說句實話,有時候看一些不入門的軍迷討論炸藥,就像一個現代人看原始人討論如何鉆木取火一樣的感覺。
別急,W君就是直言一下自己的感受而已。也別不服,隔行如隔山。
提到炸藥這個東西,很多人就會以“爆炸威力”來衡量炸藥的性能。一提起炸藥就非CL-20不可了,好像CL-20是萬能良藥一般。但在真正搞炸藥的人眼里,這事情太遜了。
所以,今天文章的寫作目的就是讓大家真正的了解一下現在的炸藥是什么,又是怎么和五代機、六代機一樣分出代次的。
借著昨天的一個粉絲留言:
咱們就開始深入的講講。同時,也讓大家了解下W君是怎么寵粉的,只要是粉絲,問到問題一定會細細作答。
理由是——這個粉絲竟然提到了“第四代炸藥”,相較于很多只知道CL-20的人這名粉絲知道第四代炸藥這個詞已經很了不起了。
真的,沒騙你們,這事情很了不起的!例如W君忽然間給你們拋出一個詞“六硝基六氮雜異伍茲烷”大多數人會立刻兩眼一麻黑,這是個啥子玩意?這其實就是很多人心心念念的CL-20的“大名”。CL-20是1978年在美國的一個軍事基地被研發出來的,這個基地叫做“中國湖(China Lake)”,CL是“中國湖”的縮寫,后面的20是他們的第二十個產品代號。
這東西化學名叫做“Hexanitrohexaazaisowurtzitane”,又看不懂了吧?這就是一行中國字的拉丁語寫法,這樣看:
Hexa(六)nitro(硝基)hexa(六)aza(氮雜)iso(異)wurtzit(伍茲烷)ane(結構)
這個詞的意思就是“骨架是一個特殊的異伍茲烷結構,帶有六個硝基和六個氮原子”的化合物。
拉丁語雖然啰嗦,但是特別好玩,可以在一定語法范圍內用任意的詞根來組合成單一詞語。例如W君可以給大家即興的造一個拉丁語詞匯“subaustraliscoreana”,這個詞可以把韓國人氣瘋。
sub(一小部分的)australis(南部的)coreana(高麗)
其實就是咱們口中的“南朝鮮”。好了,扯淡時間完畢,咱們得回到正題,要不然大伙又得說W君水文章了。
炸藥這個東西是人類歷史上的革命,它讓人可以直接將化學能運用于軍事、生成、科技領域。但這個事情必須得有一個起點。這也就是“第一代炸藥”,所謂的第一代炸藥其實并不是嚴格意義上的炸藥,其代表物是黑火藥。
雖然現在很多人覺得黑火藥很遜,但是它的確提供了最早的爆炸能力,讓使遠程火力成為可能,也讓“爆炸”這一人力所不能及的能量釋放形式得以實現。
不過畢竟“第一代炸藥”是初代產品,屬于低爆速炸藥,爆炸的方式實際上就是在密閉空間內的快速燃燒,其能量釋放的速度遠低于后續的炸藥。這類東西還有一個名字叫做“槍藥(Gunpowder)”,在漢語詞匯中統稱“火藥”。當然了,擴展下知識點,第一代炸藥并不僅限于“黑火藥”,還有很多種類別,例如“Hydrogen Peroxide Explosives過氧化氫炸藥”。在2005年倫敦地鐵爆炸案中,極端分子使用的炸藥主體就是三過氧化三丙酮(TCAP)。
這種爆炸很容易識別,由于TCAP的爆炸幾乎不燃燒且只放出少量熱量,因此并沒有什么火光。
第一代炸藥都有一些“共性”,爆炸威力小就不用提了,更重要的問題是這些“炸藥”并不穩定。以TCAP為例,這種化學物質易燃、易爆、不穩定。到這里,很多人就會奇怪了,不是在講炸藥嗎?易燃易爆不是炸藥應該追求的特性嗎?為什么反而成了不好的因素了呢?
