特种弹药技术专栏
专栏主编：张兴高 博士(军事科学院 研究员、硕士生导师)
导语：未来战争将是信息战、太空战、环境战、网络战、特种战等多元化作战样式交织混合，特种弹药可以起到常规弹药难以发挥的独特作用，在未来战争中扮演越来越重要的角色，特别是在新的作战领域和形成新质毁伤能力方面具有其独特的优势。
近年来，防空反导、特种打击、非致命与软杀伤等作战任务对新型特种弹药技术提出迫切需求。本期发表的“特种弹药技术”专栏，涵盖药剂材料、特种弹药设计等内容，对纳米铝粉包覆、非晶态反应材料制备、柔性安保机构设计、展开式拦截战斗部、反无人机纤维弹等进行了系统研究，可为特种弹药技术的研究提供多角度的研究视野与思路。
特种弹药是在特殊气候条件、特殊地形条件和遇有特种目标物或为达到某种特定作用效果而在战斗中使用的弹药。特种弹药作用机理与主用弹药有较大区别，主用弹药通常产生爆炸、动能和聚能杀伤作用，而特种弹药利用弹体内装填物产生声、光、电、磁、热等特殊效应[1]。特种弹药种类很多，如发烟弹、燃烧弹、信号弹、诱饵弹、照明弹等。无论是以往，还是在未来，特种弹都以它独有功能和特征以不同的战术方式发挥着独特的作用，是必不可少的重要弹种。
鉴于特种弹的重要性，有必要梳理其研究进展，展望发展趋势，为特种弹药技术的发展提供借鉴。考虑到特种弹药的多样性，重点围绕常见的发烟弹药、燃烧弹药、诱饵弹药、防暴弹药展开论述。
发烟弹通过在空中施放大量微粒来改变电磁波的介质传输特性，实现对光电探测、观瞄、制导武器系统的干扰，具有“隐身”和“示假”双重功能。发烟弹弹种较多，按遮蔽干扰波段分为可见光、红外、毫米波和多频谱发烟弹，按使用的发烟剂不同可分为六氯乙烷发烟弹、四氯化钛发烟弹、红磷发烟弹、铜粉发烟弹等[2]。发烟弹药以其使用的灵活性和便捷性受到各国的青睐[3]，使用平台上由炮射向单兵、舰载和车载等多功能发烟系统方向发展，以提高作战效能，节省设备和人力；使用性能上向着快速成烟、大面积、长时间遮蔽、多波段遮蔽干扰、环保烟幕方向发展。美国的M825改进型烟幕炮弹，比现装备的155 mm烟幕弹增大了烟幕覆盖面积，延长了持续时间，加强了战斗地域前沿的遮蔽能力，减轻了后勤供应的负担，M929型120 mm发烟迫击炮弹可以对抗工作在红外到毫米波段的光电器材，M819改进型81毫米发烟迫击炮弹使遮蔽能力提高数倍。英国的“奇伏坦”坦克上配有66 mm L8A1红外烟幕弹及其专用的M239型发射器，发射烟幕时六管齐发，2.5 s内形成长35 m、高6 m的烟幕屏障。德国MLRS多管火箭烟幕子母弹，可形成400 m×20 m×10 m的烟幕，持续数分钟，可对多波段干扰。瑞典FFV429型120 mm赤磷发烟弹，可以形成200 m×50 m×15 m的烟幕。德国Rheinmetall Waffe弹药公司研制的MASKE系统由一系列多频谱电子干扰和发烟弹组成，其中，MASKE66 mm、76 mm和81 mm发烟弹由车用烟幕发射器发射，可在2 s内产生浓厚的遮蔽烟幕，干扰波段范围从紫外线到远红外。
国内外目前使用的发烟剂主要有雾油发烟剂、六氯乙烷发烟剂、磷基发烟剂、铜基发烟剂等。俄罗斯Mikhajlovich等[4]研究了含有红磷、橡胶粘合剂、炭黑的红外发烟剂，氟橡胶作为橡胶粘合剂，制备粒状的红外发烟剂步骤主要包括制备红磷的氟橡胶凝胶溶液，在凝胶中分散炭黑，造粒，喷射聚乙烯醇溶液，应用粉末包覆在颗粒的表面。德国、美国以不同尺寸铜粉制成发烟弹，可干扰红外波段。在红磷中加入铯的化合物干扰红外波段，还以30%硝酸钾，15%硝酸钙，32%的氯酸钾和8%的偶氮二酰胺制成环保干扰剂。法国研制出一种燃烧时能产生大量直径为1～14 mm的碳黑发烟剂，可对0.4～14 μm的波段进行干扰，其对可见光遮蔽时间为60 s，红外为40～50 s。
