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(chǎn)品，它定義為能夠利用目標、環(huán)境、平臺和網(wǎng)絡等信息，按預定策略起爆或引燃戰(zhàn)斗部裝藥，并可選擇起爆點、給出續(xù)航或增程發(fā)動機點火指令以及毀傷效果信息的控制系統(tǒng)。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(jīng)受的環(huán)境惡劣和物理場多，既要擔負彈藥從生產(chǎn)、儲存、運輸、發(fā)射的高安全控制，又要實現(xiàn)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(fā)展到靈巧與智能產(chǎn)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(huán)境與目標信息、平臺信息、網(wǎng)絡信息、多維坐標控制信息與其他引信交聯(lián)信息，輸出信息為起爆戰(zhàn)斗部信息、續(xù)航與增程發(fā)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(tǒng)，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(tǒng)信息化的“最后環(huán)節(jié)”。引信在武器系統(tǒng)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(fā)展，引信面對超高加速度、超高速度、臨近空間環(huán)境、強電磁環(huán)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(wǎng)等發(fā)展的迫切需求，其能力代表武器裝備和彈藥發(fā)展的核心技術水平，與武器系統(tǒng)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(tǒng)體積和節(jié)省成本；引信與火控、制導倉的信息交聯(lián)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(fā)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(fā)展。

2　靈巧、智能彈藥與引信的發(fā)展

靈巧彈藥介于常規(guī)彈藥與制導彈藥之間，是智能彈藥的初級產(chǎn)品，具有通過彈上接收系統(tǒng)或引信進行信息交聯(lián)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(fā)射前裝定信息，采用單一或復合探測手段獲取環(huán)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(fā)射后不管，通過彈上探測系統(tǒng)獲取彈道信息，進行彈道辨識與修正，同時探測系統(tǒng)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(qū)域內毀傷目標。

通過發(fā)射前或發(fā)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(zhàn)斗部自主區(qū)分、優(yōu)選攻擊目標，在最佳位置起爆戰(zhàn)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(fā)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(fā)展中。

3　新型彈藥的發(fā)展對引信技術的需求與推動

近幾年隨著技術的發(fā)展出現(xiàn)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(tǒng)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(fā)射或工作特殊環(huán)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(fā)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(zhàn)車、無人潛航器等，是現(xiàn)在武器平臺的重要發(fā)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(huán)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(zhàn)平臺是海軍無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要組成部分，與傳統(tǒng)的有人駕駛多功能攻擊型潛艇相比，水下無人作戰(zhàn)系統(tǒng)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(zhàn)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(fā)、延期、定距空炸、近炸等功能，其功能或作用參數(shù)可通過與火控信息交聯(lián)實現(xiàn)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(fā)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(zhàn)斗部的彈丸上，具有以下優(yōu)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(zhàn)斗部的發(fā)展提供支撐；

3) 為引信交聯(lián)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(zhàn)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(jīng)大量使用和裝備[3-5]。因此，發(fā)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(fā)展常規(guī)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(fā)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(yè)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(tǒng)[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(jīng)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(tǒng)彈藥與引信

坦克、裝甲車輛主動防護系統(tǒng)主要是針對反坦克彈藥而研制的，而主動防護系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)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(xiàn)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(fā)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(tǒng)也在不斷研制和制造中。目前，對抗主動防護系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)(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(fā)射筒，可發(fā)射配裝有串聯(lián)戰(zhàn)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(fā)射器，可發(fā)射用以對付主動防護系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)再次反應過來前(約0.2～0.4s)完成欺騙和打擊過程。現(xiàn)有技術可采用延時方法控制兩枚彈藥先后發(fā)射，但由于重量、外形、發(fā)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(fā)射人員的生命安全。

3.5　硬目標侵徹彈藥與引信

現(xiàn)代信息化與一體化聯(lián)合作戰(zhàn)，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(xiàn)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(zhàn)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(huán)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(shù)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(tài)的快速識別，實現(xiàn)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(tǒng)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(lián)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(chǎn)，利用加速度計獲取侵徹特征數(shù)據(jù)，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(zhàn)場“攻”與“防”對抗的加劇，戰(zhàn)場目標防護能力得到大幅提升，主要表現(xiàn)在防護強度、防護厚度的提高，相應的戰(zhàn)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(fā)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(zhàn)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(zhàn)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(qū)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(zhàn)配合技術研制二次起爆引信，精確、可靠探測起爆時機，激發(fā)爆轟，是大威力云爆彈發(fā)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(tǒng)發(fā)射器相比具有發(fā)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(yōu)點。利用電磁炮發(fā)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(fā)射的超高速彈丸主要為動能彈，為了適應近程攔截作戰(zhàn)，提高作戰(zhàn)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(xiàn)攔截功能。電磁炮彈引信必須適應電磁炮彈發(fā)射過程的強磁場干擾、高過載大脈寬發(fā)射沖擊，以及外彈道超高速飛行的氣動加熱等特殊苛刻環(huán)境。

