彈藥發展對引信技術的需求與推動

張　合

(南京理工大學智能彈藥技術國防重點學科實驗室， 南京　210094)

1　概述

引信是一種特殊產品，它定義為能夠利用目標、環境、平臺和網絡等信息，按預定策略起爆或引燃戰斗部裝藥，并可選擇起爆點、給出續航或增程發動機點火指令以及毀傷效果信息的控制系統。引信是武器裝備的核心部件，廣泛用于兵器、船舶、航空、航天等領域的炮彈、火箭彈、槍榴彈、魚雷、水雷、導彈等的起爆控制以及飛行器和航天器的點火、分離等控制[1-2]。

引信技術涵蓋面廣，可用空間小，技術與工藝復雜，經受的環境惡劣和物理場多，既要擔負彈藥從生產、儲存、運輸、發射的高安全控制，又要實現彈藥終點高效毀傷的高作用可靠性。引信已從機械、機電、近炸發展到靈巧與智能產品，其內涵在原有功能的基礎上擴展成為五個輸入與四個輸出，輸入為環境與目標信息、平臺信息、網絡信息、多維坐標控制信息與其他引信交聯信息，輸出信息為起爆戰斗部信息、續航與增程發動機點火信息、反饋起爆時機用于毀傷評估信息、反饋給彈上多維坐標信息，如圖1所示。

引信是彈藥終端毀傷控制子系統，彈藥或其他載體對引信的要求為：具有靈巧化、智能化的功能，適配性好，因此，引信必須具有高的安全性與作用可靠性。引信對各類目標要能夠實時快速精確探測、識別，抗各種干擾能力要強。更重要的是引信信息化是武器系統信息化的“最后環節”。引信在武器系統中的地位與作用具有不可替代性；引信的早炸、抗干擾性差與低作用可靠性將降低彈藥的毀傷能力；引信的開倉點與炸點精度直接影響彈藥的最大毀傷威力。

隨著引信對抗技術的發展，引信面對超高加速度、超高速度、臨近空間環境、強電磁環境、地下深層目標、海洋中安靜目標、強防護目標、掠地與掠海飛行、干擾與抗干擾、信息化與組網等發展的迫切需求，其能力代表武器裝備和彈藥發展的核心技術水平，與武器系統其他部分有密不可分的關系，可支撐新型彈藥、特種彈藥的起爆方式(多次、多點)。引信與彈道修正機構的一體化設計可減小系統體積和節省成本；引信與火控、制導倉的信息交聯可提高毀傷效能；引信利用導引頭信息可提高其終點探測能力；引信的發展將推動火工品、電源、專用集成芯片、傳感器等核心關鍵器件的發展。

2　靈巧、智能彈藥與引信的發展

靈巧彈藥介于常規彈藥與制導彈藥之間，是智能彈藥的初級產品，具有通過彈上接收系統或引信進行信息交聯功能、具有對目標的探測功能、具有對自身彈道修正功能或具有對不同目標選擇不同的起爆功能。與其對應的靈巧引信為：

通過發射前裝定信息，采用單一或復合探測手段獲取環境與目標信息，通過單片機、可編程控制器或DSP處理器等方式進行起爆控制的引信為靈巧引信(可裝定、可探測、可處理、可控制)。

智能彈藥指的是發射后不管，通過彈上探測系統獲取彈道信息，進行彈道辨識與修正，同時探測系統能獲取目標信息，識別目標、跟蹤目標、選擇目標薄弱部位進行攻擊，直至在一定的區域內毀傷目標。

通過發射前或發射后自動裝定，并能自動探測、跟蹤、識別目標，具有自主分析、雙向溝通能力，能配合戰斗部自主區分、優選攻擊目標，在最佳位置起爆戰斗部的引信稱為智能引信(自動裝定、探測識別、自主選擇、最佳起爆四種能力)。

目前，我國靈巧彈藥與引信發展突飛猛進，已有30和35毫米定時與定距空炸靈巧彈藥、各型末敏靈巧彈藥、侵徹硬目標的靈巧彈藥等裝備，也配置有相應的靈巧引信，其他各類靈巧彈藥與引信正在發展中。

