特種彈藥的發(fā)展現(xiàn)狀

張興高，張開創(chuàng)，李劍斌，何金燕，蓋希強，郝雪穎

(軍事科學院防化研究院，北京 102205)

1 引言

特種彈藥是在特殊氣候條件、特殊地形條件和遇有特種目標物或為達到某種特定作用效果而在戰(zhàn)斗中使用的彈藥。特種彈藥作用機理與主用彈藥有較大區(qū)別，主用彈藥通常產生爆炸、動能和聚能殺傷作用，而特種彈藥利用彈體內裝填物產生聲、光、電、磁、熱等特殊效應。特種彈藥種類很多，如發(fā)煙彈、燃燒彈、信號彈、誘餌彈、照明彈等。無論是以往，還是在未來，特種彈都以它獨有功能和特征以不同的戰(zhàn)術方式發(fā)揮著獨特的作用，是必不可少的重要彈種。

鑒于特種彈的重要性，有必要梳理其研究進展，展望發(fā)展趨勢，為特種彈藥技術的發(fā)展提供借鑒?？紤]到特種彈藥的多樣性，重點圍繞常見的發(fā)煙彈藥、燃燒彈藥、誘餌彈藥、防暴彈藥展開論述。

2 發(fā)煙彈藥發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 發(fā)煙彈發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)煙彈通過在空中施放大量微粒來改變電磁波的介質傳輸特性，實現(xiàn)對光電探測、觀瞄、制導武器系統(tǒng)的干擾，具有“隱身”和“示假”雙重功能。發(fā)煙彈彈種較多，按遮蔽干擾波段分為可見光、紅外、毫米波和多頻譜發(fā)煙彈，按使用的發(fā)煙劑不同可分為六氯乙烷發(fā)煙彈、四氯化鈦發(fā)煙彈、紅磷發(fā)煙彈、銅粉發(fā)煙彈等。發(fā)煙彈藥以其使用的靈活性和便捷性受到各國的青睞，使用平臺上由炮射向單兵、艦載和車載等多功能發(fā)煙系統(tǒng)方向發(fā)展，以提高作戰(zhàn)效能，節(jié)省設備和人力；使用性能上向著快速成煙、大面積、長時間遮蔽、多波段遮蔽干擾、環(huán)保煙幕方向發(fā)展。美國的M825改進型煙幕炮彈，比現(xiàn)裝備的155 mm煙幕彈增大了煙幕覆蓋面積，延長了持續(xù)時間，加強了戰(zhàn)斗地域前沿的遮蔽能力，減輕了后勤供應的負擔，M929型120 mm發(fā)煙迫擊炮彈可以對抗工作在紅外到毫米波段的光電器材，M819改進型81毫米發(fā)煙迫擊炮彈使遮蔽能力提高數(shù)倍。英國的“奇伏坦”坦克上配有66 mm L8A1紅外煙幕彈及其專用的M239型發(fā)射器，發(fā)射煙幕時六管齊發(fā)，2.5 s內形成長35 m、高6 m的煙幕屏障。德國MLRS多管火箭煙幕子母彈，可形成400 m×20 m×10 m的煙幕，持續(xù)數(shù)分鐘，可對多波段干擾。瑞典FFV429型120 mm赤磷發(fā)煙彈，可以形成200 m×50 m×15 m的煙幕。德國Rheinmetall Waffe彈藥公司研制的MASKE系統(tǒng)由一系列多頻譜電子干擾和發(fā)煙彈組成，其中，MASKE66 mm、76 mm和81 mm發(fā)煙彈由車用煙幕發(fā)射器發(fā)射，可在2 s內產生濃厚的遮蔽煙幕，干擾波段范圍從紫外線到遠紅外。

