探尋輕武器系統的減重之路

士兵不堪重負—— 輕武器系統瘦身勢在必行

現代作戰對步兵分隊的要求越來越高，為了有效地遂行作戰任務，各種戰斗裝備、通信裝備、保障裝備等布滿士兵全身，士兵因此不堪重負，極大地影響了實際作戰能力的發揮。資料表明，在第一次海灣戰爭中，美國陸軍單兵平均總負荷竟高達近100kg，在阿富汗戰場上平均每個士兵的負重也為43.13～47.67kg。一個士兵背著如此多、如此重的東西行軍作戰，尤其是在高溫、高寒條件下，其困難程度可想而知。正因如此，世界各國對單兵負荷減重這一問題非常關注，并在未來士兵系統的研制發展過程中試圖使單兵負荷減至合理狀態。

作為單兵或班組遂行作戰任務的主要武器裝備，輕武器的質量能否減輕在很大程度上決定著單兵負荷的高低和作戰能力的有效發揮。對于任何一種武器裝備來說，“提高作戰效能與減輕系統質量”之間的完美結合都是其努力追求的目標。這一點，對于本就結構緊湊、小巧輕便的輕武器來說，顯得更加困難。

隨著技術的進步，輕武器也在向著輕量化的方向發展。比如我國的12.7mm單管高射機槍系統，質量由1950年代的180kg減輕到1980年代的40kg、1990年代的26kg；7.62mm重機槍系統， 1950年代重40kg，1980年代減輕到15.5kg。輕武器的減重可以從兩個方面來考慮——發射平臺（主要包括發射器、腳架及各種附加部件）的減重和彈藥減重。統計資料表明，輕武器中槍械輕量化的發展要比彈藥輕量化快。考慮到槍械和自動榴彈發射器是輕武器裝備中的典型代表，故下文將結合這兩類武器對輕武器系統的減重問題進行初步探討。

發射器結構優化設計——輕武器系統減重的首要選擇

發射器是輕武器系統的發射平臺，也是輕武器系統的主要受力部件。為了確保武器安全可靠耐用，對發射器有很高的強度、剛度、耐磨、耐腐蝕等性能要求，這也是導致其質量一直居高不下的主要原因。因此對發射器進行結構優化設計、減少零部件數量、功能高度集成就成了減輕系統質量的一個首要手段。從技術角度來講，改進槍管結構、減輕槍口制退器質量、改進槍機組件、采用可卸式槍托等措施，在減輕系統質量方面都有過成功的范例。

美國在2003年10月正式推出的XM8模塊化武器系統，其槍管就采用兩層結構。內層是鋼，壁厚1.6mm，外層是鈦，壓裝在內管上，這樣的槍管工藝雖然復雜，但卻使全槍質量得以大幅度減輕。此外在槍管上加工出散熱凹槽，在保證強度的情況下也可減輕系統質量，如美國M249輕機槍、M16系列步槍等都采用了這種方式來減重。美國XM25的槍口制退器由特殊的泡沫塑料制成，其上有6條縱槽，可以減輕該部件質量；德國的DSR No.1狙擊步槍采用鈦質槍口制退器，在減輕質量的條件下還提高了槍口制退效率。美國IDW單兵自衛武器，其槍托必要時可卸掉而使全槍質量減輕454g。與其他減重措施相比，通過結構優化設計、功能集成等手段減輕發射器質量，效果最為明顯，但從目前來看尚有許多工作要做。

減后坐技術的不斷進步——輕武器系統減重的有力支撐

凡依靠火藥燃氣能量的武器，都會產生或大或小的后坐力。為了保證射擊精度和射手的安全，經常要靠增加發射器的質量、安裝腳架等措施來減小武器后坐，這使得武器系統的質量有所增加。因此，研究開發新型高效的減后坐裝置來減輕武器系統的質量，也是有效的途徑之一。俄羅斯推出的AGS-30自動榴彈發射器在保持與AGS-17相近射程和射速的情況下，減少了40%的零件，設計有較大的緩沖裝置減輕后坐，使得該武器質量大幅度減輕，可以抵肩射擊。美國新近推出的MK47“打擊者”自動榴彈發射器采用肘節連接桿延遲后坐系統和雙向液壓緩沖器，后坐力比MK19減少了60%，并且零部件總數減少了33%。新加坡STK 公司推出了號稱是當今世界上最輕的40mm自動榴彈發射器— —SLWAGL，其發射器僅重14kg，連同三腳架系統全重也只有25kg。在這種超輕型自動榴彈發射器上安裝了已獲專利的后坐緩沖裝置，它可使榴彈發射器的后坐沖量峰值低于標準榴彈發射器的50%，這樣，發射器本身、零部件和三腳架等構件的質量都可以大大降低。美國巴雷特公司研制的“佩勞德”25mm步槍采用兩個額外的槍管復進簧和兩個液壓緩沖器來減小后坐，使得武器初速高達424m/s，全槍質量也只有14.75kg。