3　新型彈藥的發展對引信技術的需求與推動

近幾年隨著技術的發展出現一些新型彈藥，如無人值守武器平臺用彈藥、電磁脈沖彈藥、電磁炮彈藥、反裝甲主動防護系統彈藥、多功能靈巧彈藥、無人機載彈藥等，所配的引信具有初級智能功能，并有適應相應發射或工作特殊環境的能力。

3.1　無人值守平臺用彈藥與引信

無人值守武器平臺具有發射后不管，可自主攻擊目標的性能，主要包括攻擊型無人機、無人戰車、無人潛航器等，是現在武器平臺的重要發展方向之一。

攻擊型無人機載精確制導炸彈、空對地導彈和空空導彈。引信采用平臺信息、彈道環境和目標信息進行安全設計、目標識別和最佳炸點起爆控制。對地、對空無人機用彈藥引信主要采用近炸、碰炸作用方式。

水下無人作戰平臺是海軍無人作戰系統的重要組成部分，與傳統的有人駕駛多功能攻擊型潛艇相比，水下無人作戰系統具有造價低廉、使用靈活、隱蔽性強、適應復雜海況，以及可有效避免人員傷亡的特點。引信采用水流體動力、超聲、磁場等信息進行安全及起爆控制。

3.2　多功能靈巧彈藥與引信

多功能靈巧彈藥指的是一種戰斗部有殺爆、破甲、攻堅等能力，其主要配多功能引信(也稱多選擇引信)，具有定時、瞬發、延期、定距空炸、近炸等功能，其功能或作用參數可通過與火控信息交聯實現或自主選擇。目前，隨著電子技術、微加工技術、電子集成等技術的飛速發展，以及成本的不斷下降，使一種多功能引信可用于多種同口螺、配用于不同戰斗部的彈丸上，具有以下優點：

1) 提高引信的彈藥適配能力，大幅度減少引信庫存的品種；

2) 為多功能彈藥和新型戰斗部的發展提供支撐；

3) 為引信交聯技術、信息化彈藥的終端信息保存與提取提供平臺。

目前，常用的彈藥有殺爆彈、云爆彈、子母彈、破甲彈、攻堅彈(自調延期、單層與多層識別靶后定距)、對空目標各類導彈(近炸為主)所配的引信種類多，對未來戰場的后勤保障具有大的壓力。美軍用于中大口徑榴彈多選擇引信為M782、美海軍為MK419、迫彈為M888，已經大量使用和裝備[3-5]。因此，發展同一口徑或不同口徑可通用的多功能或多選擇引信是未來的方向。

3.3　電磁脈沖彈藥與引信

美國國防部的“發展常規武器的高技術倡儀”中已將高功率電磁脈沖武器技術列為5項關鍵高科技技術項目之一。美國的MK-84低頻電磁脈沖彈采用了兩級式磁通量壓縮發生器為高功率微波源供電，第一級主要是擴大電流與電壓增益，第二級主要是減小電流上升的脈沖寬度[6]，見圖2。

國內研究電磁脈沖彈及其防護的單位主要有哈爾濱工業大學、哈爾濱理工大學、海軍工程大學、中國工程物理研究院、國防科技大學、南京理工大學等。其中中國工程物理研究院還研究核電磁脈沖彈技術。國防科技大學在非核電磁脈沖彈相關技術和器件研制基礎最為雄厚，能夠設計出準實用化的武器系統[7]，所設計的試驗樣機如圖3。國內已有許多電磁脈沖設備已經投入使用，但是電磁武器小型化方面存在許多技術難點，有待進一步解決。

3.4　反裝甲主動防護系統彈藥與引信

坦克、裝甲車輛主動防護系統主要是針對反坦克彈藥而研制的，而主動防護系統必將對反坦克彈藥造成毀傷效能嚴重下降。世界主要軍事強國裝備各型主動防護系統，用于提高坦克裝甲車輛的生存能力。裝甲車輛主動防護系統一般分為三種：軟殺傷型(干擾型)，激光或紅外告警器探測威脅方位，通過煙幕、紅外干擾、吐泡沫和安全氣囊等干擾或偽裝為技術手段實現防護；硬殺傷型(攔截型)，利用雷達、光學和聲音傳感器獲取來襲彈藥的方位和運動特征，以快速發射攔截彈藥為手段有效摧毀來襲彈藥；以及軟/硬殺傷型(綜合型)[8]。

