不敏感彈藥

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更新時間: 2013-09-03

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不敏感彈藥對於加熱、撞擊、彈藥攻擊等劇烈的外界刺激表現出良好的穩定性,可以大大提高作戰人員、武器裝備的生存能力,大幅降低對存儲、運輸、維護的需求,減輕後勤保障的壓力。因此,歐美軍事強國加大了發展不敏感彈藥的力度,2006年,歐洲將新建2個大規模生產不敏感彈藥的工廠。

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1 不敏感彈藥 -不敏感彈藥

  不敏感彈藥,讓士兵和武器更安全

不敏感彈藥對於加熱、撞擊、彈藥攻擊等劇烈的外界刺激表現出良好的穩定性,可以大大提高作戰人員、武器裝備的生存能力,大幅降低對存儲、運輸、維護的需求,減輕後勤保障的壓力。因此,歐美軍事強國加大了發展不敏感彈藥的力度,2006年,歐洲將新建2個大規模生產不敏感彈藥的工廠。
  
  

2 不敏感彈藥 -彈藥安全方面的重大事故

 不敏感彈藥的發展受到如此重視是慘痛的教訓使然。60年代以來在彈藥安全性方面出現的一系列重大事故,成為催生不敏感彈藥的推動因素。
  火炮膛炸
  1962年4月7日在美國加里福尼亞某靶場,用MI型105毫米榴彈(M51A5彈頭引信、4號發射裝葯)、彈體裝2.304千克B炸藥(50%TNT炸藥矛口50%RDX炸藥)進行射擊訓練,在發射時發生了膛炸。在越南戰爭中,美國的127毫米和155毫米口徑炮彈都發生過膛炸。1979年,美國203毫米榴彈炮發射裝B炸藥的炮彈時發生了膛炸事故,致使美國決定該彈改用熔鑄TNT炸藥,並規定裝B炸藥的彈丸不準使用高能發射葯。美國研製的M198型155毫米榴彈炮,原計劃使用裝B炸藥的彈丸,後來也決定改用熔鑄TNT炸藥。據美國統計,炮彈實際發生膛炸的概率高達1/40000,比要求的百萬分之一的指標大25倍,主要原因是就是使用B炸藥和高膛壓、高初速的發射葯。在同樣的武器中,裝B炸藥發生膛炸的概率比裝TNT炸藥大4~8倍。
  
彈藥殉爆
  
  1967年和1973年的兩次中東戰爭都發現,坦克的主要毀壞原因是坦克裝甲被穿透后,坦克自身彈藥倉內的彈藥發生殉爆,結果把坦克炸毀了。在伊拉克戰爭,坦克被命中后,彈藥殉爆而使坦克炮塔被掀飛的場面屢屢出現,絲毫不少於12年前的海灣戰爭。類似的現象也在海軍艦船上發生過。1982年英阿馬島戰爭中,英國的「謝菲爾德」號導彈驅逐艦被阿根廷1枚「飛魚」導彈擊沉,就是由於艦上彈藥發生殉爆而致。

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燃燒轉爆轟
  
  1967年7月29日,在東京灣基地進行正常作業的美國「福萊斯特號」航空母艦上,由於甲板上的一枚機載火箭彈意外點火,引起燃燒和爆炸,死亡134人、財產損失7400萬美元。1969年1月14日,美國「企業號」航空母艦上,火焰烤燃了彈藥,造成大量人員傷亡和巨大財產損失。
  進入到21世紀后,類似的災難仍然沒有停止的跡象。最近10年來,由於美國海軍航母和陸軍軍械庫的彈藥爆炸,已多次造成嚴重災難。而現代戰爭的戰場上,輕型機動部隊及其武器平台也面臨著敵人直接或間接火力引發車載彈藥爆炸的危險。
  
  