火控觀瞄系統的輕量化——輕武器系統減重的有利補充

未來的輕武器將加裝性能更加先進、結構更為復雜的光電火控系統。能否有效降低火控系統的質量，已成為輕武器系統減重和作戰效能提高的關鍵問題。

新材料和新工藝的不斷涌現——輕武器系統減重恰逢良機

在輕武器設計和制造過程中，采用新材料和新工藝無疑是減輕質量、提高武器性能的有效途徑之一。工程塑料、合金材料（包括硬鋁合金、超硬鋁合金及無聲合金材料等）、碳纖維、玻璃纖維、納米材料等高分子材料因具有質量輕、強度高、耐腐蝕、耐磨損等特點，都在輕武器上獲得了廣泛的應用。在槍械、單兵反坦克火箭上使用工程塑料與合金材料，美國人起步最早。目前在槍械零件中，已經普遍以塑代木，除槍管、槍機和彈簧等主要受力件外，其余鋼質零件正逐步被輕合金或工程塑料零件所代替。

新的三室槍口制退器

“佩勞德”25mm步槍的緩沖器

OICW的火控系統

工程塑料在輕武器尤其是槍械上應用最為廣泛

工程塑料是一種化學合成的高分子復合材料，因其質量輕、強度高、彈性好、剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨以及具有良好的工藝性和經濟性，成為輕武器不可缺少的一種新型材料，得到世界各國的廣泛應用。當前世界絕大多數自動槍械上都大量使用了工程塑料來減輕系統質量。法國FAMAS突擊步槍、奧地利AUG突擊步槍和格洛克手槍、美國M16系列突擊步槍、俄羅斯AK74突擊步槍、德國G11無殼彈步槍、比利時F2000模塊武器系統、新加坡SAR-21突擊步槍、以色列TAR-21突擊步槍、南非CR-21突擊步槍等都大量采用高強度工程塑料制造槍托、前護木、瞄準鏡體等非受力零部件。其中法國FAMAS采用了33個塑料件，占全槍零件數的30 %；奧地利AUG塑料件有32個，占全槍零件數的20%；格洛克手槍塑料件占全槍的50%。工程塑料不僅應用在槍械上，在槍彈、手榴彈以及手榴彈引信上也得到了推廣使用，減重效果很好。

新型合金材料是輕武器減重的有效途徑

硬鋁合金、超硬鋁合金、無聲合金等材料是新型合金材料的典型代表。國外許多步槍如美國M16A2突擊步槍都大量采用了鋁合金材料。美國MK47“打擊者”自動榴彈發射器所有非重要部件均采用輕合金或復合材料制成，大大減輕了系統質量并提高了武器的可靠性。新加坡研制的超輕型自動榴彈發射器采用鋼鈦合金材料，系統總質量只有25kg，而新加坡原先的40mm自動榴彈發射器系統質量高達52kg。美國7.62mm M134米尼岡機槍裝備部隊已近30年，該槍曾被廣泛安裝在偵察直升機和救援直升機上，一直受到部隊的好評。美國對米尼岡機槍的一個重大改進之處就是狄龍公司設計的槍架，新槍架采用4130鉻鉬合金鋼制造，質量輕，活動自由方便。無聲合金材料是我國新近研制成功的一種材料，既有金屬特性，又有橡膠般的防震性能，是槍用消聲器的理想材料，目前正向實用階段發展。俄羅斯也在為槍用消聲器研制一種新型消聲材料，據稱采用新型合金材料的可能性很大。

碳纖維、玻璃纖維等聚合物材料的出現增加了輕武器減重的手段意大利伯萊塔9000S手槍的套筒座就采用了玻璃纖維增強的聚合物材料，使得武器強度加強、質量減輕。德國HK公司UMP微聲沖鋒槍的機匣、彈匣、折疊槍托和許多內部零部件都由玻璃纖維增強的聚合物模壓而成。美國專業軍火公司于2000年推出了新式碳15步槍，其上下機匣、前護木和槍托都用碳纖維制作，空槍質量僅1.77kg，只有一般步槍的一半左右，而作戰效能卻未受任何影響。

