李儒豪

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，火炮是不可或缺的一種殺傷力巨大的武器?；鹋诎l(fā)射時(shí)，彈丸閃電般地飛向發(fā)射目標(biāo)，轟鳴聲震耳欲聾?；鹋谠诂F(xiàn)代軍事中扮演著舉足輕重的角色，它射程遠(yuǎn)、威力大，很多國(guó)家一直致力于研究高性能火炮。決定火炮威力與射程的一項(xiàng)重要因素就是火炮的含能材料，也就是火炸藥。2017年1月8日，王澤山院士因其在火炸藥領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)獲得2016年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。這位81歲高齡的老院士是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的3項(xiàng)國(guó)家科技一等獎(jiǎng)獲得者。那么，王澤山院士研究的究竟是什么呢？王澤山院士究竟研究出了什么樣的成果，使他獲此殊榮呢？

炸藥：我有大能量

說到火炮“裝藥設(shè)計(jì)”，我們先來了解一下炸藥到底是什么。說到炸藥，同學(xué)們可能會(huì)疑惑，它為什么會(huì)有這么大的威力呢？其實(shí)，炸藥和書本、紙張、衣服、球鞋等一樣，都只是物質(zhì)的一種存在形式，由原子和分子組成。炸藥之所以具有巨大的殺傷力，就在于它能夠瞬時(shí)釋放出大量能量。

那能夠釋放能量就會(huì)具有如此強(qiáng)大的威力嗎？顯然不是，燃燒的物體都會(huì)釋放能量，比如紙張。如果我們點(diǎn)燃紙張，紙張也會(huì)燃燒并釋放大量的熱量，熱量就是能量的一種形式?？蔀槭裁醇垙堉皇窃谌紵?，而炸藥卻會(huì)爆炸呢？

炸藥：為什么會(huì)爆炸？

不同的物質(zhì)在燃燒時(shí)釋放的能量是不同的。同樣是依靠燃燒釋放熱量，到底是什么造成了這樣的差異呢？

我們可以粗略地將可燃物的燃燒分為釋放能量和傳播能量?jī)蓚€(gè)過程。能量從產(chǎn)生（通過燃燒從物質(zhì)中跑出來）和傳播到環(huán)境（我們感受到熱）這兩個(gè)過程都不是瞬間完成的，需要一定的時(shí)間。換言之，釋放能量和傳播能量都有著一定的速度與之對(duì)應(yīng)。

當(dāng)傳播能量的速度等于釋放能量的速度時(shí)，燃燒造成的溫度保持不變，就像以同樣的速度向水池一邊注水一邊排水，水池的總水量保持不變。當(dāng)傳播能量的速度快于釋放能量的速度時(shí)，燃燒的溫度越來越低，逐漸低到燃點(diǎn)以下，燃燒就會(huì)自動(dòng)停止。所以，我們?nèi)绻讶紵募垙埰戒佋诘厣?，紙張?huì)停止燃燒——地面太涼了，它會(huì)快速地帶走燃燒的熱量。當(dāng)傳播能量的速度慢于釋放能量的速度時(shí)，理論上溫度就會(huì)越來越高，實(shí)現(xiàn)了在局部區(qū)域內(nèi)能量的聚集。

炸藥最大的特點(diǎn)就是能夠非?？焖俚蒯尫拍芰?，我們甚至可以認(rèn)為能量是瞬間被釋放出來的，而在這一瞬間，它甚至還沒來得及被傳播出去。其結(jié)果就是，在一個(gè)極為狹小的空間內(nèi)，瞬間擠進(jìn)去巨大的能量，在下一個(gè)瞬間，這些能量會(huì)以驚人的速度向四周擴(kuò)散——“砰！”爆炸了！

