现代弹药技术的发展现状、趋势及其关键技术

熊 辉

(海军装备部，北京 100071)

1 现代战争对弹药的要求

1.1 现代战争的特点

从近年来发生的海湾战争、科索沃战争、伊拉克战争、阿富汗战争中可以看出，现代战争具有下述主要特点:信息制胜;距离优势;技术对抗;目标变化。

1.2 现代战争对弹药的要求

从上述特点可以知道，为了适应现代战争的需要，作为最终完成对各类目标毁伤功能的弹药必须具有下述能力:精确打击能力;远程压制能力;高效毁伤能力;信息钳制能力;其他能力要求。此外，弹药还应使用安全、能长期储存、经济性好。

2 现代弹药技术的发展方向

近年来，国外在传统装备上的发展重点逐渐从“以平台为中心”转向“以网络为中心”，弹药作为网络的一个节点武器，其发展最积极、最活跃，弹药装备与技术的发展处在新一轮高峰期，正朝着远程化、灵巧化、多用途(模块化)、高效能、小型化、信息化和网络化方向发展。

2.1 高新技术弹药

目前世界各国正在发展的高新技术弹药主要有以下几种:末敏弹，制导炮弹，制导与简控火箭弹，巡飞弹，末修弹(如半主动激光制导炮弹)，弹道修正弹等。

2.2 新型弹药技术

2.2.1 远程压制弹药技术

1)滑翔增程技术

对炮弹弹体进行优化设计，使其具备良好的气动力学结构，当炮弹进入下降弹道阶段后，弹丸近似水平滑翔，从而达到增程的目的。该项技术的优点是技术较成熟，容易应用到炮弹增程中。其缺点是滑翔阶段飞行速度慢，飞行时间相对较长，易受干扰。目前，国外大多数增程炮弹采用火箭助推+滑翔增程技术。例如，美国ERGM 弹药和法国超远程“鹈鹕”炮弹，射程普遍达到100 km 左右。

2)固冲发动机增程技术

用于火炮发射弹药增程的固体冲压发动机技术于20 世纪70 年代末开始研究。美国以AFFS 炮射增程弹、坦克训练弹和SPARK 动能弹为应用背景展开了应用研究，在203 mm炮弹上采用冲压喷气推进装置后，其射程达到了70 km。目前，俄罗斯在152 mm 弹药上展开了80 km 冲压增程炮弹研究;美国在155 mm 弹药上展开了80 km 冲压增程炮弹研究;南非迪奈尔公司正在研制一种代号为PRO-RAM 的155 mm冲压增程炮弹，射程也在70 km 以上。就国外冲压增程弹药的发展现状来看，中大口径弹药采用冲压增程技术以后其射程可以达到70 km 以上，增程率100%。可以说冲压增程炮弹是未来陆军低成本、远程打击武器弹药的主要弹种之一。

3)底排火箭复合增程技术

底排火箭复合增程技术是20 世纪90 年代出现的一种新型增程技术，主要应用于大口径炮弹领域。采用底排火箭复合增程后，155 mm 炮弹的最大射程可达到50 km 以上，远远高于现役的底排增程弹和火箭增程弹。

4)二次点火固体火箭发动机增程技术

基本原理是，弹丸在快要爬升到弹道顶点时，由控制系统将弹体后部的固体火箭发动机点火启动，使炮弹再向上爬升一段，这样会使弹道顶点更高，目的是让带滑翔功能的炮弹在弹道降弧上飞行更远，从而大大延长炮弹射程。如美海军127 mm 增程弹药的火箭发动机在弹道升弧段的最佳时机点火，使弹体获取10 兆焦的附加能量，射程将超出117 km。

