不依賴目標的引信自毀技術與發展建議

趙玉清，梁建軍，靳朝陽，慶朝軍，張海娟

(豫西工業集團有限公司，河南 南陽 473000)

0 引言

集束彈藥也稱子母彈，能夠遠距離大面積殺傷人員與摧毀裝甲車輛。集束彈藥在戰后遺留在戰場上的大量未爆子彈藥造成了人道主義傷害問題。美國的子母彈有很高的失效率，2000年的一項美國陸軍研究發現，平均14%的子彈藥沒有爆炸。留下的未爆炸彈藥散落在戰場上，可能對友軍和無辜平民都有危險，因此，降低子彈藥未爆彈率成為目前國際社會關注的熱點[1]。子彈藥引信加裝“三自”(自毀、自失能或自失效)裝置成為國際社會的共識。但是，怎樣加裝自毀機構，才能保證子彈藥在實戰復雜的戰場環境條件下滿足高發火率的要求，還沒有引起足夠重視。子彈藥引信自毀裝置可分為依賴目標和不依賴目標作用兩類。子彈藥引信加裝“三自”(自毀、自失能或自失效)裝置的目的是為了解決一部分子彈藥落入草地、叢林或雪地等軟目標上瞎火的問題，子彈藥引信主發火依賴目標發火，如果自毀也依賴目標發火，子彈藥引信的作用可靠性顯著降低。因此，國外子彈藥引信自毀裝置全是不依賴目標作用的。

1 集束彈藥國際公約簡介

由于美國在海灣戰爭中大量使用集束彈藥，造成了人道主義災難， 2008年5月在愛爾蘭都柏林通過《集束彈藥公約》。截至 2018年4月1日, 共有120個國家加入《公約》[2]，簽約國禁止使用集束彈藥。

另外，國際社會正在聯合國《特定常規武器公約》(CCW)框架下進行談判，基本達成共識：子彈藥未爆彈率滿足1%的要求或子彈藥引信加裝“三自”(自毀、自失能或自失效)裝置[3]。美國原計劃2018年以后，不使用未爆彈率不滿足1%要求的子彈藥，但是現在修改為使用集束彈藥需要戰場指揮官批準。

2 國外子彈藥自毀技術發展現狀

2.1 美軍加裝自毀裝置的子彈藥引信

2.1.1美軍加裝電子自毀裝置的M234，M235，M236子彈引信

美國陸軍在M223引信基礎上加裝電子自毀裝置，形成了M234，M235，M236子彈藥引信，如圖1所示。

圖1 M234，M235，M236引信圖Fig.1 M234, M235, M236 Fuse

美國陸軍對子彈藥引信的要求：

1) M234子彈藥引信，配用于105 mm榴彈炮子母彈XM80雙用途子彈。主發火率為97%，綜合發火率為99.8%。

2) M235子彈引信，配用于遠程多管火箭彈XM85子彈。危險啞彈率小于1%，未爆彈率小于5%。

子彈藥引信自毀作用原理：母彈拋撒后，阻力裝置展開，釋放電池激活機構；同時，短路打開，開始計時，自毀時間到，電容器向M100電雷管放電，M100電雷管起爆引爆主雷管M55。如果滑塊解除保險，子彈自毀；如果滑塊沒有解除保險，子彈自失效[4]。

M234，M235，M236子彈藥引信區別是擊針螺紋旋向不同，穩定帶寬度不同。子彈引信自毀作用可靠性與電池激活機構、短路開關、計時電路和電雷管有關，與目標無關。

加裝電子自毀裝置的缺點是增加了電源、短路開關、計時電路和電雷管，引信成本成幾倍增加，一個電雷管的價格比現有子彈藥的價格還高。

2.1.2美軍增加電子自毀的M230子彈藥引信

M230子彈藥引信配用于70 mm航空火箭子母彈M73子彈藥，發火率為95%，增加電子自毀后達到1%未爆彈率要求。電子自毀作用原理：拋撒后，電池激活，電子電路開始計時，自毀時間到，M100電雷管起爆M55雷管；如果引信解除保險，引信自毀，如果沒有解除保險，引信自失效[5]。引信自毀不依賴目標，其缺點是引信成本成幾倍增加。

2.1.3美軍XM242火藥自毀子彈藥引信

XM242火藥自毀子彈藥引信是以M85子彈為基型設計，配用于155 mm M864E2子母彈[6]。

XM242火藥自毀子彈藥引信自毀作用原理：自毀擊針制動塊在離心力作用下飛出，自毀擊針繞軸旋轉，刺發火帽點燃延期藥，自毀自失效裝置啟動。若滑塊正常解除保險，經一定延時，延期藥引爆次雷管、起爆主雷管，子彈藥自毀[7]；若滑塊沒有解除保險，則經一定延時，延期藥引爆次雷管、起爆主雷管，引信自失效[8]。