3 不敏感彈藥 -不敏感彈藥技術的概況

  技術的發展過程

作為早期的不敏感彈藥技術研究,美國很早就注意到火炮發射的安全性,並開始研製低易損性(LOVA)發射葯。國際社會對不敏感彈藥的關注則可以追溯到1984年,北約彈藥安全信息分析中心提出了有關包覆發射葯的問題。隨著彈藥和炸藥安全和適用性問題的提出,北約不敏感彈藥信息中心(NIMIC)於1988年在美國成立。NIMIC最初由法、荷、挪、英、美國參加的五國備忘錄提供資助,1991年在布魯塞爾建立了永久性組織。加、意、葡、西、澳等6國家後來也相繼參加,到1994年,NIMIC已得到全部北約夥伴的同意。2000年2月,芬蘭、瑞典、丹麥等非北約國家也相繼加入。2004年12月,該組織改名為彈藥安全信息分析中心(MSIAC),老牌軍事技術強國——德國在2005年10月才被批准加入該組織。
  目前,不敏感彈藥技術已經在大多數類型的彈藥中得到廣泛應用。據NIMIC組織介紹,有關不敏感彈藥的規範是從1988年開始應用的,其北約標準化協議在1998年頒布,並通過配套文件提供了一套評估和試驗的方法體系。到現在為止,該規範已經被12~15個國家批准,特別是在美國,不敏感彈藥規範已經正式成為法律。在規範的執行方面,有些國家按彈藥目錄規則執行,有些國家則採取更靈活的解釋。例如,由於火炮彈藥受到的威脅要比空投彈藥大,因而控制得更加嚴格。
  技術的應用價值

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首先,不敏感彈藥大大提高了安全可靠性。不敏感彈藥對各類外界刺激有相當的穩定性,大大降低了由於事故或外界激發對作戰人員和裝備的破壞,特別是減少了由於小事故而引發災難性事故的危險。例如,坦克、自行火炮等陸地平台被敵方擊中后,如果採用不敏感彈藥,彈藥殉爆的可能性就會大大降低,不致發生人車俱毀的災難性後果。
其次,不敏感彈藥的安全性使戰場指揮官有了更大的靈活性。不敏感彈藥對存儲、運輸環境的要求低,指揮員可以安全、方便地獲得所需彈藥。
其三,減輕了後勤保障的壓力。不敏感彈藥降低了對船舶停泊靠岸的要求、提高了船舶的使用性;降低了存儲、運輸的安全標準,從而降低了軍械庫的建設成本;彈藥的運輸可以選擇更多的手段和方式。不敏感彈藥還縮小了安全警戒距離、減少了對公眾利益的侵犯。
第四,不敏感彈藥性能可靠,且在全壽命周期內幾乎不用維護;儘管單價較高,但全壽命費用並沒有明顯升高。
  

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不敏感彈藥技術的現狀
  
我們知道,TNT熔鑄裝葯技術是3種基本的炸藥裝填方式之一。該技術的缺點就是裝葯受熱后融化、受冷后凝結,多次反覆會引起滲油現象,在著火時或不經意碰撞下就會發生爆炸。這也正是B炸藥發生膛炸或殉爆的原因之一。研製不敏感彈藥,主要就是圍繞改進或取代TNT炸藥而展開的。
傳統炸藥的改進

由於TNT炸藥在生產中要比任何一種壓裝或澆注固化的PBX炸藥都便宜,因而在炮兵彈藥中得到廣泛應用。目前,包括法國的GIAT公司、南非的戴諾公司和美國陸軍的皮克汀尼兵工廠在內的許多廠商,仍然在繼續努力發展不敏感熔鑄TNT炸藥。但這方面的進展並不顯著,主要是因為TNT炸藥固有的熱循環和老化效應會引發葯柱產生裂紋、出現滲油現象,從而使彈藥的敏感度、安全可靠性大大降低。此外,要降低熔鑄TNT炸藥的敏感性,就需要添加一些價格高昂的成份,在可靠性沒有可觀提高的情況下,原有的價格優勢也不復存在了。
DNAN系列炸藥