2.2 發(fā)煙劑發(fā)展現(xiàn)狀

國內外目前使用的發(fā)煙劑主要有霧油發(fā)煙劑、六氯乙烷發(fā)煙劑、磷基發(fā)煙劑、銅基發(fā)煙劑等。俄羅斯Mikhajlovich等研究了含有紅磷、橡膠粘合劑、炭黑的紅外發(fā)煙劑，氟橡膠作為橡膠粘合劑，制備粒狀的紅外發(fā)煙劑步驟主要包括制備紅磷的氟橡膠凝膠溶液，在凝膠中分散炭黑，造粒，噴射聚乙烯醇溶液，應用粉末包覆在顆粒的表面。德國、美國以不同尺寸銅粉制成發(fā)煙彈，可干擾紅外波段。在紅磷中加入銫的化合物干擾紅外波段，還以30%硝酸鉀，15%硝酸鈣，32%的氯酸鉀和8%的偶氮二酰胺制成環(huán)保干擾劑。法國研制出一種燃燒時能產生大量直徑為1～14 mm的碳黑發(fā)煙劑，可對0.4～14 μm的波段進行干擾，其對可見光遮蔽時間為60 s，紅外為40～50 s。

多波段干擾煙幕一般采用組合施放技術、組合裝藥技術和混合裝藥技術，把多種發(fā)煙劑或干擾材料組合施放、組合裝藥或直接混合裝藥，施放形成對可見光、紅外、激光等多個波段均有干擾作用的多波段復合干擾煙幕。如美國采用鱗片狀黃銅粉作冷煙劑與毫米波干擾箔條一起通過爆炸或機械方式分散，形成的煙幕能干擾毫米波、紅外和可見光。挪威Kjell等發(fā)明的全波段遮蔽煙幕彈，由內外兩腔組成，內腔裝填點火藥和遮蔽可見光的發(fā)煙劑，外腔上部裝紅外遮蔽劑(鱗狀黃銅片)，下部裝毫米波遮蔽劑(鍍鋁玻璃纖維)，能同時遮蔽可見光、紅外及毫米波。

針對傳統(tǒng)發(fā)煙劑等所普遍存在的具有強腐蝕性、刺激性和毒副作用大的問題，美國已停止六氯乙烷發(fā)煙劑和磷基發(fā)煙劑的生產，轉而發(fā)展性能優(yōu)良、對環(huán)境無影響或影響小的新型發(fā)煙劑。美國成立了專門的研究機構，幾乎對所有的傳統(tǒng)發(fā)煙劑及其成煙產物的毒性和生態(tài)學影響進行了系統(tǒng)的測試和評價，發(fā)現(xiàn)多種傳統(tǒng)發(fā)煙劑都存在不同程度的毒副作用。為了取代有毒發(fā)煙劑，國外的研究人員積極開展了尋找新型低毒或無毒的環(huán)境友好型發(fā)煙劑的研究，美國研究了碳化硼、氯化鉀和各種潤滑劑等組成的發(fā)煙劑，將配方組分裝填到全尺寸彈藥筒中進行試驗，外場和煙箱測試結果表明，它們在定性和定量上均超過了美軍服役的M83TA彈。

3 燃燒彈藥發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 燃燒彈發(fā)展現(xiàn)狀

燃燒彈主要用來焚燒車輛、武器技術裝備、軍用物資、有生力量。燃燒彈戰(zhàn)斗部擊中目標，彈體爆炸，燃燒劑被點燃拋散出去，引燃和燒毀目標，具有獨特的毀傷效能。燃燒彈按彈種劃分主要有燃燒手榴彈、迫擊炮燃燒彈、榴彈燃燒彈、單兵或集束用火箭燃燒彈、航彈等，裝填燃燒劑包括燃燒炬、黃磷、稠化三乙基鋁燃燒劑、凝固汽油等。

美國于上世紀70年代發(fā)展了4管便攜多發(fā)火箭彈式火焰武器，在越戰(zhàn)中取得了較好效果，俄羅斯研制了重型噴火坦克，每分鐘可噴射7次，射程達200 m，機動靈活，作業(yè)量大，火力猛。目前俄羅斯已擁有“丸花蜂”便攜式火焰噴射器，“布拉提諾”、“日炙”和“托索奇卡”重型火焰噴射系統(tǒng)，2021年俄羅斯正在發(fā)展以無人機為基礎、使用多種彈藥的新型火焰噴射系統(tǒng)，能迅速摧毀城市建筑、復雜地形或工程設施中的目標，在巷戰(zhàn)中有助于減少平民和軍人傷亡。

