祁恒 柏席峰 張子鵬 辛海明 王立東 劉瑞東 常菲
摘要:手榴彈與地爆器材在作戰(zhàn)中主要用于遂行殺傷敵方人員、破壞軍事設(shè)施和裝備、設(shè)置障礙物、開(kāi)辟通路等任務(wù),歷來(lái)受到軍事技術(shù)強(qiáng)國(guó)的重視。近年,國(guó)外在技術(shù)創(chuàng)新方面形成一系列成果,并申請(qǐng)了一批值得學(xué)習(xí)與借鑒的相關(guān)專利。
關(guān)鍵詞:手榴彈;地爆器材;專利分析
手榴彈與地爆器材在作戰(zhàn)中主要用于遂行殺傷敵方人員、破壞軍事設(shè)施和裝備、設(shè)置障礙物、開(kāi)辟通路等任務(wù),以美國(guó)為代表的軍事技術(shù)強(qiáng)國(guó)較為重視手榴彈與地爆器材裝備的發(fā)展。首先,從裝備采購(gòu)經(jīng)費(fèi)看,美國(guó)2010~2016年僅在M67延時(shí)破片手榴彈上的采購(gòu)費(fèi)用就達(dá)7500萬(wàn)美元。其次,美國(guó)政府對(duì)手榴彈與地爆器材研發(fā)和改進(jìn)工作也給予相應(yīng)支持,在M-7“蜘蛛”和XM1100“蝎子”網(wǎng)絡(luò)化智能地雷項(xiàng)目上的研發(fā)投入分別達(dá)到1.35億美元和1.15億美元。美國(guó)等軍事技術(shù)強(qiáng)國(guó)的手榴彈與地爆器材技術(shù)能夠持續(xù)發(fā)展和更新?lián)Q代,與國(guó)家層面的重視與支持不無(wú)關(guān)系。
本文主要針對(duì)國(guó)外手榴彈、地雷、火箭爆破器和模塊化爆破裝藥近20年裝備與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和關(guān)鍵專利技術(shù)進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明,為滿足單兵、工兵、反恐和特種部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)需要,此類裝備總體呈現(xiàn)智能化、信息化、高效化、多樣化和模塊化發(fā)展趨勢(shì)。其中,美、德、法、英等軍事技術(shù)強(qiáng)國(guó)及其大型軍工企業(yè)技術(shù)不斷推陳出新,在相關(guān)領(lǐng)域的專利優(yōu)勢(shì)相對(duì)突出,尤其是美國(guó)陸軍、海軍等軍方機(jī)構(gòu),將從伊拉克、阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)獲取的豐富實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和任務(wù)部隊(duì)反饋的作戰(zhàn)信息與工業(yè)部門(mén)基礎(chǔ)性、前沿性研究成果相結(jié)合,獲得顯著成果。
國(guó)外列裝的典型手榴彈主要包括美國(guó)M67延時(shí)破片手榴彈、俄羅斯RG-60TB溫壓手榴彈、歐洲D(zhuǎn)M51A3進(jìn)攻/防御手榴彈等。典型地雷裝備主要包括美國(guó)M-7“蜘蛛”反步兵地雷和“斯拉姆”路旁地雷,俄羅斯TM-89反坦克地雷、歐洲“阿杰斯”路旁反坦克地雷等。典型火箭爆破器主要包括美國(guó)M58/M59線性掃雷裝藥、俄羅斯UR-83P式車載掃雷系統(tǒng),歐洲輕型便攜式雷場(chǎng)開(kāi)辟系統(tǒng)、以色列“魔毯”掃雷系統(tǒng)等。典型模塊化爆破裝藥主要包括美國(guó)M112、M757,俄羅斯PVV-5A,歐洲D(zhuǎn)M12、PE7柔性裝藥等??傮w上,手榴彈與地爆器材裝備與技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)如下特點(diǎn):
(1)為增強(qiáng)目標(biāo)毀傷效果,基本實(shí)現(xiàn)地雷智能化,并探索手榴彈智能化
目前,國(guó)外已經(jīng)將智能化技術(shù)廣泛應(yīng)用于地雷裝備,極大提高了此類裝備的目標(biāo)毀傷效果和準(zhǔn)確性。與此同時(shí),手榴彈智能化也在積極探索中。