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由於TNT自身的缺陷,使得熔鑄炸藥的滲油、脆性、體積收縮、感度較高等問題沒有得到根本改善。國外發現,DNAN的熔點89℃、密度1.34克/厘米3,衝擊感度較低,可以作為替代TNT的熔鑄載體。美國皮克丁尼兵工廠開發了代號PAX的系列炸藥配方,並會同其他公司開發了一系列不敏感彈藥熔鑄炸藥。其中一些配方已經能夠抵禦小型彈丸空心裝葯的攻擊,不久將有望抵禦RPG-7火箭助推榴彈戰鬥部的攻擊。
美國陸軍發展出不敏感的PAX系列炸藥,其中的PAX-21取代B炸藥應用於60毫米迫擊炮炮彈,PAX-24取代TNT,PAX-25取代B炸藥,PAX-26取代特里托納爾,PAX-28作為雙用途炸藥取代TNT和B炸藥,PAX-40取代奧克托爾炸藥作為小口徑彈藥的起爆葯或傳爆葯,PAX-41主要用於低成本的小口徑彈藥。這些熔鑄炸藥的研製和應用,表明美國已經在鈍感彈藥領域取得了進展。由於DNAN的優良性能,國外的生產量已達幾十噸,分外搶手。
  NTO系列炸藥
  NTO也稱為硝基三唑,作為化合物早在1905年就已經製備出來,但是其炸藥性能直到80年代以後才開始系統研究。NTO是一種高能低易損性和高穩定性的炸藥,爆炸速度為6880米/秒,已用在多種炸藥裝葯中(如熔鑄炸藥、澆注固化PBX炸藥、壓裝PBX炸藥),其中塑料粘結炸藥(PBX)可以採用壓裝技術及澆注固化技術,是目前發展最迅速的不敏感彈藥。
  在PBX炸藥的生產過程中使用粘合劑,可以大大降低炸藥的感度,但是價格高昂。使用非含能粘合劑及增塑劑會降低炸藥的爆炸性能,因此不得不增加固體硝胺的用量,但是炸藥的感度又會隨之增加——這樣就形成了一種「面多加水、水多加面」的惡性循環局面。為解決這一問題,研製含能粘合劑就成為自然而然的選擇。「玻璃化」也是一個值得注意的問題。在一定的溫度下,PBX炸藥粘合劑會從具有橡膠彈性變為玻璃易碎性,使得炸藥感度急劇增加。
  法國GIAT公司的LU211型155毫米榴彈,是最典型的應用NTO炸藥的不敏感彈藥,被評為一星級MURAT不敏感彈藥。該彈裝填的9千克「極為不敏感的爆炸物質」(EIDS),由30%的TNT、20%的鋁、10%的石蠟和40%的NTO組成。挪威、南非、瑞士、英國、美國等國家也研製出包括NTO的配方。美國洛斯阿拉莫斯實驗室研製的含NTO鑄裝炸藥AFX-645,已用在MK-82航彈及FMU-139炮彈中。
DADNE系列炸藥

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瑞典國防研究局、FOI公司和博福斯公司開發了FOX級炸藥,其中,FOX-7和FOX-12兩種主要炸藥正處於研製中。FOX-7的能量性能接近RDX、撞擊感度和摩擦感度明顯低於RDX,化學穩定性和熱穩定性非常優良,是取代RDX作為戰鬥部裝葯的候選品種。FOX-12則主要用於低易損高能發射彈藥,試驗證明其具有抵抗空心裝葯衝擊的良好性能。
鈍感RDX炸藥
RDX是許多高性能炸藥必不可少的成份,許多國家都在研製鈍感RDX。水平最高的當屬提出鈍感RDX概念的歐洲熱力學公司(原法國火炸藥公司)。I-RDX是該公司具有獨特不敏感特性的品牌,投入工業化生產已經有30年了。此外,澳大利亞國防研究所、BAE系統公司、南非戴諾諾貝爾公司等,也都有各自研製的鈍感RDX產品。各國對於鈍感RDX爭議最多的是生產工藝問題,由於對沃爾維茨法和貝克曼法兩種製備方法的看法不同而形成兩大派系。
發射葯

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除彈丸主裝葯外,火炮彈藥耐受攻擊的能力還取決於發射裝葯的性能。發射葯潛在的爆炸因素是相當複雜的,一般講,對於熱衝擊的感度較低,但對於破片衝擊、空心裝葯衝擊和綜合衝擊高度敏感。發射葯由上述衝擊引發反應的過程是非常複雜的。典型的單基硝化棉發射葯在受到空心裝葯衝擊、特別是發射葯中含有含能增塑劑dnt時,對於衝擊很敏感。德國硝基化學公司開發的2種單基和三基發射葯,對空心裝葯和破片衝擊的反應要小得多。目前,該公司除了開發具有更低敏感度的發射葯和不敏感彈藥模塊裝葯外,還致力於增強彈道性能、降低發射葯成份中的毒性及致癌性。
輔助措施  

