燃料空气炸弹和温压弹的异同

中秋

燃料空气炸弹和HAP都是常规武器。同样作为爆破性面杀伤武器，这两种弹的杀伤原理与爆破弹和燃烧弹均有很大区别。这两种弹的杀伤原理和结构有很多相似之处，很容易被混淆，但从材料、结构设计和使用条件去分辨，却可以发现不同应用意图所实现的不同效果。

燃料空气炸药简称FAE，在起爆前需要与空气充分混合，在较大范围产生高温高压以杀伤目标和破坏装备，也有云爆弹、云雾弹、窒息弹、气浪弹、油气弹等名称。

燃料空气炸药的爆炸和杀伤原理，与面粉厂或工业打磨生产场地等场所粉尘爆炸，以及液化气、汽油泄露后出现的爆燃相似。这类爆炸最初以工业事故的方式被认识，很早就被作为战争的手段进行研究，但在很长时间内都没有实现技术突破。膨胀的气体和粉尘爆炸的原理看来简单，实现起来却很难，武器装药依靠燃料或爆炸的单作用方式，直到美国在越南战场使用燃料空气炸弹后才被打破。自从美国1966年在越南使用的 GBU55B后，FAE战斗部到现在已经发展了三代产品，理论综合毁伤威力达到了TNT的10倍，面杀伤效果相当突出。

FAE通常采用的液体燃料有环氧乙烷、环氧丙烷、乙醚、甲烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙炔丙二烯混合物、过氧化乙酰、二硼烷、无水偏二甲肼、硝基甲烷和硝酸丙酯等。这些液体燃料易燃、易爆而且沸点很低，在较低温度时呈液态，温度稍高就极易挥发成气态，与空气混合形成一种气溶胶混合物。FAE装药中通常还按比例混合金属粉末作为固体燃料，常用的有镁、铝或混合的镁-铝粉末。

环氧乙烷等液体燃料在未与空气充分混合时没有爆炸条件，装填弹药后的储存安全性较好。常规炸药自带氧化成分，可以在密闭的空间爆炸。FAE装药本身并没有氧化成分，而是要使装药与周围空气混合。液体燃料与空气接触后会迅速气化并与空气混合膨胀成气团，爆炸后从空气中大量吸收氧气，形成范围较大的无/贫氧和高一/二氧化碳区。FAE的另一个特点就是装药爆炸时的密度低，爆速没有常规炸药那么快，但形成的超压强度比较高，超压随距离衰减的速度也慢。

FAE装药爆炸前形成的气溶胶气团重于空气，可以渗入战壕、山洞和其它缝隙中，起爆后的高温与超压能杀伤开口的山洞和战壕内人员。按照公开发表的资料，同质量TNT与FAE在无约束的空气条件下爆炸，FAE爆炸产生的火球持续时间是TNT的近2倍，火球直径是TNT的1倍多。FAE靠近爆心位置的压力高于TNT，在杀伤区域边缘的压力则远高于TNT。

美国在越南战场上投放FAE最初是为直升机开辟起降场。正是因为这种使用思想，早期FAE对命中精度要求并不高，体积也很大，用低速运输机投放。美军在FAE使用过程中，发现这种炸药对暴露的人体杀伤效果很强，随后开始逐步缩小弹体，并通过降落伞减速和改善起爆方式等措施，将这种武器逐步转型为战术面杀伤武器。

在作为战术武器使用FAE后，早期FAE的构成和使用方法却限制了实战效果。FAE的威力体现在气溶胶爆轰后的高温和冲击波，而气溶胶的形成饱和度是关键。要保证FAE装药充分与空气混合就必须控制下落速度，还要安装定高装置以保证在触地前进行一次起爆，一次起爆后到二次起爆前这个阶段，装药膨胀混合的效果决定了最终威力。

