火工品集成技術(shù)的發(fā)展機遇與途徑

一、火工品集成技術(shù)發(fā)展的必要性和機遇

1．基于信息化的火工品集成技術(shù)是現(xiàn)代武器裝備發(fā)展的必然需求

基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)是信息化條件下戰(zhàn)斗力的基本形態(tài)，信息主導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)支撐、體系增能、綜合集成、精確釋能成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要特點。為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求，新型火工品技術(shù)必須具備下列功能：信息化—能夠融入到信息鏈體系中； 智能化—具備精確打擊、高效毀傷的能力； 微小型—符合微小型武器裝備技術(shù)需求； 適應(yīng)性—優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)能力和突防能力?；鸸て沸畔⒒瘜⒊蔀橹饕募夹g(shù)形式，火工品集成技術(shù)將成為主要的制造形式。

2．基于信息鏈的火工品集成技術(shù)是發(fā)達國家新型火工品技術(shù)研究的重點

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中精確武器的應(yīng)用是戰(zhàn)爭的主角，基于信息交互的體系化戰(zhàn)爭模式成為戰(zhàn)爭主導(dǎo)。因此，將微電子芯片、微安保器件和微起爆、微傳爆序列集成一體的基于信息鏈的火工品技術(shù)成為發(fā)達國家研究的重點。

3．集成技術(shù)是非線性火工品高可靠性、小型化的必經(jīng)技術(shù)途徑

非線性火工品由于作用機理的特殊性，其安全性可靠性得到了本質(zhì)提高。但是，以電-爆換能機理和光-爆換能機理為主的爆炸箔火工品、激光火工品等典型非線性火工品的可靠性與

4．MEMS技術(shù)的應(yīng)用，使火工品技術(shù)集成成為必然

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)工藝開創(chuàng)了火工品系統(tǒng)集成、超大批量、低成本制造的新紀元，使火工品技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。MEMS火工品的技術(shù)發(fā)展表明，傳統(tǒng)的火工藥劑、裝藥方法以及換能元在微型火工品中已不適用?；鸸て返闹苽浼夹g(shù)必須具備良好的MEMS工藝系統(tǒng)兼容性，從而在亞毫米尺寸下實現(xiàn)起爆與傳爆能量的可靠傳遞、在低激發(fā)能量下達到可靠與安全的平衡統(tǒng)一。

5．火工品技術(shù)的系統(tǒng)集成為提高火工品行業(yè)地位和產(chǎn)品附加值帶來機遇

新技術(shù)的應(yīng)用為提高火工品行業(yè)地位和產(chǎn)品附加值帶來機遇。一是MEMS技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，可以使如安保器件、微電子芯片體積足夠小至成為火工品的一個組件；二是火工藥劑的敏感性使得采用MEMS工藝制造的火工品系統(tǒng)其裝藥成為最后工序；三是非線性火工品相關(guān)發(fā)火器件的高度集成和系統(tǒng)發(fā)火高可靠性的要求。這些因素將使火工品成為傳爆序列的部件總成，直接配備于武器系統(tǒng)總體。

二、火工品系統(tǒng)集成的技術(shù)途徑

隨著火工品技術(shù)的發(fā)展，火工品研究已經(jīng)脫離了簡單的加工、制作和測試，先進火工品技術(shù)的研究越來越多的受到工藝制備條件、測試與試驗條件的限制。三代、四代火工品技術(shù)的系統(tǒng)制造已經(jīng)成為其技術(shù)發(fā)展的必然。因此，火工品系統(tǒng)集成的主要對象是三代、四代火工品。

1．爆炸箔火工品系統(tǒng)集成技術(shù)