隨著主動防護技術不斷提高并且在世界范圍內不斷擴充，相應的反主動防護系統也在不斷研制和制造中。目前，對抗主動防護系統的手段主要有兩種，一種是干擾或誘餌技術，避免被坦克主動防護系統的探測器探測到，主要途徑是采用隱身技術或欺騙、堵塞敵方的探測器；另一種是動能反坦克導彈技術，其原理是提高導彈的飛行速度，利用硬質彈頭擊穿裝甲[9]。

俄羅斯巴扎特公司研制成一種新型RPG-30反坦克火箭筒，專門用于攻擊配裝有主動防護系統(active protection systems，APS)的裝甲車。如圖4所示，RPG-30反坦克火箭筒分為上下兩個部分：上部分是大口徑發射筒，可發射配裝有串聯戰斗部的RPG-30式105 mm空心裝藥反坦克火箭彈；下部分是小口徑發射器，可發射用以對付主動防護系統的誘餌彈。該彈先利用一個誘餌彈吸引和干擾主動防護系統，再用主火箭彈“趁虛而入”打擊裝甲車輛。關鍵是要在主動防護系統再次反應過來前(約0.2～0.4s)完成欺騙和打擊過程。現有技術可采用延時方法控制兩枚彈藥先后發射，但由于重量、外形、發動機等不同，誘餌彈和火箭彈的速度有差異，要使兩枚彈藥在出筒后難以保持合適的距離，只能降低有效射程，這就會直接威脅發射人員的生命安全。

3.5　硬目標侵徹彈藥與引信

現代信息化與一體化聯合作戰，必須首先對首腦機關和重要硬目標設施進行精確打擊，硬目標侵徹彈藥是主要手段之一，配備能夠精確起爆的多選擇引信，實現復雜多類目標的自適應精確起爆控制，其核心技術為引信精確控制侵徹戰斗部的起爆點，造成敵方首腦機關癱瘓和重要硬目標設施喪失功能，滿足能打仗、打勝仗的重大軍事需求[10-11]。

硬目標侵徹引信工作環境和過程較其他引信更為苛刻嚴酷，要求具有對付復雜多類硬目標的能力，引信在侵徹過程中需承受幾十ms峰值數萬g的高過載沖擊，并在應力波、電磁波、熱輻射等多物理場干擾下，準確進行目標信息探測和侵徹狀態的快速識別，實現對復雜多類目標的自適應炸點精確起爆控制，提高武器系統的終端毀傷效能。目前，國外最具代表性的硬目標侵徹引信，是Orbital ATK公司與美國空軍聯合研制的FMU-167/B硬目標空穴敏感引信HTVSF(Hard Target Void Sensing Fuze)，2015年獲準小批量試生產，利用加速度計獲取侵徹特征數據，可精確計層起爆、延期起爆，并具有空穴感知能力[12-13]。

隨著戰場“攻”與“防”對抗的加劇，戰場目標防護能力得到大幅提升，主要表現在防護強度、防護厚度的提高，相應的戰斗部速度也提高到1000m/s以上，對配備的引信在抗長時間超高過載能力、炸點精確控制、試驗模擬方面也提出了更高的要求。目前美軍正在研制和發展高超音速鉆地彈，包括能由F-22和F-35飛機攜帶的飛行速度高度6馬赫的高超音速鉆地彈，充分利用其撞地時的高速度增大鉆地深度。該型鉆地彈使用爆破殺傷戰斗部，其撞地速度大于1 400 m/s。美軍還將研究侵徹速度可達2 000 m/s以上的高超音速鉆地彈。