5)微推偏喷管增程技术

该技术通过优化喷管长度，高速喷管方向，以减少发动机推力偏心，达到减少火箭弹的飞行阻力，实现火箭弹增程和减少地面散布的目的。

2.2.2 精确打击弹药技术

1)半主动激光制导技术

半主动激光制导需要位于弹体之外的激光目标指示器照射目标，弹上的激光导引头跟踪目标反射的激光信号，并由此信号解算出目标的视线角和视线角速度，再由弹上计算机综合弹体姿态信号并按照给定的制导律处理成控制信号，输给执行机构，使武器跟踪目标，直至命中目标。激光半主动回波制导技术的优点是:制导精度高、抗干扰能力强、结构简单、武器系统成本低。然而，由于在摧毁目标之前需要一直用指示器照射目标，不具有“发射后不管”能力，激光指示器的运载平台有可能遭受敌方的攻击。半主动激光制导技术是一种成熟的末制导技术，现已广泛应用于导弹、航空炸弹和炮弹，半主动激光制导武器是各国主要装备的制导武器之一。

2)脉冲发动机修正弹道技术

脉冲发动机修正弹道通过弹头部或中部安装通过火药气体产生推力脉冲的小型助推器，凭借喷流的反作用力为弹丸提供控制力以改变弹体飞行姿态修正弹道。弹道修正系统使用的是一次性小型助推器，能够形成脉冲推力，具有响应极快、零件数目少、构造简单之特征，但是每个小型助推器一次燃烧后便不能再次使用，所以当在同一方向再次发生推进力时就要使用另外的助推器，因此，采用这种控制方式的弹丸一般都采用旋转稳定的飞行方式。这种弹道修正方法的优点是反应时间短、无活动部件和伺服机构、无气动控制面、简单易行、成本低、效率高、具有实时姿态控制和弹道修正能力;缺点是作用时间有限，命中精度相对较低。但在坚持把炮兵武器当作面压制武器看待的观点，采用这种方法既满足了作战对炮弹精度的要求，也满足了大规模生产和使用的经济性要求，因此成为世界各国弹药修正弹道普遍采用的技术。

3)MEMS 陀螺仪和加速度计技术

随着国外制导弹药特别是制导炮弹发展的需求不断上升，制造体积更小、更耐冲击、更可靠且适于批量生产的微机械陀螺仪正在称为各国研究的热点。微机械陀螺是微电子与微机械组结合的微型振动陀螺，是根据受激振动在有科式加速度时存在模态耦合效应的原理来工作的，由于科式加速度由旋转产生，且和旋转速率成比例，所以通过测量感测模态的振幅大小就能测量输入角速度的变化。微机械陀螺仪按所用材料分为石英和硅两类。石英材料结构的品质因数Q 值很高，陀螺仪特定最好，是最早商品化的，但石英材料加工难度大，成本高，而硅材料结构完整、弹性好，比较容易得到高Q 值的硅微机械结构。随着各向异性刻蚀与显微光刻技术的发展，体硅微机械加工技术的加工精度不断提高，在硅衬底上加工微机械结构不仅适合批量生产，而且硅材料具有机械性能好、断裂点高、弯曲强度高、无可塑性变形、耐冲击等优点，驱动和检测也较为方便，因此硅微机械陀螺仪逐渐成为研发低成本微机电惯性测量装置的主流。硅微机械陀螺的实现方案可归结为框架式、音叉式、振动轮式、振动梁式、振动环式和四叶式等。

4)弹体姿态磁探测技术

以地球自身产生的磁力线作为测量基准的一种弹体姿态探测技术。由于地球自身产生的磁力线具有在一定区域恒定不变的，不可能受人为干扰的特点，因此可在弹体内固定地磁探测传感器测量地磁方向，用于确定弹体相对于地磁方向的变化，使弹能够自身感知其飞行姿态。

5)简易弹道修正技术

简易弹道修正技术是一种能根据火控系统指令，在飞行过程中对弹丸进行简易控制的技术。火控雷达发现目标，由火控系统提供一个提前量，对来袭目标未来交汇点进行射击，并跟踪弹丸的飞行轨迹，同时对目标飞行参数和弹丸飞行轨迹进行解算，计算出弹丸弹道高低修正参数和方向修正参数，根据计算出的修正量，编码后传送给弹上指令接收装置，由弹载处理器根据接收到的信息和弹丸飞行姿态信息解算出执行指令，执行机构动作，产生侧向控制力，从而达到修正弹道，实现炮弹对目标精确打击的目的。