除了發展低感度炸藥外,不敏感彈藥技術還包括彈藥包裝等其他環節。例如,BAE公司為其新型L50彈藥研製了一種新型包裝系統,在彈藥箱內部採用「B材料」襯層,對於空心裝葯戰鬥部的攻擊很不敏感。
彈藥的堆放、運輸方式對於彈藥安全也具有重要作用。BAE公司以英國軍隊為例,對這一問題進行了研究。英國陸軍通常使用彈藥托架運送彈藥,彈丸和發射葯分別運輸和存儲,彈丸在托架上垂直豎立放置。從安全形度來說,彈丸之間的間隔應大於200毫米,這樣在受到攻擊時比較安全,但是增加了彈藥托架的體積。為了兼顧彈藥安全和運輸效率,BAE公司在彈藥間填入用以吸收和偏轉爆轟波的物質,將彈間距離減小到100毫米。為了進一步增加彈丸數量,BAE公司又提出「將彈丸和發射葯混合排列在托架上」的新方案,效果還是比較好的。
儘管L15彈殼體很薄、裝藥量較大、抗衝擊能力較差,但上述方案還是行之有效的。關鍵問題是間隔放置在彈丸中間的發射葯必須低敏感,而萊茵金屬公司的DM72/92發射葯、美國的MACSM232模塊裝葯都不是真正的不敏感發射葯,它們是依靠包裝實現相對較低的敏感度,因此還必須研製一種全新的不敏感發射葯。
影響彈藥安全的因素  
加熱導致熱分解炸藥分子在熱衝擊下分解,通常為放熱反應。在炸藥被密閉的條件下,這種分解和放熱可能導致鏈式反應,即從燃燒到爆燃再到爆轟,這就是所謂的DDT反應。
高速撞擊誘發振動波炮彈、破片的高速衝擊或者其他炸藥爆轟會引發振動波。振動波能量可能使炸藥分子折斷、分解,產生中間產物,並不斷反應、釋放能量,導致壓力和熱量增加,並最終導致爆轟,振動波也可能使均質炸藥中的小空穴坍塌,引發熱點效應,進而激發出爆轟。這種反應過程被稱為振動到爆轟轉化反應,即SDT。
電(電磁)效應電磁輻射可能對於炸藥產生直接或間接影響。直接影響如靜電放電和閃電擊發,它們可產生熱和振動,從而使炸藥產生DDT或SDT反應。間接影響包括雷達發射、無線信號發射、電磁脈衝和閃電產生的電磁場等,這些因素將可能加熱某些雷管中的導線,或者在引信電路中產生感應電壓,從而導致彈藥的意外引爆。
綜合激發效應一個最典型的例子就是輕武器彈丸和低速破片的衝擊。由於速度不足,受到攻擊的彈藥不會立即產生SDT反應,但隨著穿透過程的持續,會引發彈藥炸藥局部的加熱和破壞(破碎、再壓縮),引起表面積和溫度的增加,最終導致DDT反應。這是一種遲延的DDT反應,因此也被稱為XDT。
  
  

4 不敏感彈藥 -不敏感彈藥性能的評定試驗

  
彈藥不敏感性的等級評定,是通過一系列模擬試驗來進行的。目前世界上有3個主要的彈藥安全性試驗標準:美國的MIL-STD-2105非核彈藥危險評估試驗標準、法國的DGA/IPE彈藥需求測試試驗標準,以及北約的不敏感彈藥評估和試驗標準。其中,北約的STANAG4439標準對不敏感彈藥的檢驗標準規定得相當詳細,可操作性很強。主要有9項:
(1)快速加熱(FH),也稱為液體燃料點火(LFF)或快速烤燃(fco)。在試驗中,彈藥在液體燃料火焰中被快速加熱,使彈藥中的炸藥分子產生熱分解,然後測試彈藥殼體或容器在壓力達到可爆炸或爆轟的水平時排放氣體的能力。
(2)子彈衝擊(BI)。該試驗用以確定彈藥對輕武器彈藥攻擊的反應。試驗中,受測試的彈藥將經受1~3發12.7毫米「勃朗寧」穿甲彈的射擊。試驗儀器測量齣子彈的飛行速度,以及填充炸藥是否出現XDT反應,以驗證彈藥殼體的排氣能力。
(3)安全墜落。試驗中,把彈藥從12米高的平台扔到平鋪在3種不同傾角混凝土結構上的75毫米鋼板上。彈藥炸藥可能會出現振動、壓縮、破損和局部加熱,但理想結果是彈藥沒有任何反應。
(4)慢速加熱(SH),也被稱為慢速烤燃(SCO)。在試驗中,彈藥經受3.3℃/小時的緩慢加熱升溫,直到彈藥開始發生反應。慢速烤燃與快速烤燃同樣是試驗炸藥的熱分解及轉化為DDT反應的潛在可能,但前者可能的反應會劇烈得多。
(5)感應反應(SR),也稱為感應起爆(SD)。在試驗中,在裝滿同一種彈藥的標準托架中,一枚彈藥被引爆,用以試驗其他彈藥在經受強烈振動和多發破片衝擊時,出現SDT和XDT反應的可能性。
(6)空心裝葯射流衝擊(SCJI)。在試驗中,彈藥經受典型的空心裝葯戰鬥部的攻擊,測試炸藥經受強烈局部振動而引發SDT的可能性。
(7)輕型破片衝擊(LFI)。在試驗中,彈藥經受1~3枚高速(1850~2500米/秒)預製破片的攻擊,以模擬破片戰鬥部在彈藥附近爆炸時,四散飛射的破片對彈藥的影響,以及導致SDT或XDT反應的可能性。
(8)重破片衝擊(HFI)。在試驗中,彈藥經受250克鋼製破片以1650米/秒速度的攻擊,用以試驗大型破片戰鬥部的破片衝擊,以及導致彈藥出現SDT和XDT反應的可能性。
(9)碎片攻擊。在試驗中,模擬空心裝葯戰鬥部或動能彈藥擊穿坦克及裝甲車輛裝甲板后,形成的射流及裝甲背板破片對彈藥的影響,以及導致彈藥出現SDT和XDT反應的可能性。
上述試驗較為全面地囊括了彈藥可能遭遇的威脅。但隨著軍事技術的進步及面臨威脅的變化,不敏感彈藥的試驗項目和標準還將發生變化。例如,試驗所用戰鬥部的侵徹能力要進一步提高,射流速度和直徑也要相應改變。又如,爆炸成型戰鬥部、溫壓型戰鬥部、恐怖襲擊所用的簡易爆炸裝置,都對彈藥的不敏感特性提出了新的挑戰,彈藥的不敏感技術也必將隨之發展。

