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(guī)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(qū)別。這兩種彈的殺傷原理和結(jié)構(gòu)有很多相似之處，很容易被混淆，但從材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用條件去分辨，卻可以發(fā)現(xiàn)不同應(yīng)用意圖所實(shí)現(xiàn)的不同效果。

燃料空氣炸藥簡(jiǎn)稱FAE，在起爆前需要與空氣充分混合，在較大范圍產(chǎn)生高溫高壓以殺傷目標(biāo)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(yè)打磨生產(chǎn)場(chǎng)地等場(chǎng)所粉塵爆炸，以及液化氣、汽油泄露后出現(xiàn)的爆燃相似。這類爆炸最初以工業(yè)事故的方式被認(rèn)識(shí)，很早就被作為戰(zhàn)爭(zhēng)的手段進(jìn)行研究，但在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都沒有實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。膨脹的氣體和粉塵爆炸的原理看來簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)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(guó)在越南戰(zhàn)場(chǎng)使用燃料空氣炸彈后才被打破。自從美國(guó)1966年在越南使用的 GBU55B后，F(xiàn)AE戰(zhàn)斗部到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了三代產(chǎn)品，理論綜合毀傷威力達(dá)到了TNT的10倍，面殺傷效果相當(dāng)突出。

FAE通常采用的液體燃料有環(huán)氧乙烷、環(huán)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(diǎn)很低，在較低溫度時(shí)呈液態(tài)，溫度稍高就極易揮發(fā)成氣態(tài)，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(huán)氧乙烷等液體燃料在未與空氣充分混合時(shí)沒有爆炸條件，裝填彈藥后的儲(chǔ)存安全性較好。常規(guī)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(huì)迅速氣化并與空氣混合膨脹成氣團(tuán)，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(qū)。FAE的另一個(gè)特點(diǎn)就是裝藥爆炸時(shí)的密度低，爆速?zèng)]有常規(guī)炸藥那么快，但形成的超壓強(qiáng)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(tuán)重于空氣，可以滲入戰(zhàn)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(zhàn)壕內(nèi)人員。按照公開發(fā)表的資料，同質(zhì)量TNT與FAE在無約束的空氣條件下爆炸，F(xiàn)AE爆炸產(chǎn)生的火球持續(xù)時(shí)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(qū)域邊緣的壓力則遠(yuǎn)高于TNT。

美國(guó)在越南戰(zhàn)場(chǎng)上投放FAE最初是為直升機(jī)開辟起降場(chǎng)。正是因?yàn)檫@種使用思想，早期FAE對(duì)命中精度要求并不高，體積也很大，用低速運(yùn)輸機(jī)投放。美軍在FAE使用過程中，發(fā)現(xiàn)這種炸藥對(duì)暴露的人體殺傷效果很強(qiáng)，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(zhuǎn)型為戰(zhàn)術(shù)面殺傷武器。

在作為戰(zhàn)術(shù)武器使用FAE后，早期FAE的構(gòu)成和使用方法卻限制了實(shí)戰(zhàn)效果。FAE的威力體現(xiàn)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(guān)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(jìn)行一次起爆，一次起爆后到二次起爆前這個(gè)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，F(xiàn)AE在近地高度彈體分解（爆破或拋棄），化學(xué)燃料擴(kuò)散后形成氣溶膠團(tuán)，經(jīng)過0.1～0.15秒延時(shí)以使氣溶膠團(tuán)充分發(fā)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(chǎn)生高溫和高壓，并在擴(kuò)散的同時(shí)引燃周圍未燃燒的燃料，外圍的燃料可以作為火球擴(kuò)散階段的補(bǔ)充，可以在較大半徑內(nèi)維持溫度和壓力，甚至在部分條件下還具有增強(qiáng)的條件。煙火團(tuán)在達(dá)到最大范圍后，在作用范圍內(nèi)將形成近無氧的區(qū)域。爆炸煙火團(tuán)在達(dá)到極限后上升并耗能，周圍空氣在壓力作用下填補(bǔ)低壓區(qū)之前，人員目標(biāo)將承受極其劇烈的正/負(fù)壓轉(zhuǎn)換、缺氧和一氧化碳中毒的威脅。

FAE在理想條件下可以發(fā)揮效果，但在復(fù)雜地形和大風(fēng)、陰雨等不利條件下，氣溶膠的形成效果就會(huì)受到很大影響。實(shí)戰(zhàn)中FAE投放后的地形和氣候特征難以保證，很多FAE實(shí)戰(zhàn)中只能利用10%左右的裝藥，有很多二次起爆不成功。蘇聯(lián)航空兵在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中大量投放FAE殺傷山地和坑道內(nèi)的游擊隊(duì)。FAE在多山的阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)使用的效果很不穩(wěn)定，蘇聯(lián)航空兵為了保證FAE的爆炸效果，往往采用雙機(jī)組合，前機(jī)投放FAE后，跟隨的飛機(jī)向氣溶膠團(tuán)處發(fā)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(shí)候，利用火箭彈的爆炸效果引爆氣溶膠團(tuán)。改進(jìn)起爆方式以增加二次起爆可靠性成了FAE發(fā)展的重點(diǎn)。

