不敏感弹药对于加热、撞击、弹药攻击等剧烈的外界刺激表现出良好的稳定性,可以大大提高作战人员、武器装备的生存能力,大幅降低对存储、运输、维护的需求,减轻后勤保障的压力。因此,欧美军事强国加大了发展不敏感弹药的力度,2006年,
欧洲将新建2个大规模生产不敏感弹药的工厂。
安全方面
不敏感弹药的发展受到如此重视是惨痛的教训使然。60年代以来在弹药安全性方面出现的一系列重大事故,成为催生不敏感弹药的推动因素。
火炮膛炸
1962年4月7日在美国
加利福尼亚州某靶场,用MI型105毫米榴弹(M51A5弹头引信、4号发射装药)、弹体装2.304
千克B炸药(50%TNT炸药矛口50%RDX炸药)进行射击训练,在发射时发生了膛炸。在
越南战争中,
美国的127毫米和155毫米口径炮弹都发生过膛炸。1979年,美国
FGT-203毫米牵引火炮发射装B炸药的炮弹时发生了膛炸事故,致使美国决定该弹改用熔铸TNT炸药,并规定装B炸药的弹丸不准使用高能
发射药。美国研制的M198型155毫米榴弹炮,原计划使用装B炸药的弹丸,后来也决定改用熔铸TNT炸药。据美国统计,炮弹实际发生膛炸的概率高达1/40000,比要求的百万分之一的指标大25倍,主要原因是就是使用B炸药和高膛压、高初速的发射药。在同样的武器中,装B炸药发生膛炸的概率比装TNT炸药大4~8倍。
弹药殉爆
1967年和1973年的两次
中东战争都发现,坦克的主要毁坏原因是
坦克装甲被穿透后,坦克自身弹药仓内的弹药发生殉爆,结果把坦克炸毁了。在
伊拉克战争,坦克被命中后,弹药殉爆而使坦克
炮塔被掀飞的场面屡屡出现,丝毫不少于12年前的
海湾战争。类似的现象也在
海军舰船上发生过。1982年
马尔维纳斯群岛战争中,
英国的“
谢菲尔德”号
导弹驱逐舰被
阿根廷1枚
飞鱼反舰导弹击沉,就是由于舰上弹药发生殉爆而致。
燃烧转爆轰
1967年7月29日,在东京湾基地进行正常作业的
美国“福莱斯特号”航空母舰上,由于甲板上的一枚机载火箭弹意外点火,引起燃烧和爆炸,死亡134人、财产损失7400万美元。1969年1月14日,美国
企业号航空母舰上,火焰烤燃了弹药,造成大量人员伤亡和巨大财产损失。
进入到21世纪后,类似的灾难仍然没有停止的迹象。最近10年来,由于
美国海军航母和陆军军械库的弹药爆炸,已多次造成严重灾难。而现代战争的战场上,轻型机动部队及其武器平台也面临着敌人直接或间接火力引发车载弹药爆炸的危险。
技术概况
技术的发展过程
作为早期的不敏感弹药技术研究,
美国很早就注意到火炮发射的安全性,并开始研制低易损性(LOVA)
发射药。国际社会对不敏感弹药的关注则可以追溯到1984年,
北大西洋公约组织弹药安全信息分析中心提出了有关包覆发射药的问题。随着弹药和炸药安全和适用性问题的提出,北约不敏感弹药信息中心(NIMIC)于1988年在美国成立。NIMIC最初由法、荷、挪、英、美国参加的五国备忘录提供资助,1991年在
布鲁塞尔建立了永久性组织。加、意、葡、西、澳等6国家后来也相继参加,到1994年,NIMIC已得到全部北约伙伴的同意。2000年2月,
芬兰、
瑞典、
丹麦等非北约国家也相继加入。2004年12月,该组织改名为弹药安全信息分析中心(MSIAC),老牌军事技术强国——
德国在2005年10月才被批准加入该组织。
目前,不敏感弹药技术已经在大多数类型的弹药中得到广泛应用。据NIMIC组织介绍,有关不敏感弹药的规范是从1988年开始应用的,其