近年來，隨著戰(zhàn)場目標防護能力的提高，單一燃燒彈藥難以對目標完成縱火毀傷功能，研制具有縱火效應的多功能彈藥是目前燃燒彈藥的發(fā)展趨勢。鋯、鈦、稀土金屬及其合金等活性金屬燃燒劑應用于多功能縱火彈藥，基于戰(zhàn)斗部的混合裝藥，也就是炸藥(或改性炸藥，如添加高熱值的鋁粉)與燃燒劑(如海綿鋯)以一定的結構形式混合裝填在彈丸內。彈藥由小口徑逐步在大、中口徑炮彈、火箭彈、炸彈及子母彈中發(fā)展。美國為提高燃燒武器的射程以及燃燒彈藥的毀傷范圍，發(fā)展了準金屬燃燒劑，改進了彈藥分散的技術途徑，借用反坦克火箭的部件，研制了M74型66 mm燃燒火箭彈。

國外的多用途彈針對飛機、直升機、卡車、步兵車或其它沒有裝甲/半裝甲的目標，通過延遲點火在目標內爆炸，達到破片和燃燒毀傷效果。最初由挪威NAMMO Raufoss AS公司研制，后經美國改進定型的Raufoss Mk 211型多用途彈，此類彈藥兼具穿甲、爆轟和燃燒的功能，使其能夠穿透輕裝甲目標并引起里面人員的傷害。破片殺傷式彈藥，僅能依靠破片毀傷目標，難以造成快速及顯著的毀傷效果，增加“燃燒”功能，則可以引燃目標內部的易燃物，迅速使其作戰(zhàn)功能喪失。該彈適合對付直升機、飛機、輕裝甲車輛和無裝甲車輛，能夠點燃飛機的燃料。

3.2 燃燒劑發(fā)展現(xiàn)狀

燃燒劑技術的發(fā)展主要呈現(xiàn)高能化和多效能化。為實現(xiàn)高能化，國內外在高活性金屬燃料方面開展了大量研究工作。硼以高的質量熱值和體積熱值(其質量熱值為鎂的2.3倍、鋁的1.9倍，體積熱值為鎂的3.09倍、鋁的1.66倍)成為高能燃燒劑中最理想的高能燃料之一。Eslami等通過熱分析研究了含硼二元燃燒劑的熱化學特性和點火特性。通過動力學數(shù)據(jù)和點火溫度得出相對反應遵從以下順序：B/PbO>B/KNO>B/Ba(NO)。Shtessel采用高能球磨制備了一系列的Al-Mg，Al-Mg-H，B-Mg，Al-B和Ti-B機械合金。采用X射線衍射、電子顯微鏡和低角激光衍射技術表征了其結構、形態(tài)和合金的尺寸。所制備的材料為納米晶態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)相，顆粒尺寸為1～50 μm。純硼和鋁粉它們分別與鈦和鎂合金化的燃燒性能可以顯著地改進。初步的實驗結果表明，當硼與鎂合金化后燃燒性能顯著改進。Shoshin研究了含能的鋁鎂機械合金粉的制備和表征。當鎂含量超過30%時，金屬間相AlMg開始形成。機械合金AlTi能夠觀察到突然的相變放熱，當受到弱的電子顯微鏡的電子束的照射，相變即會觸發(fā)。含8%或12%鎂的鋁鎂機械合金當加熱到250 ℃到280 ℃時也會觀察到放熱相變。鋁碳機械合金能夠自發(fā)點燃。總之，與純鋁粉相比，機械煉制合金具有更低的點火溫度，更短的燃燒時間，更弱的凝聚和更完全的燃燒。

Steven等研究了在切割火炬中提高材料穿孔性能的鋁熱劑配方，該配方由以下組分組成：3%～35%的鎂鋁合金，30%～70%的CuO，15%～35%的MoO，此外該配方還可以包含粘合劑組分。該鋁熱劑配方比先前的鋁熱劑配方具有更好的材料穿孔性能，并且配方的原材料和反應產物都是低毒性的。

