美軍裝藥研發(fā)演進：高能材料突破與供應(yīng)鏈危機并存

導(dǎo)讀：美國自二戰(zhàn)后依托深厚的軍工技術(shù)積淀與完備的科研體系，在武器裝藥領(lǐng)域已實現(xiàn)從傳統(tǒng)炸藥到新型高能鈍感材料的代際跨越，但其生產(chǎn)原材料嚴重依賴外部供應(yīng);新型高能材料因工藝復(fù)雜與成本壓力難以規(guī)模化應(yīng)用，基礎(chǔ)研究的滯后更導(dǎo)致技術(shù)迭代乏力。這些矛盾交織，凸顯美國傳統(tǒng)軍工體系應(yīng)對新時代戰(zhàn)爭需求的深層困境。

傳統(tǒng)裝藥的研發(fā)和應(yīng)用

大多數(shù)傳統(tǒng)高爆炸藥是由芳香族化合物(苯、甲苯等)經(jīng)硝化而形成的。在這些同系物中三硝基甲苯(TNT)因合成工藝成熟、物理性質(zhì)穩(wěn)定且適用性極強，成為全球應(yīng)用最廣泛、知名度最高的炸藥。

TNT炸藥

TNT的能量密度為1.42KJ/g，爆速6900 m/s。盡管制造成本低廉且在軍事、工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但其威力在面對現(xiàn)代裝甲防護需求時逐漸顯露出局限性。因此，美軍自二戰(zhàn)結(jié)束后便著手研發(fā)能量密度更高的替代品，奧克托今(HMX)應(yīng)運而生。

HMX作為二戰(zhàn)后研發(fā)的第二代高能炸藥，其能量密度為2.67 kJ/g, 爆速9000 m/s，威力約是TNT的1.5倍，至今仍是美軍主流含能材料。HMX 廣泛應(yīng)用于破甲彈戰(zhàn)斗部裝藥、聚合物粘結(jié)炸藥(PBX)及固體火箭推進劑。當HMX與TNT按 70%:30% 或75%:25%的質(zhì)量比熔融混合后，可制得奧克托爾(Octol)，其綜合了HMX的高爆速與TNT的良好成型性，成為早期精確制導(dǎo)武器的理想裝藥。

使用Octol裝藥的BGM-71陶式導(dǎo)彈

高能材料革命

1987年美國海軍研究人員發(fā)明了一種威力強大的新型炸藥——六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)，其獨特的籠狀分子結(jié)構(gòu)賦予了該炸藥極高的能量密度(3.84kJ/g)與爆速(9600m/s)，是目前能量最高的非核單質(zhì)炸藥，同等質(zhì)量下的爆炸威力約是TNT的3倍。主要用于高超音速導(dǎo)彈、先進制導(dǎo)武器、破甲武器彈頭以及其他需要高爆炸威力的軍事用途的火箭推進劑。

圖注：RDX、HMX和CL-20能量指標及機械感度的比較(來源：兵器裝備工程學報)

CL-20的密度達2.04 g/cm3，遠超HMX(1.90 g/cm3)和 TNT(1.65 g/cm3)，它的核心優(yōu)勢在于在有效縮減戰(zhàn)斗部體積與重量的情況下還顯著提高了彈藥的毀傷能力，這一特性對大威力精確制導(dǎo)武器尤為關(guān)鍵。輕量化高能裝藥不僅提升導(dǎo)彈推重比，優(yōu)化推進劑的燃燒性能，實現(xiàn)飛行速度與射程的雙重優(yōu)化，更通過壓縮戰(zhàn)斗部空間，為制導(dǎo)系統(tǒng)、燃料艙等關(guān)鍵部件釋放更多載荷余量。

雖然美國是最早成功研發(fā)出CL-20的國家，但由于國防部的官僚主義障礙，以及技術(shù)和生產(chǎn)門檻高，至今每公斤CL-20的生產(chǎn)成本仍超過1000美元，因此美軍從未大規(guī)模使用。

鈍感炸藥的研發(fā)

1967年7月，一枚火箭意外發(fā)射到美國“福萊斯特”號航空母艦的飛行甲板上。初始爆炸引發(fā)的火災(zāi)因彈藥連鎖殉爆急劇升級，導(dǎo)致134名水兵喪生。無獨有偶，1991年海灣戰(zhàn)爭期間，科威特城附近的陸軍多哈營地發(fā)生火災(zāi)，儲存的火炮彈藥因高溫環(huán)境相繼爆炸，造成災(zāi)難性后果。

鑒于此類事故的慘痛教訓(xùn)，美國國防部于 20 世紀 90 年代末啟動了一項由政府資助的鈍感炸藥(IM)研究計劃。IM的核心特性在于：當遭受高速沖擊、火焰灼燒、彈片撞擊、聚能射流侵徹或鄰近爆炸沖擊時，僅發(fā)生穩(wěn)定燃燒而非劇烈爆轟。IM的應(yīng)用可降低艦載/車載彈藥庫殉爆風險，使前沿部署部隊在遭受首輪打擊后仍保持持續(xù)火力輸出能力。其配方體系融合了2,4 -二硝基苯甲醚(DNAN)、硝基胍(NQ)、3 -硝基- 1,2,4-三唑- 5 -酮(NTO)等新型鈍感組分，同時兼容RDX、HMX等傳統(tǒng)高能成分，在安全性與毀傷效能間實現(xiàn)關(guān)鍵平衡。

