防空反導(dǎo)戰(zhàn)斗部毀傷增強型破片技術(shù)分析

張 琳，韓曉明

(空軍工程大學(xué) 導(dǎo)彈學(xué)院，陜西 三原 713800)

戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈(TBM)技術(shù)的發(fā)展與擴散己經(jīng)成為使當(dāng)今世界許多國家憂慮的問題。TBM 由于其射程遠(yuǎn)、速度快、飛行時間短暫、突防能力強以及破壞力巨大，已被列為威脅性最大的攻擊性武器之一。反導(dǎo)導(dǎo)彈的戰(zhàn)技性能尤其是戰(zhàn)斗部的性能，對整個反TBM 防御系統(tǒng)的重要性是不言而喻的。

1 直接動能碰撞殺傷的不足

防空導(dǎo)彈對付TBM 的末段殺傷途徑主要有兩種:直接動能碰撞(KKV)技術(shù)和破片殺傷技術(shù)。目前大多數(shù)的研究熱點都集中直接動能碰撞技術(shù)，認(rèn)為采用破片殺傷技術(shù)的戰(zhàn)斗部失去了優(yōu)勢。但是采用KKV 方式擊毀來襲目標(biāo)，必須解決的主要技術(shù)難題是實現(xiàn)足夠小的脫靶距離，甚至實現(xiàn)“零脫靶”，對導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)要求極高，而且必須采用軌控或姿控發(fā)動機推力控制技術(shù)。同時受不同TBM 目標(biāo)特征差異、目標(biāo)突防措施、彈目交會參數(shù)等因素都影響著直接碰撞殺傷的最終威力。同時在大氣層外攔截TBM 時，由于攔截高度高，只要來襲彈頭被擊穿，甚至防熱層被損壞，便會導(dǎo)致彈頭在再入大氣層時被燒毀。因此，采用KKV 技術(shù)的導(dǎo)彈無需配備專門的戰(zhàn)斗部。但是對于低空反導(dǎo)必須引爆TBM彈頭才能起到殺傷作用，此時KKV 技術(shù)則顯得力不從心，只能采用破片殺傷或者直接碰撞與破片殺傷相結(jié)合的方式。對于攔截飛機類目標(biāo)，KKV 就不完全適用，因為當(dāng)遠(yuǎn)程地空導(dǎo)彈采用高拋彈道時，遭遇點往往處于導(dǎo)彈的下降段，如果把彈體的大部分拋掉，大部分動能和位能也隨之拋掉，不利于延長射程。如果臨近目標(biāo)再把動能攔截器與彈體其它部分分離，則消除干擾需較長的時間，并不對提高命中精度有利。所以攔截遠(yuǎn)程飛機類目標(biāo)，破片殺傷技術(shù)具有一定的優(yōu)勢。從經(jīng)濟性方面來分析，無論是研制還是裝備，KKV 技術(shù)均耗資巨大，比如俄羅斯9M92E2 導(dǎo)彈破片殺傷戰(zhàn)斗部與愛國者PAC -3/3KKV 性能指標(biāo)基本相當(dāng)，價格僅為1/4 ～1/5［1］。

目前防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部大多為殺傷爆破類戰(zhàn)斗部，破片分布一般為周向均勻型，主要靠高速破片殺傷目標(biāo)，只有在近距離情況下，爆轟波對目標(biāo)才有一定的殺傷效果，單枚破片的重量在幾克以內(nèi)，最常見的為2 ～4 g，所以破片的動能相對較低，從殺傷能量方面看，戰(zhàn)斗部殺傷破片均具有擊穿各類目標(biāo)結(jié)構(gòu)的能力，但一般不能引爆來襲彈頭的裝藥，反TBM 效果非常有限。因此必須對傳統(tǒng)戰(zhàn)斗部進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)才能滿足反導(dǎo)要求。