美國研究了穿甲燃燒彈，利用鎢或碳化鎢穿甲，采用鋯和環(huán)氧樹脂做成燃燒劑小球，以點燃燃料貯存庫中的燃料。Panas進行了穿甲燃燒彈產生火球的體積和熱狀態(tài)的試驗，穿甲燃燒劑的主裝藥為Ba(NO)、Mg-Al和粘合劑糊精，點火藥為KClO、Pb(SCN)和粘合劑糊精。

4 誘餌彈藥發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 誘餌彈發(fā)展現(xiàn)狀

誘餌彈通過輻射與所保護目標飛機、艦船、導彈、裝甲車等相同或相近的輻射，實現(xiàn)對精確制導彈藥的誘騙。自美國的響尾蛇導彈問世以來，紅外誘餌彈得到了迅速發(fā)展，西方使用最廣泛的機載紅外誘餌彈是MJU-7B，艦載誘餌典型的有法國“達蓋”紅外誘餌彈等。國外著名的MTV誘餌彈，其基礎組分為鎂、特氟隆/VITON，能成功對抗第一代導彈，隨著微電子技術的發(fā)展，第二代、第三代紅外導彈的制導系統(tǒng)利用了目標紅外光譜特性模擬誘餌彈與飛機在輻射頻率、輻射強度、輻射強度的時域變化規(guī)律以及運動軌跡間的差異來提高對抗誘餌干擾的能力，使得傳統(tǒng)的MTV誘餌彈已經不能夠對抗先進的導彈。為對抗新一代制導導彈，各國積極發(fā)展新型誘餌彈。目前裝備的新型誘餌彈主要有自推進紅外誘餌彈、空氣動力型紅外誘餌彈、面源紅外誘餌彈、有源雷達誘餌等。

近年來，美國、加拿大等西方國家深入開展了紅外成像制導導彈的對抗技術研究，英國的“防珊(RAM+PART)”系統(tǒng)和“盾牌”反導系統(tǒng)、法國“達蓋”系統(tǒng)、德國BUCK公司研制生產的130 mm DM19 “巨人”紅外干擾彈等。運動型紅外誘餌是一種國外研究較多的誘餌，主要包括空氣動力學誘餌、自推進誘餌和拖曳誘餌。MJU-71B是Esterline公司開發(fā)的一種自推進式紅外誘餌彈，它采用鎂與特氟隆的混合物。這種煙火材料既產生誘使敵方導彈遠離飛機的紅外能量，同時也起推進劑的作用，能產生足夠的推力，使誘餌彈跟隨飛機飛行而不會迅速下落。MJU-52B BOL-IR誘餌是瑞典薩伯公司和合金表面公司聯(lián)合研制的新一代紅外誘餌系統(tǒng)，裝備于F-14、F-15、EF-2000等多款機型，通過發(fā)火箔片遇空氣氧化放熱形成一定面積的輻射。

隨著紅外/雷達復合制導武器的發(fā)展，新型紅外/雷達復合干擾技術不斷出現(xiàn)。美國SRBOC系列無源干擾系統(tǒng)可發(fā)射“超級箔條星”箔條干擾彈、“超級希拉姆”II型紅外干擾彈、“超級雙子座”復合干擾彈等，能有效對抗紅外、雷達和復合制導反艦導彈，實現(xiàn)組合式干擾?！俺夒p子座”復合干擾彈可同時產生紅外輻射信號與雷達散射截面積，單枚“超級雙子座”干擾彈所產生的紅外輻射強度與雷達截面積足以滿足一艘護衛(wèi)艦規(guī)模艦艇的防護需求。

4.2 誘餌劑發(fā)展現(xiàn)狀

含有金屬燃料和氟聚合物氧化劑的煙火配方在空中紅外誘餌中廣泛應用。MTV具有高特征紅外輻射強度，尤其是其高反應能9.4 kJ/g，而TNT和RDX分別產生3.72 kJ/g和6.569 kJ/g。高分子量的全氟聚醚和各種形態(tài)的鎂包括微米級和沉積的納米級的反應是潛在的誘餌組分，通過減小平均顆粒尺寸到亞微米級，可以降低反應溫度使其低于全氟聚醚的分解溫度，使反應發(fā)生在凝聚相而不是氣相可以顯著增加反應速率并減少氧化劑蒸發(fā)導致的無效損失。Valluri等綜述了使用金屬和含氟聚合物的高能配方的類型，討論預期控制各種金屬氟化氧化劑復合材料中的點火和燃燒的反應機理，并對能量配方的一些實際性能測試進行了描述。盡管金屬-含氟聚合物組合物實際中已經運用到煙火劑中，但目前國外旨在改善金屬-含氟聚合物復合材料的混合程度和形態(tài)的工作仍然是活躍的，擴展這些材料可實現(xiàn)的時間延遲、溫度、輻射和壓力模式的范圍。

