李兵倉(cāng)

陸軍軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院武器殺傷生物效應(yīng)評(píng)估研究室，重慶 400042

低附帶毀傷彈藥(low-collateral damage amunition,LCDA)又稱為聚焦殺傷武器(focused lethality munition，F(xiàn)LM)。它可將人員和建筑物的毀損控制在有限范圍內(nèi)，從而盡量降低目標(biāo)周圍無(wú)辜的附帶毀傷[1]?！?11事件”以來(lái)，美軍作戰(zhàn)形式多為反恐戰(zhàn)，建筑物林立和人口稠密城市也經(jīng)常作為戰(zhàn)場(chǎng)，作戰(zhàn)目標(biāo)多與民用建筑混雜，打擊對(duì)象也常與平民共居。如軍事攻擊使民用建筑毀傷過(guò)大或平民傷亡過(guò)多，攻擊方必然遭到國(guó)際社會(huì)的譴責(zé)，不僅政治被動(dòng)，經(jīng)濟(jì)損失也巨大。迄今為止，國(guó)際上對(duì)LCDA定義并無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，小威力彈藥相對(duì)于大威力彈藥造成的是低附帶毀傷；制導(dǎo)技術(shù)控制下的“點(diǎn)毀傷”相對(duì)非制導(dǎo)武器的“面轟炸”也是低附帶毀傷。專門研制的LCDA是在高能炸藥中添加重金屬，用非金屬?gòu)棜ご娼饘購(gòu)棜?，從而控制爆炸沖擊波的傳播范圍和破片的飛行距離，以控制戰(zhàn)斗部的毀傷威力。由此可見(jiàn)，隨著彈藥毀傷元的改變，LCDA對(duì)人體的毀傷程度與傳統(tǒng)彈藥會(huì)有所不同。但有關(guān)LCDA戰(zhàn)傷病例罕見(jiàn)，也缺乏生物毀傷效應(yīng)的研究報(bào)道。筆者推測(cè)這種現(xiàn)狀可能和戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)模有關(guān)，規(guī)?；瘧?zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)思想與反恐行動(dòng)/定點(diǎn)清除不同，前者注重大量消滅敵方作戰(zhàn)力量，后者將恐怖個(gè)體作為擊殺重點(diǎn)，而戰(zhàn)傷調(diào)查較少把規(guī)模有限的反恐作戰(zhàn)列為關(guān)注重點(diǎn)。至于缺乏生物殺傷效應(yīng)研究的原因筆者不詳，可能與試驗(yàn)機(jī)會(huì)少抑或保密有關(guān)。

1 研究概況

美國(guó)最先開(kāi)展LCDA研究[2]，實(shí)際應(yīng)用也最多。早在1993年美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL)就開(kāi)展了復(fù)合材料彈體的研究[3]，成功研制了低附帶毀傷炮彈(彈殼用碳纖維復(fù)合材料替代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料，彈帶用玻璃纖維尼龍材料替代銅合金材料)[4]，多次進(jìn)行了混凝土侵徹試驗(yàn)[5]。美國(guó)波音公司也牽頭研發(fā)了多款LCDA，用以摧毀指揮中心、通信中心、火炮與導(dǎo)彈陣地等硬目標(biāo),但對(duì)附近的軟目標(biāo)卻毀傷甚少[6]。美國(guó)于2006年首次將LCDA投入實(shí)戰(zhàn)[7]。

炸藥中重金屬添加劑一直為人們所關(guān)注，研究的重點(diǎn)是重金屬炸藥爆轟波傳播、重金屬種類、重金屬含量、重金屬對(duì)爆速的影響以及重金屬顆粒的擴(kuò)散規(guī)律。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)鎢粉含量在黑索金炸藥中占比為70%～90%時(shí)，爆轟波必須繞過(guò)稠密的金屬顆粒再起爆后續(xù)炸藥，從而使爆轟波繼續(xù)傳播。把密度較大的鎢粉和密度較小的鋁、鈹加入黑索金后，前者不易被爆轟波加速，后者更容易被爆轟波驅(qū)動(dòng)，因而在相同條件下輕金屬獲得的初速更高[8]。重金屬顆粒明顯增強(qiáng)近場(chǎng)的沖擊載荷，而對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)沖擊載荷的增強(qiáng)作用小。近場(chǎng)金屬顆粒攜帶動(dòng)能較大，顆粒的動(dòng)態(tài)沖擊與空氣沖擊波的作用相互疊加，使近場(chǎng)沖擊載荷更強(qiáng)[9]。有研究表明，重金屬顆?？商岣呓鼒?chǎng)沖擊載荷2倍，其在近場(chǎng)的動(dòng)量為氣體動(dòng)量的3～4倍[10]。另外，重金屬顆粒可以使炸藥的表密度減小，爆轟壓力和爆轟速度下降，因而近場(chǎng)殺傷作用強(qiáng)，遠(yuǎn)場(chǎng)殺傷作用弱[11]。

