燃料空氣炸彈和溫壓彈的異同

中秋

燃料空氣炸彈和HAP都是常規武器。同樣作為爆破性面殺傷武器，這兩種彈的殺傷原理與爆破彈和燃燒彈均有很大區別。這兩種彈的殺傷原理和結構有很多相似之處，很容易被混淆，但從材料、結構設計和使用條件去分辨，卻可以發現不同應用意圖所實現的不同效果。

燃料空氣炸藥簡稱FAE，在起爆前需要與空氣充分混合，在較大范圍產生高溫高壓以殺傷目標和破壞裝備，也有云爆彈、云霧彈、窒息彈、氣浪彈、油氣彈等名稱。

燃料空氣炸藥的爆炸和殺傷原理，與面粉廠或工業打磨生產場地等場所粉塵爆炸，以及液化氣、汽油泄露后出現的爆燃相似。這類爆炸最初以工業事故的方式被認識，很早就被作為戰爭的手段進行研究，但在很長時間內都沒有實現技術突破。膨脹的氣體和粉塵爆炸的原理看來簡單，實現起來卻很難，武器裝藥依靠燃料或爆炸的單作用方式，直到美國在越南戰場使用燃料空氣炸彈后才被打破。自從美國1966年在越南使用的 GBU55B后，FAE戰斗部到現在已經發展了三代產品，理論綜合毀傷威力達到了TNT的10倍，面殺傷效果相當突出。

FAE通常采用的液體燃料有環氧乙烷、環氧丙烷、乙醚、甲烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙炔丙二烯混合物、過氧化乙酰、二硼烷、無水偏二甲肼、硝基甲烷和硝酸丙酯等。這些液體燃料易燃、易爆而且沸點很低，在較低溫度時呈液態，溫度稍高就極易揮發成氣態，與空氣混合形成一種氣溶膠混合物。FAE裝藥中通常還按比例混合金屬粉末作為固體燃料，常用的有鎂、鋁或混合的鎂-鋁粉末。

環氧乙烷等液體燃料在未與空氣充分混合時沒有爆炸條件，裝填彈藥后的儲存安全性較好。常規炸藥自帶氧化成分，可以在密閉的空間爆炸。FAE裝藥本身并沒有氧化成分，而是要使裝藥與周圍空氣混合。液體燃料與空氣接觸后會迅速氣化并與空氣混合膨脹成氣團，爆炸后從空氣中大量吸收氧氣，形成范圍較大的無/貧氧和高一/二氧化碳區。FAE的另一個特點就是裝藥爆炸時的密度低，爆速沒有常規炸藥那么快，但形成的超壓強度比較高，超壓隨距離衰減的速度也慢。

FAE裝藥爆炸前形成的氣溶膠氣團重于空氣，可以滲入戰壕、山洞和其它縫隙中，起爆后的高溫與超壓能殺傷開口的山洞和戰壕內人員。按照公開發表的資料，同質量TNT與FAE在無約束的空氣條件下爆炸，FAE爆炸產生的火球持續時間是TNT的近2倍，火球直徑是TNT的1倍多。FAE靠近爆心位置的壓力高于TNT，在殺傷區域邊緣的壓力則遠高于TNT。

美國在越南戰場上投放FAE最初是為直升機開辟起降場。正是因為這種使用思想，早期FAE對命中精度要求并不高，體積也很大，用低速運輸機投放。美軍在FAE使用過程中，發現這種炸藥對暴露的人體殺傷效果很強，隨后開始逐步縮小彈體，并通過降落傘減速和改善起爆方式等措施，將這種武器逐步轉型為戰術面殺傷武器。

在作為戰術武器使用FAE后，早期FAE的構成和使用方法卻限制了實戰效果。FAE的威力體現在氣溶膠爆轟后的高溫和沖擊波，而氣溶膠的形成飽和度是關鍵。要保證FAE裝藥充分與空氣混合就必須控制下落速度，還要安裝定高裝置以保證在觸地前進行一次起爆，一次起爆后到二次起爆前這個階段，裝藥膨脹混合的效果決定了最終威力。