比利時和德國的科學家研究了機載誘餌，主要研究了產生CO和少量HO的煙火藥誘餌。飛機面臨著工作波長為1～5 μm的紅外制導的地-空和空-空導彈越來越多的威脅。為對抗這種威脅，飛機平臺發(fā)射煙火誘餌，產生強烈的紅外特征信號，分散來襲導彈的追蹤，使導彈失去目標。普通的一代和二代導彈尋的器追蹤場景中1.9-2.6 μm(α波段)熱點，因此很容易被產生熱的火焰溫度(2 000～2 500 K)和灰色類型特征的煙火誘餌誘騙。但是真正的飛行目標不再顯示灰色特征，而是有選擇性地輻射燃燒產物HO(1.87,2.7 μm)、CO(2.7,4.3 μm)。因此雙色導引頭在先進的導彈中出現(xiàn)了，能夠區(qū)分熱誘餌和真正的目標。雙色導引頭通過評估兩個波段的強度比()來判斷真假目標，其中β波段是3.5～4.8 μm。熱灰體產生的()<1，而飛行器產生的值在5～20，因此雙色誘餌的發(fā)展已引起普遍關注。

美國專利公布了一種可燃箔片類紅外/雷達復合干擾技術，以導電金屬箔片為基底，并通過壓涂工藝在基材表面涂覆可燃藥劑，使其具備復合特性，可燃藥劑主要由紅磷、粘結劑等組成。而另一類可燃纖維類紅外/雷達復合干擾技術，用導電、可燃碳纖維為基材，通過調節(jié)纖維中碳含量控制其燃燒后的紅外輻射特性，在基材中引入氧化劑和可燃材料形成沉積層。

5 防暴彈藥發(fā)展現(xiàn)狀

5.1 防暴彈發(fā)展現(xiàn)狀

防暴彈藥主要用于制止打擊恐怖分子，由于反恐作戰(zhàn)的特殊性，不但要制服恐怖分子，還要保證如其他人員或公共設施的安全，因此，反恐防暴彈藥不像傳統(tǒng)殺傷武器那樣使人員死傷、建筑物被破壞，而是利用聲、光以及防暴藥劑等技術手段，使恐怖分子失能，失去戰(zhàn)斗力。

催淚彈藥利用某些物質對人的感官產生強烈刺激來發(fā)揮威懾作用，達到制服罪犯和驅散人群的目標。從20世紀末，極端宗教勢力和恐怖主義的暴力活動加劇，使各國尤其是西方發(fā)達國家加大了反恐防暴裝備技術的研究力度，利用新材料、新技術、新工藝研制了門類眾多、系統(tǒng)配套的反恐防暴武器，包括各種噴射器，近距離各式手榴彈，中距離槍榴彈，以及各種大型的防暴車及車(機)載式布撒器等。美國聯(lián)合戰(zhàn)術系統(tǒng)公司、低致命技術公司、美國通用動力公司、巴西康多公司、德國萊茵金屬公司等研制了系列控暴彈藥，包括37 mm、40 mm低致命系列榴彈、穿障彈、重型尾翼穩(wěn)定破障彈種類包含催淚彈、泡沫彈、彩色膠粘標記泡沫彈、煙霧彈、閃光彈等，裝填的刺激劑有CS和OC等。美國通用動力公司研制的“美杜莎”66 mm低致命榴彈發(fā)射器，射程超過200 m。主要打擊概略面目標，形成面域干擾效應，用于驅散空曠場地一定規(guī)模的暴亂人群。