北大西洋公约组织标准化协议在1998年颁布,并通过配套文件提供了一套评估和试验的方法体系。到现在为止,该规范已经被12~15个国家批准,特别是在美国,不敏感弹药规范已经正式成为法律。在规范的执行方面,有些国家按弹药目录规则执行,有些国家则采取更灵活的解释。例如,由于火炮弹药受到的威胁要比空投弹药大,因而控制得更加严格。
技术的应用价值
首先,不敏感弹药大大提高了安全可靠性。不敏感弹药对各类外界刺激有相当的稳定性,大大降低了由于事故或外界激发对作战人员和装备的破坏,特别是减少了由于小事故而引发灾难性事故的危险。例如,坦克、
自行火炮等陆地平台被敌方击中后,如果采用不敏感弹药,弹药殉爆的可能性就会大大降低,不致发生人车俱毁的灾难性后果。
其次,不敏感弹药的安全性使战场指挥官有了更大的灵活性。不敏感弹药对存储、运输环境的要求低,指挥员可以安全、方便地获得所需弹药。
其三,减轻了后勤保障的压力。不敏感弹药降低了对船舶停泊靠岸的要求、提高了船舶的使用性;降低了存储、运输的安全标准,从而降低了军械库的建设成本;弹药的运输可以选择更多的手段和方式。不敏感弹药还缩小了安全警戒距离、减少了对公众利益的侵犯。
第四,不敏感弹药性能可靠,且在全寿命周期内几乎不用维护;尽管单价较高,但全寿命费用并没有明显升高。
不敏感弹药技术的现状
我们知道,
三硝基甲苯熔铸装药技术是3种基本的炸药装填方式之一。该技术的缺点就是装药受热后融化、受冷后凝结,多次反复会引起渗油现象,在着火时或不经意碰撞下就会发生爆炸。这也正是B炸药发生膛炸或殉爆的原因之一。研制不敏感弹药,主要就是围绕改进或取代TNT炸药而展开的。
传统炸药的改进
由于TNT炸药在生产中要比任何一种压装或浇注固化的PBX炸药都便宜,因而在炮兵弹药中得到广泛应用。目前,包括
法国的GIAT公司、
南非的戴诺公司和美国陆军的皮克汀尼兵工厂在内的许多厂商,仍然在继续努力发展不敏感熔铸TNT炸药。但这方面的进展并不显著,主要是因为TNT炸药固有的热循环和老化效应会引发药柱产生裂纹、出现渗油现象,从而使弹药的敏感度、安全可靠性大大降低。此外,要降低熔铸TNT炸药的敏感性,就需要添加一些价格高昂的成份,在可靠性没有可观提高的情况下,原有的价格优势也不复存在了。
DNAN系列炸药
由于
三硝基甲苯自身的缺陷,使得熔铸炸药的渗油、脆性、体积收缩、感度较高等问题没有得到根本改善。国外发现,DNAN的
熔点89℃、密度1.34克/厘米3,冲击感度较低,可以作为替代TNT的熔铸载体。美国皮克丁尼兵工厂开发了代号PAX的系列炸药配方,并会同其他公司开发了一系列不敏感弹药熔铸炸药。其中一些配方已经能够抵御小型弹丸
空心装药的攻击,不久将有望抵御
RPG7火箭炮7火箭助推
高爆弹战斗部的攻击。
美国陆军发展出不敏感的PAX系列炸药,其中的PAX-21取代B炸药应用于60毫米
迫击炮炮弹,PAX-24取代
三硝基甲苯,PAX-25取代B炸药,PAX-26取代特里托纳尔,PAX-28作为双用途炸药取代TNT和B炸药,PAX-40取代奥克托尔炸药作为小口径弹药的起爆药或传爆药,PAX-41主要用于低成本的小口径弹药。这些熔铸炸药的研制和应用,表明
美国已经在钝感弹药领域取得了进展。由于DNAN的优良性能,国外的生产量已达几十吨,分外抢手。
NTO系列炸药
NTO也称为硝基三唑,作为化合物早在1905年就已经制备出来,但是其炸药性能直到80年代以后才开始系统研究。NTO是一种高能低易损性和高稳定性的炸药,爆炸速度为6880米/秒,已用在多种炸药装药中(如熔铸炸药、浇注固化PBX炸药、压装PBX炸药),其中塑料粘结炸药(PBX)可以采用压装技术及浇注固化技术,是目前发展最迅速的不敏感弹药。
