紀永添專欄：電光火石之爭──電磁砲與雷射砲誰能勝出？

日本防衛省下轄的防衛裝備廳（ATLA）與海上自衛隊，日前進行了史上首次的電磁砲（Railgun）海上試射，讓電磁砲的實用化又向前邁進了一大步。過去電磁砲的試射都是在陸地上進行，因為電磁砲需要很大的電力支援，裝置本身又非常的龐大，為了發射高速彈頭，整個軌道結構也必需強化，牢牢固定在地面上。日本成功在船艦上試射電磁砲，代表已有能力解決電力、體積與結構的問題，同時在發射電磁砲的瞬間，產生的強大磁場，也不會干擾船艦儀器的正常運作。證明讓電磁砲做為未來海軍艦艇的武器已不再是夢想，算是為電磁砲扳回了一城。畢竟在美國終止電磁砲的研發計畫後，這種仍在發展中的軍事技術，一度被認為已遭淘汰，將由定向能武器（Directed Energy Weapon , DEW）勝出，特別是其中的雷射砲，被視為是最有希望的明日之星。

射速快、成本低、不使用火藥

各國會相繼投入電磁砲與雷射砲的研發，在於傳統火砲系統有非常多缺點。除了會發出極大的聲響，曝露自己的位置外，還非常的危險，保存不良或製造時就有瑕疪的彈藥，很容易造成膛炸，導致人員死傷。此外還有射速慢，砲管的使用壽限短，發射成本昂貴，彈藥笨重不易運輸等問題，特別是精確導引彈藥開始出現以後，一枚數萬美金的價格，是非常沉重的負擔。相較之下，電磁砲與雷射砲有諸多的優點，比如射速快，每一發的成本極為便宜，由於不會使用火藥，不只不會有膛炸的問題，更省去彈藥保存與使用期限等麻煩後勤事務。這讓電磁砲與雷射砲成為新寵，過去二、三十幾年來，有許多技術突破，其中又以軍事科技實力最強的美國，進度最為領先。不過電磁砲與雷射砲兩者的原理完全不同，各有優劣，也成了兩陣營互相競爭的關鍵。

電磁砲的運作原理如同磁浮列車，也稱為軌道砲。（圖片摘自維基百科）

電磁砲的運作原理如同磁浮列車，將金屬彈頭在瞬間加速到非常快的速度，發射出去，因此需要一個加速軌道，這也是電磁砲英文稱為軌道砲的由來。雷射砲則是以高能量雷射，燒穿目標表面，達成破壞的效果，單純只有光能，沒有實體的彈頭。但這兩者的最大缺點在於非常耗電，要產生極強大的磁場加速彈頭，需要充沛的電力，而要讓雷射能燒穿目標，更需要將大量電能轉換為光能。過去無法將這麼龐大的發電裝置，安裝在一般的車輛、船艦或飛行器上，因此電磁砲與雷射砲一直無法實用化，是最難以克服的技術瓶頸。不過雷射砲從電能轉換成光能的效率，這幾年進步的非常快，讓功率較小的雷射砲，開始能裝在車輛、海軍艦艇與大型運輸機上測試，不過電磁砲的軌道卻難以縮小，因此略遜一籌，這也成為美國中止電磁砲研發的原因之一。

美國的電磁砲研發計畫以海軍為主，遠從2005年開始就投入資金，委由通用原子公司（General Atomics）與英國航太（BAE）集團，發展能夠安裝在艦艇上的電磁砲。但一開始的原型系統，性能與穩定性都不佳，許多關鍵性的技術問題無法解決，原本預計要在2016年上艦測試，2020年服役，最後卻無法達成。而且除了雷射砲的強力競爭外，俄羅斯與中國積極投入高超音速（Hypersonic）飛彈的研發，使美國處於落後的情況，為了要迎頭趕上，美國三軍大舉投入高超音速飛彈的研發，也造成了預算的排擠效應。由於高超音速飛彈的最大特點，與電磁砲一樣，都是以數倍音速飛行的彈頭進行攻擊，兩者有重複投資之嫌。最後美國海軍拍板決定選擇高超音速飛彈，在2021年編列預算時，取消讓電磁砲繼續發展的下年度經費，無疑放棄了電磁砲。

電磁砲具備的強大破壞力

在電磁砲的發展似乎陷入困境之際，日本卻宣布不會放棄自己的計畫，而讓電磁砲留下一線生機。日本的起步雖然比較晚，防衛裝備廳在2016年才開始投入電磁砲的研究，但日本在磁浮列車的技術上，非常成熟，並已投入營運，在工程材料方面，亦有深厚的基礎。另一個意外原因，是動畫產業非常蓬勃的日本，曾出現過以電磁砲為主題的流行作品，雖然內容中的電磁砲，與真實世界完全沒有任何關係，卻讓冷門的軍事名詞變的家喻戶曉，這在某種程度上為日本繼續投資電磁砲，提供了一定的助力。日本發展出來的電磁砲重量達8噸，砲管內的軌道長度為6公尺，最少可發射120發，能讓40公釐口徑的金屬彈頭，以6.5倍音速射出。雖然軌道磨損的問題，還有待進一步改善，但隨著未來技術的成熟，與材料科學的進步，應該可以逐步解決。