按照正常的使用過程，FAE在近地高度彈體分解（爆破或拋棄），化學燃料擴散后形成氣溶膠團，經過0.1～0.15秒延時以使氣溶膠團充分發育后起爆。FAE正常爆炸的聲、光效果非常明顯，破壞范圍大，精神壓力和物理殺傷效果都很明顯。FAE二次爆炸后的火球產生高溫和高壓，并在擴散的同時引燃周圍未燃燒的燃料，外圍的燃料可以作為火球擴散階段的補充，可以在較大半徑內維持溫度和壓力，甚至在部分條件下還具有增強的條件。煙火團在達到最大范圍后，在作用范圍內將形成近無氧的區域。爆炸煙火團在達到極限后上升并耗能，周圍空氣在壓力作用下填補低壓區之前，人員目標將承受極其劇烈的正/負壓轉換、缺氧和一氧化碳中毒的威脅。

FAE在理想條件下可以發揮效果，但在復雜地形和大風、陰雨等不利條件下，氣溶膠的形成效果就會受到很大影響。實戰中FAE投放后的地形和氣候特征難以保證，很多FAE實戰中只能利用10%左右的裝藥，有很多二次起爆不成功。蘇聯航空兵在阿富汗戰爭中大量投放FAE殺傷山地和坑道內的游擊隊。FAE在多山的阿富汗戰場使用的效果很不穩定，蘇聯航空兵為了保證FAE的爆炸效果，往往采用雙機組合，前機投放FAE后，跟隨的飛機向氣溶膠團處發射火箭彈，以便在FAE二次起爆不成功或裝藥起爆率不足的時候，利用火箭彈的爆炸效果引爆氣溶膠團。改進起爆方式以增加二次起爆可靠性成了FAE發展的重點。

FAE第一代產品有美國的GBU55、BLU72以及蘇聯的ODAB 500PM，主要是作為低速飛機使用的航空炸彈，技術水平較低。首代FAE只能用運輸機和直升機投放，戰術靈活性較差。第二代產品從70年代初期開始研制，重點是增加炸彈的投放速度，可以用噴氣式戰術飛機和轟炸機投放，投彈時的飛行速度可達800千米/小時，主要以美國BLU73、BLU76、BLU96和MADFAE集束彈及GBU72子母彈為代表。GBU72內裝備3枚可獨立起爆的子彈，威力比上代同規格炸彈高4～5倍。

前兩代FAE主要裝填環氧乙烷/環氧丙烷、環氧乙烷/環氧丙烷硝酸異丙酯，或采用環氧丁烷與碳粉等凝膠劑制成的膠體作為燃料。第一、二代FAE均需實施兩次引爆，第二次引爆時的油氣團濃度、點火時的高度、點火起爆延遲時間的控制精度，油氣團擴散時的地面風速、空氣濕度及氣溶膠團與空氣混合的均勻度等，均會使爆炸能量受到影響。此外，前兩代FAE不宜在高速狀態下使用，必須用減速傘降低彈體下落速度，以便獲得燃料與空氣充分混合的時間。

美、蘇針對前兩代FAE的技術局限和使用難度，在80年代后期開始研制第三代FAE。三代FAE采用了一次引爆技術，簡化了彈藥構造，降低了制造成本和工藝難度，改善了維護條件。第三代FAE的油氣團擴散方式并沒什么變化，主要是用化學催化法或光化學等起爆方法替代了傳統的引信起爆。第三代FAE主要解決了二次起爆難題，但一次起爆方式對燃料膨脹分散與起爆協調性的要求更嚴格，即使對彈體材料、結構壁厚、裝填狀態等參數進行細致協調設計，彈藥投放時的外部環境仍會影響燃料混合效果，爆炸時的氣溶膠體積和形狀也會明顯影響到爆轟效果。

FAE氣溶膠的爆轟產生三個相互獨立的爆炸過程。首先是以微秒計，包含各種氧化還原反應的裝藥爆炸反應。其次是爆炸后的裝藥無氧燃燒反應，是最初爆炸波中沒有完全燃燒的較大燃料顆粒繼續燃燒反應的過程，這個過程將持續幾百微秒。最后是裝藥爆炸后從周圍空氣中吸收氧氣的燃燒反應，也是沖擊波與周圍空氣混合時燃料富集物的燃燒過程，反應時間以毫秒計。為了改善前兩代FAE二次點火環境適應性不好的缺點，第三代FAE普遍采用一次點火化學引爆技術，在燃料通過壓力拋撒后，引信經過一定延遲時間自動起爆。FAE充分起爆對外部環境要求較高，燃料混合過程也需要時間，不適合作為高速武器的裝藥，目前主要用于航空炸彈或火箭掃雷等面毀傷武器的戰斗部。