子彈藥引信自毀作用可靠性與自毀擊針釋放機構、擊發機構、延期傳爆序列有關，與目標無關。

2.2 美皮卡汀尼兵工廠提出的集束彈藥替代方案

美軍加裝電子自毀裝置的子彈引信，如M235，未爆彈率小于5%。不滿足子彈藥未爆彈率低于1%的要求。因此，美國陸軍研究開發中心皮卡汀尼兵工廠提出了三種集束彈藥替代方案。

主模式引信的可靠性是引信解除保險、對引信的預期目標刺激、首發火工品的激發和傳爆可靠性的函數。自毀/自失效獨立性要求：基于獨立于主模式動作、不依賴于目標感知。過去的加裝自毀裝置的M42/46 子彈藥具有自毀能力但是自毀機構與主模式是串聯關系，這種架構嚴重限制了實現1% 未爆彈率的能力。

2.2.1狼牙棒MEFP彈藥

狼牙棒MEFP彈藥是對中型裝甲實施精確打擊的一種彈藥，如圖2所示。其毀傷機理為多個爆炸成形彈丸(MEFP)對付中型裝甲目標、自然碎片和/或預制破片對付人員。滿足集束彈藥公約和聯合國CCW。其缺點是只能用于制導彈藥。

圖2 狼牙棒MEFP彈藥Fig.2 MACE (Unitary) munition

2.2.2PRAXIS子彈藥

該子彈藥配用具有近炸、時間和觸發功能的三模引信，用來對付面目標。設計目標為0.25%未爆彈率。配用于155 mm加榴炮，共裝填一串4枚全口徑子彈藥。調整后可配用于105 mm榴彈炮和制導遠程多管火箭彈。特點：低成本(運動件少、常規材料，配用海軍定型的近炸子彈藥引信)，高可靠性(配用具有近炸、時間和觸發功能的三模并聯結構引信)，近炸失效、觸發、觸發失效轉為計時作用模式[9]，如圖3所示。

圖3 PRAXIS子彈藥Fig.3 PRAXIS submunition

PRAXIS子彈藥的設計思路是使用三模引信提高發火率，增大子彈藥直徑，減少子彈藥數量，滿足《集束彈藥公約》規定的母彈中子彈藥數量小于10枚的規定。PRAXIS子彈藥符合美國國防部集束彈藥政策，其缺點是引信成本成幾倍增加。

2.2.3DPICM-XL子彈藥

該子彈藥配用于155 mm加榴炮，共裝填60枚子彈藥，利用現有母彈體，對付面目標，如圖4所示。采用殺傷破甲雙用途戰斗部，符合美國國防部集束彈藥政策。

圖4 DPICM-XL子彈藥Fig.4 DPICM-XL submunition

該子彈藥配用高可靠性、并行結構的多功能引信，增加有效體積(超過M223)，在引信設計中吸取加裝自毀裝置子彈藥引信的經驗教訓。引信改進措施見表1。

表1 DPICM-XL子彈藥引信改進措施

該子彈藥引信功能：開艙后，引信解除保險，碰目標，主觸發模式將引爆子彈藥，如果觸發沒有啟動，在經過一定時間后，時間模式將引爆子彈藥。兩種引信工作模式并行工作，消除了共因失效，其缺點是引信成本成幾倍增加。

2.3 美海軍HRDR子彈藥

HRDR子彈藥(高可靠性雙用途改進型常規彈藥)，是美海軍為了滿足聯合國特定常規武器公約1%未爆彈率的要求研制的換代產品，HRDR子彈藥結構原理如圖5所示。

圖5 HRDR子彈藥Fig.5 HRDR submunition

該子彈藥的關鍵技術：在擁有大量子彈藥的武器系統中實現電信號分配，盡量減少對分配事件的干擾，保持堅固的機械和電氣接口[10]。將子彈藥引信和炸藥傳爆的可靠性提高到了99%。

2016年美國引信年會內容：開發多層灌注化合物以保護電子/MEMS引信結構；構建符合安全要求的分布式引信架構和電力系統。[11]

2017年美國引信年會內容： 安全與解除保險裝置(S&A) 架構·信號分布·目標傳感器。[12]

2018年美國引信年會內容：分布式引信架構(DFA)·網絡信號分布·電子目標探測、啟動和自毀[13]。

國外子彈藥引信自毀方式均為不依賴于目標的火藥自毀和電子自毀，詳見表2[14]，其缺點是引信成本成幾倍增加。

表2 國外子彈藥引信自毀方式

3 國內子彈藥引信自毀技術介紹

我國2016年設計定型的外貿子彈藥滿足1%未爆彈率的要求，在設計定型試驗中發火率100%。其自毀原理是：自毀機構具有獨立的保險機構，自毀機構解除保險后，依靠彈上環境激發全密封的延期組合火工品，經過一定延時后，起爆子彈藥，若子彈藥未解除保險，則自失效。子彈引信自毀機構發火不依賴于目標[15]。