由于炸藥具有蘊(yùn)含著豐富的能量這一特點(diǎn)，在科學(xué)領(lǐng)域，炸藥也被稱為“合能材料”。在含能材料家族中，炸藥只是其中一種，它有著最快的釋放能量的速度。除了它之外，還有比它釋放能量稍慢一些的火藥（常用于火箭、導(dǎo)彈與火炮的推進(jìn)劑或發(fā)射藥）和一些其他特殊用途的家庭成員。

火炮：評(píng)價(jià)我可以從三個(gè)方面出發(fā)

王澤山院士提出了火炮炸藥裝填的新方式和彈道理論，這具有重大的意義。自從人類利用炸藥進(jìn)行戰(zhàn)斗，火炮幾乎是最為悠久的武器，其威力無窮，在戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)揮著重大作用。那么，問題來了：如何評(píng)價(jià)一套火炮武器系統(tǒng)呢？我們可以從威力、射程、精度三方面綜合考量。

事實(shí)上，火炮的威力與火炮本身關(guān)系不大，主要在于彈丸的設(shè)計(jì)。彈丸內(nèi)填裝的炸藥越多，它爆炸時(shí)的威力自然就越大；但與此同時(shí)，彈丸就會(huì)變得更加沉重，火炮會(huì)變得難以將彈丸拋向遠(yuǎn)方。王澤山院士研究了威力更大、更滿足需求的炸藥，在盡可能不增加彈丸重量的前提下，讓威力上升。

解決了威力的問題，射程遠(yuǎn)近就是需要我們解決的下一個(gè)問題。倘若火藥具有令人滿意的威力，但打不到目標(biāo)，豈不是更慘？增加射程無可厚非，但是通常會(huì)遇到各種“攔路虎”。

方案一：增加炮管的長(zhǎng)度，副作用是不僅會(huì)降低火炮的機(jī)動(dòng)性——長(zhǎng)長(zhǎng)的炮管使得火炮動(dòng)起來十分費(fèi)勁，就像你跑步時(shí)舉著一根長(zhǎng)棍，而且過長(zhǎng)的炮管伴隨附加的重量，炮管可能將自身壓彎，發(fā)射時(shí)，還會(huì)加劇炮管口的抖動(dòng)，導(dǎo)致精度下降。

方案二：增大炮管內(nèi)部的壓力（即膛壓），為彈丸的發(fā)射提供更強(qiáng)有力的推動(dòng)。但這會(huì)加重炮管的負(fù)擔(dān)，為了承受這種壓力，我們不得不加厚炮管，而這會(huì)導(dǎo)致火炮變得笨重，難以移動(dòng)。

面對(duì)這樣的困境，王澤山院士另辟蹊徑，他不改變火炮本身的結(jié)構(gòu)——炮管的長(zhǎng)度抑或厚度，而是將原有的發(fā)射炸藥以更加恰當(dāng)?shù)姆绞教钛b在彈丸內(nèi)部，使得同樣劑量的炸藥能夠發(fā)揮更大的威力。

最后，再來說說火炮精度的問題。降低精度的主要原因有二：一是炮管口抖動(dòng)，王澤山院士已經(jīng)通過不改變火炮結(jié)構(gòu)避免降低精度；另一個(gè)是在發(fā)射炮彈之前，提前預(yù)估炮彈的落點(diǎn)，這相當(dāng)于射擊中的瞄準(zhǔn)（其實(shí)還有其他很多原因，比如每次發(fā)射對(duì)炮管的損耗和彈藥生產(chǎn)的穩(wěn)定性等）。而對(duì)于后者，王澤山院士提出了新的彈道理論，這能夠帶來更加精確的瞄準(zhǔn)結(jié)果，讓我們的火炮不僅威力大，而且打得遠(yuǎn)、打得準(zhǔn)。

通過實(shí)際驗(yàn)證，中國(guó)火炮在應(yīng)用王澤山院士的技術(shù)發(fā)明后，其射程能夠提高20%以上，最大發(fā)射過載有效降低25%以上！

責(zé)任編輯：夏越 責(zé)任校對(duì)：陸艷