美軍常見的軍用炸藥和鈍感炸藥的配方

美國BAE System公司研發(fā)的新型鈍感炸藥IMX-101已通過美國陸軍認證并在2013年獲得價值7.8億美元的生產(chǎn)合同。經(jīng)測試表明，其在遭受81毫米炮彈直接命中時仍能保持化學穩(wěn)定性，而不產(chǎn)生爆炸，同時保持與傳統(tǒng)炸藥相當?shù)膽?zhàn)場毀傷效能。此外，BAE Systems公司還在推進下一代鈍感炸藥開發(fā)，其目標產(chǎn)品IMX-104和PAX-48旨在替代迫擊炮和坦克彈藥中廣泛使用的B型復(fù)合炸藥(由RDX與TNT混合而成)。

IMX-104和PAX-48與B型復(fù)合炸藥威力對比

2023年，美國陸軍與美國、加拿大、印度和波蘭的9家防務(wù)承包商簽訂了總價值15億美元的合同，旨在擴大155毫米炮彈的全球生產(chǎn)能力。此次采購涵蓋1420萬磅散裝高能材料，包括TNT和IMX-104鈍感炸藥，其中6億美元用于田納西州霍爾斯滕陸軍彈藥廠(HSAAP)將IMX-104產(chǎn)能提升三倍。

霍爾斯滕陸軍彈藥廠

美軍裝藥生產(chǎn)研發(fā)的困境

雖然鈍感炸藥可以降低意外引爆風險，但其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 RDX等毒性物質(zhì)需進行嚴格環(huán)保處理，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅攀升。美國環(huán)境保護署(EPA)在2025年1月更新的《彈藥響應(yīng)指南》明確要求美國國防部建立全流程審查和清除機制，嚴格遵循《綜合環(huán)境反應(yīng)、賠償和責任法》、《資源保護和回收法》等法規(guī)，以杜絕彈藥成分及有毒副產(chǎn)物對土壤、地下水和地表水的污染。

美國國防部的一項研究揭示其裝藥生產(chǎn)供應(yīng)鏈存在系統(tǒng)性漏洞：中國是多種用于彈藥和導(dǎo)彈的關(guān)鍵高能材料的唯一或主要供應(yīng)商。在198家二級和三級供應(yīng)商中，高達98%的生產(chǎn)原材料依賴單一或唯一來源，且本土生產(chǎn)仍依賴少數(shù)幾家使用20世紀設(shè)備的政府直屬工廠。2024年10月，美國陸軍彈藥項目主任羅杰斯在2024年10月的訪談中提到：“美軍現(xiàn)在沒有任何從美國國內(nèi)獲得TNT的途徑，甚至在俄烏沖突之前，需要從烏克蘭購買TNT”。

俄烏沖突后，美國開始尋求日本作為TNT的主要供應(yīng)商

更糟糕的是，美國在先進的能源學研究方面已經(jīng)停滯。喬治城大學戰(zhàn)略與新興技術(shù)中心的數(shù)據(jù)顯示，過去五年來，中國發(fā)表的含能材料相關(guān)論文數(shù)量幾乎是美國的七倍。一位美國前國防部科學家表示：“我離開能源學領(lǐng)域已經(jīng)31年了，但在我離開的這段時間，什么都沒有改變。”

總結(jié)

當前，美軍裝藥現(xiàn)代化進程正面臨著技術(shù)代差、供應(yīng)鏈危機與制造成本高昂的多重挑戰(zhàn)。從新型高能材料的研發(fā)到彈藥的規(guī)模化生產(chǎn)，每個環(huán)節(jié)都暴露出美國傳統(tǒng)軍工體系與現(xiàn)代化戰(zhàn)爭需求之間的深層次矛盾。

具體而言，工業(yè)基礎(chǔ)的斷層和關(guān)鍵原材料對外依存度高，已成為美軍裝藥體系現(xiàn)代化的核心瓶頸。這種脫節(jié)不僅體現(xiàn)在技術(shù)研發(fā)與實際生產(chǎn)的銜接上，更反映出整個軍工供應(yīng)鏈在應(yīng)對現(xiàn)代戰(zhàn)爭快速變化需求時的脆弱性。美軍傳統(tǒng)軍工體系的固有模式，正與新時代下對裝藥高效、靈活、低成本生產(chǎn)的需求產(chǎn)生越來越明顯的沖突。(北京藍德信息科技有限公司)

參考資料

1. Ukraine War Shows America Could Be Outgunned Without Investing in Energetics

2. EPA Munitions Response Guidelines

3. Assessing and Strengthening the Manufacturing and Defense Industrial Base and Supply Chain Resiliency of the United States

4. https://www.baesystems.com/en/feature/making-explosives-safer

5. Army Wants Its New Tank-Busting 155mm Artillery Shells To Work Cooperatively To Find Their Targets

6. Influence of CL-20 Content and Its Particle Size Gradation on Combustion Performance of NEPE Propellants

7. https://www.defense.gov/News/News-Stories/Article/Article/3791962/army-opens-new-munitions-facility/

8. 任曉斌，李軍強，宋秀鐸，等.CL-20降感處理技術(shù)及在CMDB推進中的應(yīng)用[J].兵器裝備工程學報，2022，43(02)：151-157.