現代彈藥技術的發展現狀、趨勢及其關鍵技術

熊 輝

(海軍裝備部，北京 100071)

1 現代戰爭對彈藥的要求

1.1 現代戰爭的特點

從近年來發生的海灣戰爭、科索沃戰爭、伊拉克戰爭、阿富汗戰爭中可以看出，現代戰爭具有下述主要特點:信息制勝;距離優勢;技術對抗;目標變化。

1.2 現代戰爭對彈藥的要求

從上述特點可以知道，為了適應現代戰爭的需要，作為最終完成對各類目標毀傷功能的彈藥必須具有下述能力:精確打擊能力;遠程壓制能力;高效毀傷能力;信息鉗制能力;其他能力要求。此外，彈藥還應使用安全、能長期儲存、經濟性好。

2 現代彈藥技術的發展方向

近年來，國外在傳統裝備上的發展重點逐漸從“以平臺為中心”轉向“以網絡為中心”，彈藥作為網絡的一個節點武器，其發展最積極、最活躍，彈藥裝備與技術的發展處在新一輪高峰期，正朝著遠程化、靈巧化、多用途(模塊化)、高效能、小型化、信息化和網絡化方向發展。

2.1 高新技術彈藥

目前世界各國正在發展的高新技術彈藥主要有以下幾種:末敏彈，制導炮彈，制導與簡控火箭彈，巡飛彈，末修彈(如半主動激光制導炮彈)，彈道修正彈等。

2.2 新型彈藥技術

2.2.1 遠程壓制彈藥技術

1)滑翔增程技術

對炮彈彈體進行優化設計，使其具備良好的氣動力學結構，當炮彈進入下降彈道階段后，彈丸近似水平滑翔，從而達到增程的目的。該項技術的優點是技術較成熟，容易應用到炮彈增程中。其缺點是滑翔階段飛行速度慢，飛行時間相對較長，易受干擾。目前，國外大多數增程炮彈采用火箭助推+滑翔增程技術。例如，美國ERGM 彈藥和法國超遠程“鵜鶘”炮彈，射程普遍達到100 km 左右。

2)固沖發動機增程技術

用于火炮發射彈藥增程的固體沖壓發動機技術于20 世紀70 年代末開始研究。美國以AFFS 炮射增程彈、坦克訓練彈和SPARK 動能彈為應用背景展開了應用研究，在203 mm炮彈上采用沖壓噴氣推進裝置后，其射程達到了70 km。目前，俄羅斯在152 mm 彈藥上展開了80 km 沖壓增程炮彈研究;美國在155 mm 彈藥上展開了80 km 沖壓增程炮彈研究;南非迪奈爾公司正在研制一種代號為PRO-RAM 的155 mm沖壓增程炮彈，射程也在70 km 以上。就國外沖壓增程彈藥的發展現狀來看，中大口徑彈藥采用沖壓增程技術以后其射程可以達到70 km 以上，增程率100%。可以說沖壓增程炮彈是未來陸軍低成本、遠程打擊武器彈藥的主要彈種之一。

3)底排火箭復合增程技術

底排火箭復合增程技術是20 世紀90 年代出現的一種新型增程技術，主要應用于大口徑炮彈領域。采用底排火箭復合增程后，155 mm 炮彈的最大射程可達到50 km 以上，遠遠高于現役的底排增程彈和火箭增程彈。

4)二次點火固體火箭發動機增程技術

基本原理是，彈丸在快要爬升到彈道頂點時，由控制系統將彈體后部的固體火箭發動機點火啟動，使炮彈再向上爬升一段，這樣會使彈道頂點更高，目的是讓帶滑翔功能的炮彈在彈道降弧上飛行更遠，從而大大延長炮彈射程。如美海軍127 mm 增程彈藥的火箭發動機在彈道升弧段的最佳時機點火，使彈體獲取10 兆焦的附加能量，射程將超出117 km。