基于沖擊片起爆的爆炸箔起爆器(EFI)是第三代火工品的典型代表。由于爆炸箔起爆器特有的發(fā)火條件，其發(fā)火感度不僅與EFI本身有關(guān)，還與發(fā)火回路的電感、電阻、放電波形，發(fā)火器件的關(guān)鍵參數(shù)，電容大小及放電效率，開關(guān)大電流導(dǎo)通能力及導(dǎo)通時間等因素密切相關(guān)。典型的爆炸箔火工系統(tǒng)(圖1)組成為：環(huán)境傳感器、環(huán)境激活儲備式電源、安全邏輯與控制模塊、高壓起爆電路及沖擊片雷管。爆炸箔火工系統(tǒng)的集成建議以高-低壓界面劃線，將高壓起爆單元與EFI集成一體(圖1中虛線部分)。

圖1 典型的爆炸箔火工品系統(tǒng)

通過系統(tǒng)集成，將高壓起爆電路的電感降至最小，從而有效提高脈沖功率源的放電效率，有利于EFI的低能化、系統(tǒng)的低成本小型化和高可靠性。

2．激光火工品系統(tǒng)集成技術(shù)

激光火工品系統(tǒng)主要由小型半導(dǎo)體激光器或固體激光器、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)與激光起爆器/點火器等火工器件組成。激光火工品的作用機理是激光光子能和光熱能的復(fù)合換能機理。與常規(guī)熱橋絲點火起爆系統(tǒng)相比，它沒有橋絲和引線，避免了由電磁場、靜電釋放或雜散電流引起的意外發(fā)火，但其感度仍然受到光纖傳輸分配效率，激光器工作原理、脈寬、波長以及系統(tǒng)自檢效率的影響。圖2為典型的激光火工品系統(tǒng)。

由于激光器含有復(fù)雜的輔助電子元件，國內(nèi)外有專業(yè)的研究機構(gòu)和廠家。因此，激光火工系統(tǒng)的集成建議集中在光能傳輸、分束、自檢和激光火工品等對發(fā)火感度影響因子較大的單元上以解決藥劑裝藥激光點火閾值偏高，光路連接、傳輸與耦合較難，光學(xué)換能穩(wěn)定性等技術(shù)難題。

3．MEMS火工品系統(tǒng)集成技術(shù)

MEMS火工品是指基于MEMS工藝或與MEMS工藝兼容的火工品技術(shù)。其特點為換能結(jié)構(gòu)和藥劑結(jié)構(gòu)尺度在微米量級，核心器件尺度在亞毫米量級，系統(tǒng)尺度在毫米量級的火工品，采用適合的封裝工藝，將微發(fā)火電路、微作動機構(gòu)、微換能元、微裝藥、微序列集成一體。

MEMS火工品系統(tǒng)集成一般由微電子芯片、微隔斷單元、微起爆器、微尺度傳爆藥等幾部分構(gòu)成(圖3)。從結(jié)構(gòu)上回歸了傳統(tǒng)的能量隔斷式設(shè)計； 從設(shè)計思想上通過含能材料的納米化，減少裝藥量，來實現(xiàn)火工序列的安全性與可靠性； 從制造工藝上，采用以MEMS制作工藝為主，輔以其他工藝手段的制造方式。

MEMS火工品技術(shù)重點涉及到高效微型換能元技術(shù)； 低極限藥量起爆藥、納微米結(jié)構(gòu)火工藥劑技術(shù)； 小臨界尺寸傳爆藥技術(shù)； 亞毫米特征尺寸的微型火工序列技術(shù)； 換能、發(fā)火、能量傳遞一體化集成技術(shù)；安保內(nèi)置技術(shù)等。

圖2 多路激光火工品系統(tǒng)

圖3 MEMS火工系統(tǒng)示意圖

三、結(jié) 論

火工品集成技術(shù)針對三代和四代火工品技術(shù)更有實際意義。該技術(shù)的綜合應(yīng)用，將使火工品在系統(tǒng)能量利用效率，耐受環(huán)境能力，系統(tǒng)集成小型化、低成本大規(guī)模制造等方面具備跨越性發(fā)展的巨大潛力。多功能集成火工品的技術(shù)進步和市場需求，為我們提供了難得的發(fā)展機遇，為提高火工品的市場價值和配套地位帶來了良機。