【海軍】【空軍】忽悠大眾的虛擬武器

我在前文《愚民主政下的指鹿為馬》裡指出中山科學院的海劍羚系統是忽悠大眾的虛擬武器，不過這並不代表海劍羚這類的反飛彈飛彈系統有物理或工程上不可能超越的困難，畢竟美軍的RIM-116和共軍的HHQ-10都已大批服役。中山院的問題在於管理和經費上的欠缺，使其研發能力遠遠落後於國際先進的水準。但是當前世界軍工業的確有些因物理或工程上困難而不可能在合理時間內達到有意義的性能指標的武器發展計劃，換句話說，即使是最先進的美、中、俄三國都不可能成功開發這些新武器技術，它們是真正忽悠全世界民眾的虛擬武器。

在這些虛擬武器中，最常被軍迷提起的是電磁砲。前文《看不見的軍備競賽：戰術雷射》已經批判過它的不實用性，不過我仍然在中美的軍事論壇上看到許多興高采烈的文章，預言它將取代下一代海軍艦隻的主砲。美國海軍（僱用BAE Systems）以及廠商自費（General Atomic，通用原子）繼續高調開發電磁砲技術，共軍的「北方某單位」（參見http://www.dingsheng.com/portal.php?mod=view&aid=5591）也在默默地研發之中。那麼是否中美的科學研究機構有我未曾預料到的突破呢？

我不認為如此。首先美軍向來愛好花哨的新科技，不切實際的失敗計劃不可勝數；共軍則是在近年經費充裕之後，只要美軍有的他也要有。其實美中兩方對這個技術的投資都十分有限，完全不把它當成重點項目；我們只要仔細審察技術細節，就可以理解為什麼如此。目前最先進的原型電磁砲，砲口速度是Mach7，動能是32MJ，最大射程200公里；而36年前出廠的Reinmetall 120mm戰車砲就可以輕易達到Mach5的初速，即將服役的DDG-1000上的155mm火砲發射LRLAP（Long Range Land Attack Projectile，長程陸攻彈）時，砲口動能是34.7MJ，射程也是200公里。美軍在可見未來希望達到的技術指標是砲口初速Mach7.5，動能64MJ，最大射程450公里。這樣的性能，除了初速之外，人類早在70年多前就已經有了，我說的是納粹德國的V2飛彈。現代的彈道飛彈在射程和能量上都可以輕易超越電磁砲幾個數量級；新式的火箭彈有和電磁砲同樣的射程和十倍的負荷，價錢更是白菜化了。電磁砲號稱6分鐘飛到最大射程，火箭彈晚了兩三分鐘，同樣都只能打擊固定目標，根本沒有實用戰術上的差異。電磁砲為了追求50%的速度優勢而嚴重犧牲載重和廉價性，與前文《未來十年的中美武器對比（三）》裡討論的LCS有異曲同工之妙。

我常看到吹噓電磁砲的文章說它最大的優勢是彈丸小，不佔地方，這是沒有物理常識的歪論。同樣的載重要飛到同樣的射程所用的能量與速度平方成正比；電磁砲所用的電來自燃油，其能量密度稍高於火箭彈的推進藥，但是正因為電磁砲彈丸速度較高，所以其所消耗的能源以體積和重量計都還是較多的。不過電磁砲最致命的缺陷，其實是在附加的裝備上，不但必須有極大功率的發電機，電磁砲本身的結構也遠比火砲龐大複雜，尤其是它的身管必須以較細的截面積來承受更高的摩擦生熱，又得要傳導極強大的電流，電阻生熱比摩擦還要嚴重，所以在散熱上先天就比火砲困難一到兩個數量級。目前最先進的大型火砲可以每分鐘發射十發，火箭炮的發射速率更高；電磁砲則即使再研發20年，頂多也只能做到幾分鐘一發，根本沒有實用性。我還沒提到它身管的壽命，那基本上是打十幾發就得換的。