我國(guó)的LCDA研究雖起步較晚，但近十幾年的基礎(chǔ)研究也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。如成功研制了碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)和金屬組成的復(fù)合彈體[12]，篩選了LCDA內(nèi)裝填重金屬的種類[13]，證明了爆炸后CFRP殼體沖擊波超壓高于鋼質(zhì)殼體[14]，炸藥中加入重金屬粉末，復(fù)合材料殼體爆破后沖擊波正壓持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)[15]，建立了重金屬顆粒拋撒速度-外殼-裝藥三者之間的關(guān)系模型[16-17]及低附帶毀傷彈藥爆炸拋撒的理論模型[13],證明鎢粉拋撒初速與炸藥/鎢粉質(zhì)量比呈非線性遞增關(guān)系，增大兩者的質(zhì)量比能增大鎢粉的初速，但質(zhì)量比>0.1794后，增速作用開(kāi)始減小[18]。論證了炸藥拋撒金屬顆粒群的裝藥方式，證明分裝時(shí)金屬顆粒容易燒結(jié)成團(tuán)且空間分布不均，混裝方式則顆粒不會(huì)燒結(jié)，分散劑可使金屬顆粒的分散性更好[11,19]。除此之外，也探討了用陶瓷球代替重金屬制作LCDA的方法[20]及其初速、殺傷性能與碳纖維殼體壁厚的關(guān)系[21]，證明在2～6mm范圍內(nèi)，陶瓷球的初速與殼體厚度呈線性關(guān)系，因而調(diào)節(jié)殼體壁厚可控制陶瓷球的初速。相信隨著這些基礎(chǔ)研究的進(jìn)步，具有中國(guó)技術(shù)特點(diǎn)的定型彈藥產(chǎn)品很快會(huì)問(wèn)世。

2 武器種類

國(guó)外 LCDA的種類較多，可主要?jiǎng)澐譃闄C(jī)載型和陸射型兩大類。由于無(wú)人機(jī)具有成本低、零傷亡、察打一體的優(yōu)點(diǎn)，更能滿足信息戰(zhàn)、精確戰(zhàn)和陸、海、空、天、電“五維”一體的戰(zhàn)場(chǎng)需求，因而由無(wú)人機(jī)發(fā)射的LCDA最受重視，是未來(lái)航空軍事裝備的發(fā)展方向之一，且向著小型化(通常<30kg)、通用化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展[22]。