5)微推偏噴管增程技術

該技術通過優化噴管長度，高速噴管方向，以減少發動機推力偏心，達到減少火箭彈的飛行阻力，實現火箭彈增程和減少地面散布的目的。

2.2.2 精確打擊彈藥技術

1)半主動激光制導技術

半主動激光制導需要位于彈體之外的激光目標指示器照射目標，彈上的激光導引頭跟蹤目標反射的激光信號，并由此信號解算出目標的視線角和視線角速度，再由彈上計算機綜合彈體姿態信號并按照給定的制導律處理成控制信號，輸給執行機構，使武器跟蹤目標，直至命中目標。激光半主動回波制導技術的優點是:制導精度高、抗干擾能力強、結構簡單、武器系統成本低。然而，由于在摧毀目標之前需要一直用指示器照射目標，不具有“發射后不管”能力，激光指示器的運載平臺有可能遭受敵方的攻擊。半主動激光制導技術是一種成熟的末制導技術，現已廣泛應用于導彈、航空炸彈和炮彈，半主動激光制導武器是各國主要裝備的制導武器之一。

2)脈沖發動機修正彈道技術

脈沖發動機修正彈道通過彈頭部或中部安裝通過火藥氣體產生推力脈沖的小型助推器，憑借噴流的反作用力為彈丸提供控制力以改變彈體飛行姿態修正彈道。彈道修正系統使用的是一次性小型助推器，能夠形成脈沖推力，具有響應極快、零件數目少、構造簡單之特征，但是每個小型助推器一次燃燒后便不能再次使用，所以當在同一方向再次發生推進力時就要使用另外的助推器，因此，采用這種控制方式的彈丸一般都采用旋轉穩定的飛行方式。這種彈道修正方法的優點是反應時間短、無活動部件和伺服機構、無氣動控制面、簡單易行、成本低、效率高、具有實時姿態控制和彈道修正能力;缺點是作用時間有限，命中精度相對較低。但在堅持把炮兵武器當作面壓制武器看待的觀點，采用這種方法既滿足了作戰對炮彈精度的要求，也滿足了大規模生產和使用的經濟性要求，因此成為世界各國彈藥修正彈道普遍采用的技術。

3)MEMS 陀螺儀和加速度計技術

隨著國外制導彈藥特別是制導炮彈發展的需求不斷上升，制造體積更小、更耐沖擊、更可靠且適于批量生產的微機械陀螺儀正在稱為各國研究的熱點。微機械陀螺是微電子與微機械組結合的微型振動陀螺，是根據受激振動在有科式加速度時存在模態耦合效應的原理來工作的，由于科式加速度由旋轉產生，且和旋轉速率成比例，所以通過測量感測模態的振幅大小就能測量輸入角速度的變化。微機械陀螺儀按所用材料分為石英和硅兩類。石英材料結構的品質因數Q 值很高，陀螺儀特定最好，是最早商品化的，但石英材料加工難度大，成本高，而硅材料結構完整、彈性好，比較容易得到高Q 值的硅微機械結構。隨著各向異性刻蝕與顯微光刻技術的發展，體硅微機械加工技術的加工精度不斷提高，在硅襯底上加工微機械結構不僅適合批量生產，而且硅材料具有機械性能好、斷裂點高、彎曲強度高、無可塑性變形、耐沖擊等優點，驅動和檢測也較為方便，因此硅微機械陀螺儀逐漸成為研發低成本微機電慣性測量裝置的主流。硅微機械陀螺的實現方案可歸結為框架式、音叉式、振動輪式、振動梁式、振動環式和四葉式等。

4)彈體姿態磁探測技術

以地球自身產生的磁力線作為測量基準的一種彈體姿態探測技術。由于地球自身產生的磁力線具有在一定區域恒定不變的，不可能受人為干擾的特點，因此可在彈體內固定地磁探測傳感器測量地磁方向，用于確定彈體相對于地磁方向的變化，使彈能夠自身感知其飛行姿態。