4 國內外子彈藥引信自毀技術分析

子母彈藥主要裝備大中口徑火炮和遠程火箭彈，用以壓制和摧毀敵縱深內的集群目標，從子彈毀傷概率角度看，子彈的需求量很大，但從戰場效果看，命中點目標的數量總是少數。有相當一部分落入草地，叢林或雪地等軟目標上，而其中又有一部分子彈呈現末爆炸狀態，構成持續性的危險區。

確定子彈藥的確切故障率是非常困難的, 但有相當多的證據表明,制造商確定的故障率通常比在使用過程中觀察到的故障率要低得多。其主要原因是, 靶場試驗很少復制真實的戰場條件。

子彈藥引信綜合發火率可以用下式表示:

PP=1-(1-P1)(1-P2)

(1)

式(1) 中，PP為子彈引信綜合發火率，P1為子彈引信主發火率，P2為子彈引信自毀作用率。

從式(1)可以看出，為減少未爆子彈藥，子彈藥引信改進措施主要有兩個:一是提高引信主發火可靠性，另一個就是增加一套獨立的自毀裝置或提高引信的自毀作用率。在原有子彈引信基礎上增加或改進自毀機構以提高自毀作用率這一技術路線風險低、研制周期短,各國也都主要采用這一措施來解決戰場遺留未爆子彈藥問題,子彈藥自毀技術已成為世界各國子母彈子彈藥引信技術發展的主要問題。如美國各子彈藥廠商為滿足國防部提出的危險啞彈率小于1%的指標,都在積極采用各種自毀技術對子彈藥引信進行改進,以提高其綜合發火率,減少啞彈[16]。

子彈藥可能因多種因素而失效,包括設計(設計或組裝錯誤)、儲存時間和狀況(工作部件隨時間變壞)。以色列 M85 采用了自毀裝置, 但事實證明遠遠沒有聲稱的可靠。戰斗人員作戰使用(如未能正確設置引信)，開艙高度、角度、姿態和速度(太高、太低、太慢、太快)，植被(重、密或軟)，撞擊區域的地面條件(如軟、丘陵、潮濕)和相互作用和損害(其他子彈藥碰撞、爆炸和碎裂的影響)。

總之，有許多單獨的因素和組合，可能會影響子彈藥是否會按照設計作用。在許多設計中，引信主發火機構、備份或自毀機構依賴于相同的動作(如關鍵部件的移動)。這意味著，如果此操作失效，由于上述原因之一，主引信或自毀機構也將失敗。主發火機構和自毀機構都在軟目標下失效率高的話，就不能滿足1%的未爆彈率要求。

發火機構要有足夠的安全性和適當的靈敏度。從發火機構的作用可靠性來講要求其越高越好。但由于子彈引信尺寸小、質量輕而且功能又要求全面等特點，子彈引信的靈敏度受到更多因素的限制，子彈引信發火可靠性不可能無限提高，也不可能完全滿足對所有目標(如鋼甲、植土雪地、樹枝等)的發火可靠性。通過實踐和理論分析：只能做到在滿足子彈引信使用全過程安全條件下的適當靈敏度[17]。

根據子彈結構的特點，子彈引信放在彈尾部，因發火機構是靠子彈碰擊目標的慣性力作用的，故靈敏度既與結構有關，還與目標的抗力特性有關。對子彈引信來講所遇到的目標有兩種類型：一種是硬目標(裝甲目標)，另一類是軟目標(雪地、叢林、腐植土)。由于兩類目標受力過程不同，即使采用同樣提高靈敏度指施，對兩類目標所獲效果也不一定相同。

下面討論可以提高發火機構靈敏度的措施和對兩類目標的效果[17]：

1) 擊針質量對發火機構靈敏度的影響：一般講增加質量可提高其靈敏度，但受引信體積限制。故采取提高質量的辦法提高引信靈敏度是有限制的[17]。

2) 擊針尖到雷管的距離對引信發火機構靈敏度的影響：距離加大其對硬目標靈敏度下降；對軟目標隨距離的增加其靈敏度提高[17]。

3) 子彈著角對引信靈敏度的影響：大著角碰目標情況下，引信發火率低。

在實際戰場環境下，目標是千差萬別的，很難做到對各種目標高發火率。從我國多年解決子彈瞎火技術問題和走過的彎路(提高對目標發火可靠性與解決子彈落到軟介質上的啞子彈技術問題)和國外解決該技術問題的技術途徑看：用發火機構主要解決對目標的毀傷功能，增設自毀機構解決落入軟介質啞彈的問題[17]，特別是增設不依賴于目標的引信自毀功能，才能提高子彈引信的作用可靠性。

