炸藥威力從何而來？

李儒豪

在現代戰爭中，火炮是不可或缺的一種殺傷力巨大的武器。火炮發射時，彈丸閃電般地飛向發射目標，轟鳴聲震耳欲聾。火炮在現代軍事中扮演著舉足輕重的角色，它射程遠、威力大，很多國家一直致力于研究高性能火炮。決定火炮威力與射程的一項重要因素就是火炮的含能材料，也就是火炸藥。2017年1月8日，王澤山院士因其在火炸藥領域的杰出貢獻獲得2016年度國家技術發明一等獎。這位81歲高齡的老院士是國內為數不多的3項國家科技一等獎獲得者。那么，王澤山院士研究的究竟是什么呢？王澤山院士究竟研究出了什么樣的成果，使他獲此殊榮呢？

炸藥：我有大能量

說到火炮“裝藥設計”，我們先來了解一下炸藥到底是什么。說到炸藥，同學們可能會疑惑，它為什么會有這么大的威力呢？其實，炸藥和書本、紙張、衣服、球鞋等一樣，都只是物質的一種存在形式，由原子和分子組成。炸藥之所以具有巨大的殺傷力，就在于它能夠瞬時釋放出大量能量。

那能夠釋放能量就會具有如此強大的威力嗎？顯然不是，燃燒的物體都會釋放能量，比如紙張。如果我們點燃紙張，紙張也會燃燒并釋放大量的熱量，熱量就是能量的一種形式。可為什么紙張只是在燃燒，而炸藥卻會爆炸呢？

炸藥：為什么會爆炸？

不同的物質在燃燒時釋放的能量是不同的。同樣是依靠燃燒釋放熱量，到底是什么造成了這樣的差異呢？

我們可以粗略地將可燃物的燃燒分為釋放能量和傳播能量兩個過程。能量從產生（通過燃燒從物質中跑出來）和傳播到環境（我們感受到熱）這兩個過程都不是瞬間完成的，需要一定的時間。換言之，釋放能量和傳播能量都有著一定的速度與之對應。

當傳播能量的速度等于釋放能量的速度時，燃燒造成的溫度保持不變，就像以同樣的速度向水池一邊注水一邊排水，水池的總水量保持不變。當傳播能量的速度快于釋放能量的速度時，燃燒的溫度越來越低，逐漸低到燃點以下，燃燒就會自動停止。所以，我們如果把燃燒的紙張平鋪在地上，紙張會停止燃燒——地面太涼了，它會快速地帶走燃燒的熱量。當傳播能量的速度慢于釋放能量的速度時，理論上溫度就會越來越高，實現了在局部區域內能量的聚集。

炸藥最大的特點就是能夠非常快速地釋放能量，我們甚至可以認為能量是瞬間被釋放出來的，而在這一瞬間，它甚至還沒來得及被傳播出去。其結果就是，在一個極為狹小的空間內，瞬間擠進去巨大的能量，在下一個瞬間，這些能量會以驚人的速度向四周擴散——“砰！”爆炸了！

由于炸藥具有蘊含著豐富的能量這一特點，在科學領域，炸藥也被稱為“合能材料”。在含能材料家族中，炸藥只是其中一種，它有著最快的釋放能量的速度。除了它之外，還有比它釋放能量稍慢一些的火藥（常用于火箭、導彈與火炮的推進劑或發射藥）和一些其他特殊用途的家庭成員。

火炮：評價我可以從三個方面出發

王澤山院士提出了火炮炸藥裝填的新方式和彈道理論，這具有重大的意義。自從人類利用炸藥進行戰斗，火炮幾乎是最為悠久的武器，其威力無窮，在戰場上發揮著重大作用。那么，問題來了：如何評價一套火炮武器系統呢？我們可以從威力、射程、精度三方面綜合考量。

事實上，火炮的威力與火炮本身關系不大，主要在于彈丸的設計。彈丸內填裝的炸藥越多，它爆炸時的威力自然就越大；但與此同時，彈丸就會變得更加沉重，火炮會變得難以將彈丸拋向遠方。王澤山院士研究了威力更大、更滿足需求的炸藥，在盡可能不增加彈丸重量的前提下，讓威力上升。

解決了威力的問題，射程遠近就是需要我們解決的下一個問題。倘若火藥具有令人滿意的威力，但打不到目標，豈不是更慘？增加射程無可厚非，但是通常會遇到各種“攔路虎”。

方案一：增加炮管的長度，副作用是不僅會降低火炮的機動性——長長的炮管使得火炮動起來十分費勁，就像你跑步時舉著一根長棍，而且過長的炮管伴隨附加的重量，炮管可能將自身壓彎，發射時，還會加劇炮管口的抖動，導致精度下降。

方案二：增大炮管內部的壓力（即膛壓），為彈丸的發射提供更強有力的推動。但這會加重炮管的負擔，為了承受這種壓力，我們不得不加厚炮管，而這會導致火炮變得笨重，難以移動。

面對這樣的困境，王澤山院士另辟蹊徑，他不改變火炮本身的結構——炮管的長度抑或厚度，而是將原有的發射炸藥以更加恰當的方式填裝在彈丸內部，使得同樣劑量的炸藥能夠發揮更大的威力。

最后，再來說說火炮精度的問題。降低精度的主要原因有二：一是炮管口抖動，王澤山院士已經通過不改變火炮結構避免降低精度；另一個是在發射炮彈之前，提前預估炮彈的落點，這相當于射擊中的瞄準（其實還有其他很多原因，比如每次發射對炮管的損耗和彈藥生產的穩定性等）。而對于后者，王澤山院士提出了新的彈道理論，這能夠帶來更加精確的瞄準結果，讓我們的火炮不僅威力大，而且打得遠、打得準。

通過實際驗證，中國火炮在應用王澤山院士的技術發明后，其射程能夠提高20%以上，最大發射過載有效降低25%以上！

責任編輯：夏越 責任校對：陸艷