美軍裝藥研發(fā)演進(jìn)：高能材料突破與供應(yīng)鏈危機(jī)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(yán)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(qiáng)，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(hù)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(yùn)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(jìn)劑。當(dāng)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(qiáng)大的新型炸藥——六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)，其獨(dú)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(jìn)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(jìn)劑。

圖注：RDX、HMX和CL-20能量指標(biāo)及機(jī)械感度的比較(來源：兵器裝備工程學(xué)報)

CL-20的密度達(dá)2.04 g/cm3，遠(yuǎn)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(jìn)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(dú)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(jì) 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(dāng)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(fēng)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(rèn)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(xué)穩(wěn)定性，而不產(chǎn)生爆炸，同時保持與傳統(tǒng)炸藥相當(dāng)?shù)膽?zhàn)場毀傷效能。此外，BAE Systems公司還在推進(jìn)下一代鈍感炸藥開發(fā)，其目標(biāo)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(kuò)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(fēng)險，但其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 RDX等毒性物質(zhì)需進(jìn)行嚴(yán)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(hù)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(jī)制，嚴(yán)格遵循《綜合環(huán)境反應(yīng)、賠償和責(zé)任法》、《資源保護(hù)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(dá)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(jì)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(jìn)的能源學(xué)研究方面已經(jīng)停滯。喬治城大學(xué)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(xué)家表示：“我離開能源學(xué)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(dāng)前，美軍裝藥現(xiàn)代化進(jìn)程正面臨著技術(shù)代差、供應(yīng)鏈危機(jī)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。(來源：北京藍(lán)德信息科技有限公司)

參考資料

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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(qiáng)，宋秀鐸，等.CL-20降感處理技術(shù)及在CMDB推進(jìn)中的應(yīng)用[J].兵器裝備工程學(xué)報，2022，43(02)：151-157.