水下武器裝備領(lǐng)域火工品發(fā)展趨勢研究

胡 光，吳玉均，趙 亮

（1.海軍裝備部；2.西安北方慶華機(jī)電有限公司，陜西 西安 710025）

引言

火工品是裝有火藥或炸藥，受外界刺激后產(chǎn)生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機(jī)械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱[1]。現(xiàn)代水下作戰(zhàn)的主要武器，如反潛導(dǎo)彈、深水炸彈、魚雷、水雷、滅雷具、UUV等，在作用過程中存在多種動作，設(shè)計中采用了大量的火工品，如火帽、點(diǎn)火管、點(diǎn)火藥盒、爆炸螺栓、作動器等。隨著海軍水下武器裝備的多樣化發(fā)展以及戰(zhàn)場環(huán)境的變化，對火工品提出了新的使用要求，常規(guī)的火工品已不能適應(yīng)新的需求，而應(yīng)用半導(dǎo)體點(diǎn)火、無污染分離、低擾動（低沖低噪）做功、沖擊片安全起爆等新技術(shù)火工品開始呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢，也將進(jìn)一步推動水下武器裝備的發(fā)展。

1 火工品發(fā)展現(xiàn)狀及其作用

1.1 火工品在武器系統(tǒng)中的作用

火工品因具有能量質(zhì)量比高、作用時間短、起爆及輸出能量可控、體積小及長期貯存好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水下武器系統(tǒng)的各個位置，其在武器系統(tǒng)中的作用主要為[2]：

1）用于武器系統(tǒng)的點(diǎn)火、傳火、延期及其控制系統(tǒng)，保證武器的發(fā)射、運(yùn)載等系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，如發(fā)動機(jī)點(diǎn)火類火工品。

2）用于武器系統(tǒng)的起爆、傳爆及其控制系統(tǒng)，以控制戰(zhàn)斗部的作用，實(shí)現(xiàn)對敵目標(biāo)的毀傷，如引信火工品。

3）用于武器系統(tǒng)的推、拉、切割、分離、拋撒和姿態(tài)控制等做功序列及其控制系統(tǒng)，使武器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自身調(diào)整或狀態(tài)轉(zhuǎn)換與安全控制，如艙段分離、頭罩分離火工品。

1.2 火工品發(fā)展現(xiàn)狀

火工品性能主要由藥劑和發(fā)火件的發(fā)火機(jī)理進(jìn)行決定，依據(jù)火工品的輸入信息能量形式以及作用原理對其發(fā)展劃分為五個階段[3]。

第一代火工品以雷汞為起爆藥或含雷汞的藥劑而制成的機(jī)械火工品和火焰類火工品，如最初的火帽、雷管、底火等，其安全性能不可控，不能快速的適應(yīng)武器系統(tǒng)的發(fā)展和使用，且雷汞有毒，使得該類火工品目前在武器裝備中已完全淘汰。

第二代火工品采用氮化鉛、三硝基間苯二酚鉛等常規(guī)起爆藥而制成的各類敏感型火工品，如電橋絲火工品、機(jī)械火工品和火焰類火工品，有一定的安全性，但其可靠性和安全性通常是一對矛盾體。就應(yīng)用范圍和數(shù)量而言，這類火工品在武器系統(tǒng)中仍占有重要地位。

第三代為鈍感電火工品，其電安全性能滿足1A/1W 5min不發(fā)火要求，而發(fā)火電流不大于5 A。主要產(chǎn)品有橋帶式火工品、半導(dǎo)體橋火工品及部分橋絲火工品。所用藥劑仍采用常規(guī)起爆藥或其他鈍感發(fā)火藥，可靠性和安全性具有獨(dú)立設(shè)計特性。近年來這些火工品的應(yīng)用范圍和數(shù)量均逐漸增大。

第四代火工品為高安全性火工品，如采用直列式傳爆序列或點(diǎn)火序列許用鈍感藥劑的爆炸箔起爆器及激光類火工品，這些火工品已開始應(yīng)用，但由于尺寸、發(fā)火能量及成本等限制，應(yīng)用范圍和數(shù)量均不大。

第五代火工品是具有精確控制能量的集成產(chǎn)品或陣列，包括MEMS火工品、SMART火工品、數(shù)字化火工品等，以微裝藥、微輸入/輸出能為標(biāo)志，所用藥劑為小臨界直徑藥劑、光聚合藥劑、內(nèi)嵌化合物和可反應(yīng)復(fù)合膜材料。這一代火工品仍在發(fā)展和成熟過程中。