5)簡易彈道修正技術

簡易彈道修正技術是一種能根據火控系統指令，在飛行過程中對彈丸進行簡易控制的技術。火控雷達發現目標，由火控系統提供一個提前量，對來襲目標未來交匯點進行射擊，并跟蹤彈丸的飛行軌跡，同時對目標飛行參數和彈丸飛行軌跡進行解算，計算出彈丸彈道高低修正參數和方向修正參數，根據計算出的修正量，編碼后傳送給彈上指令接收裝置，由彈載處理器根據接收到的信息和彈丸飛行姿態信息解算出執行指令，執行機構動作，產生側向控制力，從而達到修正彈道，實現炮彈對目標精確打擊的目的。

6)小型化圖像制導技術

小型化圖像制導技術是制導彈藥的關鍵技術之一，用于彈藥制導。小型化圖像制導技術的關鍵在于小型化圖像導引頭制造技術和圖像自動識別技術。小型化圖像導引頭一般采用紅外類型的圖像導引頭。

2.2.3 高效毀傷彈藥技術

1)多模戰斗部技術

多模式戰斗部可根據目標類型的不同自適應起爆，形成對目標有最佳毀傷元毀傷目標。目前，國外軍事發達國家，尤其是歐美國家，均在該領域開展相關的基礎研究。

多模式戰斗部也叫可選擇戰斗部(selectable Warhead)，包括多模式爆炸成形彈丸(EFP)戰斗部和多模式聚能裝藥(SC)戰斗部，一般有以下5 種作用模式:分段/長桿式EFP(或射流)模式，形成射流或呈線狀飛行的金屬段或延長的彈丸，可近距離對付重型裝甲目標;飛行穩定EFP 模式，形成1個或幾個飛行穩定的EFP，可遠距離攻擊輕型裝甲目標;定向破片模式(或多枚EFP)，在特定方向上形成破片群，可對付武裝直升機、無人機、戰術彈道導彈等目標;全方位破片模式，可形成大范圍破片，有效殺傷地面人員;掩體破壞模式，形成扇狀射流或長徑比小的EFP 侵徹體，用于破障和攻擊混凝土工事目標。

其中，多模式EFP 戰斗部采用平盤狀藥型罩，一般形成分段/長桿式EFP、飛行穩定EFP 和多枚EFP 3 種模式;而多模式SC 戰斗部采用錐形、喇叭形和半球形形罩，一般形成射流和破片2 種模式。

這類戰斗部已用于產品的研制中，主要是雙模式戰斗部(射流和破片，長桿式EFP 和飛行穩定式EFP 等形式)和三模式戰斗部(長桿式EFP、多枚EFP 和飛行穩定EFP)兩種類型。目前研制中的多功能巡飛彈(如美國未來戰斗系統中的LAM 巡飛彈以及LOCAAS 等)則采用了三模式戰斗部。

多模式戰斗部可將彈載傳感器探測、識別并分類目標的信息(確定目標是坦克、裝甲人員輸送車、直升機、人員還是掩體)與攻擊信息(如炸高、攻擊角、速度等)相結合，通過彈載選擇算法確定最有效的戰斗部輸出信號，使戰斗部以最佳模式起爆，從而有效對付所選定的目標。其特點是可遠距離摧毀目標(約150 m);受反應式裝甲影響少;具有大侵徹孔，靶后效應高;降低殺傷即命中系統的成本。

2)大長徑比EFP 技術

對于給定質量和速度的EFP 彈丸而言，侵徹深度和侵徹孔的容積主要取決于彈丸的長度，彈丸形狀的影響是第二位的，且侵徹深度和侵徹孔的容積不與彈丸的動能成正比，因此，發展大長徑比的EFP 彈丸也EFP 戰斗部技術的重要研究方向。美國研制的“薩達姆”靈巧子彈藥在目標上方150 m 處起爆時，形成的EFP 對裝甲目標的侵徹深度達到了1 倍裝藥直徑。俄羅斯Motiv-3M 形成的EFP 以30°的傾角攻擊目標時，可擊穿70 mm 厚的軋制均質裝甲。德國“靈巧155”形成的EFP 長徑比達到了5，帶有尾裙，氣動力學性能優異，飛行穩定好。2003 年，美國空軍在伊拉克戰爭中首次使用了CBU-105/B 傳感器引爆彈藥。