近20年,國(guó)外研制和裝備了大量具備目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別能力的反坦克和反直升機(jī)智能地雷,可通過(guò)聲音、磁、震動(dòng)、紅外、多普勒等信號(hào)自動(dòng)跟蹤和摧毀目標(biāo),典型的如美國(guó)M93廣域地雷、“斯拉姆”路旁地雷和目前處于原型樣機(jī)并可小批量生產(chǎn)的保加利亞AHM-200-2反直升機(jī)地雷等。為提高目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確率,智能地雷引信通常可以結(jié)合上述兩種甚至三種以上信號(hào)進(jìn)行判斷,且多配有自毀或自失效裝置。反坦克和反直升機(jī)地雷的戰(zhàn)斗部通常為爆炸成型彈丸(EFP)戰(zhàn)斗部,或者EFP戰(zhàn)斗部與破片戰(zhàn)斗部相結(jié)合。EFP戰(zhàn)斗部的裝甲侵徹深度為50~150毫米。某些路旁地雷還可能采用破甲戰(zhàn)斗部,主要攻擊坦克側(cè)甲和履帶,裝甲侵徹深度達(dá)300~600毫米。這些地雷裝備的工作溫度大都在-35℃~+65℃之間,基本能夠滿足高寒作戰(zhàn)需求。
智能化技術(shù)目前還沒(méi)有正式應(yīng)用于手榴彈裝備上,但國(guó)外已經(jīng)在積極探索這一方向并為相關(guān)成果申請(qǐng)專利。其中,美國(guó)專利申請(qǐng)US2015/0292848A1和英國(guó)專利申請(qǐng)GB2266135A分別提出在手榴彈中安裝加速度計(jì)和速度傳感器,從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)起爆時(shí)機(jī)控制;美國(guó)專利US7874252B2提出為反蛙人手榴彈安裝引爆條件選擇裝置,能夠根據(jù)深度、壓力或時(shí)間等條件起爆;英國(guó)專利申請(qǐng)GB2387644A提出一種非殺傷型智能手榴彈,其內(nèi)安裝電池和控制裝置,通過(guò)指令控制表面發(fā)光二極管,進(jìn)而根據(jù)需要發(fā)出可見(jiàn)光或紅外光,用于照明或迷惑目標(biāo)。
(2)積極推進(jìn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化,將手榴彈與地爆器材裝備融入網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)體系
在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)條件下,各作戰(zhàn)單元利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)共享和遠(yuǎn)程控制,提高反應(yīng)能力和協(xié)同能力。作為傳統(tǒng)裝備的手榴彈與地爆器材在與信息化技術(shù)相結(jié)合后也融入到網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)體系中,以發(fā)揮更重要的作用。
受《渥太華禁雷公約》的影響,國(guó)外近年積極將信息化技術(shù)引入地雷裝備,使其具備“人在回路”控制能力,由人工控制地雷是否起爆,避免對(duì)平民造成誤傷。典型的如美國(guó)2013年8月正式列裝的M-7“蜘蛛”地雷和保加利亞MN-150/250地雷等。
當(dāng)前,信息化技術(shù)在手榴彈與地爆器材中最重要的應(yīng)用是網(wǎng)絡(luò)化智能地雷場(chǎng)。美國(guó)在研的“蝎子”智能化雷場(chǎng)是其中典型代表,已經(jīng)裝備的“蜘蛛”反步兵地雷也具備組網(wǎng)能力,可以相互協(xié)同作戰(zhàn),還可以通過(guò)遙控網(wǎng)絡(luò)控制其他反步兵地雷和非致命彈藥。
國(guó)外已有多項(xiàng)專利技術(shù)將信息化技術(shù)運(yùn)用到手榴彈裝備中。德國(guó)專利DE102005015906B3提出一種安裝起爆信號(hào)接收器的手榴彈,能夠根據(jù)接收到的起爆信號(hào)起爆,防止近距離爆炸;歐洲專利申請(qǐng)EP2053343A2提出一種安裝攝像頭的手榴彈,能夠根據(jù)采集的圖像控制引爆時(shí)機(jī)。在地雷信息化方面,法國(guó)專利FR2727756B1、日本專利申請(qǐng)JP2010071617A和韓國(guó)專利KR101269585B1等都提出使用電子標(biāo)簽對(duì)地雷身份進(jìn)行識(shí)別。