2 水下武器裝備領(lǐng)域火工品發(fā)展需求

近年來，隨著海軍水下武器裝備的的迅速發(fā)展以及作戰(zhàn)環(huán)境的變化，對火工品的戰(zhàn)場生存能力、準(zhǔn)確作用能力、高效摧毀能力、持久作戰(zhàn)的綜合保障能力等方面提出了新的發(fā)展需求，使火工品從“起爆”“點(diǎn)火”等基本作用拓展到了實(shí)現(xiàn)低噪音、低沖擊、定向作用、可控作用、信息交互等更高要求的作用，使火工品的技術(shù)使命不僅僅體現(xiàn)在初始點(diǎn)火起爆這一環(huán)節(jié)上，而是全面地體現(xiàn)在表征武器體系對抗的戰(zhàn)場生存、精確作用、快速響應(yīng)、有效毀傷等多個環(huán)節(jié)中，使火工品開始成為推動水下彈藥、引信乃至武器系統(tǒng)發(fā)展的新動力。

2.1 戰(zhàn)場生存能力

戰(zhàn)場生存能力不僅包括部隊人員和裝配的生存能力，而且包括彈藥抵達(dá)目標(biāo)前的生存能力，其實(shí)質(zhì)就是要求火工品具有較高的安全性及抗干擾的能力。

2.1.1 高安全性需求

提高火工品的安全性是提高人員和裝備生存能力的重要措施之一。目前世界上主要國家海軍水下裝備中使用的火工品主要以第二代、第三代為主，第四代火工品才開始零星的使用。一般而言，固有安全性高的電火工品，其電磁環(huán)境安全性也較高，一些不含起爆藥的電雷管（如沖擊片起爆雷管）的發(fā)火能量很高，起爆電壓數(shù)千伏，客觀上已具有了很高的固有安全性。發(fā)火能量大的鈍感電火工品滿足防靜電和1 A/1 W 5 min不發(fā)火要求，固有安全性較高。而對于固有安全性遠(yuǎn)低于電磁環(huán)境安全性要求的敏感、高敏感火工品而言，則需要通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計來保證電磁環(huán)境安全性，如裝于引信的敏感電雷管需要靠引信體的屏蔽來保證其電磁環(huán)境的安全性。

當(dāng)前彈藥正快速的向鈍感方向發(fā)展，美國等軍事強(qiáng)國已經(jīng)廣泛使用第四代火工品,其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在采用電爆換能元、光爆換能元等非線性換能元以保證火工品對起爆信息敏感,又能提高抵御環(huán)境干擾能力，采用特征感度與特征功效藥劑以實(shí)現(xiàn)其只對換能元刺激敏感、對環(huán)境力刺激鈍感，典型產(chǎn)品為高安全的沖擊片雷管，其特有的高安全性、作用時間短、引爆閾值范圍窄以及良好的抗震、抗沖擊和抗過載能力，對靜電和電輻射有很好的抗干擾能力。

2.1.2 低噪音需求

低噪聲火工技術(shù)是近年來隨著海軍魚水雷結(jié)合、UUV等新概念武器快速發(fā)展需求求提出來的，主要作戰(zhàn)功能為水下低噪音釋放、分離、切割、拔銷、解鎖和姿態(tài)控制等。其“低噪音”一般要求產(chǎn)品作用時所產(chǎn)生的噪音需小于海洋的背景噪音，從而躲避敵方水聽器的監(jiān)測，達(dá)到隱蔽突防的目的?，F(xiàn)隨著各國水下監(jiān)測手段日臻完善，低噪音火工品的設(shè)計及系統(tǒng)裝配使用已迫在眉睫[4]。

目前采用炸藥的爆炸或火藥的快速燃燒對物體做功，較好的實(shí)現(xiàn)了能耗低、載荷大、響應(yīng)快、尺寸小等水下武器的使用要求，但作用噪音較大,未來低噪音火工品的發(fā)展將綜合火工品與非火工品的優(yōu)點(diǎn)，將二者結(jié)合起來，設(shè)計出新型的低噪音復(fù)合型火工品，以滿足水下低噪音作動的要求[4]。

