國外沉底雷技術的發(fā)展和啟示

魏繼鋒,金子焱,謝 鑫,陶永恒,王樹山

(北京理工大學 爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 10081)

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【裝備理論與裝備技術】

國外沉底雷技術的發(fā)展和啟示

魏繼鋒,金子焱,謝 鑫,陶永恒,王樹山

(北京理工大學 爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 10081)

首先闡述了俄、美兩國沉底雷裝備的發(fā)展沿革，隨后描述了其他國家的典型沉底雷裝備；接著從引信技術、裝藥技術和防護技術三個方面詳細論述了各自的技術類型與特點；最后面向未來海戰(zhàn)場的作戰(zhàn)需求，提出了沉底雷“攻擊型”技術，“防護型”技術，以及“攻守兼?zhèn)湫汀奔夹g的未來發(fā)展趨勢。

沉底雷；引信；裝藥；防護技術；發(fā)展趨勢

沉底雷是一種布設在水底，常采用原地爆炸方式毀傷水面艦船和潛艇等水中目標的水雷。該水雷在整個戰(zhàn)斗有效期內(nèi)都主要沉臥于水底，具有較大的負浮力，因此受水流和風浪等自然環(huán)境影響較小，隱蔽性好，清除困難，加之效費比高、使用便利，故而國外將沉底雷作為阻止敵方獲得海域控制權的有效兵器之一[1-2]。

1 國外沉底雷裝備的發(fā)展

俄羅斯在水雷研制和使用方面投入了大量精力，在水雷戰(zhàn)上取得過許多輝煌的戰(zhàn)績；對于效費比高的沉底雷，俄羅斯一直抱有濃厚的興趣[3]。20世紀40年代，俄羅斯研究出裝有“雙脈沖磁感應”起爆裝置的磁感應沉底雷AMD-1；1954年裝備磁水壓聯(lián)合引信的沉底雷IGDM，不適合潛布；1959年研究出磁聲感應沉底雷Serpei以代替IGDM，適合潛布；1975年裝備采用單一頻率的聲、磁、水壓聯(lián)合引信大型沉底雷MDM-4；20世紀90年代裝備的沉底雷MDM-6，裝有聲、磁、水壓聯(lián)合引信，擁有目標識別和對付滅雷具的功能。

美國也是一個十分重視水雷戰(zhàn)的國家，在第一、第二次世界大戰(zhàn)中曾布放過大量水雷，在水雷研制與使用方面有著大量的經(jīng)驗[4-5]。美海軍在越南戰(zhàn)爭中曾使用大量MK52型非觸發(fā)沉底雷，封鎖瀕海越南北方水域和港口，其與MK55/56/57沉底雷共稱為MK50系列沉底雷。此后又發(fā)展出“快速打擊”MK62/63/64/65沉底雷系列，相比較于MK50系列，采用了磁、水壓、地震波引信，可由飛機快速布雷實現(xiàn)快速打擊，能夠有效摧毀水面艦艇和潛艇；最新型號為MK76 ISLMN沉底雷，自航航程達46 km。

此外，其他國家也研制出多型性能優(yōu)異的沉底雷[6-7]。如英國在20世紀80年代末研制的“石魚”系列模塊化沉底雷，主要特色在于通過模塊化實現(xiàn)各型水雷的系列化，布深可達200 m，采用PBX塑性炸藥；瑞典1992年投產(chǎn)的Bunny沉底雷，采用9SP180可編程序水雷傳感器，該聯(lián)合水聲裝置可測量水深、動態(tài)壓力和聲，其內(nèi)的三軸磁強計可測定磁場變化；巴基斯坦國家開發(fā)總公司在2001年研制的“海星”沉底雷，采用微處理器控制，其引信采用聲、磁、水壓三種不同的傳感器，并可以任意組合，布深10～200 m。國外沉底雷相關數(shù)據(jù)見表1。

表1 國外沉底雷的相關參數(shù)

2 國外沉底雷引信技術

水雷引信是一種檢測、識別、判決目標的智能系統(tǒng)或裝置，是決定水雷性能優(yōu)劣的關鍵。沉底雷引信大多根據(jù)目標物理場輻射性來分類，目前主要有磁、聲、水壓引信和聯(lián)合引信[8]。

