武器弹药终点未爆安全设计的现状及探讨
武器弹药终点未爆安全设计
的现状及探讨
董三强  冯顺山  余文力
  摘　要　针对当前威胁人类生存环境的最突出的战后未爆弹问题综述了弹药终点未爆安全设计的现状，分析了当前基于引信设计的弹药终点未爆安全设计中存在的问题，提出了弹药终点未爆自失效的概念，探讨了弹药中引信、火工件、主装药以及壳体的自失效模式，为提高弹药终点未爆安全水平，有效解决战后未爆弹问题提供设计参考。  关键词　弹药  未爆弹  安全  自失效
舒缓的音乐1　战后未爆弹的安全问题
未爆弹(Unex p l oded O rdnance)是指任何在战争或冲突中使用后未爆炸的弹药，包括反人员地雷、炮弹、迫击炮以及等。当前，战后未爆弹已经成为威胁人类生存环境最为突出的弹药安全问题。
战后未爆弹以未爆地雷和未爆集束子弹药为主，危害也最为严重。统计显示，到1995年，地球上还有以前战争所遗留下的约1亿个地雷被埋藏在世界上64个国家。这些弹药大都不具备自毁/自灭功能，在战后或冲突结束后相当长的时间内处于活跃状态，给当地平民百姓的生命及财产安全带来十分严重的威胁和危害，被人们称之为“永恒的哨兵”、“隐形杀手”、“不定时”等。
海竿世界上在地雷的意外爆炸事故中伤亡的人数平均每天达60人，每月有超过800人死于地雷的爆炸事故，仅2000年，新增地雷伤亡人数为15000～20000人。地雷爆炸事故受害者中，三分之一为儿童,80%为平民。
由于较好的作战效能，集束在近代战争或冲突中被广泛使用，然而，受弹药类型、发射/抛撒条件和着地环境等因素的影响，子弹药保持着较高的失效率，约在10%～40%之间。联合国裁军研究所与国际残疾协会2007年联合发布的一份报告显示，全球目前有414亿枚没有爆炸的集束子弹药。这些数目繁多的未爆子弹药给战后的平民百姓，尤其是那些常常把子弹药误以为是食品或玩具的儿童带来严重的伤害。
据英国一个地雷行动组织2006年的调查报告显示，黎巴嫩自实行停火以来，子弹药每天造成3～4个平民的死伤，其中35%为儿童。在老挝未爆子弹药导致的伤亡总人数已达到870人，其中儿童(15岁以下)占46%。
未爆弹药所引发的严重人道主义灾难已引起了国际社会的越来越广泛的关注。1997年生效的《渥太华公约》全面禁止签约国反人员地雷的生产、销售、储存和使用，规定了销毁反人员地雷的期限。至2007年5月1日签署国扩大至153个。2006年生效的《战争遗留爆炸物议定书》明确了使用方对战争遗留爆炸物的回收责任。2008年2月和5月呼吁在全球禁止使用集束的国际会议相继在挪威首都奥斯
陆和秘鲁首都利马召开。以美国诺贝尔和平奖得主乔迪·威廉姆斯组织的五名诺贝尔和平奖得主联合发表声明，要求在全球范围内禁止使用集束，他们甚至指出:“集束就是平民伤亡的代名词”。
2　弹药终点未爆安全设计现状
随着科学技术的飞速发展和人类文明的不断进
步，对弹药的安全要求将会越来越高，有关弹药安全问题的研究正在成为各国重点研究的内容。当前，在弹药终点未爆环节应用的或者正在研究的主要安全技术分为以下几个方面。
211　提高弹药引信作用可靠性，降低发火失效率美国国防部2001年提出了未来采购的区域攻击型弹药的作用可靠性要达到99%的要求。美国参议院于2007年9月7日通过一项法案，将限制销售或转让集束，法案规定故障率超过1%的集束弹药都将被禁止转让或出售。
在提高引信作用可靠性方面主要有两个技术途径:1)采用冗余发火设计;2)提高引信固有的可靠性。在提高引信固有可靠性方面，美国近几年开始研究开发价格低廉的“超级可靠(ultra2relia2 bility)”的子弹引信，期望从根本上解决子弹药发火失效率过高的问题。基本技术途径是基于无线电技术，通过开发集成电路(I C)/微机电系统(ME MS)，促使电子器件小型化；改进电子元器件的集成封装技术；改进焊接技术。