3)MEFP 戰斗部技術

自20 世紀80 年代以來，各國一直在研究多爆炸成形彈丸(MEFP)戰斗部技術。最初設計的MEFP 戰斗部殼體材料為鋼，內裝LX-14 炸藥，藥型罩材料采用鈦、鋼或銅。典型MEFP 戰斗部所包括的基本部件:藥型罩、戰斗部殼體、卡環、起爆管和傳爆管。研究人員已經就MEFP 戰斗部在不同武器系統中的應用進行了分析研究，并在應用到掃雷、各種對付柴油桶和輕型裝甲的銷毀裝置進行了試驗。

彈丸的形狀可以是帶狀、球狀、橢圓狀和桿狀，并且在各種應用情況下進行了試驗。穿甲彈丸重量為5 ～50 g，飛行速度為5 ～25 km/s。另外，研究人員已經就通過改變藥型罩設計研究彈丸以不同的尺寸和形狀飛散，聚焦式飛散或定向飛散。此外，研究人員已經建立的數據充足的試驗數據庫，驗證MEFP 戰斗部在25 ～100 m 炸高范圍上起爆對付裝甲目標和輕型器材目標的性能。MEFP 戰斗部起爆后可形成許多EFP 彈丸，用于攻擊輕型器材目標。而最初設計的EPF戰斗部只能形成一個桿狀或球形EFP 彈丸，用于摧毀重型裝甲目標。

4)伸出式新型穿甲彈技術

伸出式穿甲彈的穿甲部分由芯桿、套筒兩段組成，發射前芯桿縮于套筒中，發射后芯桿從套筒伸出，根據穿甲機理的研究，除了芯桿有正常的侵徹穿甲作用之外，套筒也具有同樣相當桿長的侵徹穿甲能力，從而達到增大穿甲能力的目的。試驗表明，伸出式穿甲彈侵徹裝甲板深度比普通穿甲彈的增加25%以上。

5)橫向增效穿甲彈技術

橫向增效穿甲彈(Penetrator with Enhanced Lateral Effects，PELE)是一種具有穿甲彈和榴彈特點的新型彈藥，兼具穿甲彈的穿甲效應和殺爆彈的破片殺傷效應。由于無需引信和裝藥，PELE 彈還具有結構簡單、安全性好、成本低廉的特點。彈丸的作用原理基于彈丸的內芯和外層彈體使用不同密度的材料的物理效應。外層彈體由鋼或鎢重金屬制成，對付鋼板時有良好的穿透性能;內芯用塑料或鋁制成，不具有穿透性能。在侵徹過程中，低密度裝填材料被擠壓在彈坑和彈體的尾端部分之間。這導致壓力升高，低密度裝填物材料周圍的彈體膨脹，因此擴大了彈坑直徑，并最終使高密度的外層彈體分解為破片。

6)易碎穿甲彈技術

易碎穿甲彈技術的關鍵在于易碎彈體材料技術。易碎彈體材料技術是通過控制彈體材料的成分和工藝，實現對彈體材料破碎性能的控制，在撞擊裝甲目標時，利用沖擊波在彈體中的作用使易碎彈體材料形成均勻破片，不需開槽或破片預制。這種高密度破片在彈丸自旋離心作用下，能夠以膨脹的破片群形式攻擊目標，通過破片沖擊和侵徹作用毀壞目標及其部件。在打擊鋁或鈦制飛機結構時，這種高密度、高速度破片群的撞擊會使鋁或鈦形成粉塵，造成金屬粉塵氧化爆炸，產生超高壓并釋放出大量熱，進一步加強破壞效果。如果彈芯與鋯、鈦或貧鈾合金等自燃金屬組合在一起可進一步加強對飛機的縱火破壞作用。自燃金屬會破碎，并因沖擊載荷引燃，發生放熱式反應，產生燃燒溫度達3 000 ℃的縱火效應，能夠引燃各種可燃物，如汽油和噴射燃料，因而加強了易碎彈的終點效應。其關鍵技術包括:研究彈體材料的組分、工藝、密度、動靜態力學性能、微觀結構、材料的復合、終點效應、破碎特性及其相互關系等。