其實和“會開飛機”是一個道理,會開飛機不是指你能把飛機發動起來飛離跑道,而是你能開著飛機安全降落。炸藥也是這樣的一個道理。能“炸”的東西太多了,但是你得讓這些物質在該爆炸的時候爆炸,不該爆炸的時候一定不炸。
為了改善這件事,就出現了“第二代炸藥”,第二代炸藥其實有一個特別讓人不可思議的名稱,它們被叫做“安全炸藥”。例如硝化甘油、苦味酸、TNT、硝酸纖維。首先這些東西穩定,在正常的保存環境下不分解、不潮解,不與其他物質反應,不會因為保存期限問題引起爆炸性能的改變。
這其實就是第二代炸藥的精髓所在了。通常第二代炸藥的選擇不是物質本身穩定(例如TNT),就是可以通過鈍感技術降低炸藥感度(例如硝化甘油+硅藻土),讓炸藥可以穩定的存在。不受到外界因素影響意外的觸發。例如:
這件事,其實從諾貝爾開始,人類對炸藥的研究就是怎樣穩定住炸藥,讓炸藥不那么容易爆炸。由于第二代炸藥不那么容易爆炸,于是就有了更多的加工手段。例如我們可以把炸藥融化后進行澆筑,等炸藥冷卻凝固后就可以完全填滿彈藥。這可比把火藥粉末填充到炮彈里面的方法“實誠”多了。
最直接的特性就是大大的增加的彈藥的裝填比。說個生活中的例子,一個固定大小的杯子如果裝綠豆是遠遠沒有裝綠豆沙的裝入量大的,原因在于——綠豆和綠豆之間有縫隙。
當然了,后期的研究也讓第二代炸藥有了比第一代炸藥更強的爆炸能力,其主要的原因是第一代爆炸主要是快速燃燒和分解,而第二代炸藥則是爆轟波在炸藥內高速的傳遞。
這里就引起了一個很多軍迷迷糊的術語——“爆速”
“爆速”是什么?爆炸的速度?這樣說太模糊!是爆炸產生的沖擊波的速度?還是爆炸產生的飛濺物的速度?
其實都不是,確切的說“爆速”是指爆轟波在炸藥中傳遞的速度。
簡單的說就是爆轟波沿著爆炸物傳播的速度。很多人認為這個數值越大爆炸物的爆炸威力越大,其實并不盡然。雖然說目前很多炸藥的爆炸威力很大爆速也很快,但是這里并沒有一對一的關聯性。例如硝酸甘油的爆速達到了8980米/秒,但是,硝酸甘油的爆炸TNT等效當量僅僅為1.5。而黑索金(RDX)的爆速度為8428米/秒,但它的TNT等效當量卻為1.6,爆速低但是比硝酸甘油更強。
其實,爆速這個數值是和炸藥的密度和晶體結構相關聯的。和威力的關系可以說是有,但關系并不太大。
由于第二代炸藥和第一代炸藥相比,爆炸威力完全不在一個檔次上(黑火藥的TNT等效當量為0.3-0.5),因此也被稱為“烈性炸藥”或者“猛炸藥”。當然了,這個東西是一個相對值。炸藥的爆炸能力和密度和形狀是有很大關系的——這是一門藝術。就拿普通的黑火藥來說,經過特殊調制改變密度和裝填方式也可以達到等效TNT當量1.03,也就是說特定條件下工藝完備的黑火藥和TNT炸藥在爆炸的時候區別不大。
那么,“TNT等效當量”是怎么測量的?一般的來說都是用鉛柱壓縮法來做。
方法也很簡單,一定重量的炸藥在爆炸后測量鉛柱被壓縮的量,然后和標準TNT的用量做對比既可以很直觀的測量出炸藥的性能。當然還有其他測試方式,不過咱們國標里面用的方式是這種,就重點說一下。
從這里來講,我們就看到人們對炸藥的威力還是有渴求的。并不滿足TNT這樣的爆炸威力。
于是,在不改變安全性的的前提下,繼續炸藥的研發,就搞出來了安全性差不多,但是威力更大一些的炸藥,例如前面說的黑索金,這就是“第三代炸藥”。第三代炸藥有一個統稱叫做“高能炸藥”。
像不像戰斗機的代次?第一代噴氣式飛機、第二代超音速飛機、第三代多用途戰斗機、第四代高機動性戰績、第五代、隱身戰機……