多波段干扰烟幕一般采用组合施放技术、组合装药技术和混合装药技术，把多种发烟剂或干扰材料组合施放、组合装药或直接混合装药，施放形成对可见光、红外、激光等多个波段均有干扰作用的多波段复合干扰烟幕。如美国采用鳞片状黄铜粉作冷烟剂与毫米波干扰箔条一起通过爆炸或机械方式分散[5]，形成的烟幕能干扰毫米波、红外和可见光。挪威Kjell等[6]发明的全波段遮蔽烟幕弹，由内外两腔组成，内腔装填点火药和遮蔽可见光的发烟剂，外腔上部装红外遮蔽剂(鳞状黄铜片)，下部装毫米波遮蔽剂(镀铝玻璃纤维)，能同时遮蔽可见光、红外及毫米波。
针对传统发烟剂等所普遍存在的具有强腐蚀性、刺激性和毒副作用大的问题，美国已停止六氯乙烷发烟剂和磷基发烟剂的生产，转而发展性能优良、对环境无影响或影响小的新型发烟剂。美国成立了专门的研究机构，几乎对所有的传统发烟剂及其成烟产物的毒性和生态学影响进行了系统的测试和评价，发现多种传统发烟剂都存在不同程度的毒副作用。为了取代有毒发烟剂，国外的研究人员积极开展了寻找新型低毒或无毒的环境友好型发烟剂的研究，美国研究了碳化硼、氯化钾和各种润滑剂等组成的发烟剂[7]，将配方组分装填到全尺寸弹药筒中进行试验，外场和烟箱测试结果表明，它们在定性和定量上均超过了美军服役的M83TA弹。
燃烧弹主要用来焚烧车辆、武器技术装备、军用物资、有生力量。燃烧弹战斗部击中目标，弹体爆炸，燃烧剂被点燃抛散出去，引燃和烧毁目标，具有独特的毁伤效能。燃烧弹按弹种划分主要有燃烧手榴弹、迫击炮燃烧弹、榴弹燃烧弹、单兵或集束用火箭燃烧弹、航弹等，装填燃烧剂包括燃烧炬、黄磷、稠化三乙基铝燃烧剂、凝固汽油等。
美国于上世纪70年代发展了4管便携多发火箭弹式火焰武器，在越战中取得了较好效果，俄罗斯研制了重型喷火坦克，每分钟可喷射7次，射程达200 m，机动灵活，作业量大，火力猛。目前俄罗斯已拥有“丸花蜂”便携式火焰喷射器，“布拉提诺”、“日炙”和“托索奇卡”重型火焰喷射系统，2021年俄罗斯正在发展以无人机为基础、使用多种弹药的新型火焰喷射系统，能迅速摧毁城市建筑、复杂地形或工程设施中的目标，在巷战中有助于减少平民和军人伤亡。
近年来，随着战场目标防护能力的提高，单一燃烧弹药难以对目标完成纵火毁伤功能，研制具有纵火效应的多功能弹药是目前燃烧弹药的发展趋势。锆、钛、稀土金属及其合金等活性金属燃烧剂应用于多功能纵火弹药，基于战斗部的混合装药，也就是炸药(或改性炸药，如添加高热值的铝粉)与燃烧剂(如海绵锆)以一定的结构形式混合装填在弹丸内。弹药由小口径逐步在大、中口径炮弹、火箭弹、炸弹及子母弹中发展。美国为提高燃烧武器的射程以及燃烧弹药的毁伤范围，发展了准金属燃烧剂，改进了弹药分散的技术途径，借用反坦克火箭的部件，研制了M74型66 mm燃烧火箭弹。
国外的多用途弹针对飞机、直升机、卡车、步兵车或其它没有装甲/半装甲的目标，通过延迟点火在目标内爆炸，达到破片和燃烧毁伤效果。最初由挪威NAMMO Raufoss AS公司研制，后经美国改进定型的Raufoss Mk 211型多用途弹，此类弹药兼具穿甲、爆轰和燃烧的功能，使其能够穿透轻装甲目标并引起里面人员的伤害。破片杀伤式弹药，仅能依靠破片毁伤目标，难以造成快速及显著的毁伤效果，增加“燃烧”功能，则可以引燃目标内部的易燃物，迅速使其作战功能丧失。该弹适合对付直升机、飞机、轻装甲车辆和无装甲车辆，能够点燃飞机的燃料。