FAE第一代產(chǎn)品有美國(guó)的GBU55、BLU72以及蘇聯(lián)的ODAB 500PM，主要是作為低速飛機(jī)使用的航空炸彈，技術(shù)水平較低。首代FAE只能用運(yùn)輸機(jī)和直升機(jī)投放，戰(zhàn)術(shù)靈活性較差。第二代產(chǎn)品從70年代初期開始研制，重點(diǎn)是增加炸彈的投放速度，可以用噴氣式戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)和轟炸機(jī)投放，投彈時(shí)的飛行速度可達(dá)800千米/小時(shí)，主要以美國(guó)BLU73、BLU76、BLU96和MADFAE集束彈及GBU72子母彈為代表。GBU72內(nèi)裝備3枚可獨(dú)立起爆的子彈，威力比上代同規(guī)格炸彈高4～5倍。

前兩代FAE主要裝填環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷/環(huán)氧丙烷硝酸異丙酯，或采用環(huán)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(shí)施兩次引爆，第二次引爆時(shí)的油氣團(tuán)濃度、點(diǎn)火時(shí)的高度、點(diǎn)火起爆延遲時(shí)間的控制精度，油氣團(tuán)擴(kuò)散時(shí)的地面風(fēng)速、空氣濕度及氣溶膠團(tuán)與空氣混合的均勻度等，均會(huì)使爆炸能量受到影響。此外，前兩代FAE不宜在高速狀態(tài)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(shí)間。

美、蘇針對(duì)前兩代FAE的技術(shù)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(shù)，簡(jiǎn)化了彈藥構(gòu)造，降低了制造成本和工藝難度，改善了維護(hù)條件。第三代FAE的油氣團(tuán)擴(kuò)散方式并沒什么變化，主要是用化學(xué)催化法或光化學(xué)等起爆方法替代了傳統(tǒng)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(duì)燃料膨脹分散與起爆協(xié)調(diào)性的要求更嚴(yán)格，即使對(duì)彈體材料、結(jié)構(gòu)壁厚、裝填狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行細(xì)致協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，彈藥投放時(shí)的外部環(huán)境仍會(huì)影響燃料混合效果，爆炸時(shí)的氣溶膠體積和形狀也會(huì)明顯影響到爆轟效果。

FAE氣溶膠的爆轟產(chǎn)生三個(gè)相互獨(dú)立的爆炸過程。首先是以微秒計(jì)，包含各種氧化還原反應(yīng)的裝藥爆炸反應(yīng)。其次是爆炸后的裝藥無氧燃燒反應(yīng)，是最初爆炸波中沒有完全燃燒的較大燃料顆粒繼續(xù)燃燒反應(yīng)的過程，這個(gè)過程將持續(xù)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(yīng)，也是沖擊波與周圍空氣混合時(shí)燃料富集物的燃燒過程，反應(yīng)時(shí)間以毫秒計(jì)。為了改善前兩代FAE二次點(diǎn)火環(huán)境適應(yīng)性不好的缺點(diǎn)，第三代FAE普遍采用一次點(diǎn)火化學(xué)引爆技術(shù)，在燃料通過壓力拋撒后，引信經(jīng)過一定延遲時(shí)間自動(dòng)起爆。FAE充分起爆對(duì)外部環(huán)境要求較高，燃料混合過程也需要時(shí)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(zhàn)斗部。

FAE的殺傷效果與二次起爆時(shí)的高度有直接關(guān)系。FAE在地面爆炸時(shí)的威力削減很明顯，在1～1.5米高度引爆氣溶膠團(tuán)的爆轟效果和毀傷半徑較理想，但形成的彈坑不大，F(xiàn)AE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(huì)遇到很多麻煩，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，戰(zhàn)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(chǔ)上，增強(qiáng)起爆可靠性和裝藥的利用率，并使FAE效應(yīng)彈型適應(yīng)性更廣泛，國(guó)外在80年代開始發(fā)展固體裝藥的新彈型，就是目前廣泛應(yīng)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(tǒng)炸藥作為拋射藥，HAP則采用單一的固體裝藥，炸藥經(jīng)過專門配比設(shè)計(jì)，爆速只接近常規(guī)高猛度炸藥的一半（3 000～4 000米/秒）。裝藥內(nèi)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(zhǎng)時(shí)間釋放大量熱量的作用，增強(qiáng)HAP的高溫殺傷效果。