電磁砲的運作原理為利用電磁力在砲管內加速彈藥推進，使彈藥在脫離砲管時，能達到最大初速。（圖片摘自自日本防衛省）

日本不放棄電磁砲的原因，很可能與電磁砲具備的強大破壞力有關。因為與雷射砲相比，採用金屬彈頭的電磁砲，即使彈頭的口徑不大，但在數倍音速下擊中目標時，具有極大的穿透力。相較之下，雷射砲雖然也能燒毀目標的表面，達到破壞的效果，但速度較慢，表面越厚實，所花費的時間就越多。由於多數的飛行器為了減輕重量，機身蒙皮都很薄，雷射砲可以輕易燒穿，但如果是海上艦艇或地面車輛，擁有金屬船身或車身，就不是雷射砲可以輕易破壞的了。特別是裝甲車與主力戰車，一般的小口徑火砲都難以穿透，雷射砲就更沒有辦法了。但電磁砲卻可以輕易擊毀一般的裝甲車，對於採用厚重複合裝甲與各種反應裝甲的新一代主力戰車，雖然還是力有未逮，不過若能繼續發展下去，隨著口徑變大，發射速度更快，有很大的潛力能取代戰車砲。

因為裝甲與反裝甲武器的競爭，已來到了極限，目前主流的120公釐戰車砲的發射成本極高，單枚砲彈的重量幾乎已達到一般士兵能徒手搬運的上限。許多國家因此選用自動裝彈機，但仍無法解決主力戰車能攜帶的彈藥越來越少，砲管又會快速磨損的問題。相反的，複合裝甲越來越進步，主動式防護系統（APS）也慢慢嶄露頭角。雖然現有的主動式防護系統，還無法有效反制速度最快的脫殼翼穩穿甲彈（APFSDS），但以目前的發展速度，這應該只是時間早晚問題。在這種情況下，許多人認為傳統戰車砲已走到盡頭，未來的希望是電磁砲，畢竟技術更成熟後，體積應該可以縮小到安裝在戰車底盤上。電磁砲屬於動能彈，其強大的破壞力能輕易貫穿新型的複合式裝甲，且不易受反應裝甲影響，射速又快，主動式防護系統也不易攔截這麼快的彈頭。

戰車的未來希望是電磁砲

電磁砲這種射速快、彈頭速度更快的特點，遠勝傳統火砲，也讓電磁砲成為下一代近迫武器系統（Close-In Weapon System）的首選，因為接下來的最大威脅是無人機與高超音速飛彈。無人機的速度慢，但因為有價格便宜的優勢，可進行飽合式的蜂群攻擊。傳統的近迫武器系統，一方面很難全部攔截，同時攔截的成本會很高，但電磁砲射速快與發射成本低廉的優勢，能有效反制大批無人機。至於高超音速飛彈的終端速度極快，已超過傳統近迫武器系統的攔截能力，然而電磁砲的彈頭飛行速度也很快，在射控系統更為進步後，有機會成為反制高超音速飛彈的攔截系統。就因為電磁砲的發展性極大，日本才會堅持研發這種技術，不過在許多層面，雷射砲仍佔有絕對優勢，電磁砲是否能突圍而出，恐怕還需要經過一場激烈的競爭，才能分出最後勝負。

畢竟雷射砲的射速比電磁砲快更多，只要電力充足，射控與機械系統的速度可以跟得上，雷射砲能在一秒鐘內發射數百次、數千次，兩者根本不能相比。電磁砲的彈頭速度可達數倍音速，但雷射是光速。雷射是純能量，不需要彈頭，不會耗損軌道，每發射一次的成本，又比電磁砲更低。這些特性讓雷射成為反制無人機的利器，面對敵方的低成本飽合式蜂群攻擊，雷射砲能用極便宜的價格，快速擊毀所有威脅。面對高超音速飛彈，雷射砲一樣擁有絕對優勢，高超音速飛彈的彈頭再快，也絕對沒有光速快。而且雷射不受地心引力影響，只能功率夠大，理論上射程無遠弗屆，可在高空干擾或低空攔截高超音速飛彈。甚至用地面上的雷射系統，干擾太空衛星的技術也在起步中，這代表未來的雷射砲將有能力在大氣層邊緣，直接攔截來襲的高超音速飛彈。

雷射砲技術的附加價值大

長遠來說，雷射砲技術的附加價值大，還可用於許多領域。如增強雷射威力的方法之一，是將數道雷射光結合起來，以加大破壞力，但反過來也能暫時關閉其中一部分，讓雷射砲變成非致命性的干擾武器，視情況來調整電射砲的威力，以執行各種任務。另外以雷射進行遠距充電的技術，也在快速發展，未來可由地面或空中加油機為飛行中的無人機充電，使無人機的航程突破限制，甚至是幫太空軌道上的衛星充電，讓太空武器成真。或是反過來，由無人機為前線據點的各種設備充電，使作戰部隊不必再為電力問題而苦惱。雷射技術的諸多應用，直接或間接地推動雷射砲的發展，不過雷射砲仍無法完全取代動能彈的所有功能，畢竟有些破壞工作，還是要依賴堅硬的金屬彈頭，而且應該會持續很長一段時間，讓電磁砲能佔有一席之地，繼續發展。

值得注意的是日本雖然不放棄電磁砲的計畫，但同時也投資雷射砲的發展，厚植自己的技術實力。可以這麼說，日本雖然受限於和平憲法，軍事發展受限，但一直很努力推動國防自主，在關鍵領域大舉投資。比如過去不惜代價發展F-2支援戰機，現在雖然已採購F-35匿蹤戰機，仍與英國合作發展新型戰機。海上自衛隊的艦艇幾乎完全達成國造的目標，水下潛艦部隊也採取每年下水一艘、退役一艘的方式，來維持最新的技術與造艦能量。其中一個最好的例子，是先發展噸位較小的日向級直升機護衛艦，掌握全通式飛行甲板的操作技術，下一步再興建噸位更大的出雲級直升機護衛艦，並預留了改裝的空間。等到時機成熟，就能很快將二艘出雲級直升機護衛艦，升級成輕型航空母艦。日本這種低調發展，長期投資的模式，很值得台灣學習與效法。

※作者為軍事研究者