2.1 磁引信

艦船和潛艇的殼體、機器，以及各種儀器設備大部分都是由鋼鐵材料制成，在建造和航行期間受到地磁場的磁化，在艦船或潛艇附近形成磁場。水雷磁引信能夠根據(jù)目標磁場信號的幅值特性或時間的變化率進行分析和判斷，準確找出并打擊目標。磁引信分為動、靜兩類，靜磁引信檢測目標磁場強度某一分量的絕對幅值變化(如艦船磁場強度的水平分量幅值變化)；動磁引信檢測目標磁場強度某一分量隨時間的變化率。超導量子磁力計比傳統(tǒng)的弱磁探測靈敏度高幾個數(shù)量級，達1 fT·Hz-1/2，能測出10-5nT級磁場；該技術測量范圍寬、磁場頻率響應高，觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠[9-10]。

2.2 聲引信

艦船或潛艇在航行中，由于主機、輔機、螺旋漿的轉(zhuǎn)動，殼體的振動，以及水流對殼體的摩擦將產(chǎn)生強烈的噪聲；這種噪聲會傳播到目標體周圍的海水中，形成聲場。水雷用聲引信接收目標聲場信號，主要分為被動聲引信和主動聲引信[11]。被動聲引信依靠目標產(chǎn)生的物理場信號或其他特定信號工作，根據(jù)不同的工作頻率可分為聲頻引信(20～20 000 Hz)、次聲頻引信(0.000 1～20 Hz)和超聲頻引信(20 000 Hz以上)；主動聲引信基于超聲波回波測距工作原理設計，常采用一個工作頻率在50～100 kHz的發(fā)射聲束系統(tǒng)進行信號發(fā)射，若一個檢測周期內(nèi)接收到前、后兩個回波脈沖(前者為艦船或潛艇反射的，后者為水面反射的)，則判斷有目標出現(xiàn)，即引爆水雷。如“海星”的水聲傳感器可感應53 dB目標，對水面艦艇的探測距離為1 000 m，對潛艇的探測距離為350 m。

2.3 水壓引信

當艦船或潛艇航行時，目標的頭部與尾部存在壓力差，引起目標體附近水的流速、流向變化，從而導致整個空間壓力的變化，這個變化的空間就是艦船或潛艇的水壓場[11-12]。依靠運動目標產(chǎn)生的水壓場信號工作的非觸發(fā)引信稱為水壓引信，主要有液壓活塞式、壓力式和應變式。液壓活塞式采用液體填充連續(xù)自動壓力補償技術，利用活塞與水壓觸頭形成壓力繼電器，若繼電器動作，則引爆水雷；壓力式利用壓電材料將壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號；應變式則是通過應變片的形變反應水壓變化。

在5～100 m水深范圍，壓力測量范圍可以達到5×104～1×106Pa，能將目標下方相當于0～300 mm水位差當量的動壓力變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而根據(jù)目標水壓場的負壓變換規(guī)律判斷是否引爆水雷。

2.4 聯(lián)合工作引信

聯(lián)合工作引信將兩種或兩種以上的單一功能引信組合，按照各引信間的邏輯關系、表決權重綜合判決水雷動作與否，因此不容易被模擬艦艇物理場信號的掃雷具誘爆，抗掃能力更強。例如聲-磁聯(lián)合引信需要聲場、磁場按先后順序作用，才能引起水雷爆炸。當艦船或潛艇開來時，聲引信接收傳播距離最遠的音響信號并激活磁引信，當目標進入水雷有效毀傷區(qū)域內(nèi)，磁感應器接通爆炸開關，電雷管起爆，引起水雷爆炸[13]。

3 國外沉底雷裝藥技術

沉底雷國外裝藥多采用高密度、高爆熱、高威力的含鋁混合炸藥，沖擊波能和氣泡能明顯高于非含鋁炸藥，提高了沉底雷的毀傷威力。國外沉底雷戰(zhàn)斗部主裝藥主要向不敏感、鈍化方向發(fā)展，典型的國家有俄羅斯和美國，注重研制低易損性、能量輸出結(jié)構合理、水下爆炸綜合能量較高、裝藥工藝性好、安全穩(wěn)定的含鋁混合炸藥。

俄羅斯在AMD系列沉底雷中裝填TΓA炸藥(由TNT、黑索今、鋁粉組成)、RS211等；美國的水雷兵器裝填Torpex(41RDX/41TNT/17Al/5D2鈍感劑/0.5CaCl2)、H-6、HBX(40RDX/38TNT/8Al)系列和PBXN系列炸藥，其中MK52沉底雷中裝填HBX-1含鋁炸藥，在MK65沉底雷中裝填PBXN-103含鋁炸藥[14-16]。“石魚”、“海星”也都是采用PBX裝藥；在美國PBXN-111基礎上，澳大利亞研發(fā)出的PBXW-115使得沖擊波能提高到1.85倍以上[17](表2)。