6)小型化图像制导技术

小型化图像制导技术是制导弹药的关键技术之一，用于弹药制导。小型化图像制导技术的关键在于小型化图像导引头制造技术和图像自动识别技术。小型化图像导引头一般采用红外类型的图像导引头。

2.2.3 高效毁伤弹药技术

1)多模战斗部技术

多模式战斗部可根据目标类型的不同自适应起爆，形成对目标有最佳毁伤元毁伤目标。目前，国外军事发达国家，尤其是欧美国家，均在该领域开展相关的基础研究。

多模式战斗部也叫可选择战斗部(selectable Warhead)，包括多模式爆炸成形弹丸(EFP)战斗部和多模式聚能装药(SC)战斗部，一般有以下5 种作用模式:分段/长杆式EFP(或射流)模式，形成射流或呈线状飞行的金属段或延长的弹丸，可近距离对付重型装甲目标;飞行稳定EFP 模式，形成1个或几个飞行稳定的EFP，可远距离攻击轻型装甲目标;定向破片模式(或多枚EFP)，在特定方向上形成破片群，可对付武装直升机、无人机、战术弹道导弹等目标;全方位破片模式，可形成大范围破片，有效杀伤地面人员;掩体破坏模式，形成扇状射流或长径比小的EFP 侵彻体，用于破障和攻击混凝土工事目标。

其中，多模式EFP 战斗部采用平盘状药型罩，一般形成分段/长杆式EFP、飞行稳定EFP 和多枚EFP 3 种模式;而多模式SC 战斗部采用锥形、喇叭形和半球形形罩，一般形成射流和破片2 种模式。

这类战斗部已用于产品的研制中，主要是双模式战斗部(射流和破片，长杆式EFP 和飞行稳定式EFP 等形式)和三模式战斗部(长杆式EFP、多枚EFP 和飞行稳定EFP)两种类型。目前研制中的多功能巡飞弹(如美国未来战斗系统中的LAM 巡飞弹以及LOCAAS 等)则采用了三模式战斗部。

多模式战斗部可将弹载传感器探测、识别并分类目标的信息(确定目标是坦克、装甲人员输送车、直升机、人员还是掩体)与攻击信息(如炸高、攻击角、速度等)相结合，通过弹载选择算法确定最有效的战斗部输出信号，使战斗部以最佳模式起爆，从而有效对付所选定的目标。其特点是可远距离摧毁目标(约150 m);受反应式装甲影响少;具有大侵彻孔，靶后效应高;降低杀伤即命中系统的成本。

2)大长径比EFP 技术

对于给定质量和速度的EFP 弹丸而言，侵彻深度和侵彻孔的容积主要取决于弹丸的长度，弹丸形状的影响是第二位的，且侵彻深度和侵彻孔的容积不与弹丸的动能成正比，因此，发展大长径比的EFP 弹丸也EFP 战斗部技术的重要研究方向。美国研制的“萨达姆”灵巧子弹药在目标上方150 m 处起爆时，形成的EFP 对装甲目标的侵彻深度达到了1 倍装药直径。俄罗斯Motiv-3M 形成的EFP 以30°的倾角攻击目标时，可击穿70 mm 厚的轧制均质装甲。德国“灵巧155”形成的EFP 长径比达到了5，带有尾裙，气动力学性能优异，飞行稳定好。2003 年，美国空军在伊拉克战争中首次使用了CBU-105/B 传感器引爆弹药。

3)MEFP 战斗部技术

自20 世纪80 年代以来，各国一直在研究多爆炸成形弹丸(MEFP)战斗部技术。最初设计的MEFP 战斗部壳体材料为钢，内装LX-14 炸药，药型罩材料采用钛、钢或铜。典型MEFP 战斗部所包括的基本部件:药型罩、战斗部壳体、卡环、起爆管和传爆管。研究人员已经就MEFP 战斗部在不同武器系统中的应用进行了分析研究，并在应用到扫雷、各种对付柴油桶和轻型装甲的销毁装置进行了试验。