4.1 不依賴目標的引信自毀技術

不依賴目標的引信自毀技術的定義是指引信自毀與目標無關。

子彈自毀技術可以分為不依賴目標的引信自毀技術(如延時自毀)和依賴目標的引信自毀技術(如即時自毀)兩大類。延時自毀是在子彈引信中設置延時自毀機構,當子彈主發火機構失效時,自毀機構在達到延時時間時引爆子彈戰斗部,達到自毀目的，引信自毀不依賴目標。例如美M234，M235子彈引信：母彈拋撒后，阻力裝置展開，釋放電池激活機構，自毀時間到，子彈引信自毀[18]，引信自毀與目標無關。

我國2016年設計定型的外貿子彈藥采用不依賴目標的引信自毀技術(火藥定時自毀機構)，延期元件為全密封的組合點火管。自毀機構的保險機構是獨立的。引信隔爆機構的保險機構不解除保險，或隔爆件不能運動到位，不影響自毀自失效機構作用，引信具有兩套獨立的發火機構，并且自毀自失效機構的發火能量來自彈上環境能，自毀機構使用了冗余的發火能量，并且自毀機構的啟動和激發不依賴目標，其優點是引信作用可靠性高。引信的保險機構和發火機構均利用環境能，沒有用內儲能，自然滿足了“自失能”的要求。引信全壽命周期的安全性好，有效避免了子彈引信研制、裝配、試驗過程中的傷人事故，提高了產品裝配、試驗和部隊使用的安全性[19]。

通過機械的方法實現了子彈藥的“自毀”、“自失效”和“自失能”的三自功能。其結構工藝性好，適合大批量生產，成本只有同類電引信的1/2～1/3。

利用一個機構多種用途的設計，在引信體積不變的情況下可以較好地實現上述功能。如極阻尼保險機構又是慣性發火機構，自毀機構又是自失效機構并共用一個保險機構，自毀自失效機構的發火機構與保險機構采用嵌套式設計，從而減小了體積[17]。

引信自毀機構的解除保險及啟動激勵獨立于發火機構和隔離機構，具有結構簡單、作用可靠性高、安全性高、體積小、效費比高等優點[20]。

不依賴于目標的自毀技術，其特征是引信自毀與目標無關，其優點是引信發火率高，避免了共因失效。觸發引信的綜合發火率與引信可靠解除保險、觸發機構的作用可靠性和自毀機構的作用可靠性有關。觸發機構的作用可靠性與目標關系很大，對于中硬目標觸發機構的作用可靠性很高，對于軟目標如灌木叢，觸發機構的作用可靠性低。如果自毀機構的作用也與目標相關，那么自毀機構對軟目標的作用可靠性也低[21]。因此，應使用不依賴于目標的自毀技術。

4.2 依賴目標的引信自毀技術

依賴目標的引信自毀技術(即時自毀)是當子彈碰目標或落地后主發火機構失效時,即時自毀機構立即啟動,引爆子彈戰斗部達到自毀目的[16]。引信自毀依賴目標。

即時自毀的啟動環境不能采用與主發火機構相同的啟動環境 ,因為這樣容易出現“共因失效”，一般采用離心力衰減的環境貯能式自毀機構。這種結構的自毀發火率受子彈彈道轉速變化規律和碰目標時子彈旋轉角減速度衰減規律影響較大 ,當子彈落到比較松軟的地面時自毀率將會受到影響。我國“炮兵子母彈通用多用途子彈系列” 采用此種自毀方式[16]，如圖6所示。

圖6 依賴目標的引信自毀機構原理圖[16]Fig.6 A map of the fuse self-destruction mechanism that depends on the target

子彈落在比較松軟的地面時，主發火率較低，即時自毀機構在子彈落在比較松軟的地面時，自毀率也低，不能有效解決子彈落在比較松軟的地面時發火率低的問題。因此在復雜的戰場條件下很難滿足1%的未爆彈率要求。

從世界各國裝備的子彈藥和我國外貿子彈藥來看，都是通過增設不依賴于目標的自毀機構來解決引信瞎火的，若子彈藥不采用不依賴于目標的自毀機構，不能滿足聯合國特定常規武器公約要求的1%的未爆率要求[22]。

5 結論

子彈引信加裝“三自”(自毀、自失效、自失能)裝置，特別是發展不依賴于目標的引信自毀技術，才能解決引信瞎火問題，滿足聯合國《特定常規武器公約》要求。為避免人道主義災難，應該對我國子彈藥進行更新換代，發展滿足1%未爆彈率，滿足聯合國《特定常規武器公約》要求的子彈藥。