Weapon System）的首选，因为接下来的最大威胁是无人机与高超音速飞弹。无人机的速度慢，但因为有价格便宜的优势，可进行饱合式的蜂群攻击。传统的近迫武器系统，一方面很难全部拦截，同时拦截的成本会很高，但电磁炮射速快与发射成本低廉的优势，能有效反制大批无人机。至于高超音速飞弹的终端速度极快，已超过传统近迫武器系统的拦截能力，然而电磁炮的弹头飞行速度也很快，在射控系统更为进步后，有机会成为反制高超音速飞弹的拦截系统。就因为电磁炮的发展性极大，日本才会坚持研发这种技术，不过在许多层面，激光炮仍占有绝对优势，电磁炮是否能突围而出，恐怕还需要经过一场激烈的竞争，才能分出最后胜负。
毕竟激光炮的射速比电磁炮快更多，只要电力充足，射控与机械系统的速度可以跟得上，激光炮能在一秒钟内发射数百次、数千次，两者根本不能相比。电磁炮的弹头速度可达数倍音速，但激光是光速。激光是纯能量，不需要弹头，不会耗损轨道，每发射一次的成本，又比电磁炮更低。这些特性让激光成为反制无人机的利器，面对敌方的低成本饱合式蜂群攻击，激光炮能用极便宜的价格，快速击毁所有威胁。面对高超音速飞弹，激光炮一样拥有绝对优势，高超音速飞弹的弹头再快，也绝对没有光速快。而且激光不受地心引力影响，只能功率够大，理论上射程无远弗届，可在高空干扰或低空拦截高超音速飞弹。甚至用地面上的激光系统，干扰太空卫星的技术也在起步中，这代表未来的激光炮将有能力在大气层边缘，直接拦截来袭的高超音速飞弹。
激光炮技术的附加价值大
长远来说，激光炮技术的附加价值大，还可用于许多领域。如增强激光威力的方法之一，是将数道激光光结合起来，以加大破坏力，但反过来也能暂时关闭其中一部分，让激光炮变成非致命性的干扰武器，视情况来调整电射炮的威力，以执行各种任务。另外以激光进行远距充电的技术，也在快速发展，未来可由地面或空中加油机为飞行中的无人机充电，使无人机的航程突破限制，甚至是帮太空轨道上的卫星充电，让太空武器成真。或是反过来，由无人机为前线据点的各种设备充电，使作战部队不必再为电力问题而苦恼。激光技术的诸多应用，直接或间接地推动激光炮的发展，不过激光炮仍无法完全取代动能弹的所有功能，毕竟有些破坏工作，还是要依赖坚硬的金属弹头，而且应该会持续很长一段时间，让电磁炮能占有一席之地，继续发展。
值得注意的是日本虽然不放弃电磁炮的计划，但同时也投资激光炮的发展，厚植自己的技术实力。可以这么说，日本虽然受限于和平宪法，军事发展受限，但一直很努力推动国防自主，在关键领域大举投资。比如过去不惜代价发展F-2支援战机，现在虽然已采购F-35匿踪战机，仍与英国合作发展新型战机。海上自卫队的舰艇几乎完全达成国造的目标，水下潜舰部队也采取每年下水一艘、退役一艘的方式，来维持最新的技术与造舰能量。其中一个最好的例子，是先发展吨位较小的日向级直升机护卫舰，掌握全通式飞行甲板的操作技术，下一步再兴建吨位更大的出云级直升机护卫舰，并预留了改装的空间。等到时机成熟，就能很快将二艘出云级直升机护卫舰，升级成轻型航空母舰。日本这种低调发展，长期投资的模式，很值得台湾学习与效法。
※作者为军事研究者