弹丸的形状可以是带状、球状、椭圆状和杆状，并且在各种应用情况下进行了试验。穿甲弹丸重量为5 ～50 g，飞行速度为5 ～25 km/s。另外，研究人员已经就通过改变药型罩设计研究弹丸以不同的尺寸和形状飞散，聚焦式飞散或定向飞散。此外，研究人员已经建立的数据充足的试验数据库，验证MEFP 战斗部在25 ～100 m 炸高范围上起爆对付装甲目标和轻型器材目标的性能。MEFP 战斗部起爆后可形成许多EFP 弹丸，用于攻击轻型器材目标。而最初设计的EPF战斗部只能形成一个杆状或球形EFP 弹丸，用于摧毁重型装甲目标。

4)伸出式新型穿甲弹技术

伸出式穿甲弹的穿甲部分由芯杆、套筒两段组成，发射前芯杆缩于套筒中，发射后芯杆从套筒伸出，根据穿甲机理的研究，除了芯杆有正常的侵彻穿甲作用之外，套筒也具有同样相当杆长的侵彻穿甲能力，从而达到增大穿甲能力的目的。试验表明，伸出式穿甲弹侵彻装甲板深度比普通穿甲弹的增加25%以上。

5)横向增效穿甲弹技术

横向增效穿甲弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effects，PELE)是一种具有穿甲弹和榴弹特点的新型弹药，兼具穿甲弹的穿甲效应和杀爆弹的破片杀伤效应。由于无需引信和装药，PELE 弹还具有结构简单、安全性好、成本低廉的特点。弹丸的作用原理基于弹丸的内芯和外层弹体使用不同密度的材料的物理效应。外层弹体由钢或钨重金属制成，对付钢板时有良好的穿透性能;内芯用塑料或铝制成，不具有穿透性能。在侵彻过程中，低密度装填材料被挤压在弹坑和弹体的尾端部分之间。这导致压力升高，低密度装填物材料周围的弹体膨胀，因此扩大了弹坑直径，并最终使高密度的外层弹体分解为破片。

6)易碎穿甲弹技术

易碎穿甲弹技术的关键在于易碎弹体材料技术。易碎弹体材料技术是通过控制弹体材料的成分和工艺，实现对弹体材料破碎性能的控制，在撞击装甲目标时，利用冲击波在弹体中的作用使易碎弹体材料形成均匀破片，不需开槽或破片预制。这种高密度破片在弹丸自旋离心作用下，能够以膨胀的破片群形式攻击目标，通过破片冲击和侵彻作用毁坏目标及其部件。在打击铝或钛制飞机结构时，这种高密度、高速度破片群的撞击会使铝或钛形成粉尘，造成金属粉尘氧化爆炸，产生超高压并释放出大量热，进一步加强破坏效果。如果弹芯与锆、钛或贫铀合金等自燃金属组合在一起可进一步加强对飞机的纵火破坏作用。自燃金属会破碎，并因冲击载荷引燃，发生放热式反应，产生燃烧温度达3 000 ℃的纵火效应，能够引燃各种可燃物，如汽油和喷射燃料，因而加强了易碎弹的终点效应。其关键技术包括:研究弹体材料的组分、工艺、密度、动静态力学性能、微观结构、材料的复合、终点效应、破碎特性及其相互关系等。

7)复合侵彻战斗部技术

复合钻地战斗部主要由前置聚能装药、随进杀伤爆破钻地弹和灵巧引信系统等组成，主要配用巡航导弹。复合战斗部的前置装药在碰撞到目标防护层或距离防护层一定的高度上先行起爆，产生金属射流在目标防护层内穿孔，为随进杀伤爆破钻地弹钻入目标内部开辟通路。当随进杀伤爆破钻地弹进入目标内部后，其所配用的引信经预定延期后起爆，重创目标。与动能钻地战斗部相比，复合钻地战斗部的结构设计复杂，现装备的数量和种类较少。欧洲国家极为重视其装备及研制工作。另外，美国也已经从英国采购了BROACH 战斗部，提高空军对付深埋及加固目标的能力。与动能钻地战斗部相比，复合钻地战斗部可以较轻的重量完成攻击指定类型的目标。