3.6　云爆彈藥與引信

云爆彈亦稱燃料空氣炸藥(Fuel Air Explosive,FAE)，是由裝有易燃物質的容器和定時起爆裝置構成的一種戰斗部，主要分為一次和二次起爆型云爆彈。一次起爆型云爆彈又稱為溫壓彈，主要采用化學催化法和光化學起爆法。二次起爆型云爆彈作用過程是：第一次引爆在目標區上空形成一定直徑和厚度的可燃氣溶膠云團，一次引信的起爆高度直接影響云霧形狀及作用在目標處的超壓值。當拋灑高度較小時采用感觸式近炸引信，高度較大時采用激光或無線電定高引信。二次引信的引爆時機和位置是決定超壓值的關鍵因素，延期引信難以保證在最佳爆轟濃度引爆云霧。采用新型引戰配合技術研制二次起爆引信，精確、可靠探測起爆時機，激發爆轟，是大威力云爆彈發展的重要方向。

3.7　電磁炮彈藥及引信

電磁炮是利用電磁力將彈丸加速到超高速，使電源電能轉換為物體動能。與傳統發射器相比具有發射初速高，射程遠，易于控制，隱蔽性好，后勤保障簡單等諸多優點。利用電磁炮發射超高速彈藥，可用于遠程打擊、近程防空與反導、侵徹坦克裝甲等。電磁炮主要分為軌道炮、線圈炮和重接炮三種，其中以軌道炮結構最簡單，相關研究最成熟[14]。

目前利用電磁軌道炮發射的超高速彈丸主要為動能彈，為了適應近程攔截作戰，提高作戰效能與攔截概率，國內外正考慮配用子母式彈藥和制導彈藥實現攔截功能。電磁炮彈引信必須適應電磁炮彈發射過程的強磁場干擾、高過載大脈寬發射沖擊，以及外彈道超高速飛行的氣動加熱等特殊苛刻環境。

2005年，美國陸軍武器研究發展工程中心(ARDEC)的Barry Schwartz等提出用于電磁軌道炮的全機械、雙保險觸發引信，并設計了樣機。如圖5所示，采用0.5 MJ軌道炮發射直徑24.4 mm的次口徑彈丸，彈頭引信位于電樞前端3英寸位置。發射過程的峰值電流1 mA，后坐過載50 000～60 000 g，引信位置處的磁場峰值約為0.2T。安全系統的設計利用后坐與強磁場兩道解保環境，其中強磁場環境由2個處于互斥狀態的磁棒敏感。平時勤務處理階段，2個小磁棒互斥鎖住垂直轉子隔爆機構，限制后者轉正；發射過程的膛內強磁場環境，使得兩磁棒重新充磁磁化，兩磁棒相互吸引，解除對垂直轉子的約束，磁棒材料選用鋁鎳鈷合金。

2006年，Barry Schwartz等在之前工作基礎上，進行了引信磁場解保試驗、空氣炮試驗及彈道回收實驗。磁場解保試驗中，磁棒在磁場下重新極化并在試驗后相互吸引解除保險。沒有出現磁感應引起的點火現象，爆炸序列在測試后工作正常。空氣炮測試環節，測試了3發全備引信，3發摘火引信(沒有磁棒)，后坐加速度從47 000 g到62 000 g。3發摘火引信實現發火，磁棒保險使得3發全備引信處于安全狀態；6個磁棒中，有1個在58 000 g后坐環境下受損斷裂。彈道回收實驗中，7個摘火引信完全發火。回收后的引信的后坐銷均下移，發火彈簧處于待發狀態。磁棒被重新極化而吸引。所有磁棒都破碎成至少2塊[15]。

4　未來引信技術的發展方向

對于大量裝備的自行火炮和裝甲車輛，由于單車攜彈量有限，彈種朝多功能化發展是必然趨勢。發展具有“快速、準確、多能、高效”特征的一體化多功能彈藥，要求配置的引信具有多功能化和智能化功能的需求更強烈。由火控根據任務、目標類型選擇工作模式同引信進行信息交聯，引信通過選擇起爆方式，形成最有利于毀傷目標的殺傷元素，對目標實現高效毀傷，引信的價值和作用將大幅提高。

