1.什么是航空炸弹
航空炸弹简称为航弹,俗称炸弹,它是从航空器上投掷的一种爆炸性武器,是轰炸机和战斗轰炸机、攻击机携带的主要武器之一。航空炸弹常被戏称为“铁疙瘩”,一方面指航弹外壳通常由铸铁铸钢制成,另一方面是指与如今铺天盖地的精确打击武器相比,航弹给人一种呆板迟滞的感觉。
一枚航弹,小的重几千克、几十千克,大的重若干吨,还可采用核装药,因此航空炸弹可用于战术、战略两方面的任务。通常航弹有小型航弹、中型航弹、大型航弹。在结构上,航弹一般包括弹体、弹翼、引信、装药等。航弹还可以加装制导装置、升力翼面、减速装置等实现特定功能的附加部件。一般来说,航弹弹体为流线型圆柱体,两头尖锐,尾部一般有各式各样的尾翼。作战时,作战飞机把航弹投掷向目标,以冲击波、破片、火焰等各种杀伤效应实现对目标的毁伤。
2.航空炸弹的发展历程
19世纪中叶,奥地利人从气球上向意大利威尼斯城投掷爆炸性武器,这是航空炸弹最早的实战应用。真实意义上的航空炸弹是在第一次世界大战期间随着作战飞机的出现而问世的。1911年11月1日意大利飞机携带手榴弹改造的炸弹,轰炸了利比亚地区的土耳其军队,这是世界上首次航空炸弹的轰炸行动。1912年德国人研制了世界上第一种航空炸弹,代号M。APR。俄罗斯设计师奥拉诺夫斯基于1909到1914年间专门设计了系列化的航空炸弹,包括杀伤、爆破等型号,重量从几千克到几百千克。
第二次世界大战期间,航空炸弹得到迅速地发展,出现了集束炸弹、子母炸弹、穿甲炸弹和凝固汽油燃烧弹等新型航弹,航弹的重量也达到了数吨以上。英国制造过的重达10吨的“大满贯”炸弹,是实战中使用过的世界上最重的航空炸弹,用兰开斯特重型轰炸机于1945年3月14日投放,炸毁了德国的比勒菲尔德高架铁路。
第二次世界大战后,各国不断改进航空炸弹,以提高航弹在不同战斗使用条件下的作战效果,出现了多种多样作用独特、性能优异的新型航弹。
20世纪30年代末至40年代初,德国最先研制成功并使用无线电制导方式的炸弹HS-293和FX-1400.HS-293是在SC-500型普通航空炸弹上加装弹翼、尾翼和制导装置制成的飞机型无动力滑翔炸弹,重约800千克。FX-1400是一种轴对称制导炸弹,全弹重1800千克,无推进系统。1944年德国在空袭意大利舰队时曾使用这两种炸弹击沉了4.25吨的“罗马”号战舰。
60年代以后,随着电子技术的发展,制导炸弹有了迅速的发展,电视制导、激光制导、红外制导和雷达波来制导的制导炸弹相继出现。特别是1960年激光器诞生后,出现了不同型号的激光制导炸弹,精度大大提高,命中目标的圆周概率误差减小到7.5米以内。一枚制导炸弹可以起到往几十、几百甚至上千枚普通炸弹的作用,大大减少了载机的轰炸和攻击次数,被敌方地面防空火力击中的危险也明显降低。
3.航空炸弹的基本构造
航空炸弹通常由弹体、装药、引信、弹翼、弹耳等部分组成。
(1)弹体
弹体最主要的作用是容纳装药,一般都近似圆柱体。如我国500——2型航空爆破炸弹使用10毫米厚的铸钢圆柱形弹体。
弹体虽功能简单,但它要承受各种外来力量,还必须防止空中解体、触地过早崩裂、侵彻深度不足等问题。普通航弹大部分重量都在弹体上,这不是说要一味追求高的装填系数,但是弹体太轻可能令航弹强度不足,而且不能产生最优杀伤效能的弹体破片。