8)复合材料(自锐钨合金)穿甲弹技术

贫铀弹芯因贫铀材料撞击标靶时，弹芯头部形状具有自动磨锐的特性，因此能够得到良好的侵彻威力。但贫铀材料具有放射性，会使环境受到污染，因此贫铀弹的使用会受到限制。而传统的钨合金弹芯撞击靶板时，弹芯头部变形为蘑菇状，使侵彻孔径变得很大，其侵彻深度(长度)有限。近年来，美国等国正在开展新的研究，利用纳米材料(由1 ～100纳米等级的粒子构成的材料)制造技术，用钨合金钠米材料制作弹芯，当弹芯撞击靶板时其头部的形状也可做到自动磨锐。通过应用这种技术，新材料的钨合金弹芯的侵彻能力得到大幅提高，用钨合金弹芯来取代贫铀弹芯是可取的。

9)分段杆式弹芯技术

在分段杆式动能战斗部中，杆式穿甲弹芯由许多有间隔的小段组成。目前，国外已经开始研究分段杆式动能战斗部技术，并计划将其应用于反坦克武器中。

加拿大目前正在研制超高速反坦克导弹，以满足加拿大武装部队未来的反坦克作战能力需求，为轻型战车提供可与70 t 主战坦克火力相当的导弹。该项目已经完成了第一阶段的研究工作，第二阶段的工作正在进行之中，定于2006 年3 月结束，其中包括设计分段杆式战斗部。作为主承包商，加拿大国防研究与发展机构(DRDC)已完成了分段杆式动能战斗部的风洞试验。另外，德国也在该领域进行相关的研究工作。加拿大在研的HEMi 炮弹的尺寸和重量与120 mm APFSDS 相同，可从现有火炮系统发射，但飞行时间比普通弹丸要短。与相同质量的整体杆式弹芯相比，分段杆式弹芯的穿甲能力要高出1 倍。

10)其他高效毁伤弹药技术

其他高效毁伤弹药技术，还包括扇型射流技术、杆式射流技术、激光定距子母破甲弹技术、子母穿甲弹技术、含能破片技术、多材质药型罩技术、并联EFP 技术等。

3 结束语

总之，随着世界发达国家在微电子技术、信息技术、材料技术、人工智能技术等重要技术领域的进步，使弹药经历了较大的发展变化，特别是在新技术、新原理、新材料的推动下，弹药正在向高精度、远射程、大威力、多功能、灵巧化和智能化的方向发展，出现了一系列在作用原理、结构、功能和使用效能上与常规弹药相区别的新型弹药。这些新概念的发展体现了战争从数量对抗到质量对抗的趋势，使得弹药技术出现了质的飞跃。应顺应弹药的发展趋势，加快新技术弹药研制的步伐，使我国在弹药高技术领域占有一席之地。

［1］世界弹药手册编辑部.世界弹药手册［M］.北京:兵器工业出版社，1990.

［2］王颂康. 高新技术弹药［M］. 北京: 兵器工业出版社，1997.

［3］王志军.弹药学［M］.北京:北京理工大学出版社，2005.

［4］李海燕. 激光制导武器有源干扰对抗措施分析［J］.激光杂志，2010(6):59-60.

［5］吴杰，曹延杰，吴福初. 基于拓展灰色关联分析的舰炮制导炮弹方案评估［J］.火力与指挥控制，2011(3):125-127.

［6］余先兴. 末敏弹对集群目标射击毁伤效果的预评估结果描述模型［J］.四川兵工学报，2010(8):17-19.

［7］余勃彪，严平. 弹道修正弹药现状及关键技术［J］.四川兵工学报，2011(4):43-45.