2.1.3 低沖擊需求

分離作動火工品在海軍武器系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，技術(shù)較為成熟，但隨著武器系統(tǒng)的發(fā)展以及高精密儀器設(shè)備的應(yīng)用，對分離作動火工品提出了高承載、低沖擊的使用要求，以保證系統(tǒng)其它精密設(shè)備的安全、穩(wěn)定和可靠，因此強(qiáng)連接弱解鎖結(jié)構(gòu)的火工分離裝置將主導(dǎo)市場。

2.1.4 水聲火工干擾需求

由于安靜型潛艇和魚雷武器的快速發(fā)展，艦艇面臨著越來越多來自水下的威脅，世界各國都在研究先進(jìn)的水聲對抗器材。國外典型的干擾器材是英國“赤刀魚”干擾器和法國“斯巴達(dá)克斯”反魚雷武器系統(tǒng)。目前，世界主要國家連續(xù)爆炸類型的干擾裝備均處于起步階段，水下連續(xù)爆炸聲干擾及其裝備技術(shù)成熟度還無法滿足工程化要求。因此，未來水下連續(xù)爆炸干擾火工技術(shù)將作為主要的研究方向為水聲干擾提供新的技術(shù)途徑。

2.1.5 深水作動需求

為了提高水下武器裝備自身的隱蔽性、攻擊的突然性，對其配套的火工品也提出了深水使用的要求。常規(guī)火工品水下耐壓性較差，自身密封性不足，在深水使用中往往因進(jìn)水導(dǎo)致失效，同時在海水中因長時間值守，表面防污防腐性能下降，導(dǎo)致性能很難滿足系統(tǒng)的使用要求。因此在常規(guī)火工品的基礎(chǔ)上進(jìn)行耐壓、防腐、防污研究將成為火工品發(fā)展的重要方向。

2.2 準(zhǔn)確作用能力

準(zhǔn)確作用能力既體現(xiàn)在命中目標(biāo)時的可靠作用，又包括運(yùn)動過程中實(shí)現(xiàn)精確命中軌跡控制的作用。精確命中是實(shí)現(xiàn)精確打擊的前提，通過火工品實(shí)現(xiàn)精確命中的途徑可通過陣列的脈沖推沖器邏輯點(diǎn)火技術(shù)對彈藥實(shí)施彈道或姿態(tài)控制，提高命中精度。該技術(shù)在導(dǎo)彈系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用，美國、俄羅斯均有成功應(yīng)用的型號列裝產(chǎn)品，該技術(shù)也可應(yīng)用于水下武器裝備中，以提高命中率。

2.3 高效摧毀能力

高效摧毀能力是近年來隨著火工起爆可選擇性而提出來的，所追求的是“命中即摧毀”。在火工品環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)高效摧毀的途徑：一是根據(jù)引信對目標(biāo)的識別，火工系統(tǒng)對彈藥戰(zhàn)斗部的起爆位置具有可選擇性，如深水炸彈采用爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)達(dá)到起爆點(diǎn)精確控制，實(shí)施定向起爆，使戰(zhàn)斗部的殺傷破片向目標(biāo)方向集中，從而大幅度提高毀傷概率；二是在終點(diǎn)彈道環(huán)境中提高火工品的抗干擾能力，達(dá)到準(zhǔn)確作用的效果。

2.4 連續(xù)持久作戰(zhàn)的綜合保障能力

隨著未來戰(zhàn)場上前后方界限的模糊化和部隊分布的離散化，連續(xù)持久作戰(zhàn)的綜合保障能力的重要性日趨重要，特別是戰(zhàn)時大量消耗的火工品，實(shí)現(xiàn)通用化和系列化設(shè)計，簡化品種，降低成本，簡化戰(zhàn)時彈藥用火工品的管理與供應(yīng)是提高連續(xù)持久作戰(zhàn)綜合保障能力的重要途徑之一，因此，通用化、系列化、組合化是未來火工品設(shè)計的重要原則。

3 結(jié)語

隨著水下武器裝備的快速，對火工品的使用需求也有了新的拓展。火工品的戰(zhàn)場生存能力、準(zhǔn)確作用能力、高效摧毀能力、持久作戰(zhàn)的綜合保障能力將成為水下武器裝備用火工品發(fā)展的主題。具有高安全性、低噪低沖擊作動性、水聲干擾性、深水作動性、定向起爆性以及高可靠性的新型火工品將更多的應(yīng)用于水下武器裝備中，并發(fā)揮不可替代的作用。