7)復合侵徹戰斗部技術

復合鉆地戰斗部主要由前置聚能裝藥、隨進殺傷爆破鉆地彈和靈巧引信系統等組成，主要配用巡航導彈。復合戰斗部的前置裝藥在碰撞到目標防護層或距離防護層一定的高度上先行起爆，產生金屬射流在目標防護層內穿孔，為隨進殺傷爆破鉆地彈鉆入目標內部開辟通路。當隨進殺傷爆破鉆地彈進入目標內部后，其所配用的引信經預定延期后起爆，重創目標。與動能鉆地戰斗部相比，復合鉆地戰斗部的結構設計復雜，現裝備的數量和種類較少。歐洲國家極為重視其裝備及研制工作。另外，美國也已經從英國采購了BROACH 戰斗部，提高空軍對付深埋及加固目標的能力。與動能鉆地戰斗部相比，復合鉆地戰斗部可以較輕的重量完成攻擊指定類型的目標。

8)復合材料(自銳鎢合金)穿甲彈技術

貧鈾彈芯因貧鈾材料撞擊標靶時，彈芯頭部形狀具有自動磨銳的特性，因此能夠得到良好的侵徹威力。但貧鈾材料具有放射性，會使環境受到污染，因此貧鈾彈的使用會受到限制。而傳統的鎢合金彈芯撞擊靶板時，彈芯頭部變形為蘑菇狀，使侵徹孔徑變得很大，其侵徹深度(長度)有限。近年來，美國等國正在開展新的研究，利用納米材料(由1 ～100納米等級的粒子構成的材料)制造技術，用鎢合金鈉米材料制作彈芯，當彈芯撞擊靶板時其頭部的形狀也可做到自動磨銳。通過應用這種技術，新材料的鎢合金彈芯的侵徹能力得到大幅提高，用鎢合金彈芯來取代貧鈾彈芯是可取的。

9)分段桿式彈芯技術

在分段桿式動能戰斗部中，桿式穿甲彈芯由許多有間隔的小段組成。目前，國外已經開始研究分段桿式動能戰斗部技術，并計劃將其應用于反坦克武器中。

加拿大目前正在研制超高速反坦克導彈，以滿足加拿大武裝部隊未來的反坦克作戰能力需求，為輕型戰車提供可與70 t 主戰坦克火力相當的導彈。該項目已經完成了第一階段的研究工作，第二階段的工作正在進行之中，定于2006 年3 月結束，其中包括設計分段桿式戰斗部。作為主承包商，加拿大國防研究與發展機構(DRDC)已完成了分段桿式動能戰斗部的風洞試驗。另外，德國也在該領域進行相關的研究工作。加拿大在研的HEMi 炮彈的尺寸和重量與120 mm APFSDS 相同，可從現有火炮系統發射，但飛行時間比普通彈丸要短。與相同質量的整體桿式彈芯相比，分段桿式彈芯的穿甲能力要高出1 倍。

10)其他高效毀傷彈藥技術

其他高效毀傷彈藥技術，還包括扇型射流技術、桿式射流技術、激光定距子母破甲彈技術、子母穿甲彈技術、含能破片技術、多材質藥型罩技術、并聯EFP 技術等。

3 結束語

總之，隨著世界發達國家在微電子技術、信息技術、材料技術、人工智能技術等重要技術領域的進步，使彈藥經歷了較大的發展變化，特別是在新技術、新原理、新材料的推動下，彈藥正在向高精度、遠射程、大威力、多功能、靈巧化和智能化的方向發展，出現了一系列在作用原理、結構、功能和使用效能上與常規彈藥相區別的新型彈藥。這些新概念的發展體現了戰爭從數量對抗到質量對抗的趨勢，使得彈藥技術出現了質的飛躍。應順應彈藥的發展趨勢，加快新技術彈藥研制的步伐，使我國在彈藥高技術領域占有一席之地。

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