美國“角斗士”無人地面車可安裝MK19榴彈發(fā)射器、FN303霰彈槍等，遙控發(fā)射橡皮彈、煙霧彈、催淚彈等；“劍”式武裝機器人可以安裝40 mm榴彈發(fā)射器以及M202-A1火箭彈發(fā)射器，能夠發(fā)射非致命彈藥；西班牙研制的控暴機器人，裝載辣椒素戰(zhàn)術自動卡賓槍(PepperBall Tactical Automatic Carbine，TAC 700發(fā)射器)。德國遠程空運控暴劑分散機，系統(tǒng)總重5 kg，機動距離1～2 km；美國CBU-30/A型飛機發(fā)射器，內裝40個CS發(fā)射管，配XM16型CS霰彈，總質量175 kg；M8型16管35 mm CS發(fā)射器，每管裝4發(fā)E23型CS彈，配CS混合發(fā)煙劑等。

聲光彈藥通過爆炸產生閃光、噪聲震懾目標區(qū)人員并使其暫時出現(xiàn)閃光盲而眩暈，閃光光強、噪聲聲壓級用于衡量聲光彈藥的有效性，光強、聲強、超壓、機械損傷用于考核其非致命性，通常閃光強度在幾百萬坎德拉(cd)范圍內，噪聲在130～170 dB范圍內。英國從1981年開始研制光 炸彈，目前裝備的有航彈、炮彈、迫擊炮彈及手榴彈，美國、俄羅斯、德國、以色列等國家均有系列型號列裝。

染色彈藥內裝有染色劑，可使騷亂者的衣服、皮膚或者頭發(fā)著色，且著色不易被清洗，為追蹤犯罪嫌疑人提供在場證據(jù)，利于迅速標記，抓捕罪犯。

5.2 防暴劑發(fā)展現(xiàn)狀

刺激劑是以刺激人員表皮、五官、黏膜、呼吸道等為特征的一類非致命性藥劑， 可廣泛用于驅散和制服目標對象。刺激劑對眼、皮膚和上呼吸道有強烈刺激作用，人員接觸后出現(xiàn)劇烈眼疼、流淚、咳嗽、胸痛而暫時失去戰(zhàn)斗力。由于刺激劑達到戰(zhàn)斗濃度的用量少、癥狀出現(xiàn)和消失快、具有很高的安全比、可用多種彈藥器材釋放等特點，在國內外反恐防暴裝備領域得到了廣泛的應用。

國內外先后發(fā)展了CN、CR、CS、OC刺激劑，隨著人們對其毒性研究及環(huán)保性要求的日益提高，化學防暴劑的毒性及影響閾值不斷降低。CN及以前幾代刺激劑先后不再應用，目前較為廣泛使用的為CS、OC，1959年美國把CS作為控暴劑正式列裝，因CS刺激劑的各種性能優(yōu)良，目前它仍普遍用于一些防暴彈藥中。隨著控暴技術的不斷發(fā)展，OC刺激劑于20世紀70年代末期出現(xiàn)，主要成分是高效、無色的辣椒素，刺激閾值低于已有刺激劑，且使用更加安全，很快得到了控暴領域的廣泛認可，對高度亢奮、酗酒和剛吸過某些毒品的人有很好的刺激效能，是當前各國控暴劑發(fā)展的趨勢，目前國內外市場上已有品種眾多的辣椒素噴射器和催淚痛球彈等辣椒素類控暴裝備。

聲光劑主要種類為煙火型閃光劑、爆震劑，由金屬合金粉及氧化劑、多種附加配劑組成，目前技術相對成熟，在已有基礎上不斷改進，提升其光強、聲強及持續(xù)時間。

6 結論

隨著戰(zhàn)爭形態(tài)由機械化向信息化、智能化演進，特種彈藥也在不斷的深入和發(fā)展，在未來戰(zhàn)爭中將起到不可替代的獨特作用。特種彈藥技術的發(fā)展應重視發(fā)展新型特種功能材料藥劑，大力研究特種戰(zhàn)斗部新機理新效應，擴大特種彈藥技術的新質新域應用，通過信息化、智能化使特種彈藥具備通信組網、集群編隊和自主協(xié)同攻擊能力。