按照正常的使用过程，FAE在近地高度弹体分解（爆破或抛弃），化学燃料扩散后形成气溶胶团，经过0.1～0.15秒延时以使气溶胶团充分发育后起爆。FAE正常爆炸的声、光效果非常明显，破坏范围大，精神压力和物理杀伤效果都很明显。FAE二次爆炸后的火球产生高温和高压，并在扩散的同时引燃周围未燃烧的燃料，外围的燃料可以作为火球扩散阶段的补充，可以在较大半径内维持温度和压力，甚至在部分条件下还具有增强的条件。烟火团在达到最大范围后，在作用范围内将形成近无氧的区域。爆炸烟火团在达到极限后上升并耗能，周围空气在压力作用下填补低压区之前，人员目标将承受极其剧烈的正/负压转换、缺氧和一氧化碳中毒的威胁。

FAE在理想条件下可以发挥效果，但在复杂地形和大风、阴雨等不利条件下，气溶胶的形成效果就会受到很大影响。实战中FAE投放后的地形和气候特征难以保证，很多FAE实战中只能利用10%左右的装药，有很多二次起爆不成功。苏联航空兵在阿富汗战争中大量投放FAE杀伤山地和坑道内的游击队。FAE在多山的阿富汗战场使用的效果很不稳定，苏联航空兵为了保证FAE的爆炸效果，往往采用双机组合，前机投放FAE后，跟随的飞机向气溶胶团处发射火箭弹，以便在FAE二次起爆不成功或装药起爆率不足的时候，利用火箭弹的爆炸效果引爆气溶胶团。改进起爆方式以增加二次起爆可靠性成了FAE发展的重点。

FAE第一代产品有美国的GBU55、BLU72以及苏联的ODAB 500PM，主要是作为低速飞机使用的航空炸弹，技术水平较低。首代FAE只能用运输机和直升机投放，战术灵活性较差。第二代产品从70年代初期开始研制，重点是增加炸弹的投放速度，可以用喷气式战术飞机和轰炸机投放，投弹时的飞行速度可达800千米/小时，主要以美国BLU73、BLU76、BLU96和MADFAE集束弹及GBU72子母弹为代表。GBU72内装备3枚可独立起爆的子弹，威力比上代同规格炸弹高4～5倍。

前两代FAE主要装填环氧乙烷/环氧丙烷、环氧乙烷/环氧丙烷硝酸异丙酯，或采用环氧丁烷与碳粉等凝胶剂制成的胶体作为燃料。第一、二代FAE均需实施两次引爆，第二次引爆时的油气团浓度、点火时的高度、点火起爆延迟时间的控制精度，油气团扩散时的地面风速、空气湿度及气溶胶团与空气混合的均匀度等，均会使爆炸能量受到影响。此外，前两代FAE不宜在高速状态下使用，必须用减速伞降低弹体下落速度，以便获得燃料与空气充分混合的时间。

美、苏针对前两代FAE的技术局限和使用难度，在80年代后期开始研制第三代FAE。三代FAE采用了一次引爆技术，简化了弹药构造，降低了制造成本和工艺难度，改善了维护条件。第三代FAE的油气团扩散方式并没什么变化，主要是用化学催化法或光化学等起爆方法替代了传统的引信起爆。第三代FAE主要解决了二次起爆难题，但一次起爆方式对燃料膨胀分散与起爆协调性的要求更严格，即使对弹体材料、结构壁厚、装填状态等参数进行细致协调设计，弹药投放时的外部环境仍会影响燃料混合效果，爆炸时的气溶胶体积和形状也会明显影响到爆轰效果。

FAE气溶胶的爆轰产生三个相互独立的爆炸过程。首先是以微秒计，包含各种氧化还原反应的装药爆炸反应。其次是爆炸后的装药无氧燃烧反应，是最初爆炸波中没有完全燃烧的较大燃料颗粒继续燃烧反应的过程，这个过程将持续几百微秒。最后是装药爆炸后从周围空气中吸收氧气的燃烧反应，也是冲击波与周围空气混合时燃料富集物的燃烧过程，反应时间以毫秒计。为了改善前两代FAE二次点火环境适应性不好的缺点，第三代FAE普遍采用一次点火化学引爆技术，在燃料通过压力抛撒后，引信经过一定延迟时间自动起爆。FAE充分起爆对外部环境要求较高，燃料混合过程也需要时间，不适合作为高速武器的装药，目前主要用于航空炸弹或火箭扫雷等面毁伤武器的战斗部。