在PBX炸药的生产过程中使用粘合剂,可以大大降低炸药的感度,但是价格高昂。使用非含能粘合剂及增塑剂会降低炸药的爆炸性能,因此不得不增加固体硝胺的用量,但是炸药的感度又会随之增加——这样就形成了一种“面多加水、水多加面”的恶性循环局面。为解决这一问题,研制含能粘合剂就成为自然而然的选择。“玻璃化”也是一个值得注意的问题。在一定的温度下,PBX炸药粘合剂会从具有橡胶弹性变为玻璃易碎性,使得炸药感度急剧增加。
法国GIAT公司的LU211型155毫米
高爆弹,是最典型的应用NTO炸药的不敏感弹药,被评为一星级MURAT不敏感弹药。该弹装填的9
千克“极为不敏感的爆炸物质”(EIDS),由30%的
三硝基甲苯、20%的铝、10%的
石蜡和40%的NTO组成。
挪威、
南非、
瑞士、
英国、
美国等国家也研制出包括NTO的配方。美国
洛斯阿拉莫斯实验室研制的含NTO铸装炸药AFX-645,已用在MK-82航弹及FMU-139炮弹中。
DADNE系列炸药
瑞典国防研究局、FOI公司和博福斯公司开发了FOX级炸药,其中,FOX-7和FOX-12两种主要炸药正处于研制中。FOX-7的能量性能接近RDX、撞击感度和摩擦感度明显低于RDX,
化学稳定性和热稳定性非常优良,是取代RDX作为
战斗部装药的候选品种。FOX-12则主要用于低易损高能发射弹药,试验证明其具有抵抗
空心装药冲击的良好性能。
钝感RDX炸药
RDX是许多高性能炸药必不可少的成份,许多国家都在研制钝感RDX。水平最高的当属提出钝感RDX概念的欧洲热力学公司(原法国火炸药公司)。I-RDX是该公司具有独特不敏感特性的品牌,投入工业化生产已经有30年了。此外,
澳大利亚国防研究所、BAE系统公司、南非戴诺诺贝尔公司等,也都有各自研制的钝感RDX产品。各国对于钝感RDX争议最多的是生产工艺问题,由于对沃尔维茨法和贝克曼法两种制备方法的看法不同而形成两大派系。
除弹丸主装药外,火炮弹药耐受攻击的能力还取决于发射装药的性能。发射药潜在的爆炸因素是相当复杂的,一般讲,对于热冲击的感度较低,但对于破片冲击、
空心装药冲击和综合冲击高度敏感。发射药由上述冲击引发反应的过程是非常复杂的。典型的单基
硝化纤维素发射药在受到空心装药冲击、特别是发射药中含有含能增塑剂DNT时,对于冲击很敏感。德国硝基化学公司开发的2种单基和三基发射药,对空心装药和破片冲击的反应要小得多。目前,该公司除了开发具有更低敏感度的
发射药和不敏感弹药模块装药外,还致力于增强弹道性能、降低发射药成份中的毒性及致癌性。
辅助措施
除了发展低感度炸药外,不敏感弹药技术还包括弹药包装等其他环节。例如,BAE公司为其新型L50弹药研制了一种新型包装系统,在弹药箱内部采用“B材料”衬层,对于
空心装药战斗部的攻击很不敏感。
弹药的堆放、运输方式对于弹药安全也具有重要作用。BAE公司以
英国军队为例,对这一问题进行了研究。
英国陆军通常使用弹药托架运送弹药,弹丸和
发射药分别运输和存储,弹丸在托架上垂直竖立放置。从安全角度来说,弹丸之间的间隔应大于200毫米,这样在受到攻击时比较安全,但是增加了弹药托架的体积。为了兼顾弹药安全和运输效率,BAE公司在弹药间填入用以吸收和偏转爆轰波的物质,将弹间距离减小到100毫米。为了进一步增加弹丸数量,BAE公司又提出“将弹丸和发射药混合排列在托架上”的新方案,效果还是比较好的。
尽管L15弹壳体很薄、装药量较大、抗冲击能力较差,但上述方案还是行之有效的。关键问题是间隔放置在弹丸中间的
发射药必须低敏感,而
莱茵金属的DM72/92发射药、