引信小型化是靈巧化與智能化的具體表現形式，小型化可采用的技術為MEMS加工技術與微成型加工技術[16-17]。引信利用MEMS加工技術實現自身的小型化研究工作在國內已開展十幾年，基本探索了實現小型化的加工途徑。有望在未來幾年開發成功產品并應用到彈藥中。微成型加工技術是從工業部門成型加工技術發展延伸而來。目前有液態硅樹脂成型工藝、金屬注射成型工藝、陶瓷注射成型工藝等。隨著材料工藝技術的進步，介于大尺度與MEMS微尺度之間的小尺度引信結構也將成為小型化的發展方向。微型模具的加工或毫米級的模具加工是需要掌握的關鍵技術。一旦安全系統在毫米級空間實現，加上傳爆序列的毫米級設計，有別于MEMS加工技術的毫米量級成型加工技術在成本上具有一定的優勢，也是未來發展的方向。

隨著作戰從陸地向遠/深海、臨近空間和外太空轉移，在太空、臨近空間、深海、高原等場合各種對抗技術的發展，引信在未來戰場中面臨越來越惡劣的戰場環境。臨近空間飛行器、空天飛機等成為目標后，引信將遇到前所未見的超低溫、低氣壓、高水壓、宇宙射線輻射等新環境。彈藥射程的增加，彈速的提高，導致發射過載、著靶過載大幅提高；彈目高速交會、全天候作戰使得云霧、煙塵、靜電、地海雜波以及雨雪、雷電等自然與氣象環境影響更嚴重的復雜環境。電磁脈沖彈等電子戰裝備的廣泛應用，導致未來戰場電磁環境面臨越來越惡劣的極端環境。新的自然環境、電磁兼容環境和電子對抗環境要求引信必需具備高安全、高可靠性和惡劣環境下正常作用能力。

未來一體化聯合作戰將是戰爭的主要形式，它將由平臺中心戰轉向網絡信息中心戰。以信息、指揮、精確打擊為主要要素的戰爭模式牽引武器裝備全力向信息化方向發展，實現真正的系統與系統的對抗。一體化聯合作戰模式要求武器系統實現信息流、能量流、物質流三者的有機融合。通過運載、發射平臺的物質運動，利用信息平臺、指控平臺以及各子系統之間的信息交聯，通過信息終端的引信控制，對彈藥的能量進行最大釋放，從而實現對預定目標的精確打擊和高效毀傷。一體化作戰模式要求引信作為戰場數據鏈節點融入戰術互聯網，具備和綜合電子信息系統、導航系統、武器平臺以及引信的信息交聯的能力，從而引信可采用目標基解保，可大幅度提高引信安全性、作用可靠性和毀傷效能，同時參與偵察與毀傷效果評估等任務。

引信為應對未來的一體化聯合作戰模式、未來具有信息化與多功能化的新武器系統、未來高速/高機動/隱身/強防護等新的目標、未來自然和電磁環境更加惡劣新的環境，引信必須具有4大能力即大幅提高毀傷控制能力(炸點控制；起爆模式控制；命中點控制)；信息交聯能力(信息交聯、一體化聯合作戰)；惡劣環境下正常工作能力(超高速、新發射平臺)；安全可靠作用能力(適應發射飛行環境、復雜背景干擾)，才能滿足彈藥精確打擊與高效毀傷發展的需要。

綜上，多功能、小型化、網絡化是靈巧、智能引信發展方向，其關鍵核心是發展探測器件、小型抗高沖擊制導組件、適應高沖擊的全電子安全系統等。

5　結論

引信技術是隨著科技的發展與現代戰爭的需求不斷發展和變化的，為加快引信技術的發展和提升彈藥的高效毀傷能力，首先闡述了引信的技術內涵、發展現狀，隨后針對新型武器平臺與彈藥的發展，分析了幾類適配引信的技術特征與發展方向，指出新的發射環境、電磁環境、作戰環境等，要求未來引信必須具備高安全、高可靠性和惡劣環境下正常作用能力。未來引信技術的重點發展方向主要包括小型化技術、多功能化技術、網絡化技術等。本文對彈藥與引信技術研究者有一定的指導意義。

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