FAE的杀伤效果与二次起爆时的高度有直接关系。FAE在地面爆炸时的威力削减很明显，在1～1.5米高度引爆气溶胶团的爆轰效果和毁伤半径较理想，但形成的弹坑不大，FAE弹药不具备有效的穿透性破坏能力。

FAE的起爆受混合装药作用原理的限制，操作过程中会遇到很多麻烦，结构比较复杂，战斗部体积也不容易做的很轻便。为了能在保持FAE的杀伤效果的基础上，增强起爆可靠性和装药的利用率，并使FAE效应弹型适应性更广泛，国外在80年代开始发展固体装药的新弹型，就是目前广泛应用的HAP。

HAP的毁伤原理与其名称相同，就是利用高温和高压造成杀伤，也被称为热压（HAP）弹。FAE的装药是液体燃料混合物，仅有少量传统炸药作为抛射药，HAP则采用单一的固体装药，炸药经过专门配比设计，爆速只接近常规高猛度炸药的一半（3 000～4 000米/秒）。装药内还添加有镁、钡、铝、硅、锆这类金属材料粉末，利用金属粉末起爆后可长时间释放大量热量的作用，增强HAP的高温杀伤效果。

理论上，FAE与HAP是同类弹药，差异在于FAE是通过形成雾状油气云后爆炸，HAP则是直接通过爆炸时产生的高温和超压实现。HAP可以看成是自带氧化剂的粉末状炸药，命中目标时装药成粉尘形式一次整体爆炸。HAP炸药爆速较低，但基本不受外部环境影响，大风和低温等特殊环境对爆炸效果的影响不大，实战可靠性远比FAE要高。HAP还能根据需要灵活设计弹药规格，能适应从十余吨重超级炸弹到几百克重手榴弹的装药要求。

HAP是利用新的装药形式，通过直接起爆形成类似FAE的毁伤机理。FAE需要相对敞开的空间以使燃料与空气较好的混合，不适合攻击密闭空间和掩体。常规军用炸药的爆速高达8 000米/秒，可在近距离产生较大压力，使破裂的壳体形成很高动能的杀伤破片。HAP装药的爆速低，形成破片的效果差，步兵携带的HAP弹种（火箭、反坦克和单兵榴弹）大都采用轻质的铝制壳体，主要靠高温和高压效应进行杀伤。HAP采用一次起爆方式和固体装药，能采用比较坚固的壳体，可作为主装药或随进装药在掩体或山洞内部爆炸，适合攻坚。

HAP的爆炸过程分三个阶段。第一阶段的无氧爆炸过程中只有部分炸药被起爆，这部分炸药形成高压并决定了武器的穿透/破坏效能。第二阶段的无氧燃烧时基本装药被起爆，形成体现主要破坏效果的高温和高压。第三阶段是有氧燃烧过程，是装药在爆炸过程中使混合的金属粉末开始燃烧，补强爆炸形成的压力与热杀伤效能。

苏联最先装备HAP，并在很多弹药平台上采用，大量装备HAP的反坦克导弹和火箭弹在近年的局部战争和反游击战中效果明显。美国在阿富汗使用的 BLU118B是907千克重型炸弹，采用的BLU109钻地战斗部装有240千克PBX？ IH135温压炸药。PBXIH135炸药由奥克托今军用炸药和聚氨酯燃料混合构成，炸药中还按照精确比例加入了铝粉，封闭空间爆炸能量为TNT的7倍。

HAP的杀伤机理可以与常规炸药互补，却不具备替代常规炸药的条件，只能作为特殊战场条件下的特殊弹种。HAP结构设计简单，可作为手榴弹或枪榴弹的弹头，携带方便性和战术灵活性较好，能与常规炸药武器成系列装备。