納米材料技術的不斷進步將為輕武器減重開辟新天地

在不久的將來，納米材料、樹脂基復合材料、金屬基復合材料、高強度聚乙烯纖維增強復合材料等方面的技術進步，會給輕武器的輕型化帶來新的機遇。這其中，納米材料前景最被看好，也最為世人所關注。納米技術被認為是21世紀的三大科技之一，2002年美國陸軍和麻省理工學院合作成立了士兵納米技術研究所，研究用納米技術為輕武器裝備和單兵防護裝置提供具有革命性的新型材料。在輕武器上應用納米技術，可以制造出納米復合金屬的槍管、機匣、槍機，可使它們的質量減少到原來的1/10，從而可以制造出質量輕、堅固耐用、戰斗性能好、壽命長和維修費用低的新型輕武器。

中國03式5.8mm步槍工程塑料槍托

德國G36K步槍增強聚合物扳機

無殼彈

工藝的不斷創新和進步為輕武器減重提供了可靠保障

先進的注塑成型技術、鑲嵌金屬工藝、槍管精密鍛造技術、表面處理技術、并行工程技術、柔性集成制造技術、精密和超精密制造技術的廣泛應用，不僅有利于減輕武器質量、增強防腐性，還可降低成本、縮短輕武器研制周期，從而更加經濟有效地滿足各種用戶復雜多變的需求。

輕武器彈藥變革 ——系統減重殊途同歸

輕武器“瘦身”減重，在彈藥方面下功夫可謂事半功倍。彈藥減重，在同等條件下可以使士兵攜彈量更多，確保火力殺傷的持續性。增加士兵攜彈量的先決條件是減輕彈重，采用小口徑彈藥是最有效的一個措施。另外就是減輕彈殼質量，因為彈殼的質量幾乎占全彈重的一半。

彈藥小口徑化是輕武器系統減重的革命性變革

槍彈的變革，特別是彈藥口徑的變化是輕武器系統減重的關鍵舉措之一，但其受制于彈藥儲備量、國家經濟、政治、軍事等宏觀條件的制約，各國在采用這種手段時都非常慎重。早在1950年代初期，美國經過專題研究發現：用高初速、小口徑的輕彈頭代替大威力的7.62mm彈頭，可提高殺傷效果，并可提高經濟性。這一專題研究成果導致了M16 5.56mm自動步槍的出現，該步槍是第二次世界大戰后美國換裝的第二代步槍，也是世界上第一種正式列入部隊裝備的小口徑步槍。此后，世界范圍內掀起了步槍小口徑化研制熱潮，北約各國也都競相研制小口徑步槍和彈藥，于是出現了北約標準的比利時SS109式5.56mm小口徑彈藥和一系列小口徑步槍。20世紀末，世界上裝備小口徑步槍的國家已經有100多個。與中間威力型（指口徑為6～8mm）槍械相比，小口徑槍械系統質量大大減輕，槍彈質量一般為7.62mm口徑槍彈質量的2/3。士兵攜彈量增多，火力持續性增強。

研制輕質高效的彈殼或藥筒是彈藥減重的主要方向

傳統的金屬材料彈殼（銅彈殼和鋼彈殼等）已不能滿足作戰使用要求，鋁彈殼、鋁合金彈殼及塑料彈殼的研究和研制成為工程研究的課題之一。澳大利亞、英國、德國和美國均對鋁彈殼（藥筒）進行了研究，美國空軍把鋁彈殼研究作為發展輕型彈藥的一個方向。除槍彈以外，在榴彈領域鋁合金藥筒也得到了大量應用，美國40×53mmSR榴彈適用于包括MK19在內的各種40mm自動榴彈發射器，其藥筒就是由高強度鋁合金制成的。還有一種動向非常值得關注：2003年，美國納蒂克公司研制出一種5.56mm聚合物彈殼槍彈。該彈不僅能使部隊的基本彈藥負荷減輕20%，而且能延長槍管的使用壽命，同時還能有效地減小武器的后坐力和膛口焰， 使用效果與標準彈藥相同。由于聚合物本身是絕熱體，使發射藥的燃燒速度得到提高，在保持相同彈道性能的情況下減少了裝藥量。另外，聚合物還具備所謂的“尺寸記憶”功能，也就是說可使武器的抽殼力減小。對自動／半自動武器來說，這意味著武器射擊時產生的后坐力也會很小。目前已經采用的由多種合成材料制成的彈殼有很大的局限性，只適用于低壓彈。而納蒂克公司的聚合物彈殼卻可以經受住槍彈擊發時產生的高壓，使槍彈的彈道性能與黃銅彈殼槍彈相當甚至更勝一籌。納蒂克公司目前可以提供多種型號的5.56mm雷明頓聚合物彈殼槍彈和7. 62mm 溫徹斯特聚合物彈殼槍彈。這一發展動向已經引起美國陸軍的密切關注。