5 不敏感彈藥 -世界領先的不敏感彈藥生產廠商

歐洲在不敏感彈藥研製和生產方面處於領先地位,其中,歐洲熱力學公司和BAE系統公司陸地系統分公司是最主要的不敏感彈藥研製和生產廠商。這兩家公司近期又分別擴建了在法國索加斯和蘇格蘭格拉斯哥的生產廠,使不敏感彈藥的生產能力有了大幅度提高。
歐洲熱力學公司
  歐洲熱力學公司(EURENCO)是一家跨國公司,由法國SME公司(為主)、瑞典薩伯公司和芬蘭帕特里亞公司佔有股份,建於2004年1月。公司總部及研究中心設在法國,擁有5個工廠,約850名僱員。主要生產單/雙/多基發射葯、扁球火藥、硝化棉、預混膠質葯、可燃葯筒、模塊裝葯、迫擊炮裝葯、底排推進葯、反應裝甲、新含能分子和煙火藥等產品。
  該公司在澆築PBX炸藥技術、鈍感RDX製備技術方面處於世界絕對領先地位。法國人認為,以RDX為主裝葯的澆注PBX非常穩定,在20年的壽命周期內不用維修或改變使用條件。法國鈍感RDX炸藥的品牌——I-RDX具有獨特的不敏感性,生產工藝被嚴格保密。許多國家和公司都生產RDX炸藥,但性能無法與I-RDX相比。儘管美國也有澆注固化PBX系列炸藥的能力,但仍採用EURENCO公司的配方,為美國陸軍生產120毫米迫擊炮彈以及用於多管制導火箭彈的單一戰鬥部裝葯。
  索加斯工廠主要為火炮及坦克彈藥戰鬥部的裝填澆注PBX炸藥,原則上可以滿足歐洲所有的需求。該工廠採用一種新的雙組分裝填流程,可實現小批量產品的高效費比、高質量生產。在索加斯的新廠預計於2006年3月開始生產,年生產能力為5萬發155毫米高爆炮彈、10萬發120毫米炮彈。
BAE陸地系統公司

  BAE系統公司陸地系統分公司是EURENC公司的主要競爭者。該公司的皇家軍械廠從1988年開始在格拉斯哥工廠生產澆注固化PBX炸藥,用於81毫米「默林」制導追擊炮彈、「企鵝」反艦導彈及BLU—109鑽地炸彈等彈藥。後來將澆注PBX炸藥的混合、裝填和固化的研究和發展設施升級為小規模生產線,具備每星期生產4噸PBX的能力。
  該工廠將建成新設施(第二階段),預期在2006第一季度正式開始生產。在新設施投產後,推出的第一種不敏感彈藥將是L50型105毫米不敏感榴彈。L50型與L31型105毫米高爆彈相比,彈道特性相同,但棗核形彈體要長38毫米、炸藥攜帶量更大,因此有效殺傷區要大20%。BAE陸地系統公司還將競爭英國陸軍未來不敏感155毫米榴彈項目,已經簽訂了一份合同,為現有L15型和L21型155毫米高爆彈研製不敏感彈藥。這兩種彈的不敏感彈藥可能採用ROWANEX1100型炸藥,該炸藥含88%的RDX。

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