每個代次都是在前面的基礎上再發展其他的性能特性。“第三代炸藥”也是如此,在保證了安全性的前提下提高炸藥的能量。現在理解“高能炸藥”的含義了吧?以RDX為例子,一公斤RDX填充到炮彈里面相當于填充了1.6公斤的TNT,其威力大了60%。
在“高能炸藥”領域中大家研究了很多東西,這件事就有點像當初第二代戰機一樣特別強調高空高速,例如F-104、Mig-25這樣的戰斗機,速度給飆得極高。但真沒啥太大的用處,后來在吃了幾次虧之后,空軍就把第三代戰斗機的路線改成了多用途了,犧牲一部分高空高速性能,換來更大的作戰空間。
炸藥也是如此。黑索金(RDX)的另一個名字叫做“旋風炸藥”,聽名字就知道這種炸藥的威力了。但是這么大威力的炸藥一般很少單一使用。原因是炸彈在爆炸的時候并不是通過自己產生的那點爆炸氣體來殺傷人員和摧毀目標的。敲黑板,研究炸藥上面這句話一定得記住。爆炸氣體會有作用,但更大的作用是驅動周圍介質高速運動。例如推動空氣形成沖擊波,或者推動彈片形成殺傷破片。
明白了這個道理你就會發現另一個有趣的現象——咱們可以做一個實驗,隨手拿起身邊的一個書本或手機扇風。自己體驗體驗,你把扇風的速度提高一倍是不是到你臉上的風速風量也提高了一倍呢?顯然不是!原因是空氣是有彈性的并且是可以流動的。
過高的速度只能讓空氣逸散到其他方向上,并不會被推動到自己臉上,炸藥爆炸產生的沖擊波也是如此。因此黑索金在很多彈藥類型的裝填中風光了一陣就縮回去了。取而代之的就是配方炸藥。
例如Composition B炸藥:這是由59.5% RDX(爆速8,750 米/秒)和 39.5% TNT(爆速 6,900 米/秒),用 1% 的石蠟減敏。制作的炸藥,廣泛用于美軍的榴彈炮炮彈、空投炸彈和手榴彈等爆炸武器的裝填。
為什么在RDX中加TNT?實際上就是因為RDX太猛了,得加點雜質(TNT)來勒住韁繩。
到了現在,由于攻擊城市目標的任務更多,需要打擊的目標從戰壕變成了鋼筋混凝土的大樓。裝填藥的配方就又改了,現在是45.1%RDX ;29.2% TNT;21.0%鋁粉 ;4.7%石蠟作為減敏劑;0.47%氯化鈣作為干燥劑,防止水分與鋁粉發生反應。你看,黑索金的比例又進一步降低,而額外加入的鋁粉則是為了在爆炸過程中釋放更大的熱量,適合對目前的鋼筋混凝土建筑物進行進一步打擊。
追求能量這件事在大方向上是沒錯的。不過,如果你看到這里你就會理解炸藥的使用特性和使用場景決定了需求的炸藥威力并不是越大越好。例如聚能穿甲彈:
一枚高性能的聚能穿甲彈在它的純銅藥罩子里面的裝藥不用問——就是黑索金。這個爆炸不作用于空氣就是要產生金屬射流,黑索金就更合適一點。到不是炸得猛,而是因為可以少裝些炸藥多放點銅,在同樣口徑和重量下產生更多的金屬射流,讓金屬射流有更好的穿深效果。
而一枚高性能的反步兵地雷。也不用問,大部分里面的裝藥是奧克托今。
原因是作為“第四代炸藥”的奧克托金可以在更小的容積率下造成更大的破壞。做成的地雷只有幾厘米直徑,但有能力炸倒一大片。
呵呵,“第四代炸藥”露頭了是吧?但是要注意的一點是——為什么有第四代炸藥?第四代炸藥本質的定義并不是要比第三代炸藥有更大的爆炸威力。而是更尖端的一個范疇。先說第四代炸藥是什么——“高性能炸藥”,這里的性能并不特指爆炸威力。
奧克托今(HMX)被認為是最早的一種第四代炸藥。
在TNT和黑索金的時代里面,奧克托金依然是以它的爆炸威力殺出局面的。這玩意爆速為9100米/秒,等效TNT爆炸當量為1.5-1.7,但是奧克托金的晶體密度(1.9克/立方厘米)相比TNT(1.65克/立方厘米)和RDX(1.7克/立方厘米)更大,在相同空間內可以多裝入更多的裝藥(15%)。