212　弹药自毁/自中和设计
弹药的自毁是指当弹药作用失效或不再需要时，经过一定的时间或处于某一预定位置或按某一方式引信自行作用，从而将弹药引爆。主要的自毁技术有：火药定时自毁、机械时间自毁、电子时间自毁和机械离心自毁等。弹药的自灭是指弹药在规定的条件下引信发火机构失效而失去引爆弹药主装药的能力。当前已应用于弹药的自灭设计主要是通过控制有限的电池寿命，使当到达了预设的时间或电池寿命后，引信内部电池完全放电，弹药转入惰性。
213　低感度装药研究
降感弹药中的感度是提高弹药终点未爆安全性能的有效途径。对降感的研究始于20世纪70年代末，当时发生在美国Forrestal号航空母舰上舰载燃料的意外失火而引发的灾难性事故促使美国海军率先开始了降感的研究。当前钝感的研究已成为世界各国重要研究的内容之一，并取得了丰硕的成果，开发出了一大批有价值的配方。研究主要分为两个方向:1)合成低感度含能材料;2)改进配方及制药工艺，尤其是P BX装药工艺的应用大大降低了装药的感度,P BX不仅具有较高的机械强度，而且包覆在晶体表面的聚合物粘合剂可以吸收意外刺激产生的能量，阻止分子的分解及起爆，从而起到降感作用。
在合成低感度含能材料的研究中，相继出现了T AT B、NT O、D I N G U、T NAD以及F OX27等低感
度分子材料。基于RDX、H MX、T AT B与NT O 等的低感度的P BX装药在常规弹药战斗部中获得广泛应用，其中，法国开发出的基于NT O的B2214和B2211均取得了良好的效果。以B2214为主装药的新一代钝感侵彻(CBE MS)已获得两星级Murat资格。美国开发的P BX W2115被用于AG M286C常规空射战斗部装药,AFX2645已装备Mk282航弹及F MU2139炮弹。
214　示踪技术研究
示踪技术是指当弹药终点未爆时可以通过某种方式显示自己的位置以便于定位及排除，当前正在研究的是RF(Radi o Frequency)标签技术。通过在弹药中设置特殊的电子标签，它可在预定的时间后激活，给出特种无线电信号，可由配套的仪器探测到此信号，从而可以确定未爆弹药的位置，便于安全清除。
3　对弹药终点未爆安全设计的探讨
311　当前弹药终点未爆安全设计中存在的问题弹药中装药是导致弹药事故的根源，然而当前弹药终点未爆安全设计没有考虑弹药中装药的自失效设计，而主要是基于对引信的设计，通过引信引爆主装药达到自我摧毁或通过引信自失效，使弹药“瞎火”，然而基于引信设计的弹药终点未爆安全设计在实际应用中仍存在诸多问题。
首先弹药终点未爆的安全性依赖引信的可靠性。引信的可靠性除了其本身固有的失效率外，还受到环境因素的影响。例如，越南战争中美军在北越港口布雷时考虑了战后清除工作，采用了具有自灭功能的，但战后清除这些的成本是布设雷场费用的两倍多。1991年海湾战争中，美国首次使用了具有自毁/自灭功能的地雷，但到战争结束时，有70名联军士兵以及1700平民百姓死于这些按预期应该自毁的地雷，地雷失效率高达10%。集束子弹药都被设计为可以碰及硬质目
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弹药终点未爆安全等级表
自失效模式
终点安全等级≥三因素自失效火工件&主装药自失效引信&火工件自失效引信&主装药自失效火工件自失效主装药自失效引信自失效未采用自失效设计
给语文老师的教师节祝福语理想安全弹药(A )高安全弹药(B1)高安全弹药(B2)高安全弹药(B3)安全弹药(C1)安全弹药(C2)比较安全弹药(D )临界安全弹药(F )
▲弹药终点未爆安全子系统
标而自炸，然而受制造时间、弹药类型、发射/抛散条件和着地环境等因素的影响，集束子弹药的失效率高达10%～40%。