FAE和HAP爆炸时的冲击波压力高，维持时间长，衰减速度慢，爆炸压力作用范围内基本没有死角。能应付常规炸药的敞开掩体和卧倒躲避，都无法防备高压和高温的杀伤影响。人体在承受高温和高压时，肌肉和皮肤受到挤压后会产生压缩、扭曲、撕裂，骨骼在压力下容易断裂，含氧和液体的内脏则会在高压下撕裂、破损，内脏的高压损伤甚至要比外部伤害更为致命。现代步兵采用的防弹衣可以应付枪弹和破片，但半封闭的防弹衣在承受高压冲击波时，防弹衣与人体之间的小空隙会凝聚压力，冲击波的集中伤害效应甚至更严重。

FAE和HAP爆炸时的火焰维持时间长，温度高，剧烈消耗爆炸点附近的氧气，并释放大量有毒气体，有生目标即使没被冲击波杀伤也会缺氧和中毒。FAE和HAP爆炸产生的有毒气体包括一氧化碳、硫化氢和一氧化二氮这些作用于细胞和体液的窒息性气体，还有作用于呼吸道的二氧化碳和二氧化氮，形成足够达到致命浓度的持续毒气区域，常规炸药则难以实现这种杀伤作用。

FAE和HAP依靠高温高压杀伤目标，在封闭空间效果更明显。但是，常规炸药高爆速可提供很大的动能，壳体预制破片的初速超过1 000米/秒，依靠动能杀伤距离上百米的目标，可采用更加灵活的起爆方式和组合。FAE和HAP在开敞空间的破片杀伤效果差，装药压力向四面分散的利用率低，只能通过增加装药量来增加毁伤半径，使大威力FAE和HAP的尺寸均很大。美国的MOAB弹重9 526千克，装药量8 165千克，只能采用慢速飞机运载投放，增强型 MOP的重量更是达到13.61吨。这类重型炸弹的威力虽然很大，爆炸时的温度接近2 000℃，杀伤半径可达到600米，堪与小型核武器相比，但巨大的尺寸始终限制了使用灵活性。

FAE最初是作为暴露空间的面杀伤手段，到目前仍然是以毁伤暴露的人员和装备、清扫地雷和障碍为主要意图。HAP拥有更灵活的战术意图，从开始就针对FAE的性能局限进行改进，以密闭空间的工事和掩体为主要目标，固体装药较好的强度还能满足高速炮弹的装药条件，作为穿透型武器的装填物，但壳体在爆炸中的破裂将消耗炸药的效能。

炸药的爆轰破坏和破片杀伤原理已经非常成熟，但技术人员始终在追求更大范围、更高效率的杀伤武器。燃烧弹是用燃料进行范围杀伤的弹种，在二战中成为了城市毁灭者，凝固汽油弹则成了燃烧弹的代表，但燃料常规燃烧的杀伤效果存在局限。FAE则是将燃料与炸药的杀伤作用结合起来，利用爆炸的方式使燃料迅速进行燃烧反应，利用燃烧的高温和爆炸的高压杀伤目标，FAE在理论上也属于有爆炸杀伤效果的燃烧武器。HAP则是利用混合配比后的低爆速固体装药，采用常规爆炸方式起爆的攻坚武器。HAP杀伤效果和机理与FAE相似，但功能和结构却是典型的爆炸型炸药。FAE证明了利用混合效应提高弹药威力的效果，HAP则在炸药不断增加猛度，增加爆速以提高威力的同时，利用新的杀伤方式和作用方式，充分发挥了低爆速复合炸药的效能。HAP和FAE在方法上的殊途却在最后实现了目标的同归。武器在战争中展示的是毁灭和杀戮，但了解各种武器的发展和思维的技巧，又不能不钦佩人类在准备杀戮时所展现出的智慧。[编辑/旭日]