电磁炮可以作为太空武器在外层空间击毁卫星吗？

电磁炮上太空，这个也不靠谱

都知道激光武器是个好东西，只要一按电门儿，几公里外的飞机就能瞬间被烧一个窟窿，传言可以拿它来反导。同样，电磁炮也是高端大气上档次的新锐武器，有朋友不知道从哪里听来消息，说电磁炮能在三百公里外击沉航母。

可惜，这些都是美好的愿望，由于大气层的存在，无论是激光武器还是电磁炮的威力都受到极大限制：空气可以散射和扭曲高能激光束，使其光斑扩大，能量分散；空气也极大地阻碍高速飞行的电磁炮弹，军火商的宣传册上写着7倍音速发射的炮弹能打击180公里外的目标，实际上仅16公里它就掉了下来，远不如传统130毫米舰炮打的远。

于是有人说，太空中没有空气，把高能激光武器和电磁炮搬到太空，居高临下地攻击目标，是不是很好呢？

将电磁炮搬上太空是许多科幻迷的梦想

对于激光来说，只要能量有保证，从太空攻击卫星飞船等目标是个不错的选择。电磁炮怎么样呢？这得牛顿说了算。

后坐力与牛顿力学

打过枪的朋友应该对枪支的后坐力印象深刻：如果用步枪射击，教员通常会要求你把枪托抵紧肩膀，即使这样，在扣动扳机的瞬间你还是会感觉到狠狠地撞击；若你打的是手枪，则需要双手握把、手臂伸直、调整呼吸，瞄准后再抠扳机，不然手枪很容易脱手。

枪支的后坐力

你说对了，这都是因为后坐力。当子弹的底火受到撞针冲击，爆燃的火药气体将子弹推出枪膛，弹头在获得向前动能的同时也会将枪往相反方向推，二者的动量大小相等方向相反。

我们用动量守恒定律表示为：Δp1=－Δp2

由于物体的动量是其质量与速度的积：p = mv

因此可以得出，当子弹的质量越大、速度越快时，枪炮受到的后坐力（向后的动量）就越大。

榴弹炮发射瞬间后坐力巨大

155毫米M198榴弹炮自重7154千克，它发射43.2千克的M107炮弹时出膛速度为684米/秒，按照动量公式，炮弹出膛时的动量Δp1= 43.2 × 684 = 29548.8千克·米/秒 ，火炮向后的速度为4.13米/秒；

而M777轻型榴弹炮自重4200千克，它能以827米/秒的速度将M107弹丸投掷到24公里远，它的炮弹出膛时动量Δp1= 43.2 × 827 = 35726.4千克·米/秒 ，火炮向后的速度达8.5米/秒。

细心的你一定发现其中存在问题：我们在计算时并没有考虑火药气体喷出的动量，也没有将炮口制退器以及炮身驻退机等反后坐装置所消耗的动能考虑进去。但无论如何，当炮弹出膛的同时，炮身都会向后方剧烈后退。炮身无法消化的动能将通过炮架上的驻锄传递给地面，炮兵在部署大炮时需要奋力刨坑来固定火炮，否则大炮会一边打一边因后坐力的作用往后跑。

炮兵全力挖掘驻锄坑

电磁炮的后坐力

有朋友说，电磁炮在发射时没有火药，它通过电磁力推动炮弹，因此电磁炮没有后坐力。

这其实是不对的。

牛顿力学广泛适用于我们已知的宇宙空间，它同样也适用于电磁炮。

小明在一个水平的平板小车上站立不动，小车会保持静止；而当小明开始奔跑，小车受到他施加的横向加速度影响会同时向相反方向运动。

运动与动量守恒

如果小车很轻，它会从小明的脚下飞走，而他几乎还在原地；当小车有1吨重时，它向反方向运动的速度很慢，小明才能跑得起来。这符合动量守恒定律。

当电磁线圈通电、电磁力推动弹丸前进时，电磁炮本身也受到力的影响产生相反方向的动量，从而同时产生运动。这与炮弹是否由电磁力推动没有关系，只要相互运动存在，力就存在。

电磁炮原理

那么，电磁炮的后坐力有多大呢？按照动量定理和动量守恒定律，我们知道这与炮弹的质量、速度，以及电磁炮本身的质量有关。

美国海军与通用原子电磁系统公司（GA-EMS）合作研制了一种电磁炮Blitzer，它能将3.2千克重的炮弹以1600米/秒（约5马赫）的速度发射，炮弹在7公里远的地方击穿3.2毫米厚的钢板。这枚炮弹出膛时的动量超过5120千克·米/秒，我们假设炮本身的重量为5吨，它将因后坐力以1米/秒的速度向后运动。因此我们看到美国电磁炮在发射试验时被牢牢固定在巨大的基座之上，即便如此，炮身还是不可避免地产生了抖动。

Blitzer电磁炮发射

电磁炮上太空的前景

我们以前分析过，由于空气阻力的大小与炮弹速度的平方成正比，因此电磁炮弹尽管出膛速度比普通炮弹高几倍，但它的射程却并没有如预期的那样可以达到几百公里。在试验中，一枚以7倍音速发射的电磁炮弹只飞行了16公里就掉了下来。

炮弹飞行轨迹受空气阻力影响

太空中没有空气阻力，将电磁炮搬到近地轨道上变身为太空武器，用它发射的炮弹打卫星又如何呢？

难度很大，它很可能打不准。原因就在于后坐力。

在近地轨道的所有航天器，为了克服地球引力的影响，它们都需要以极快的速度绕地球飞行。这个速度被称为第一宇宙速度，它大于等于7.9千米/秒。太空电磁炮自身需要以超过23倍音速飞行，它的攻击目标也以同样的速度飞行。要想在几百上千公里之外发射一颗炮弹撞击并摧毁目标，这需要极其精确的探测、弹道计算，炮弹发射的过程中也不允许有丝毫偏差。

但在太空中是没有任何东西来固定电磁炮的，任何微小的力都会使飞行中的电磁炮发生姿态变化，并且这个变化不是在炮弹出膛后发生，而是炮弹在电磁轨道上移动时就开始了。还记得我们前边介绍的那个小平板车吗？你动，车动，这是同时发生的。因此当电磁炮弹出膛时，它已经因为后坐力而偏移了一个小小的角度，这足以使弹丸错过目标。

天基武器想象图

由此我们可以得出结论

电磁炮在可预见的未来无法在地面发挥多大作用，它同样也不能在太空施展神功。

在地面，电磁炮弹受空气阻力的影响飞不了多远；在太空，由于动量守恒的缘故，电磁炮在发射过程中产生的后坐力使其不能精确控制炮弹发射的方向，从而使炮弹变身为太空垃圾，没准哪一天它又飞回来伤及自身。