表2 沉底雷炸藥的相關參數(shù)

4 國外沉底雷防護技術

隨著現(xiàn)代反水雷技術的不斷發(fā)展，從空中直升機滅雷到自主水下航行器，大量先進反水雷裝備服役，對水雷的防護技術提出了更高的要求。目前，沉底雷的防護技術主要包括防掃技術、防獵技術、防炸技術和防滅技術。

4.1 防掃技術

掃雷指使用掃雷具模擬艦船或潛艇的各項物理特性直接引爆水雷。沉底雷的抗掃技術主要包括定時、定次、抗掃電路的設計，以及多種引信的綜合利用與研制。例如聲、磁引信使沉底雷具有選擇性，能夠保持潛伏狀態(tài)直到真正目標靠近，難以被檢測掃除；采用地震波引信的沉底雷，由于艦船地震波信號平穩(wěn)傳播的主要頻率為5～15 Hz，所以譜能量主要集中在5～15 Hz，一般掃雷具針對的是譜能量集中在35～40 Hz的艦艇聲信號，因此地震波引信沉底雷被誘爆的概率不足10%[18]。

4.2 防獵技術

獵雷指使用探測設備(如獵雷聲納)發(fā)現(xiàn)水雷，并用獵雷具或潛水員進行排除或引爆。沉底雷的防獵技術主要有3種：改變水雷雷體外形，如瑞典GMI-100“羅肯”沉底雷設計成扁棱形，能夠較好地適應海底地貌，使獵雷聲納難以識別[19]；雷體外殼用特殊材料制造或改變其部分物理特性，如法國某水泥外殼的水雷、日本某橡膠外殼的水雷等[20]；水雷體上加裝偽裝物或涂覆吸聲涂料，可使聲波的反射率降至30%以下，一般也能降到10%左右。

4.3 防炸技術

沉底雷的防炸技術主要指防鄰雷爆炸，最小布雷間隔是水雷的抗炸指標，同時還有防小型炸藥誘爆的要求。防炸技術行之有效的措施之一是采用極不敏感炸藥作為水雷的主裝藥。國外實驗已表明：如果能在3～4 m距離上引爆普通高爆炸藥(HE)，那么引爆極不敏感炸藥(EIDS)的距離必須在0.9～1.2 m處，因此裝EIDS的水雷具有極強的防炸能力[16]。

4.4 防滅技術

沉底雷的防滅技術主要指當滅雷具在駛近水雷或在水雷附近進行識別、定位和投放滅雷炸彈，沉底雷能夠自行引爆并炸毀滅雷具，破壞反水雷艦艇的戰(zhàn)斗部件，延緩通道的開辟。防滅技術之一是在現(xiàn)役的沉底雷上聯(lián)合使用光和高靈敏度磁引信或高頻聲傳感器，可準確偵測到各種滅雷具發(fā)出的信號，對其進行毀滅打擊[21]。

5 沉底雷未來發(fā)展趨勢

從未來海戰(zhàn)場的變化趨勢及其對水雷武器的需求上看，不僅要求技術創(chuàng)新，而且要求功能超越。沉底雷也不局限于海底，將變得更為“聰明”，大深度使用、大范圍控制、遠距離智能探測、毀滅性打擊能力更為突出，更符合“海洋中最危險的武器”之稱謂。其發(fā)展方向可從“攻”、“防”以及“攻守兼?zhèn)洹?個側(cè)面進行詳細闡述[22]。

5.1 “攻擊型”技術

“攻擊型”技術主要指提高沉底雷攻擊能力的相關技術，主要采用如下技術手段：

1) 高能裝藥應用技術：研究高能量密度炸藥裝藥，提高炸藥的水下綜合能量，增強爆炸時氣泡脈動及沖擊波超壓對目標造成的破壞效果。

2) 機動性技術。遠程投送技術：在視距外投送水雷至敵方港口、近岸水道與海峽等布雷困難水域，不僅提高了布雷的機動性和安全性，而且更加靈活、使用范圍更大[23]。如俄羅斯的SMDM自航沉底雷可在遠離雷區(qū)1 700 m外的有利陣位發(fā)射，自行航行到預定布雷點，然后作為沉底雷開始工作；主動攻擊技術：如MK60火箭上浮水雷可布放在水深200 m處并控制直徑2 000 m的水域，當發(fā)現(xiàn)目標時，雷體發(fā)動機點火并借火箭推力在超聲波制導裝置的導引下射向水面的艦船或潛艇，具有隱蔽性好、命中率高和殺傷力強的特點[24]。