美国的MACSM232模块装药都不是真正的不敏感发射药,它们是依靠包装实现相对较低的敏感度,因此还必须研制一种全新的不敏感发射药。
影响弹药安全的因素
加热导致热分解炸药分子在热冲击下分解,通常为
放热反应。在炸药被密闭的条件下,这种分解和放热可能导致链式反应,即从燃烧到爆燃再到爆轰,这就是所谓的DDT反应。
高速撞击诱发振动波炮弹、破片的高速冲击或者其他炸药爆轰会引发振动波。振动波能量可能使炸药分子折断、分解,产生中间产物,并不断反应、释放能量,导致压力和热量增加,并最终导致爆轰,振动波也可能使均质炸药中的小
空穴塌,引发热点效应,进而激发出爆轰。这种反应过程被称为振动到爆轰转化反应,即SDT。
电(电磁)效应
电磁辐射可能对于炸药产生直接或间接影响。直接影响如静电放电和闪电击发,它们可产生热和振动,从而使炸药产生
滴滴涕或SDT反应。间接影响包括雷达发射、无线信号发射、电磁脉冲和闪电产生的
电磁场等,这些因素将可能加热某些雷管中的导线,或者在
引信电路中产生感应电压,从而导致弹药的意外引爆。
综合激发效应一个最典型的例子就是轻武器弹丸和低速破片的冲击。由于速度不足,受到攻击的弹药不会立即产生SDT反应,但随着穿透过程的持续,会引发弹药炸药局部的加热和破坏(破碎、再压缩),引起表面积和温度的增加,最终导致DDT反应。这是一种迟延的
滴滴涕反应,因此也被称为XDT。
性能试验
弹药不敏感性的等级评定,是通过一系列模拟试验来进行的。目前世界上有3个主要的弹药安全性试验标准:
美国的MIL-STD-2105非核弹药危险评估试验标准、
法国的DGA/IPE弹药需求测试试验标准,以及
北大西洋公约组织的不敏感弹药评估和试验标准。其中,北约的STANAG4439标准对不敏感弹药的检验标准规定得相当详细,可操作性很强。主要有9项:
(1)快速加热(FH),也称为液体燃料点火(LFF)或快速烤燃(FCO)。在试验中,弹药在液体燃料火焰中被快速加热,使弹药中的炸药分子产生热分解,然后测试弹药壳体或容器在压力达到可爆炸或爆轰的水平时排放气体的能力。
(2)子弹冲击(BI)。该试验用以确定弹药对轻武器弹药攻击的反应。试验中,受测试的弹药将经受1~3发12.7毫米“勃朗宁”
穿甲弹的射击。试验仪器测量出子弹的飞行速度,以及填充炸药是否出现XDT反应,以验证弹药壳体的排气能力。
(3)安全坠落。试验中,把弹药从12米高的平台扔到平铺在3种不同倾角混凝土结构上的75毫米钢板上。弹药炸药可能会出现振动、压缩、破损和局部加热,但理想结果是弹药没有任何反应。
(4)慢速加热(SH),也被称为慢速烤燃(SCO)。在试验中,弹药经受3.3℃/小时的缓慢加热升温,直到弹药开始发生反应。慢速烤燃与快速烤燃同样是试验炸药的热分解及转化为
滴滴涕反应的潜在可能,但前者可能的反应会剧烈得多。
(5)感应反应(SR),也称为感应起爆(SD)。在试验中,在装满同一种弹药的标准托架中,一枚弹药被引爆,用以试验其他弹药在经受强烈振动和多发破片冲击时,出现SDT和XDT反应的可能性。
(6)
空心装药射流冲击(SCJI)。在试验中,弹药经受典型的空心装药
战斗部的攻击,测试炸药经受强烈局部振动而引发SDT的可能性。
(7)轻型破片冲击(LFI)。在试验中,弹药经受1~3枚高速(1850~2500米/秒)预制破片的攻击,以模拟破片战斗部在弹药附近爆炸时,四散飞射的破片对弹药的影响,以及导致SDT或XDT反应的可能性。
(8)重破片冲击(HFI)。在试验中,弹药经受250克钢制破片以1650米/秒速度的攻击,用以试验大型破片战斗部的破片冲击,以及导致弹药出现SDT和XDT反应的可能性。