燃烧剂技术的发展主要呈现高能化和多效能化。为实现高能化，国内外在高活性金属燃料方面开展了大量研究工作。硼以高的质量热值和体积热值(其质量热值为镁的2.3倍、铝的1.9倍，体积热值为镁的3.09倍、铝的1.66倍)成为高能燃烧剂中最理想的高能燃料之一[8]。Eslami等[9]通过热分析研究了含硼二元燃烧剂的热化学特性和点火特性。通过动力学数据和点火温度得出相对反应遵从以下顺序：B/PbO2>B/KNO3>B/Ba(NO3)2。Shtessel[10]采用高能球磨制备了一系列的Al-Mg，Al-Mg-H，B-Mg，Al-B和Ti-B机械合金。采用X射线衍射、电子显微镜和低角激光衍射技术表征了其结构、形态和合金的尺寸。所制备的材料为纳米晶态的亚稳态相，颗粒尺寸为1～50 μm。纯硼和铝粉它们分别与钛和镁合金化的燃烧性能可以显著地改进。初步的实验结果表明，当硼与镁合金化后燃烧性能显著改进。Shoshin[11]研究了含能的铝镁机械合金粉的制备和表征。当镁含量超过30%时，金属间相Al12Mg17开始形成。机械合金Al3Ti能够观察到突然的相变放热，当受到弱的电子显微镜的电子束的照射，相变即会触发。含8%或12%镁的铝镁机械合金当加热到250 ℃到280 ℃时也会观察到放热相变。铝碳机械合金能够自发点燃。总之，与纯铝粉相比，机械炼制合金具有更低的点火温度，更短的燃烧时间，更弱的凝聚和更完全的燃烧。
Steven等[12]研究了在切割火炬中提高材料穿孔性能的铝热剂配方，该配方由以下组分组成：3%～35%的镁铝合金，30%～70%的CuO，15%～35%的MoO3，此外该配方还可以包含粘合剂组分。该铝热剂配方比先前的铝热剂配方具有更好的材料穿孔性能，并且配方的原材料和反应产物都是低毒性的。
美国研究了穿甲燃烧弹，利用钨或碳化钨穿甲，采用锆和环氧树脂做成燃烧剂小球[13]，以点燃燃料贮存库中的燃料。Panas[14]进行了穿甲燃烧弹产生火球的体积和热状态的试验，穿甲燃烧剂的主装药为Ba(NO3)2、Mg-Al和粘合剂糊精，点火药为KClO3、Pb(SCN)2和粘合剂糊精。
诱饵弹通过辐射与所保护目标飞机、舰船、导弹、装甲车等相同或相近的辐射，实现对精确制导弹药的诱骗。自美国的响尾蛇导弹问世以来，红外诱饵弹得到了迅速发展，西方使用最广泛的机载红外诱饵弹是MJU-7B，舰载诱饵典型的有法国“达盖”红外诱饵弹等。国外著名的MTV诱饵弹，其基础组分为镁、特氟隆/VITON，能成功对抗第一代导弹，随着微电子技术的发展，第二代、第三代红外导弹的制导系统利用了目标红外光谱特性模拟诱饵弹与飞机在辐射频率、辐射强度、辐射强度的时域变化规律以及运动轨迹间的差异来提高对抗诱饵干扰的能力，使得传统的MTV诱饵弹已经不能够对抗先进的导弹。为对抗新一代制导导弹，各国积极发展新型诱饵弹。目前装备的新型诱饵弹主要有自推进红外诱饵弹、空气动力型红外诱饵弹、面源红外诱饵弹、有源雷达诱饵等。
近年来，美国、加拿大等西方国家深入开展了红外成像制导导弹的对抗技术研究，英国的“防珊(RAM+PART)”系统和“盾牌”反导系统、法国“达盖”系统、德国BUCK公司研制生产的130 mm DM19 “巨人”红外干扰弹等。运动型红外诱饵是一种国外研究较多的诱饵，主要包括空气动力学诱饵、自推进诱饵和拖曳诱饵。MJU-71B是Esterline公司开发的一种自推进式红外诱饵弹，它采用镁与特氟隆的混合物。这种烟火材料既产生诱使敌方导弹远离飞机的红外能量，同时也起推进剂的作用，能产生足够的推力，使诱饵弹跟随飞机飞行而不会迅速下落。MJU-52B BOL-IR诱饵是瑞典萨伯公司和合金表面公司联合研制的新一代红外诱饵系统，装备于F-14、F-15、EF-2000等多款机型，通过发火箔片遇空气氧化放热形成一定面积的辐射[15]。