2 常規(guī)破片殺傷式

2.1 傳統(tǒng)改進(jìn)型破片

改進(jìn)型破片殺傷式戰(zhàn)斗部主要采用增大破片動能的方法，主要有增加破片速度，增大單枚破片質(zhì)量，采用新型合金材料等。

在海灣戰(zhàn)爭中“愛國者”攔截“飛毛腿”的高成功率，顯示了它的巨大威力，其成功的主要原因是根據(jù)所進(jìn)攻的目標(biāo)進(jìn)行了不斷改進(jìn)，“愛國者”原來是作為攻擊飛機的防空導(dǎo)彈系統(tǒng)設(shè)計的。上世紀(jì)70年代末80年代初，美國為了對付蘇聯(lián)的“飛毛腿”導(dǎo)彈，對“愛國者”進(jìn)行了一系列改進(jìn)，使其具有攔截TBM 的能力。“愛國者”原型戰(zhàn)斗部重量為68 kg，采用全預(yù)制的鋼質(zhì)立方體破片，單枚質(zhì)量2 g，破片數(shù)共21000枚左右，裝藥質(zhì)量約18 kg，破片初速度為1 600 m/s 左右，在第一個階段(PAC-1)戰(zhàn)斗部未改變，PAC-1 階段的戰(zhàn)斗部雖然破片數(shù)很多，但破片的重量小、速度低，不具備直接引爆或解體裝藥彈頭的能力;在“愛國者”改進(jìn)的第二階段(PAC-2)，戰(zhàn)斗部主要改進(jìn)為:增大了破片重量，由原來的2 g 增加到45 g，總破片數(shù)約為930 枚，戰(zhàn)斗部重量90 kg，其破片速度也得到一定的提高，改進(jìn)后的戰(zhàn)斗部破片打擊動能得到大大提高，在較高的相對速度下，足以引爆來襲裝藥彈頭，提高了“愛國者”摧毀TBM 的能力，這種改進(jìn)使得戰(zhàn)斗部在不影響反飛機效率的同時，具備了反導(dǎo)的功能［1］。

2.2 定向破片殺傷式

以前防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部殺傷元素的靜態(tài)分布基本上是圍繞戰(zhàn)斗部縱軸沿徑向均勻分布的。在軸向，殺傷元素集中在“飛散角”這一或?qū)捇蛘膮^(qū)域內(nèi)，不管目標(biāo)位于戰(zhàn)斗部的那個方位，在戰(zhàn)斗部爆炸瞬間，目標(biāo)在戰(zhàn)斗部殺傷區(qū)內(nèi)只占很小一部分，也就是說，戰(zhàn)斗部殺傷元素的大部分并未得到利用。如果設(shè)法增加目標(biāo)方向的殺傷元素或能量，甚至于把殺傷元素或能量全部集中到目標(biāo)方向上去，將大大提高對目標(biāo)的殺傷能力。同時，在保持一定殺傷能力的條件下，還可以減小戰(zhàn)斗部的質(zhì)量，這對提高導(dǎo)彈的總體性能也是很有意義的。這種把能量在徑向相對集中的戰(zhàn)斗部就是定向戰(zhàn)斗部。定向戰(zhàn)斗部使破片的利用率由原來的15% ～20%提高到70% ～80%，炸藥能量的利用率由原來的17%提高到75%左右［3］。充分發(fā)揮了炸藥的能量，提高了炸藥的利用率。目前，美國的“愛國者”PAC-3 導(dǎo)彈的改進(jìn)型和俄羅斯的C300-B 系列導(dǎo)彈均采用了定向戰(zhàn)斗部，且用大小兩種質(zhì)量的破片，大大提高了反TBM 的能力并兼有反巡航導(dǎo)彈和反飛機的能力。

定向戰(zhàn)斗部按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為不同的類型。按定向方式可分為機械裝定戰(zhàn)斗部、變形戰(zhàn)斗部和爆轟波瞄準(zhǔn)戰(zhàn)斗部;按結(jié)構(gòu)形式可以分為中心起爆式戰(zhàn)斗部、偏心起爆式戰(zhàn)斗部、破片芯式定向戰(zhàn)斗部和可變形定向戰(zhàn)斗部等。

3 含能破片式

含能破片戰(zhàn)斗部(energetic fragment warhead，EFW)也稱反應(yīng)破片戰(zhàn)斗部(reactive fragment warhead，RFW)，是破片自身含有一定化學(xué)能，在外界環(huán)境的激發(fā)下能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并以此將目標(biāo)裝藥引爆的一種特殊的預(yù)制破片戰(zhàn)斗部。含能破片戰(zhàn)斗部的破片一般由包括特殊材料在內(nèi)的幾種材料復(fù)合而成，含能破片擊中目標(biāo)后，首先利用破片機械能穿透目標(biāo)防護層進(jìn)入其內(nèi)部，破片隨之發(fā)生預(yù)期的破碎，反應(yīng)材料迅速釋放化學(xué)能，產(chǎn)生高溫、高壓，對目標(biāo)起到爆炸殺傷作用。