弹体外形上可分为低阻力和高阻力两种。低阻航弹具有纺锤外形,或呈球端圆柱体,弹翼小而后掠,适合高速的战斗机、攻击机携带。高阻航弹外形粗钝,空气阻力大,不适合高速飞机外挂。低阻航弹在同等速度下的阻力,一般为同重量级高阻航弹的几分之一,甚至1/10.但高阻航弹一般比同一重量级的低阻航弹要更重,装药更多,威力更大。
在材料方面,钢铁具有坚固、成本低、加工简易的优点,因此航弹弹体常用铸铁或铸钢制造,尤其是球墨铸铁。近年高强度铝合金也开始应用到弹体上,产生的破片更多、更轻、更快,且弹体总重较小。
(2)弹耳
弹体上有称为“弹耳”的环状部件。往炸弹挂架上挂炸弹时,把两个弹耳卡进挂架上的挂钩里,炸弹就牢靠地挂好了。
(3)弹翼
弹翼常指安装在弹尾的尾翼,用于稳定航空炸弹下落时的飞行状态,确保航弹以正确姿态命中目标,通常不提供升力、控制力。弹翼还可以阻止炸弹自身旋转,从而提高精度。有的航弹没有弹翼。二战时不少航弹的尾翼是较复杂的圆筒状结构,甚至是双圆筒结构,翼片多达十几片,有的还分主副翼。种种复杂设计都是为了保证弹道稳定,提高命中精度。随着低阻航弹的出现,弹翼也逐渐改为小面积后掠薄翼片,能迅速拆装,固定在弹尾模块的表面。
通常弹翼采用与弹体类似的金属材料制造,但也有使用塑料等轻质材料制造的,不过使用塑料就必须考虑低温发脆等问题。
减速弹翼能减慢炸弹下落速度,从而保证投弹飞机进行超低空突防时,能有足够的时间完成投弹、脱离等动作,而不为自己投下的炸弹所伤,并保证炸弹尽可能以垂直姿态命中目标。
目前航弹尾翼一般设计为模块化组件,可以根据使用环境更换合适的尾翼组件。某些炸弹可以让飞行员通过外挂管理系统设置减速尾翼组件工作模式,使减速炸弹在高空投掷时不张开尾翼,以免增加投弹误差。通过联动保险装置,还可以保证如果弹翼没打开,炸弹就不起爆,避免炸伤投弹飞机。
现代航弹还使用减速伞和减速气囊。所谓减速伞是加装在弹尾上、用于减速的小降落伞。在一些航弹上,要靠一个较小的引导伞拉出较大的主减速伞。伞又有十字形、旋转形等多种样式。减速气囊像一个开口很小的袋子,炸弹下落时释放出气囊,气流从气囊四个角上的开口处冲进气囊内部,气囊增大后增阻减速。有的气囊使用火药燃气完成吹鼓的工作。减速气囊和减速伞也可以让飞行员控制,高空投弹时无需开启。减速气囊和减速伞的制造工艺比减速尾翼要简单,它们受横风的干扰小,因此对精度影响较小。同时,气囊和伞展开时占据的空间较小,对投弹高度、连续投弹间隔等方面的限制更少一些。
(4)引信
现代航弹的引信和保险紧密融合在一起。引信的主要用途是令炸弹起爆,反之则令炸弹处于安定状态。根据其工作原理,引信可分为定时、定高、碰炸、压力等类型。例如中高空投掷的核航弹可以使用大气压力引信,通过测量气压,判断是否到达了起爆的高度。目前“碰炸+延时”是航弹引信最普遍的工作方式,引信在弹体撞击目标时被触发,经预先设置的时间延迟,引爆雷管、传爆管,进而使装药爆炸。
引信保险要确保炸弹的安全,通常有三种方法。使引信与引爆主装药的雷管分开,比如储藏时不装引信,或用可拔除的钢销分隔开引信、雷管;引信必须受到足够的外力作用才会触发,如把引信封装在金属外壳里面,只有强烈的撞击才能触动壳内的引信;采取延时、远距保险措施,当炸弹的飞行状态满足了特定条件后,引信才能起作用。