随着红外/雷达复合制导武器的发展，新型红外/雷达复合干扰技术不断出现。美国SRBOC系列无源干扰系统可发射“超级箔条星”箔条干扰弹、“超级希拉姆”II型红外干扰弹、“超级双子座”复合干扰弹等[16]，能有效对抗红外、雷达和复合制导反舰导弹，实现组合式干扰。“超级双子座”复合干扰弹可同时产生红外辐射信号与雷达散射截面积，单枚“超级双子座”干扰弹所产生的红外辐射强度与雷达截面积足以满足一艘护卫舰规模舰艇的防护需求[17]。
含有金属燃料和氟聚合物氧化剂的烟火配方在空中红外诱饵中广泛应用[18]。MTV具有高特征红外辐射强度，尤其是其高反应能9.4 kJ/g，而TNT和RDX分别产生3.72 kJ/g和6.569 kJ/g。高分子量的全氟聚醚和各种形态的镁包括微米级和沉积的纳米级的反应是潜在的诱饵组分，通过减小平均颗粒尺寸到亚微米级，可以降低反应温度使其低于全氟聚醚的分解温度，使反应发生在凝聚相而不是气相可以显著增加反应速率并减少氧化剂蒸发导致的无效损失。Valluri等[19]综述了使用金属和含氟聚合物的高能配方的类型，讨论预期控制各种金属氟化氧化剂复合材料中的点火和燃烧的反应机理，并对能量配方的一些实际性能测试进行了描述。尽管金属-含氟聚合物组合物实际中已经运用到烟火剂中，但目前国外旨在改善金属-含氟聚合物复合材料的混合程度和形态的工作仍然是活跃的，扩展这些材料可实现的时间延迟、温度、辐射和压力模式的范围。
比利时和德国的科学家研究了机载诱饵，主要研究了产生CO2和少量H2O的烟火药诱饵[20]。飞机面临着工作波长为1～5 μm的红外制导的地-空和空-空导弹越来越多的威胁。为对抗这种威胁，飞机平台发射烟火诱饵，产生强烈的红外特征信号，分散来袭导弹的追踪，使导弹失去目标。普通的一代和二代导弹寻的器追踪场景中1.9-2.6 μm(α波段)热点，因此很容易被产生热的火焰温度(2 000～2 500 K)和灰色类型特征的烟火诱饵诱骗。但是真正的飞行目标不再显示灰色特征，而是有选择性地辐射燃烧产物H2O(1.87,2.7 μm)、CO2 (2.7,4.3 μm)。因此双色导引头在先进的导弹中出现了，能够区分热诱饵和真正的目标。双色导引头通过评估两个波段的强度比θ(β/α)来判断真假目标，其中β波段是3.5～4.8 μm。热灰体产生的θ(β/α)<1，而飞行器产生的值在5～20，因此双色诱饵的发展已引起普遍关注。
美国专利公布了一种可燃箔片类红外/雷达复合干扰技术，以导电金属箔片为基底，并通过压涂工艺在基材表面涂覆可燃药剂，使其具备复合特性，可燃药剂主要由红磷、粘结剂等组成[21]。而另一类可燃纤维类红外/雷达复合干扰技术，用导电、可燃碳纤维为基材，通过调节纤维中碳含量控制其燃烧后的红外辐射特性，在基材中引入氧化剂和可燃材料形成沉积层[22]。
防暴弹药主要用于制止打击恐怖分子，由于反恐作战的特殊性，不但要制服恐怖分子，还要保证如其他人员或公共设施的安全[23]，因此，反恐防暴弹药不像传统杀伤武器那样使人员死伤、建筑物被破坏，而是利用声、光以及防暴药剂等技术手段，使恐怖分子失能，失去战斗力。
催泪弹药利用某些物质对人的感官产生强烈刺激来发挥威慑作用，达到制服罪犯和驱散人群的目标。从20世纪末，极端宗教势力和恐怖主义的暴力活动加剧，使各国尤其是西方发达国家加大了反恐防暴装备技术的研究力度，利用新材料、新技术、新工艺研制了门类众多、系统配套的反恐防暴武器[24-26]，包括各种喷射器，近距离各式手榴弹，中距离枪榴弹，以及各种大型的防暴车及车(机)载式布撒器等。美国联合战术系统公司、低致命技术公司、美国通用动力公司、巴西康多公司、德国莱茵金属公司等研制了系列控暴弹药，包括37 mm、40 mm低致命系列榴弹、穿障弹、重型尾翼稳定破障弹种类包含催泪弹、泡沫弹、彩色胶粘标记泡沫弹、烟雾弹、闪光弹等[22]，装填的刺激剂有CS和OC等。美国通用动力公司研制的“美杜莎”66 mm低致命榴弹发射器，射程超过200 m。主要打击概略面目标，形成面域干扰效应，用于驱散空旷场地一定规模的暴乱人群。
