◎陸克強

 俄羅斯今年2月揮軍入侵烏克蘭，歐美各國紛紛展開軍援行動，協助烏克蘭抵禦俄軍侵略，其中最積極的屬美、英、法、德等國，烏克蘭最需要的武器，除單兵反裝甲與防空飛彈外，大口徑火砲及彈藥亦是反擊俄軍的重要利器，目前烏軍已裝備美製的M777型155公厘榴彈砲、高機動砲兵火箭系統（HIMARS）、法國製「凱撒」（CAESAR）自走砲，英國亦支援155公厘的M109自走砲，以及36門105公厘L119牽引式榴彈砲，波蘭及斯洛伐克也運送若干與烏軍現役相同的前蘇聯製火砲至烏克蘭。

電磁砲系統接近實用階段

 烏軍亦善用這些西方國家軍援的高性能火砲，有效打擊俄軍，從最近俄軍主動撤出烏南赫爾松地區可看出，火砲的確發揮其「快、狠、準」的效用。烏克蘭總統澤倫斯基也提到，西方軍援火砲已開始「強而有力地運作」。西方軍事觀察家亦認為，「烏俄或決勝於砲戰與彈藥消耗」，可見火砲與彈藥對雙方而言都具有決定性的影響。

 從火砲的發展歷史來看，早期的火砲以大口徑為主，強調長遠射程，但隨科技進步，口徑不再加大，而以提升精準度為重點，加上自走化、高機動性、射控系統數位化與無人機指引目標等，使此項火力支援性質的裝備更趨實用化。

 由於傳統火砲設計已近極限，先進國家與軍備廠商都已經開始研發新一代的非傳統型火砲系統，而其中最受矚目者，首推已經接近實用階段的電磁砲系統。

新一代動能武器首選

 電磁砲的基本原理，其實早在19世紀末期就已經展開研發，且具備相當成果。但受限於當時技術水準，一直到二戰末期，才有德國科學家赫斯勒成功地製造出小型實驗用電磁砲。當時德國發展電磁砲的主要作戰需求，是用以擊落盟軍轟炸機群，希望藉由電磁砲的高初速，彌補傳統高射砲射程高度不足的問題。雖然德國科學家已經成功地發展出砲口初速達2000公尺/秒的電磁砲，但因為彈頭重量只有500公克，在大氣中動能衰減過快，根本無法有效攻擊高空目標。

 電磁砲在二戰之後再次被遺忘，直到80年代美國雷根總統提出「星戰計畫」，才重新被檢討並展開研發。後來「星戰計畫」雖未能具體實現，也由於開發經費龐大，反使被迫加入太空軍備競賽的蘇聯不堪負荷，終於在1991年底解體。但是對於電磁砲的研究卻跳脫實驗範疇，正式成為新一代動能武器的最優先項目。

輕量氣體火砲初速極高

 傳統火砲由於仰賴化學發射藥推動彈頭，因此提高初速唯一的方法，就是盡可能增加砲膛壓力。但是增加膛壓的後遺症不少，首先為了承受高膛壓，砲膛和砲管的強度必須大幅增加，否則射擊數發砲彈後，就會發生結構損壞，甚至膛炸。而在材料強度的限制下，砲管和砲膛重量必然增加，連帶讓火砲作戰重量水漲船高。而且增加膛壓的另一項問題就是砲膛溫度會大幅上升，對於砲身結構壽命和準確性都會有負面影響。

 再者，由於裝藥反應的化學限制，傳統火砲理論初速極限每秒大約2000公尺上下。以目前西方標準戰車砲的萊茵金屬公司產製120公厘滑膛砲而言，發射翼穩脫殼穿甲彈（APFSDS）時的最高初速為1750公尺/秒，就火砲而言，已經逼近理論極限值。

 為了突破傳統火砲的極限，不少兵器專家提出利用其他介質作為發射動力的「輕量氣體火砲」。輕量氣體火砲的概念是利用分子量小的氣體，如氫或氦作為推動彈頭的前進介質。此種火砲的砲膛採用兩段式設計，其中第一段和傳統火砲相同，以化學發射藥推動活塞，然後再用活塞推動位於第二段的輕量氣體。當輕量氣體達到一定壓力之後才突破隔板，然後以高速膨脹壓力推動彈頭。

 輕量氣體火砲的優勢在於膨脹速度較快，因此在相同膛壓下，輕量氣體能夠提供更高的初速；而且輕量氣體火砲可以採用多段式設計，經過數次壓縮，到最後釋放產生更高的壓力。加上輕量氣體火砲只有在第一段才使用傳統化學發射藥，因此不需要使用特別材料製造砲膛。根據目前的操作經驗，輕量氣體火砲的砲口初速已可達每秒7000公尺。

利用電磁斥力推動彈體

 雖然輕量氣體火砲能夠達到超越傳統火砲的高初速，但是因為結構複雜，加上投射彈頭的重量不敵傳統火砲，因此目前多半只用在武器實驗和彈道研究上，實用化的武器系統始終未能問世。除了輕量氣體火砲之外，另外一種混血傳統火砲設計是「電熱化學砲」，其原理是利用電力將發射藥轉化為電漿氣體進行反應，藉此產生比傳統火砲更大的膛壓，但因為反應過程始終未能克服穩定性問題，因此迄今仍在實驗階段，離實用化仍有相當差距。

 相較於仍需仰賴傳統化學發射藥的輕量氣體火砲或是電熱化學砲，「電磁砲」則是完全跳脫化學反應，以電磁力推動彈體拋射。必須強調的是，電磁砲並不是利用磁力投射彈體，而是根據基本電學「弗萊明左手定則」，也就是當電流穿過導體時會產生斥力和磁場，電磁砲就是利用斥力推動彈體。

 由於電磁砲的推動原理採用電流斥力，理論上沒有加速上限，只要能夠提供足夠的直流電力和夠長的導軌，電磁砲就能夠將拋射體加速到極高的速度。不過，由於電磁砲需要讓電流穿過拋射體才能夠產生斥力，因此不論拋射體本身是否導電，和導軌接觸的外殻一定必須導電。而在現在的電磁砲設計中，許多武器專家都已經改用在高溫下會電漿化的外殼設計，可以避免在高溫下固體外殻難以維持安定軌道的問題。

電磁砲各國競相研發

 與傳統火砲比較，電磁砲初速可達每秒3500公尺，比傳統火砲每秒2000公尺快許多，提供更大的動能和彈道穩定度，最大射程可超過160公里，也比許多現役火砲高出許多。目前最積極研發的為美國海軍，電磁軌道砲需要大量電力，美國海軍除最新的3艘朱瓦特級驅逐艦之外，並沒有任何現役艦艇可以裝備。2022年美國海軍預算清單，電磁軌道砲已被擱置，但拜登總統簽署2022年國防授權法案中，國會仍撥款1000萬美元預算，並要求海軍部長盡快提出報告，說明電磁砲詳細情形。

 由於電磁砲具有超長射程的優勢，日本2022年度預算編列65億日圓投入研發，目標是作為新的防空手段，以對抗中共、北韓持續進行開發難以攔截的極音速武器。近期中共宣傳在電磁砲領域取得進展，吹噓成果已超越美國，但事實是否如此，專家持懷疑態度。且不論電磁砲各國發展如何，先進火砲的研發仍將繼續進行，各種智慧、導引型彈藥亦不斷推出，未來軍武市場將百家爭鳴，戰場亦將隨新火砲出現，產生突破性的變化。

（作者為軍事作家）