为确保安全,一枚航弹要至少采用两种保险方式。部分航弹装有一根连接着挂架和引信的保险钢绳,炸弹投下时拽紧的钢绳把引信扯到解除保险的状态,这样炸弹只有离开挂架后才能起爆。
引信还可以分为机械式和电子式两种。机械式引信在撞击时,内部的活动撞针会在惯性作用下猛烈冲撞雷管,雷管起爆,进而引发主装药。电子式引信通过电气元件之间的电流脉冲来实现起爆。电引信比机械引信复杂些,但设置工作方式、延时等方便灵活,不仅可以手动设置参数,还可以在飞行中由飞行员通过外挂管理系统进行设置。
如果引信加上定时机构,可以延时几毫秒到几十小时后才引爆炸弹。延时装置可以采用机械或电子钟表,也可以使用燃烧延时药盘来实现。如果需要杀伤地表上的软目标,可以把延时时间设得很短,炸弹则完全在地表上方爆炸。延时的另一个作用是阻碍敌方排弹行动。延时引信也可以使航弹定时自毁,以免被敌人缴获。
为确保可靠起爆,航弹经常用两个以上的引信。
(5)装药
装药是航空炸弹弹体内装填的炸药或特殊物质,是航弹发挥作用的核心部分。普通航弹装普通炸药或烟火药。主装药应尽量选用对摩擦、撞击不敏感的炸药,以保证安全。这些炸药用锤子敲也不一定会爆炸,因此,引信必须借助“敏感”而威力小的雷管去引爆“迟钝”而威力大的主装药。
最为广泛采用的航弹装药是成熟、便宜的TNT,也可使用混合多种化学成分而成的混合装药,例如Tritonal(TNT/铝混合炸药)、H6、RDX、NTO等更先进的炸药品种。较早期的混合装药,像TNT/铝混合炸药的威力比等重的TNT高50%左右,先进的混合装药威力就更加大了。
航空炸弹如何装药呢?一般常用浇铸的方法把熔化的炸药装入弹体内部。如果炸药熔点高,就将它和低熔点物质(蜂蜡、TNT等)混合起来熔化浇铸。另一种方法是用机械压缩方式进行装填。
如何评测航弹的爆炸威力呢?一般可用距离爆心若干米处(10米、100米,按炸弹大小适当取值)的冲击波超压值来衡量,这一数值越高威力越大。此外,抛土量也是重要的指标,因为使用触发引信的航弹能产生巨大的弹坑,弹坑的容积能够较好地描述航弹的威力。如3000-2型航弹抛土量高达300立方米。对于燃烧弹、破甲弹或者主要依靠高速破片进行杀伤的航弹,则有各种具体数值来评测,例如平方米内的有效火种数等等。
航空炸弹的总重一般较大,其中30%至40%是装药,因此航弹的威力是相当惊人的。一般的装甲输送车只能抵御10米外爆炸的155毫米榴弹破片,这些榴弹一般重30到45千克。采用专门设计的航弹能够更为有效地杀伤预期目标,例如我国的100——2航弹的破片能在10米处贯穿30毫米的均质装甲钢板。
4.航空炸弹的类型
常规航弹可以分为爆破、杀伤、燃烧、反坦克、反跑道、子母弹和特殊航弹等等。爆破、杀伤航弹依靠装药爆炸的冲击波和弹体碎片杀伤目标。燃烧弹一般采用凝固汽油、白磷、铝粉(或镁)、烟胶片、四氧化三铁等可燃物质,一般呈粉末或胶状,在扩爆装药的作用下能四处飞溅引火。反坦克航弹可利用聚能射流战斗部攻破坦克顶部,也可依靠弹体高速破片贯穿较薄的坦克侧装甲(如法国BAT120)。特殊航弹包括照明弹、烟雾弹、训练弹等,使用更特别的装药。训练弹或者干脆就没有装药,或者装药较少,仅生成闪光或烟雾以标示命中点。