美国“角斗士”无人地面车可安装MK19榴弹发射器、FN303霰弹枪等，遥控发射橡皮弹、烟雾弹、催泪弹等；“剑”式武装机器人可以安装40 mm榴弹发射器以及M202-A1火箭弹发射器，能够发射非致命弹药；西班牙研制的控暴机器人，装载辣椒素战术自动卡宾枪(PepperBall Tactical Automatic Carbine，TAC 700发射器)。德国远程空运控暴剂分散机，系统总重5 kg，机动距离1～2 km；美国CBU-30/A型飞机发射器，内装40个CS发射管，配XM16型CS霰弹，总质量175 kg；M8型16管35 mm CS发射器，每管装4发E23型CS弹，配CS混合发烟剂等。
声光弹药通过爆炸产生闪光、噪声震慑目标区人员并使其暂时出现闪光盲而眩晕，闪光光强、噪声声压级用于衡量声光弹药的有效性，光强、声强、超压、机械损伤用于考核其非致命性，通常闪光强度在几百万坎德拉(cd)范围内，噪声在130～170 dB范围内[27]。英国从1981年开始研制光 炸弹，目前装备的有航弹、炮弹、迫击炮弹及手榴弹，美国、俄罗斯、德国、以色列等国家均有系列型号列装。
染色弹药内装有染色剂，可使骚乱者的衣服、皮肤或者头发着色，且着色不易被清洗，为追踪犯罪嫌疑人提供在场证据，利于迅速标记，抓捕罪犯。
刺激剂是以刺激人员表皮、五官、黏膜、呼吸道等为特征的一类非致命性药剂， 可广泛用于驱散和制服目标对象。刺激剂对眼、皮肤和上呼吸道有强烈刺激作用，人员接触后出现剧烈眼疼、流泪、咳嗽、胸痛而暂时失去战斗力。由于刺激剂达到战斗浓度的用量少、症状出现和消失快、具有很高的安全比、可用多种弹药器材释放等特点，在国内外反恐防暴装备领域得到了广泛的应用。
国内外先后发展了CN、CR、CS、OC刺激剂，随着人们对其毒性研究及环保性要求的日益提高，化学防暴剂的毒性及影响阈值不断降低。CN及以前几代刺激剂先后不再应用，目前较为广泛使用的为CS、OC，1959年美国把CS作为控暴剂正式列装，因CS刺激剂的各种性能优良，目前它仍普遍用于一些防暴弹药中。随着控暴技术的不断发展，OC刺激剂于20世纪70年代末期出现，主要成分是高效、无色的辣椒素，刺激阈值低于已有刺激剂，且使用更加安全，很快得到了控暴领域的广泛认可，对高度亢奋、酗酒和刚吸过某些毒品的人有很好的刺激效能，是当前各国控暴剂发展的趋势，目前国内外市场上已有品种众多的辣椒素喷射器和催泪痛球弹等辣椒素类控暴装备。
声光剂主要种类为烟火型闪光剂、爆震剂，由金属合金粉及氧化剂、多种附加配剂组成，目前技术相对成熟，在已有基础上不断改进，提升其光强、声强及持续时间[28]。
随着战争形态由机械化向信息化、智能化演进，特种弹药也在不断的深入和发展，在未来战争中将起到不可替代的独特作用。特种弹药技术的发展应重视发展新型特种功能材料药剂，大力研究特种战斗部新机理新效应，扩大特种弹药技术的新质新域应用，通过信息化、智能化使特种弹药具备通信组网、集群编队和自主协同攻击能力。
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Citation format:ZHANG Xinggao, ZHANG Kaichuang, LI Jianbin, et al.Development status of special ammunition[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering，2022，43(05)：1-6.