其次，虽然弹药的自灭设计可以使弹药处于不被引信激发的状态，但弹药中的火工品及主装药仍然完好无损，仍有可能在意外刺激的作用下单独发生作用而导致弹药事故。且当弹药长期被遗留在自然环境中时，受复杂环境因素的侵蚀作用，其内部构件功能及材料特性都有可能发生不可预测的变化，从而无法确定其内部的状态，仍可对周围环境或目标产生威胁，使得排除工作十分困难。例如,1960年在美国阿拉巴马州发现了五个约一百年前美国国内战争时期留下的地雷，经鉴定这些地雷仍足以致命。312　弹药终点未爆自失效设计
针对传统弹药终点未爆安全设计中存在的问题，人们提出弹药终点未爆自失效的概念：弹药能够满足规定条件下的安全使用要求并可达到预定的效应，作战使用后未爆炸时，在满足预定的条件时或到达预定的时间后自动失去其规定的效能，并且不产生附带危害作用。
对于常规弹药战斗部来说，弹药终点未爆自失效主要由引信自失效、火工件自失效、主装药自失效和壳体自失效组成。
引信自失效是指引信在规定条件下失去其引燃/引爆爆炸序列的效能情况。火工件自失效是指在引信中起爆、传爆或导爆作用的火工品在规定的条件下失去应有的功能而不能引爆弹药主装药的情况。主装药自失效是指弹药主装药在规定条件下失去产生燃烧或爆轰能力的情况。壳体自失效是指弹药壳体在规定的条件下失去连接、支撑或密封等规定功能的情况。
根据弹药的类型、应用环境、用户的要求以及技术可实现性，引信、火工件、主装药以及壳体可以设计多种自失效模式。例如，引信自失效可以分为引信电源自失效和短路失效方式、引信电路断路失效方式、引击机械运动件锈锁失效方式；火工件自失效可以有火工件吸湿失效方法、火工件化学腐蚀失效方法、电火工件短路失效方式；装药自失效可以有液体或松散装药随着壳体的解体而消失的方式、装药吸湿失效方式、装药化学失效方式、装药时效失效方式等；壳体自失效可以有壳体、连接件或密封件溶解、降解或崩解失效方式，壳体、连接
件或密封件化学腐蚀失效方式，壳体分离装置定时分离失效方式等。其中，在主装药自失效模式中，由于环境安全及回收安全的考虑，美国从20世纪70年代已开始了对可降解的研究。基于P BX 工艺，已开发出一种基于RDX 和可水解聚亚安酯粘结剂的配方。这种对水及湿气不敏感，但其粘结剂可在非常稀释的氨水或盐酸中快速崩解，几乎一天之内即降解完毕。
如等级表所示，弹药可以设计为不同的自失效模式，并由此划分弹药终点未爆的安全等级，其中，当引信、火工件以及主装药均自失效时，弹药具有理想安全等级。当未采用自失效设计时，称为临界安全弹药。一般说来，弹药设计中安全等级C 是须保证的；安全等级B 是应努力实现的;A 级是理想的，在有条件下争取实现。
如下图所示，我们提出了弹药终点未爆安全子
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系统的概念。该子系统由安全控制系统、
安全响应系统和安全警告系统三个模块组成。安全控制系统
谯怎么读由传感器、控制器和计时器组成，用于控制弹药自失效和RF 发射装置的动作。当到达预设的时间(t c )后，安全响应模块开始作用，按照预定模式，弹药壳体、引信发火机构、爆炸序列以及主装药相继失效；安全警告系统启动RF 标签，给出特种无线电信号，用以确定弹药所在位置，以便于清除。该安全子系统能有效解决当前突出的战后未爆弹问题。4　结束语
随着社会、科技的发展和人类文明的进步，要求战争越来越文明，弹药越来越安全。针对当前威胁人类生存环境的最突出的战后未爆弹问题，传统的弹药终点未爆安全设计主要是基于对引信的设计，未能有效约束弹药中作为危险根源存在的装药，在实际应用中并不理想。本文提出了弹药终点未爆自失效的概念，并探讨了引信、火工件、主装药以及壳体的自失效模式，希望为有效解决战后未爆弹问题提供设计参考。
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