美國海軍研究辦公室（Office of Naval Research，ONR）所屬的電磁發射設備（Electromagnetic Launch Facility）試射BAE Systems的電磁砲原型機PLZ-05發射ERFB-BB（Base Bleed，底排）彈，照片裡的火焰主要來自火砲本身，彈底的火焰很小。第二代的52倍徑ERFB-BB一般射程約42-44公里。 PLZ-05使用滑翔彈的最大射程超過100公里，但滑翔彈必須有末端導引，遠比無飛彈藥貴。電磁砲的彈藥也同樣必須有導引裝置（尚未開發），再加上前面提到的助推火箭，載重能力很可能低於零。

電磁砲的問題也可以說是工程上的細節，一般非專業人員很難理解；另一個常見的虛擬武器卻只需要物理知識就可以看穿它的把戲。可是前幾天有讀者詢問我對一個自稱是物理博士的博文的意見，那篇文章提到彈道導彈在重入大氣層時因速度在Mach7以上，因摩擦生熱會使其前方的空氣電離化，成為Plasma（電漿，或譯為等離子體），所以會對地面雷達有隱身作用。這是很明顯地被俄國的所謂Plasma Stealth（等離子體隱身）技術忽悠後的結果，以致一看等離子體就和隱身劃上等號。

其實Plasma只是原子外層的電子被剝離後，所餘的正離子和自由電子的混合物。因為正離子比電子一般重了幾萬倍，所以在與電磁波互相作用時，主要是自由電子的運動來決定它的性質。但學過大一物理的人應該知道，還有另外一種物質也含有大量的自由電子，因此而決定了它的導熱、導電和光學性質，那就是金屬，所以Plasma與金屬在一般情況下對雷達波的反應是一樣的：都是幾乎完全反射。重返大氣層的彈頭或飛船雖然不能直接和地面做無線電通訊（但是可以透過頭頂的通訊衛星轉接），地面雷達卻可以清清楚楚地看到一個很大的反射截面。那麼所謂的Plasma Stealth到底是怎麼一回事呢？

Plasma和金屬裡自由電子的最大不同，在於其密度和溫度可以有很大的變化，在特定的密度和溫度下，其共振頻率有可能落到微波的範圍，那麼在一個雷達波的頻率剛好與之相同的時候，就會被這個Plasma所吸收。但這是純理論的妄想，在非密閉的環境下根本不可能細調密度和溫度使其共振頻率與入射的雷達波完全吻合，所以俄國人連一個原型機也做不出來，Plasma Stealth也就永遠只能是卡通裝備。其實就算有能控制共振頻率到所需要精度的魔術，敵方只要使用兩個頻道（新式的AESA本身就能快速變頻或多頻同時發射）就能擊破這個隱身，而且還會看到比機體本身更大的截面積，那麼這個極重又極耗電的設備就真是搬石頭砸腳了。

熟悉這個部落格的讀者應該知道我向來以破除迷思為己任，以上是兩個當前軍事論壇裡最常見的迷思：電磁砲在大氣層外，或許會是殲星艦的好配備； Plasma Stealth則絕對是不切實際的。未來20年的海軍艦艇將會是像055級這樣的改裝了先進電子設備的傳統軍艦，而不是DDG-1000那樣的科幻船。空軍的戰機和轟炸機也將繼續主要依靠外形來獲得隱身能力，沒有其他的捷徑。

【後註一，2024/08/26】2015年我發表一系列文章，批評軍迷圈追捧的一些假未來科技，其中以這一篇正文所討論的電磁炮和等離子隱身最爲離譜。九年下來，果然毫無實際建樹，成爲博客在論斷科技假大空，纍積100%正確率記錄的一部分。不過當年我也提起激光是少數有實用可能的科研方向（亦即不能事先絕對否定，不是量子通訊或核聚變發電那樣的純粹詐騙，值得進行投資研發，但並不保證最終有多大用處；其他被博客分析判斷為“可能有用“的未來科技包括民用的區塊鏈和本世代AI等等）；無人機引發新的軍事革命之後，激光炮的價值更加直接上升，所以本周有日本軍迷公開新照片，顯示中國海軍的一艘071登陸艦正在測試一款近防激光炮的原型（參見《071型ドック型揚陸艦"四明山"に高出力レーザー兵器システムが改装で追加された。可動式のカバー付きで搭載位置は艦首76mm砲の後方。 PLA陸軍では既にレーザー兵器の運用が行われているが、艦載装備のテストプラットフォームとしては071型が選定。》所提供的下圖），博客讀者應該絲毫不感意外。