FAE的殺傷效果與二次起爆時的高度有直接關系。FAE在地面爆炸時的威力削減很明顯，在1～1.5米高度引爆氣溶膠團的爆轟效果和毀傷半徑較理想，但形成的彈坑不大，FAE彈藥不具備有效的穿透性破壞能力。

FAE的起爆受混合裝藥作用原理的限制，操作過程中會遇到很多麻煩，結構比較復雜，戰斗部體積也不容易做的很輕便。為了能在保持FAE的殺傷效果的基礎上，增強起爆可靠性和裝藥的利用率，并使FAE效應彈型適應性更廣泛，國外在80年代開始發展固體裝藥的新彈型，就是目前廣泛應用的HAP。

HAP的毀傷原理與其名稱相同，就是利用高溫和高壓造成殺傷，也被稱為熱壓（HAP）彈。FAE的裝藥是液體燃料混合物，僅有少量傳統炸藥作為拋射藥，HAP則采用單一的固體裝藥，炸藥經過專門配比設計，爆速只接近常規高猛度炸藥的一半（3 000～4 000米/秒）。裝藥內還添加有鎂、鋇、鋁、硅、鋯這類金屬材料粉末，利用金屬粉末起爆后可長時間釋放大量熱量的作用，增強HAP的高溫殺傷效果。

理論上，FAE與HAP是同類彈藥，差異在于FAE是通過形成霧狀油氣云后爆炸，HAP則是直接通過爆炸時產生的高溫和超壓實現。HAP可以看成是自帶氧化劑的粉末狀炸藥，命中目標時裝藥成粉塵形式一次整體爆炸。HAP炸藥爆速較低，但基本不受外部環境影響，大風和低溫等特殊環境對爆炸效果的影響不大，實戰可靠性遠比FAE要高。HAP還能根據需要靈活設計彈藥規格，能適應從十余噸重超級炸彈到幾百克重手榴彈的裝藥要求。

HAP是利用新的裝藥形式，通過直接起爆形成類似FAE的毀傷機理。FAE需要相對敞開的空間以使燃料與空氣較好的混合，不適合攻擊密閉空間和掩體。常規軍用炸藥的爆速高達8 000米/秒，可在近距離產生較大壓力，使破裂的殼體形成很高動能的殺傷破片。HAP裝藥的爆速低，形成破片的效果差，步兵攜帶的HAP彈種（火箭、反坦克和單兵榴彈）大都采用輕質的鋁制殼體，主要靠高溫和高壓效應進行殺傷。HAP采用一次起爆方式和固體裝藥，能采用比較堅固的殼體，可作為主裝藥或隨進裝藥在掩體或山洞內部爆炸，適合攻堅。

HAP的爆炸過程分三個階段。第一階段的無氧爆炸過程中只有部分炸藥被起爆，這部分炸藥形成高壓并決定了武器的穿透/破壞效能。第二階段的無氧燃燒時基本裝藥被起爆，形成體現主要破壞效果的高溫和高壓。第三階段是有氧燃燒過程，是裝藥在爆炸過程中使混合的金屬粉末開始燃燒，補強爆炸形成的壓力與熱殺傷效能。

蘇聯最先裝備HAP，并在很多彈藥平臺上采用，大量裝備HAP的反坦克導彈和火箭彈在近年的局部戰爭和反游擊戰中效果明顯。美國在阿富汗使用的 BLU118B是907千克重型炸彈，采用的BLU109鉆地戰斗部裝有240千克PBX？ IH135溫壓炸藥。PBXIH135炸藥由奧克托今軍用炸藥和聚氨酯燃料混合構成，炸藥中還按照精確比例加入了鋁粉，封閉空間爆炸能量為TNT的7倍。