(3)應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì),提高任務(wù)靈活性并減輕攜載負(fù)擔(dān)
模塊化設(shè)計(jì)使作戰(zhàn)人員在面對(duì)不同目標(biāo)或作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)無(wú)需更換不同類型裝備,只需更換任務(wù)載荷,能夠靈活應(yīng)對(duì)多變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,減輕攜載負(fù)擔(dān)。
德國(guó)DM51式進(jìn)攻/防御手榴彈采用模塊化設(shè)計(jì),配有預(yù)制破片套筒時(shí)為防御型手榴彈,取下即為進(jìn)攻型手榴彈,必要時(shí)可將數(shù)個(gè)彈體連接構(gòu)成集束手榴彈,或首尾相接構(gòu)成串接式爆破筒。俄羅斯RGN進(jìn)攻/防御手榴彈和RGO殺傷手榴彈采用可拆卸式引信,運(yùn)輸時(shí)彈體和引信分別包裝,能夠提高安全性,使用時(shí)根據(jù)任務(wù)需要將引信與不同彈體組合能夠滿足不同作戰(zhàn)需求。
采用模塊化設(shè)計(jì)的典型地雷裝備為美國(guó)“斯拉姆”地雷,該地雷既可用作反坦克地雷,也可用作爆破裝藥和阻擊用反步兵地雷。作為反坦克地雷時(shí),使用磁或其它感應(yīng)引信;用于爆破時(shí),可由定時(shí)器或標(biāo)準(zhǔn)雷管起爆;作為反步兵地雷時(shí),可利用絆線觸發(fā)。此外,美軍“蜘蛛”地雷不僅可以發(fā)射小型殺傷榴彈,還可加裝彈藥適配模塊,從而控制M18A1殺傷地雷或非致命彈藥。
在反恐和特種作戰(zhàn)中,通常需要利用爆破裝藥突破建筑物墻體、鋼板等障礙進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域。不同強(qiáng)度、厚度的障礙結(jié)構(gòu)對(duì)突破要求不同,所以此類爆破裝藥往往采用模塊化設(shè)計(jì),運(yùn)用不同模塊的組合實(shí)現(xiàn)不同突破能力。如美國(guó)M757型爆破裝置由16個(gè)M112型爆破裝藥、4個(gè)雷管和M85彈藥箱構(gòu)成。另外,許多模塊化爆破裝藥采用的塑性炸藥可徒手捏成或擠壓成所需形狀(如英國(guó)現(xiàn)役Demex 200為紙片狀,厚度可選),甚至可以按照一定形狀進(jìn)行切割,在目標(biāo)障礙結(jié)構(gòu)上迅速開(kāi)辟出足夠大的入口。
某些專利申請(qǐng)中提出模塊化設(shè)計(jì)方案。其中,美國(guó)專利US8365670B2、US9593923B1分別提出通過(guò)安裝/卸下手榴彈破片外殼,以對(duì)破片區(qū)域面積進(jìn)行控制,從而切換殺傷與非殺傷狀態(tài)。
(4)產(chǎn)品類型多樣化,適應(yīng)不同任務(wù)需求
在反恐、特種作戰(zhàn)條件下,單兵常需要功能各異的彈藥裝備。為此,國(guó)外研制出殺傷型、燃燒型、煙幕型、閃光型、眩暈型、震撼型、催淚型、攔阻型及反蛙人型等多種手榴彈,在作戰(zhàn)中發(fā)揮不同作用。
同時(shí),國(guó)外近年正在推進(jìn)殺傷型手榴彈殺傷模式和效應(yīng)的創(chuàng)新與多樣化發(fā)展。除對(duì)付人員外,手榴彈還可用于摧毀建筑物等其他目標(biāo)。如德國(guó)萊茵金屬公司研制的空爆手榴彈,在擲出后落至地面,可再向上彈起至距地面1.5~2米處起爆,且大多數(shù)破片向下散布,從而提高對(duì)人員目標(biāo)的殺傷效果;俄羅斯研制出RG-60TB溫壓手榴彈,投放后其裝藥迅速吸收周圍氧氣從而形成高壓沖擊波,殺傷半徑7米,除殺傷人員外,還可摧毀車輛目標(biāo)。
國(guó)外專利申請(qǐng)中已提出手榴彈和地雷裝備的新方案,以進(jìn)一步豐富裝備類型。如PCT專利申請(qǐng)WO9952771提出一種電擊地雷,能夠?qū)θ藛T進(jìn)行非殺傷性攻擊;俄羅斯專利RU2206864C1提出一種通過(guò)調(diào)整爆炸物含量切換殺傷與非殺傷狀態(tài)的地雷。
(5)為提高作業(yè)效率,盡可能采用高效化方案