機(jī)載型LCDA有精確制導(dǎo)的航空炸彈、火箭彈、導(dǎo)彈等。如IMPI導(dǎo)彈：重25kg，直升機(jī)發(fā)射，3 660m高空發(fā)射射程為10km；“格里芬”導(dǎo)彈：重約15kg，直升機(jī)和無(wú)人機(jī)發(fā)射，發(fā)射距離為16～20km,可鎖定110m/h時(shí)速的運(yùn)動(dòng)車輛，殺傷半徑7.6m；小型戰(zhàn)術(shù)彈藥：重5.4kg，無(wú)人機(jī)發(fā)射，1 500m和3 650m高度發(fā)射時(shí)射程分別為2km與7km，殺傷半徑5m；輕型多用途導(dǎo)彈：總重13kg(彈徑76mm，彈長(zhǎng)1.3m),無(wú)人機(jī)發(fā)射，打擊相距400m～8km,最大飛行速度為1.5Ma；空投制導(dǎo)迫擊炮彈：由81mm迫擊炮彈改進(jìn)而來(lái)(尾翼加裝配有引信的GPS制導(dǎo)組件)，重3.6kg,另有改自60mm和120mm迫擊炮彈的品種(重量分別為2.72kg和15kg),無(wú)人機(jī)發(fā)射，2 400m高空投放時(shí)其毀傷范圍為2m之內(nèi); “軍刀”彈藥:有滑翔和火箭助推兩種型號(hào)，重約4.5kg(滑翔型)和13.6kg(火箭助推型),配備可折疊彈翼，由無(wú)人機(jī)發(fā)射，火箭助推型的射程為30km;“彈簧刀”彈藥:發(fā)射升空后折疊機(jī)翼自動(dòng)展開(kāi)，攻擊時(shí)則收起機(jī)翼變?yōu)樾⌒脱埠綄?dǎo)彈。戰(zhàn)斗部重0.3kg，射程10km，巡航速度101km/h,末段速度為160km/h。該彈加裝了10M像素的熱成像照相機(jī)，從而增強(qiáng)了夜戰(zhàn)能力[6]。AGM-114 R9X“地獄火”導(dǎo)彈(又稱“刀子導(dǎo)彈”、“忍者導(dǎo)彈”)：由“地獄火”導(dǎo)彈改進(jìn)而來(lái)，長(zhǎng)1.6m，重45.36kg，無(wú)人機(jī)發(fā)射，其最大特點(diǎn)是戰(zhàn)斗部由6把1.2m長(zhǎng)的鈦合金刀片代替炸藥，在導(dǎo)彈撞擊目標(biāo)之前刀片彈出并飛速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生冷兵器的殺傷效果，從而大大降低了附帶殺傷效應(yīng)。2020年1月3日，伊朗 “圣城旅”指揮官卡西姆·蘇萊曼尼少將就被該導(dǎo)彈絞殺。

陸射型LCDA有M31制導(dǎo)火箭彈、“火影”巡飛彈、“長(zhǎng)釘”非瞄準(zhǔn)線導(dǎo)彈、小型致命彈藥等。M31制導(dǎo)火箭彈是由GPS制導(dǎo)的227mm火箭彈，戰(zhàn)斗部重90kg，打擊距離90km,改進(jìn)型的火箭彈重為59kg，打擊距離120km，具備觸發(fā)/延時(shí)/空爆三種引信，多枚齊射時(shí)每枚火箭彈的徑向誤差<5m；“火影”巡飛彈戰(zhàn)斗部重22kg,彈長(zhǎng)4m，彈翼翼展4m,可巡飛10h，射程140km；“長(zhǎng)釘”非瞄準(zhǔn)線導(dǎo)彈重70kg，射程25km,該彈配用彩色/熱成像雙波段光電導(dǎo)引頭；小型致命彈藥系統(tǒng)由1個(gè)地面控制站和2枚彈藥及其發(fā)射器構(gòu)成，全套系統(tǒng)重量為2.49kg，彈長(zhǎng)55.9cm，射程超過(guò)3km[6]。

3 毀傷特點(diǎn)

傳統(tǒng)毀傷彈藥主要依靠爆炸沖擊波和金屬破片打擊目標(biāo)，因而附帶毀傷大(金屬破片飛散距離遠(yuǎn))，而LCDA的彈殼由非金屬?gòu)?fù)合材料(碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料)制成。非金屬?gòu)棜け〞r(shí)可被燃燒消耗，質(zhì)量輕，飛行速度低，飛行距離短，從而只對(duì)5m范圍內(nèi)的近場(chǎng)目標(biāo)有很強(qiáng)的毀傷作用。有試驗(yàn)測(cè)定了玻璃纖維增強(qiáng)尼龍塑料殼體爆炸后破片的有關(guān)參數(shù)，其質(zhì)量為0.30～4.08g(平均1.25g)時(shí)，距爆心 2m處的速度為600m/s,3m處為 440m/s，4m和7m處分別為320m/s和110m/s，22m處的飛行速度基本降為零，其對(duì)7m處效應(yīng)靶只造成了少量輕微打擊痕跡，此距離上破片最大動(dòng)能僅有 23.41J,遠(yuǎn)小于78.4J的破片殺傷標(biāo)準(zhǔn)[23]?？梢?jiàn)非金屬?gòu)棜げ牧显跉嚯x和殺傷動(dòng)能上都小于金屬?gòu)椘?/p>