HAP的殺傷機理可以與常規炸藥互補，卻不具備替代常規炸藥的條件，只能作為特殊戰場條件下的特殊彈種。HAP結構設計簡單，可作為手榴彈或槍榴彈的彈頭，攜帶方便性和戰術靈活性較好，能與常規炸藥武器成系列裝備。

FAE和HAP爆炸時的沖擊波壓力高，維持時間長，衰減速度慢，爆炸壓力作用范圍內基本沒有死角。能應付常規炸藥的敞開掩體和臥倒躲避，都無法防備高壓和高溫的殺傷影響。人體在承受高溫和高壓時，肌肉和皮膚受到擠壓后會產生壓縮、扭曲、撕裂，骨骼在壓力下容易斷裂，含氧和液體的內臟則會在高壓下撕裂、破損，內臟的高壓損傷甚至要比外部傷害更為致命?，F代步兵采用的防彈衣可以應付槍彈和破片，但半封閉的防彈衣在承受高壓沖擊波時，防彈衣與人體之間的小空隙會凝聚壓力，沖擊波的集中傷害效應甚至更嚴重。

FAE和HAP爆炸時的火焰維持時間長，溫度高，劇烈消耗爆炸點附近的氧氣，并釋放大量有毒氣體，有生目標即使沒被沖擊波殺傷也會缺氧和中毒。FAE和HAP爆炸產生的有毒氣體包括一氧化碳、硫化氫和一氧化二氮這些作用于細胞和體液的窒息性氣體，還有作用于呼吸道的二氧化碳和二氧化氮，形成足夠達到致命濃度的持續毒氣區域，常規炸藥則難以實現這種殺傷作用。

FAE和HAP依靠高溫高壓殺傷目標，在封閉空間效果更明顯。但是，常規炸藥高爆速可提供很大的動能，殼體預制破片的初速超過1 000米/秒，依靠動能殺傷距離上百米的目標，可采用更加靈活的起爆方式和組合。FAE和HAP在開敞空間的破片殺傷效果差，裝藥壓力向四面分散的利用率低，只能通過增加裝藥量來增加毀傷半徑，使大威力FAE和HAP的尺寸均很大。美國的MOAB彈重9 526千克，裝藥量8 165千克，只能采用慢速飛機運載投放，增強型 MOP的重量更是達到13.61噸。這類重型炸彈的威力雖然很大，爆炸時的溫度接近2 000℃，殺傷半徑可達到600米，堪與小型核武器相比，但巨大的尺寸始終限制了使用靈活性。

FAE最初是作為暴露空間的面殺傷手段，到目前仍然是以毀傷暴露的人員和裝備、清掃地雷和障礙為主要意圖。HAP擁有更靈活的戰術意圖，從開始就針對FAE的性能局限進行改進，以密閉空間的工事和掩體為主要目標，固體裝藥較好的強度還能滿足高速炮彈的裝藥條件，作為穿透型武器的裝填物，但殼體在爆炸中的破裂將消耗炸藥的效能。

炸藥的爆轟破壞和破片殺傷原理已經非常成熟，但技術人員始終在追求更大范圍、更高效率的殺傷武器。燃燒彈是用燃料進行范圍殺傷的彈種，在二戰中成為了城市毀滅者，凝固汽油彈則成了燃燒彈的代表，但燃料常規燃燒的殺傷效果存在局限。FAE則是將燃料與炸藥的殺傷作用結合起來，利用爆炸的方式使燃料迅速進行燃燒反應，利用燃燒的高溫和爆炸的高壓殺傷目標，FAE在理論上也屬于有爆炸殺傷效果的燃燒武器。HAP則是利用混合配比后的低爆速固體裝藥，采用常規爆炸方式起爆的攻堅武器。HAP殺傷效果和機理與FAE相似，但功能和結構卻是典型的爆炸型炸藥。FAE證明了利用混合效應提高彈藥威力的效果，HAP則在炸藥不斷增加猛度，增加爆速以提高威力的同時，利用新的殺傷方式和作用方式，充分發揮了低爆速復合炸藥的效能。HAP和FAE在方法上的殊途卻在最后實現了目標的同歸。武器在戰爭中展示的是毀滅和殺戮，但了解各種武器的發展和思維的技巧，又不能不欽佩人類在準備殺戮時所展現出的智慧。[編輯/旭日]