因此一枚彈藥單單是把裝藥換成奧克托金其威力也可以顯著提高。不過,這玩意現在大多數情況下是做地雷。原因是——用它可以把地雷做到足夠小。這時候,很多軍工人就醒悟了——炸藥的威力已經是足夠了,要發展其他性能了。
所以給大家說的第四代炸藥也就是“高性能炸藥”,的性能并不是特指爆炸性。所以,奧克托金這么好的爆炸性,用來做地雷和炮彈就有點可惜了。
于是,在有些制導炮彈和導彈上,奧克托金就被用在了姿態火箭發動機上。雖然名字叫“火箭發動機”其實就是一個U形開口的小炸藥包。在火箭轉到需要調整姿態的位置上,引爆特定位置的炸藥,這時候制導炮彈或者導彈就被崩到了相反的方向,這就完成了軌跡調整的功能。相對于裝一個垂直于飛行方向的固體火箭發動機,這種炸藥火箭體積又小反應速度又敏捷。其實這里面用到的就不是奧克托金的爆炸特性,而是速燃特性了。
類似的還有“三硝基氮雜環丙烷”,
這東西的TNT等效當量為1.3,表面數據上并不出彩,但是這個東西在101度液化后有極高的流動性。比TNT更方便灌裝炮彈。可以以差不多的成本讓炮彈達到Composition B炸藥的威力,既簡化了生產過程,又降低了生產成本。它的性能其實就是突出了“液態流動”性,同時它有世界上最快的爆速,達到9597米/秒,比大家很在意的CL-20的爆炸速度(9208米/秒)還快上將近400米/秒。
還有TATB(triaminotrinitrobenzene,三氨基三硝基苯)。這玩意恐怕是很難入很多軍迷的法眼,原因很簡單,爆炸威力不行啊!和RDX或者HMX比這就是個弟弟。僅僅比炸藥的基準物TNT高1%。不過W君得告訴你這是一種藏得巨深的第四代炸藥。TATB在1888年就被制造出來了!但是這玩意一直沒有被當作炸藥。
看分子結構,你就會發現這東西太穩當了,分子結構很難破壞。雖然含有氮和多個氮鍵和硝基。但是這結構配的穩定的一批。
為什么藏得深呢?主要是這東西在制備的過程中有鹽酸中的氯原子構成影響,讓本來就很穩定的TATB更加不容易引爆。制導1980年代之后,這種TATB開始采用無氯工藝生產,它的爆炸特性才被一點點的挖掘出來。即便如此,它的感度依然很低,也正因為如此,被稱作“木頭炸藥”。
引爆也不好引爆,爆炸威力也不大,那么能用在哪里呢?看下面!
當一枚鉆地彈從2萬米的高度扔下來的時候,它的目標是穿透65米的地面。
在這個過程中,不僅僅是彈體結構要受到巨大的沖擊力影響,其內部的炸藥也一樣會經受巨大的沖擊力有可能提前引爆。這里時候木頭炸藥的特性就彰顯出來了。這東西對撞擊、高溫都極不敏感。因此可以跟隨者單體一起鉆入地下爆炸。
如果不是這樣的話,鉆地炸彈是很難完成任務的。
類似的第四代炸藥其實都是這樣的特點,往往是突出某一方面的特性來適應特定任務的需求。而并不是單純的像第三代炸藥一樣追求爆炸威力了。
在軍迷圈子里討論第四代炸藥好像是多先進的東西,但實質上世界各國在開始研制第四代炸藥的時間原點在上世紀的七八十年代,已經是40多年前的事情了。
而現在,主要的研究方向又變了。已經開始研究第五代炸藥了。例如突出生物降解性更環保;突出二元性,在投置或者發射后迅速混合生成炸藥;甚至要可調節爆炸當量,一枚炸彈扔下去是一個手雷的爆炸力還是一個炮彈的爆炸力權憑投彈者的心情而定……
至于CL-20,只是一幫偽軍迷們口口相傳的神話產物,真正在炸藥領域CL-20沒大家想的那么神奇。提多了,就有點皇帝用金鋤頭種地的感覺了。
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