無殼彈曇花一現，但其對輕武器系統減重的重要影響不可低估

無殼彈方案的提出，主要出于減輕系統質量和減少金屬材料消耗的需要。傳統槍彈的彈殼質量幾乎占全彈質量的一半，限制了士兵的攜彈量，影響了武器的機動性和火力持續性，而且彈殼不便于重復使用或再利用，造成大量金屬材料的浪費。無殼槍彈徹底摒棄了常規的金屬彈殼，它將發射藥壓成藥柱，點火藥裝在發射藥柱底部，彈頭結合在發射藥柱中。無殼彈無論從減輕槍彈質量，還是從射擊精度等方面來衡量都是無可挑剔的，但它也存在致命的弱點：槍彈自燃、彈膛燒蝕、生產過程不安全、價格昂貴等。這也是無殼彈最終夭折的根本原因。雖然如此，但其先進的設計理念卻為輕武器彈藥和系統減重開拓出了一條新路，在其基礎上研制出的塑料彈殼埋頭彈，不但大幅度減輕了彈藥的質量，還克服了無殼彈的上述缺陷。

可燃藥筒的廣泛應用，使輕武器彈藥減重又多了一條途徑

由于可燃藥筒在彈藥發射時燃燒，從效果上可代替部分火藥。所以可燃藥筒在不增加裝藥量的情況下提高了彈頭初速，減小了藥筒的體積，減輕了彈重。此外，藥筒完全燃燒，省去了抽殼、拋殼動作和相應機構，簡化了發射器的結構，對減輕系統質量也大有好處。到目前為止，可燃藥筒技術已經很成熟了，比利時、德國、法國、英國、挪威、意大利等國的坦克炮和大口徑自行火炮（口徑90～155mm）都應用了可燃藥筒。典型代表是德國萊茵金屬工業集團奧伯恩多夫－毛瑟公司研制出的 RMK30型無后坐力自動機關炮，配備了30×280mm的可燃藥筒彈藥。相比較而言，可燃藥筒在小口徑武器上應用較少，但其具有應用前景。

新型高能發射藥的出現，將搶占輕武器彈藥減重的制高點

改進發射藥，減少裝藥量并提高燃燒效能是減輕彈重的全新途徑。在輕武器槍彈發射藥發展進程上，用無煙藥代替黑火藥，雙基藥代替單基藥都曾給彈藥減重創造了非常便利的條件。德國4.73mm無殼彈采用了高燃點的“奧克托岡”固體發射藥替代了硝化棉發射藥，發射藥柱熱分解后燃燒，可產生高溫高壓的火藥燃氣推動彈頭加速。利用納米技術可制成使火藥燃燒速度更高的催化劑，將其加入發射藥中可以大大提高燃燒效能。通過這種途徑不但可減輕槍彈的質量，而且會大幅度提高彈頭的初速。此外，利用納米技術制作的發射藥，將從根本上改變現有的輕武器發射機構，因為這種新型發射藥遇到空氣就發生反應，所以新的擊發機構實際上就是一個控制發射藥與空氣接觸的機構，將使武器的擊發機構設計更為簡單。

系統工程需要系統考量

輕武器的減重問題是一個“系統工程”，涉及到武器結構優化設計、系統功能集成，以及發射器、彈藥、各種附加部件及它們之間的相互綜合匹配等諸多因素，必須要從系統的角度去綜合考量。常常需要多種手段和方式的綜合運用才能最終解決問題。可以相信，隨著科學的飛速發展和技術的不斷進步，未來的輕武器將會更加輕便小巧，作戰效能更高、更便于單兵和班組作戰使用。