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弹药安全守护神系列专题稿件(四)为引信装上眼睛——近炸引信的

2019-10-24 13:16:02   来源:网络

制作:科普中国

作者:赵红·悉尼

规划:吴月彤

监督单位:光明网络科普部

弹药安全卫士系列特辑(4)关注引信——临近引信的来世和现世

虽然在第一次世界大战期间有许多类型的早期弹药,但杀伤原则是不同大小的爆炸性弹药。由于爆炸品呈球形,以弹药为中心呈发散状,爆炸炸弹落地爆炸时,约有一半碎片被地面挡住,大大降低了爆炸炸弹的杀伤效果。为了解决这个问题,人们试图在发射前计算弹药的飞行时间,通过调整燃烧时间,弹药会在离地面一定高度爆炸,从而形成“空爆”的效果。该方法能在一定程度上提高爆炸弹的杀伤效果,但也存在可靠性低、杀伤效果一致性差的问题。此外,发射时必须点火,这也带来很大的安全隐患。同时,穿甲弹出现后,由于穿甲弹对爆炸威力的要求更高,对“空爆”也提出了更高的要求。

自第二次世界大战后期以来,人们逐渐掌握了使用声、光、磁、无线电等物理场作为引信点火控制信号,这样弹药就可以在离目标一定距离处引爆(这就是近炸的由来)。它们的敏感装置用来感应目标的存在、速度、方位和距离等信息,从而大大提高武器系统对地面和空中目标的毁伤效果,降低弹药消耗。

根据目标的不同物理信息,近炸引信可分为无线电近炸引信、光近炸引信、声近炸引信、磁近炸引信、电容近炸引信等。如果遵循作用方式,可以分为主动型(场源在引信上)、半主动型(场源既不在引信上也不在目标上,由用户控制)、半被动型(场源既不在引信上也不在目标上,也不在两侧)和被动型(场源在目标上)。

图1有源和半有源接近熔断器工作原理示意图(图来自网络)

近炸引信一般由点火控制系统、安全系统、爆炸序列和能量装置组成。与普通触发引信相比,近炸引信的核心是点火控制系统中的敏感器件和信号处理模块。以主动无线电引信为例。当射弹接近目标时,近炸引信被打开并发射一定范围的电磁波。引信敏感装置根据目标及其周围电磁场的固有特性,以及射弹与目标之间相对距离的变化引起的电磁波频率的变化来感知目标。该信息被发送到信息处理模块,并且接收的信号经受识别处理,从识别处理中提取诸如目标的位置、速度和方位的特征量。当这些特征量满足要求时,射弹当时的空间位置是最佳爆炸点。

以著名的mk2杀伤炸弹近炸引信为例。这种引信是在1980年代早期装备的,是当时最先进的引信之一。引信解除后,它通过天线向外发射连续信号。当射弹接近目标时,恢复信号不断变化。当它达到预定值时,它输出点火信号来引爆弹药。试验表明,引信最大作用距离约为5m,可靠性达90%以上。

不同类型的接近式熔断器点火控制系统的工作原理略有不同,但核心过程相似。通俗地说,近程引信似乎配有普通引信的“眼睛”,这样引信就可以感应和识别目标的距离和方向,并将它们看到的信息传送给引信的“大脑”。

图2航展上展示的实际无线电近炸引信(图片来自互联网)

近程引信的出现和广泛使用不仅仅是为了提高爆炸炸弹的杀伤力。近程引信为引信智能化创造了条件,实现了从机械化到信息化的飞跃。一般来说,未来弹药可以在接触和近距离爆炸的基础上实现远程控制、目标识别、目标分析、自决等功能,是最能体现弹药先进性的引信。