理論上，F(xiàn)AE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(shí)產(chǎn)生的高溫和超壓實(shí)現(xiàn)。HAP可以看成是自帶氧化劑的粉末狀炸藥，命中目標(biāo)時(shí)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(huán)境影響，大風(fēng)和低溫等特殊環(huán)境對(duì)爆炸效果的影響不大，實(shí)戰(zhàn)可靠性遠(yuǎn)比FAE要高。HAP還能根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)彈藥規(guī)格，能適應(yīng)從十余噸重超級(jí)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(jī)理。FAE需要相對(duì)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(guī)軍用炸藥的爆速高達(dá)8 000米/秒，可在近距離產(chǎn)生較大壓力，使破裂的殼體形成很高動(dòng)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(zhì)的鋁制殼體，主要靠高溫和高壓效應(yīng)進(jìn)行殺傷。HAP采用一次起爆方式和固體裝藥，能采用比較堅(jiān)固的殼體，可作為主裝藥或隨進(jìn)裝藥在掩體或山洞內(nèi)部爆炸，適合攻堅(jiān)。

HAP的爆炸過程分三個(gè)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(shí)基本裝藥被起爆，形成體現(xiàn)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(bǔ)強(qiáng)爆炸形成的壓力與熱殺傷效能。

蘇聯(lián)最先裝備HAP，并在很多彈藥平臺(tái)上采用，大量裝備HAP的反坦克導(dǎo)彈和火箭彈在近年的局部戰(zhàn)爭(zhēng)和反游擊戰(zhàn)中效果明顯。美國(guó)在阿富汗使用的 BLU118B是907千克重型炸彈，采用的BLU109鉆地戰(zhàn)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(gòu)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(jī)理可以與常規(guī)炸藥互補(bǔ)，卻不具備替代常規(guī)炸藥的條件，只能作為特殊戰(zhàn)場(chǎng)條件下的特殊彈種。HAP結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可作為手榴彈或槍榴彈的彈頭，攜帶方便性和戰(zhàn)術(shù)靈活性較好，能與常規(guī)炸藥武器成系列裝備。

FAE和HAP爆炸時(shí)的沖擊波壓力高，維持時(shí)間長(zhǎng)，衰減速度慢，爆炸壓力作用范圍內(nèi)基本沒有死角。能應(yīng)付常規(guī)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(shí)，肌肉和皮膚受到擠壓后會(huì)產(chǎn)生壓縮、扭曲、撕裂，骨骼在壓力下容易斷裂，含氧和液體的內(nèi)臟則會(huì)在高壓下撕裂、破損，內(nèi)臟的高壓損傷甚至要比外部傷害更為致命。現(xiàn)代步兵采用的防彈衣可以應(yīng)付槍彈和破片，但半封閉的防彈衣在承受高壓沖擊波時(shí)，防彈衣與人體之間的小空隙會(huì)凝聚壓力，沖擊波的集中傷害效應(yīng)甚至更嚴(yán)重。

FAE和HAP爆炸時(shí)的火焰維持時(shí)間長(zhǎng)，溫度高，劇烈消耗爆炸點(diǎn)附近的氧氣，并釋放大量有毒氣體，有生目標(biāo)即使沒被沖擊波殺傷也會(huì)缺氧和中毒。FAE和HAP爆炸產(chǎn)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(xì)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(dá)到致命濃度的持續(xù)毒氣區(qū)域，常規(guī)炸藥則難以實(shí)現(xiàn)這種殺傷作用。

FAE和HAP依靠高溫高壓殺傷目標(biāo)，在封閉空間效果更明顯。但是，常規(guī)炸藥高爆速可提供很大的動(dòng)能，殼體預(yù)制破片的初速超過1 000米/秒，依靠動(dòng)能殺傷距離上百米的目標(biāo)，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(guó)的MOAB彈重9 526千克，裝藥量8 165千克，只能采用慢速飛機(jī)運(yùn)載投放，增強(qiáng)型 MOP的重量更是達(dá)到13.61噸。這類重型炸彈的威力雖然很大，爆炸時(shí)的溫度接近2 000℃，殺傷半徑可達(dá)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(zhàn)術(shù)意圖，從開始就針對(duì)FAE的性能局限進(jìn)行改進(jìn)，以密閉空間的工事和掩體為主要目標(biāo)，固體裝藥較好的強(qiáng)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(jīng)非常成熟，但技術(shù)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(jìn)行范圍殺傷的彈種，在二戰(zhàn)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(guī)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(jié)合起來，利用爆炸的方式使燃料迅速進(jìn)行燃燒反應(yīng)，利用燃燒的高溫和爆炸的高壓殺傷目標(biāo)，F(xiàn)AE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(guī)爆炸方式起爆的攻堅(jiān)武器。HAP殺傷效果和機(jī)理與FAE相似，但功能和結(jié)構(gòu)卻是典型的爆炸型炸藥。FAE證明了利用混合效應(yīng)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(shí)，利用新的殺傷方式和作用方式，充分發(fā)揮了低爆速?gòu)?fù)合炸藥的效能。HAP和FAE在方法上的殊途卻在最后實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的同歸。武器在戰(zhàn)爭(zhēng)中展示的是毀滅和殺戮，但了解各種武器的發(fā)展和思維的技巧，又不能不欽佩人類在準(zhǔn)備殺戮時(shí)所展現(xiàn)出的智慧。[編輯/旭日]