(9)碎片攻击。在试验中,模拟
空心装药战斗部或动能弹药击穿坦克及装甲车辆装甲板后,形成的射流及装甲背板破片对弹药的影响,以及导致弹药出现SDT和XDT反应的可能性。
上述试验较为全面地囊括了弹药可能遭遇的威胁。但随着军事技术的进步及面临威胁的变化,不敏感弹药的试验项目和标准还将发生变化。例如,试验所用战斗部的侵彻能力要进一步提高,射流速度和直径也要相应改变。又如,爆炸成型战斗部、温压型战斗部、恐怖袭击所用的
简易爆炸装置,都对弹药的不敏感特性提出了新的挑战,弹药的不敏感技术也必将随之发展。
生产公司
欧洲在不敏感弹药研制和生产方面处于领先地位,其中,欧洲热力学公司和BAE系统公司陆地系统分公司是最主要的不敏感弹药研制和生产厂商。这两家公司近期又分别扩建了在法国索加斯和
苏格兰格拉斯哥的生产厂,使不敏感弹药的生产能力有了大幅度提高。
欧洲热力学公司
欧洲热力学公司(EURENCO)是一家
跨国公司,由法国SME公司(为主)、瑞典萨伯公司和芬兰帕特里亚公司占有股份,建于2004年1月。公司总部及研究中心设在
法国,拥有5个工厂,约850名雇员。主要生产单/双/多基
发射药、扁球火药、
硝化纤维素、预混胶质药、可燃药筒、模块装药、
迫击炮装药、底排推进药、
反应装甲、新含能分子和
烟火药等产品。
该公司在浇筑PBX炸药技术、钝感RDX制备技术方面处于世界绝对领先地位。法国人认为,以RDX为主装药的浇注PBX非常稳定,在20年的寿命周期内不用维修或改变使用条件。法国钝感RDX炸药的品牌——I-RDX具有独特的不敏感性,生产工艺被严格保密。许多国家和公司都生产RDX炸药,但性能无法与I-RDX相比。尽管
美国也有浇注固化PBX系列炸药的能力,但仍采用EURENCO公司的配方,为美国陆军生产120毫米
迫击炮以及用于多管制导火箭弹的单一
战斗部装药。
索加斯工厂主要为火炮及坦克弹药战斗部的装填浇注PBX炸药,原则上可以满足
欧洲所有的需求。该工厂采用一种新的双组分装填流程,可实现小批量产品的高效费比、高质量生产。在索加斯的新厂预计于2006年3月开始生产,年生产能力为5万发155毫米高爆炮弹、10万发120毫米炮弹。
BAE陆地系统公司
BAE系统公司陆地系统分公司是EURENC公司的主要竞争者。该公司的皇家军械厂从1988年开始在
格拉斯哥工厂生产浇注固化PBX炸药,用于81毫米“默林”制导追击炮弹、“企鹅”
反舰导弹及BLU—109钻地炸弹等弹药。后来将浇注PBX炸药的混合、装填和固化的研究和发展设施升级为小规模生产线,具备每星期生产4吨PBX的能力。
该工厂将建成新设施(第二阶段),预期在2006第一季度正式开始生产。在新设施投产后,推出的第一种不敏感弹药将是L50型105毫米不敏感
高爆弹。L50型与L31型105毫米高爆弹相比,弹道特性相同,但枣核形弹体要长38毫米、炸药携带量更大,因此有效杀伤区要大20%。BAE陆地系统公司还将竞争
英国陆军未来不敏感155毫米榴弹项目,已经签订了一份合同,为现有L15型和L21型155毫米高爆弹研制不敏感弹药。这两种弹的不敏感弹药可能采用ROWANEX1100型炸药,该炸药含88%的RDX。
参考资料
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/www/wwwroot/newbaike1.com/id.php on line
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