3) 智能識別技術。使水雷具有敵我識別功能，能夠擊毀敵方艦艇而無傷于己方[25]；具有目標選擇的功能，能夠從敵群中選取重要目標，或能將目標艦船信號與自然干擾信號和掃雷具信號區(qū)分開來。

5.2 “防護型”技術

“防護型”技術主要指提高沉底雷防掃、獵、滅、炸能力的相關技術，可由以下3個側(cè)面來實現(xiàn)：

1) 水雷裝藥鈍感化。采用低易損性/不敏感炸藥是提高水雷的安全性的重要舉措，可采用物理化學手段使高能炸藥組分降感、改善晶體品質(zhì)及采用分子間炸藥等途徑有效降低炸藥感度[26]。

2) 新型物理場引信。電場、地震波、重力場、宇宙射線場、核輻射場和激光等可減少現(xiàn)今掃雷裝備利用“老三場”(聲、磁、水壓)信號誘爆水雷的威脅，有效提高水雷的防掃能力。其中美、俄的水雷中已應用了地震波引信，俄羅斯的LIEP和PM-2水雷中已應用電場引信[27]。

3) 隱身技術。途徑為隱蔽自身或改變自身特征，如自掩埋和柔性雷體。自掩埋水雷能隱藏在水底泥沙中，只有探測器露在外面；柔性水雷布放后，雷體形狀會變得不規(guī)則[28]。兩者隱身效果好，都難以被傳統(tǒng)探雷、獵雷系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，具有極強的防獵能力。

5.3 “攻守兼?zhèn)湫汀奔夹g

“攻守兼?zhèn)湫汀奔夹g主要指既能提高沉底雷攻擊能力，又能提高其生存能力的相關技術。國外正在研發(fā)的“水雷聯(lián)網(wǎng)”技術正是基于該技術思想。

“水雷聯(lián)網(wǎng)”技術途徑是把所有水雷聯(lián)成一個信息共享、分工明確、統(tǒng)一指揮的“智能”網(wǎng)絡水雷陣，既能以攻擊性布雷控制沿海水域，又可以防御性布雷保護海軍，達到“攻守兼?zhèn)洹薄＠缑绹谔剿鏖_發(fā)的“2010”水雷陣，其中“指揮雷”負責情報、通信、控制、指揮，“戰(zhàn)雷”專門攻擊敵人水面艦船和潛艇，“衛(wèi)雷”負責保衛(wèi)雷陣安全、打擊敵人獵掃裝置，可提高水雷的打擊效果和抗獵、抗掃能力[29-30]。

6 總結(jié)

基于國外沉底雷裝備的技術特點，對沉底雷的聲、磁、水壓和聯(lián)合引信技術，鈍感混合含鋁裝藥發(fā)展和防掃、獵、滅、炸的防護技術進行了詳細闡述和分析，最后從“攻”、“防”以及“攻守兼?zhèn)洹?個側(cè)面提出了沉底雷的未來發(fā)展趨勢，“攻擊型”技術可采用高能炸藥、機動性和智能識別技術，“防護型”技術可采用鈍感炸藥、新型物理場和隱身技術，“攻守兼?zhèn)湫汀奔夹g可采用“水雷聯(lián)網(wǎng)”技術。

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(責任編輯 周江川)

Development and Enlightenment of Bottom Mine

WEI Ji-feng，JIN Zi-yan，XIE Xin，TAO Yong-heng，WANG Shu-shan

(State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

To begin with, the evolution of Russian, American and other typical foreign bottom mines were introduced. Next, the types and characteristics of fuse, charge and protective technology were analyzed in detail. Finally, in order to meet the future naval warfare requirements, offensive, defensive and offensive & defensive technologies of bottom mines were discussed.

bottom mine; fuse; explosive charge; protective technology; development trend

2016-10-22；

2016-12-25

國防預研課題 作者簡介：魏繼鋒(1977—)，男，副教授，主要從事基礎理論與應用研究。

10.11809/scbgxb2017.04.005

魏繼鋒,金子焱,謝鑫,等.國外沉底雷技術的發(fā)展和啟示[J].兵器裝備工程學報，2017(4):22-25.

format:WEI Ji-feng，JIN Zi-yan，XIE Xin，et al.Development and Enlightenment of Bottom Mine[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):22-25.

TJ610

A

2096-2304(2017)04-0022-04