根據(jù)含能破片自身化學(xué)反應(yīng)類型的差異可分為燃燒式和爆炸式:燃燒式破片由具有燃燒特性的材料制成，在撞擊目標(biāo)時發(fā)生燃燒反應(yīng)，并可在一定的條件下發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟，從而達(dá)到引爆目標(biāo)的目的;爆炸式破片是由爆炸材料制成，在侵入目標(biāo)時，破片內(nèi)的爆炸材料發(fā)生爆炸反應(yīng)，從而達(dá)到引爆目標(biāo)的目的。

普通破片對導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的殺傷是僅僅依靠自身的動能。當(dāng)戰(zhàn)斗部初始狀態(tài)一定即爆炸驅(qū)動的初始條件一定時，若想使破片達(dá)到引爆戰(zhàn)斗部主裝藥的殺傷效果是有很大難度的。含能破片除破片的動能殺傷外還可以依靠自身的爆炸和燃燒能力為引爆導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部提供輸入能量，其對目標(biāo)內(nèi)裝藥的引爆提供遠(yuǎn)大于破片自身動能的能量，可以克服單一殺傷方式的不足，在作用條件相同的情況下，含能破片會大大增加引爆目標(biāo)——尤其是燃料艙和戰(zhàn)斗部等易燃易爆目標(biāo)的可能性，提高戰(zhàn)斗部的殺傷效能［2］。美海軍研究署試驗表明其威力半徑是普通破片戰(zhàn)斗部的兩倍，并斷定其潛在的殺傷威力相對普通破片戰(zhàn)斗部可提高近500%左右［4］。

含能破片主要存在的缺點:①破片的設(shè)計、加工和裝配比普通預(yù)制破片復(fù)雜;②比普通預(yù)制破片的造價高;③破片的穿甲能力較差，還達(dá)不到鋼質(zhì)破片的侵徹性能，因而無法最有效的發(fā)揮破片穿透目標(biāo)的殺傷后效。

4 橫向效應(yīng)增強型穿甲彈

橫向效應(yīng)增強型穿甲彈(penetrator with enhanced lateral efficiency，PELF)每個增強效應(yīng)破片類似于一個小的PELE彈丸，其作用原理基于彈丸的內(nèi)芯和外層彈體使用不同密度的材料的物理效應(yīng)［5］。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(nèi)芯用塑料或鋁制成，不具有穿透性能。通過將兩種材料結(jié)合到一起制成PELE 彈丸。當(dāng)彈丸命中目標(biāo)后，外層彈體將穿透目標(biāo)，同時塑料裝填物在目標(biāo)前方停止前行，彈丸內(nèi)的壓力將急劇增加，可達(dá)到數(shù)GPa。一旦彈丸穿透目標(biāo)，高壓傳入彈體內(nèi)將導(dǎo)致彈體材料分解成破片。破片的數(shù)量和尺寸是彈丸長度的函數(shù)，可以進(jìn)行調(diào)整。決定PELE 效應(yīng)的參數(shù)包括彈芯及外層彈體所采用的材料、彈丸和內(nèi)部彈芯的尺寸。國外研究工作己經(jīng)證實，PELE 概念可用于各種口徑彈藥，彈丸著靶速度從400 ～3 000m/s、著角從0° ～87°均可產(chǎn)生PELE 效應(yīng)。

基于橫向增強效應(yīng)穿甲彈的原理，將防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部破片設(shè)計成具有特殊形狀的橫向增強效應(yīng)小子彈。破片具有空氣動力學(xué)穩(wěn)定性和有利于提高破片侵徹能力的外形，主要由起侵徹作用的高密度外殼和產(chǎn)生增強效應(yīng)的低密度內(nèi)芯組成，可有效增強破片的侵徹能力和殺傷后效，提高破片殺傷戰(zhàn)斗部的殺傷效能。該新概念破片具有優(yōu)良的穿透性能和極佳的破片增強殺傷效應(yīng)，可有效提高破片對TBM 類目標(biāo)的殺傷效能以及直接引爆TBM 戰(zhàn)斗部裝藥的能力，有著極為廣闊的應(yīng)用范圍。

PELE 效應(yīng)應(yīng)用到殺傷戰(zhàn)斗部殺傷元素上有另外兩個關(guān)鍵問題需要解決:一是保持破片飛行彈道的穩(wěn)定性;二是保護破片在爆炸載荷作用下不會受到導(dǎo)致PELE 功能失效的毀壞。