目前,航空炸弹采用一系列高新技术,子母化、制导化、软化已成为世界各国航空炸弹的发展趋势。具体来说,新型航空炸弹有以下种类。
(1)航空制导炸弹
现代航空制导炸弹是在自由降落式普通炸弹(或称铁弹)的基础上,通过增加制导构件组成,是目前世界各国机载高精武器中数量最多的一种空地武器。现代航空制导炸弹的主要特点是结构简单、使用方便、造价低、射程远、命中精度高、效费比高。
标准弹药装配了制导战斗部后,具有非常高的命中精度,杀伤效率得到极大的提升。制导航弹的命中半径较普通炸弹功能降低50%。
①激光制导炸弹
激光制导炸弹是装有激光制导装置、能自动导向目标的炸弹。具有射程远、命中精度高、威力大和较强的抗电子干扰能力。投射时,载机上的激光照射器先向目标照射激光束,目标反射后由装在炸弹头部的激光导引头接收,并变换成电信号,输入炸弹控制舱,控制、导引炸弹飞向目标。在普通气象条件下,激光制导炸弹捕获目标率高,遇有雨、雾、灰尘、水时命中精度降低。
②红外成像制导炸弹
红外制导炸弹的构成原理与激光制导炸弹相同,由低阻爆破炸弹加装红外导引头和气动力控制部件构成。
该弹的红外导引头外形与第一代激光制导炸弹的风标式导引头相同,但内部采用的是波长8~12μm制冷锑镉汞(MCT)探测器,截获目标距离1千米,并采用制导计算机和伺服机械式飞行控制装置。
红外制导炸弹的主要特点是由于采用被动红外制导,在炸弹投放之后不需要载机继续瞄准目标,因而使载机获得投射后不管能力;由于其导引头截获目标距离1千米,使该弹可以攻击主战坦克,并能区分行进中的车辆与已被击毁或燃烧中的车辆,因此可对集群坦克实施攻击,具有多目标攻击能力;由于其后期型号采用折叠式大翼面尾翼装置,且整个炸弹气动外形性能有很大改善,射程至少7千米,具有一定的防区外投射能力;载机可实施低空水平投弹、上仰投弹、俯冲投弹、俯冲拉起投弹。
③毫米波制导炸弹
毫米波制导炸弹在恶劣气候和战场有遮蔽物的情况下具有良好的目标识别能力,可以采用无源方式工作。毫米波制导炸弹能从高低空投放,毫米波制导传感器可以排除假目标和低价值目标、选择真的和高价值目标,直接攻击坦克装甲车辆的顶装甲。
④远程制导航空炸弹
航空炸弹远程制导技术极大地促进了防区外远程制导航空炸弹的发展。
远程制导航空炸弹是在普通炸弹上通过加装惯性导航系统和全球定位系统使普通炸弹具有远距离精确打击能力,命中目标精度为130千米;在以上制导的基础上再加装毫米波雷达寻的头和电视摄像机进行末端制导,当毫米波扫描时,被攻击的目标图像被摄入并被锁定在“十字架”的光环中,命中目标精度达到30千米。
航空炸弹制导远程化给普通航空炸弹带来革命性的变化。
(2)子母炸弹
①反跑道子母炸弹
反跑道子母炸弹可以破坏和封锁机场跑道,母弹内装有30枚反跑道炸弹和215枚防跑道修复的杀伤地雷。炸弹采用空心装药破甲技术,可以大面积破坏跑道;杀伤地雷爆炸可以预先延时设定,战斗部由空心装药和预制破片组成,用以破坏和杀伤跑道上的机器设备和维修人员,使跑道难以修复。
②集束子母炸弹