不斷探索更高效作業(yè)方式是地爆器材發(fā)展的特點(diǎn),主要體現(xiàn)在對(duì)火箭爆破器研制和改進(jìn)上?;鸺破骼没鸺龔椪归_(kāi)直列排雷裝藥,高效而迅速引爆雷場(chǎng)中的地雷,通道開(kāi)辟速度通常達(dá)到每分鐘百米以上,比排雷車、排雷機(jī)器人等方式更為安全且高效。
火箭爆破器多為車載型,裝藥主要為C4等塑性炸藥,少量采用新穎的燃料空氣炸藥,如以色列“魔毯”掃雷系統(tǒng),該系統(tǒng)發(fā)射攜帶溫壓裝藥的火箭彈飛至目標(biāo)區(qū)域上空后,將溫壓裝藥推出。溫壓裝藥隨后形成燃料空氣混合物,起爆后可引爆反坦克地雷和簡(jiǎn)易爆炸裝置,如果壓力持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)還可引爆壓力敏感地雷以及抗壓地雷。該系統(tǒng)可在一分鐘內(nèi)能開(kāi)辟出長(zhǎng)度100米的通道,適應(yīng)任何地形和氣候條件。為滿足城區(qū)作戰(zhàn)和特種作戰(zhàn)要求,美國(guó)和以色列還研制出適合單兵使用的火箭爆破器。此類裝備的裝藥類型與車載的相同,重量在數(shù)十千克以內(nèi),操作簡(jiǎn)便靈活,通常在數(shù)十秒至一百余秒內(nèi)完成部署,可開(kāi)辟出供士兵穿行的寬度為0.3~0.5米,長(zhǎng)數(shù)十米的通道。
為進(jìn)一步提高排雷效率,國(guó)外正積極探索更高效的地雷引爆方式,活性破片是重要方向。如美國(guó)洛克希德·馬丁公司提出發(fā)展“海德拉”-7掃雷子母彈,其內(nèi)裝大量由活性材料制成的小型桿式動(dòng)能彈,大面積密集布撒后可摧毀埋藏在沙灘或淺水區(qū)的地雷/水雷,其作用過(guò)程與活性材料彈芯穿甲彈摧毀薄壁目標(biāo)類似。
除布撒直列裝藥引爆地雷外,國(guó)外專利申請(qǐng)中還提出其他形式的布撒方案,加拿大專利CA2197508C和CA2244604A1、德國(guó)專利DE19716512B4、日本專利申請(qǐng)JP2015124937A都提出利用火箭布撒大面積引爆網(wǎng)的通路開(kāi)辟器,從而顯著提升排雷效率。
國(guó)外在手榴彈與地爆器材方面積極探索和運(yùn)用新技術(shù),形成了許多值得借鑒的成果和經(jīng)驗(yàn)啟示。
(1)注重作戰(zhàn)需求研究
在技術(shù)和需求雙重驅(qū)動(dòng)下,手榴彈與地爆器材總體上朝著智能化、信息化、模塊化、多樣化和高效化發(fā)展。軍事技術(shù)強(qiáng)國(guó)在運(yùn)用各種新技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化、信息化等升級(jí)時(shí),并未在一種裝備上一味求新求全,而是結(jié)合實(shí)際作戰(zhàn)需求,綜合考慮成本、實(shí)用性等問(wèn)題,根據(jù)特戰(zhàn)、空突、兩棲作戰(zhàn)等不同需求,論證不同作戰(zhàn)行動(dòng)、作戰(zhàn)環(huán)境下,手榴彈與地爆器材的基本功能要求、配備、作戰(zhàn)消耗等問(wèn)題,為新一代裝備的研發(fā)、裝備和運(yùn)用提供指導(dǎo)。
(2)注重先進(jìn)裝備技術(shù)信息挖掘分析
國(guó)外在手榴彈與地爆器材研制與裝備過(guò)程中,會(huì)公布一些裝備技術(shù)信息并形成大量專利成果。對(duì)這些技術(shù)信息和專利進(jìn)行深入檢索與分析,有助于掌握其技術(shù)方案和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。專利文獻(xiàn)中包含的技術(shù)細(xì)節(jié)可以為研究人員提供技術(shù)啟發(fā),利用專利分析可以對(duì)不同技術(shù)方案進(jìn)行比較尋優(yōu),合理利用相關(guān)專利方案,解決技術(shù)攻關(guān)難題,從而縮短研制周期,節(jié)約經(jīng)費(fèi)。
第一作者簡(jiǎn)介:祁恒(1980-),男,漢族,北京人,北方科技信息研究所,專利分析師、專利代理師,工程師,工學(xué)博士,主要從事專利分析、專利代理與知識(shí)產(chǎn)權(quán)研究工作,北京市海淀區(qū)車道溝十號(hào),100089。聯(lián)系電話:010-68963262,Email:qiheng1313@126.com。
(作者單位:北方科技信息研究所)
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