5 動能桿式殺傷式

動能桿式戰(zhàn)斗部是一種新型的反導(dǎo)技術(shù)，最初是由美國的MICOM 研究發(fā)展和技術(shù)中心發(fā)展出的一種新概念戰(zhàn)斗部［6］，該戰(zhàn)斗部在戰(zhàn)斗部設(shè)計和研制技術(shù)上是一重大進(jìn)步，其原理采用低裝填比戰(zhàn)斗部，使戰(zhàn)斗部大部分有效質(zhì)量用于殺傷元素，在攔截中將大量動能桿條以較低的速度拋射到來襲目標(biāo)的路徑上，形成一個分布密度較大的桿條分布區(qū)域，利用極高的彈目交會速度對TBM 產(chǎn)生毀傷，繼而摧毀TBM的目的。

由于動能桿拋射時的速度較低，因此戰(zhàn)斗部的裝藥量較少，只占整個戰(zhàn)斗部總質(zhì)量的20%左右，殺傷元素占戰(zhàn)斗部總質(zhì)量的70% ～80%以上。而傳統(tǒng)的破片殺傷戰(zhàn)斗部的預(yù)制破片質(zhì)量約占整個戰(zhàn)斗部質(zhì)量的50%，其中作用于目標(biāo)方向上的預(yù)制破片僅有10% ～15%。因此，如果將質(zhì)量完全相同的動能桿戰(zhàn)斗部和傳統(tǒng)的預(yù)制破片戰(zhàn)斗部作用在目標(biāo)方向上的破片質(zhì)量進(jìn)行比較，動能桿戰(zhàn)斗部是預(yù)制破片戰(zhàn)斗部的16 ～20 倍［7］。因此動能桿戰(zhàn)斗部具有有效質(zhì)量高、彈目交會速度高、殺傷威力高等優(yōu)點，拋撒出的高密度大質(zhì)量的殺傷桿條能穿透加固的TBM 防護層摧毀彈頭。

常見的動能桿戰(zhàn)斗部裝藥結(jié)構(gòu)形式有3 種:中心式、夾層式和外層式裝藥。動能桿戰(zhàn)斗部可以分為各向同性式、定向式以及復(fù)合式動能桿戰(zhàn)斗部圈。其中，外層式裝藥與定向式動能桿戰(zhàn)斗部相對應(yīng)。

動能桿戰(zhàn)斗部既能彌補直接碰撞殺傷方式的精度要求很高、毀傷范圍有限的不足，同時具有采用動能反TBM 技術(shù)的質(zhì)量利用率高，毀傷威力高的優(yōu)點［8-10］。尤其結(jié)合定向殺傷技術(shù)的定向動能桿戰(zhàn)斗部大大提高了殺傷元素在目標(biāo)方向上的分布數(shù)量和分布密度，增強了對目標(biāo)的殺傷能力，提高了對目標(biāo)的殺傷概率，同時能降低戰(zhàn)斗部質(zhì)量，從而使攔截導(dǎo)彈更小、更快、機動性更強。動能桿式反TBM 技術(shù)，其發(fā)展一方面順應(yīng)了導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)的提高帶來的彈目交會脫靶量大大降低的趨勢，另一方面又滿足了當(dāng)前對付來襲目標(biāo)多彈頭化、生化子母彈化的要求。同時相對于直接命中殺傷，也增大了對目標(biāo)的殺傷概率。

6 結(jié)束語

在防空導(dǎo)彈與TBM 不斷發(fā)展的對抗中，防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的改進(jìn)和提高是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為了提高對TBM 目標(biāo)的毀傷效果，必須采用新理論、新結(jié)構(gòu)和新材料等技術(shù)，以此提高戰(zhàn)斗部威力。

KKV 技術(shù)雖然代表了未來反TBM 的發(fā)展動向，但是對傳統(tǒng)防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部的改進(jìn)與提高研究在現(xiàn)階段仍有非常重要的現(xiàn)實需求，從多功能性和經(jīng)濟性來分析，兼顧反TBM和反空氣動力學(xué)目標(biāo)的防空導(dǎo)彈，有必要研制新型破片殺傷型戰(zhàn)斗部，才能在日趨復(fù)雜的防空反導(dǎo)作戰(zhàn)中利于不敗之地。

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