集束子母炸弹是一种通过扩大杀伤面积来提高杀伤效能的航空子母炸弹。这种炸弹当降至预定的高度或到达设定的时间时会自动打开,射出数十甚至数百个子炸弹,它们在碰击地面目标时爆炸。较先进的双用途集束炸弹可以击穿125毫米装甲的破坏力,而且爆炸后形成的碎片可以在足球场大小的范围内产生巨大的杀伤力。
集束炸弹也存在一些问题,如储藏或投放时操作不当,或是炸弹着陆点的地面较松软,许多子炸弹有可能不会爆炸。
(3)软弹
①“云雾”杀手——燃料空气炸弹
燃料空气炸弹又称FAE武器,它是一种预装燃料和目标现场的空气以适当比例混合呈云雾状可燃、爆混合物,起爆后立即爆轰,产生类似核爆炸的压力和冲击波,是对地面部队、车辆、舰船、机场飞机、雷场实施大面积毁伤的一种高科技炸弹,被称为穷国的原子弹。
②以“电”治敌——纤维弹
这是一种以纤维为装药的特种弹药。根据装药的不同,它又分为碳纤维弹和金属纤维弹两种。
碳纤维弹是在炮弹或导弹的战斗部内填满大量的碳纤维,这种碳纤维材料具有记忆功能,以丝状成型又相互缠绕成团,压缩在弹体内。弹药爆炸后,能迅速恢复原有的形状。将碳纤维弹发射到敌方发电厂、配电站等供电设施的上空爆炸,大量的碳纤维丝团就会纷纷扬扬地飘落到电厂或电站的输电线上,破坏电厂的正常送电,造成供电受阻。
金属纤维弹使用的装料是一种良性导体金属材料。用这种金属纤维物质为主装料的弹体在爆炸后,会在起爆药的作用下变成很短的纤维或金属粉末。它们悬浮在空气中形成粉末烟云气溶胶,潜入坦克或其它车辆内部,使车辆内部的诸多绝缘件失效而短路,破坏车内电器的正常线路,造成难以正常行驶或根本不能行驶的局面。
③电子“杀手”——微波弹
高功率微波弹药就是利用高能微波波束干扰或摧毁敌人C4ISR系统、战术无线网络、数据/通信链路的信息攻击弹药。高功率微波弹药主要由大功率微波源、微波器件、高增益定向天线、发射装置、控制系统及其他辅助设备构成。其作用原理是在目标区上空一定高度,微波装置被抛出并开始工作,它产生辐射频率为300MHz~30GHz、峰值功率可达GW以上的电磁脉冲,可借助电子设备的天线、电磁屏蔽“缝隙”、“后门”或“天窗”,干扰或摧毁电子设备。
④死“粘”滥“打”——泡沫弹
这是一种以性能极强的粘胶物质为主要装料的弹药,是反坦克泡沫弹。此弹命中坦克爆炸后,弹内所装粘胶剂与空气混合迅速形成雾团覆盖坦克。这种雾具有固化快、黏结力极强、不透光、不易清除的特点,一部分胶雾随空气进入发动机,在高温条件下瞬间固化,阻碍气缸活塞动力,发动机停火,使坦克失去机动能力。另一部分直接飘落到各个光学窗口,堵塞观察和瞄准器材的光道,使坦克成员无法观察敌情、无法指挥和瞄准射击,从而丧失战斗力。
⑤在战区上空游荡——巡飞弹
巡飞弹是指能在目标区进行巡航飞行,可承担战场监视、目标侦察、战斗毁伤评估、空中无线电中继以及攻击目标等单一或多项任务的弹药,它由战斗部、制导装置、推进系统、控制装置等部分组成。美国是该类弹药发展的先导者。
巡飞弹内置固体推进器或小型涡轮喷气发动机,可在目标区巡航飞行15~30分钟以上。该弹搭载图像传感器、化学或生物探测传感器、气象仪器、非致命性战斗部等载荷,具有目标搜索、目标监视与定位、目标指示、战斗毁伤评估、攻击目标等功能。同时,它可由地面站进行控制,弹丸飞行中可改变飞行状态并执行另外分配的任务。