2005年，美國陸軍武器研究發(fā)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(fā)引信，并設計了樣機。如圖5所示，采用0.5 MJ軌道炮發(fā)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(fā)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(tǒng)的設計利用后坐與強磁場兩道解保環(huán)境，其中強磁場環(huán)境由2個處于互斥狀態(tài)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(fā)射過程的膛內強磁場環(huán)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(xiàn)磁感應引起的點火現(xiàn)象，爆炸序列在測試后工作正常?？諝馀跍y試環(huán)節(jié)，測試了3發(fā)全備引信，3發(fā)摘火引信(沒有磁棒)，后坐加速度從47 000 g到62 000 g。3發(fā)摘火引信實現(xiàn)發(fā)火，磁棒保險使得3發(fā)全備引信處于安全狀態(tài)；6個磁棒中，有1個在58 000 g后坐環(huán)境下受損斷裂。彈道回收實驗中，7個摘火引信完全發(fā)火。回收后的引信的后坐銷均下移，發(fā)火彈簧處于待發(fā)狀態(tài)。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(fā)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(fā)展是必然趨勢。發(fā)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(jù)任務、目標類型選擇工作模式同引信進行信息交聯(lián)，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)小型化的加工途徑。有望在未來幾年開發(fā)成功產(chǎn)品并應用到彈藥中。微成型加工技術是從工業(yè)部門成型加工技術發(fā)展延伸而來。目前有液態(tài)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(fā)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(tǒng)在毫米級空間實現(xiàn)，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(yōu)勢，也是未來發(fā)展的方向。

隨著作戰(zhàn)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(fā)展，引信在未來戰(zhàn)場中面臨越來越惡劣的戰(zhàn)場環(huán)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(huán)境。彈藥射程的增加，彈速的提高，導致發(fā)射過載、著靶過載大幅提高；彈目高速交會、全天候作戰(zhàn)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(huán)境影響更嚴重的復雜環(huán)境。電磁脈沖彈等電子戰(zhàn)裝備的廣泛應用，導致未來戰(zhàn)場電磁環(huán)境面臨越來越惡劣的極端環(huán)境。新的自然環(huán)境、電磁兼容環(huán)境和電子對抗環(huán)境要求引信必需具備高安全、高可靠性和惡劣環(huán)境下正常作用能力。

未來一體化聯(lián)合作戰(zhàn)將是戰(zhàn)爭的主要形式，它將由平臺中心戰(zhàn)轉向網(wǎng)絡信息中心戰(zhàn)。以信息、指揮、精確打擊為主要要素的戰(zhàn)爭模式牽引武器裝備全力向信息化方向發(fā)展，實現(xiàn)真正的系統(tǒng)與系統(tǒng)的對抗。一體化聯(lián)合作戰(zhàn)模式要求武器系統(tǒng)實現(xiàn)信息流、能量流、物質流三者的有機融合。通過運載、發(fā)射平臺的物質運動，利用信息平臺、指控平臺以及各子系統(tǒng)之間的信息交聯(lián)，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(xiàn)對預定目標的精確打擊和高效毀傷。一體化作戰(zhàn)模式要求引信作為戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈節(jié)點融入戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)，具備和綜合電子信息系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、武器平臺以及引信的信息交聯(lián)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(lián)合作戰(zhàn)模式、未來具有信息化與多功能化的新武器系統(tǒng)、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(huán)境更加惡劣新的環(huán)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(lián)能力(信息交聯(lián)、一體化聯(lián)合作戰(zhàn))；惡劣環(huán)境下正常工作能力(超高速、新發(fā)射平臺)；安全可靠作用能力(適應發(fā)射飛行環(huán)境、復雜背景干擾)，才能滿足彈藥精確打擊與高效毀傷發(fā)展的需要。

綜上，多功能、小型化、網(wǎng)絡化是靈巧、智能引信發(fā)展方向，其關鍵核心是發(fā)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(tǒng)等。

5　結論

引信技術是隨著科技的發(fā)展與現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求不斷發(fā)展和變化的，為加快引信技術的發(fā)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(fā)展現(xiàn)狀，隨后針對新型武器平臺與彈藥的發(fā)展，分析了幾類適配引信的技術特征與發(fā)展方向，指出新的發(fā)射環(huán)境、電磁環(huán)境、作戰(zhàn)環(huán)境等，要求未來引信必須具備高安全、高可靠性和惡劣環(huán)境下正常作用能力。未來引信技術的重點發(fā)展方向主要包括小型化技術、多功能化技術、網(wǎng)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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