傳統(tǒng)殺爆彈裝填的是高能炸藥，而LCDA裝填的是高密度惰性金屬炸藥(dense inert metal explosive,DIME)[24]。DIME由少量高能單質(zhì)炸藥(HMX-奧托金、RDX-黑索金)和大量惰性金屬顆粒(鎢、鉆、鎳)以及活性金屬(鋁)混合而成[7]。高能單質(zhì)炸藥使復(fù)合材料彈體破碎和燃燒，并驅(qū)動(dòng)金屬顆粒高速運(yùn)動(dòng)形成金屬射流[5]，但重金屬顆粒的速度呈指數(shù)衰減，因而只在近場(chǎng)有較大的殺傷動(dòng)能[25]。另外，DIME形成的近場(chǎng)超壓高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而遠(yuǎn)場(chǎng)超壓低，加之非金屬材料飛行距離短以及燃燒消耗，從而只對(duì)5m范圍內(nèi)的近場(chǎng)軟目標(biāo)有很強(qiáng)的殺傷作用。鋁屬于低密度活性金屬,具有較高的氧化熱反應(yīng)和較強(qiáng)的后燃效應(yīng),其在高溫高壓條件下可與爆轟產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng),從而極大地提高了近場(chǎng)內(nèi)的爆溫和爆熱?？梢?jiàn)，DIME與傳統(tǒng)高能炸藥相比，具有近場(chǎng)沖擊波作用強(qiáng)和金屬顆粒殺傷距離近的特點(diǎn)。

4 人員毀傷

筆者檢索了SinoMed、CBM等中文生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，也檢索了PubMed、GeenMedical等英文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，甚至美國(guó)專門刊載軍事醫(yī)學(xué)的《Military Medicine》雜志，均未檢索到LCDA對(duì)生物殺傷的公開(kāi)報(bào)道。李俊承等[25]測(cè)試了LCDA中鎢球顆粒(直徑50、200、500、1 000、1 500μm)對(duì)肥皂靶(迎彈面為邊長(zhǎng)32cm的正方形，可模擬人體軟組織)的毀傷效能。結(jié)果表明，近場(chǎng)鎢粒團(tuán)的速度為1 000m/s左右，遠(yuǎn)場(chǎng)則不超過(guò) 100m/s；近場(chǎng)鎢粒團(tuán)表面溫度為443℃，遠(yuǎn)場(chǎng)為90℃。當(dāng)用6.8g RDX驅(qū)動(dòng)直徑為500μm、總重量為6.8g的鎢球顆粒團(tuán)時(shí)，31.7%鎢?？梢該糁芯喟l(fā)射端口40cm的肥皂靶(鎢?？倲?shù)約6 300，上靶數(shù)量約為2 000)，其中50.63%的鎢粒侵徹肥皂靶的深度為10.00～43.00mm，最大侵徹深度為76.52mm。裝藥量相同時(shí)，顆粒直徑越大，其動(dòng)能越大，侵徹也越深；顆粒直徑相同時(shí)，裝藥量越大，顆粒速度越高，侵徹也越深。

由于缺乏文獻(xiàn)報(bào)道和戰(zhàn)場(chǎng)調(diào)查資料，筆者只能根據(jù)LCDA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和少數(shù)殺傷效應(yīng)模擬試驗(yàn)推測(cè)其對(duì)生物的毀傷特點(diǎn)。(1)現(xiàn)場(chǎng)死亡：主要發(fā)生在爆炸核心區(qū)，殺傷元主要是近場(chǎng)沖擊波和金屬顆粒，在戰(zhàn)傷救治中對(duì)瀕死的救治意義不大，陣亡則不需救治。(2)沖擊傷：根據(jù)LCDA近場(chǎng)沖擊波超壓高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特性，沖擊傷主要發(fā)生在近爆心處，但與常規(guī)殺爆彈相比，可能主要為聽(tīng)器和肺沖擊傷，而胃腸道沖擊傷較少發(fā)生(需要超壓更高，通常>400kPa)。(3)破片傷：主要由彈殼的金屬材料(作戰(zhàn)型LCDA)/非金屬材料(反恐型LCDA)和炸藥中的重金屬顆粒造成，非金屬材料很難被X線檢查發(fā)現(xiàn)，這不僅使異物定位困難，異物也容易在體內(nèi)游走；重金屬顆粒都非常細(xì)小，爆炸后常形成金屬射流，因而所形成的破片傷傷口非常密集(如重金屬顆粒比較分散，則傷口小，有可能不明顯)，傷道深淺不一，呈蜂窩狀，多傷及內(nèi)臟，難以手術(shù)清除[26]。根據(jù)臟器的不同，遺留體內(nèi)的重金屬或感染，或功能障礙，或危及性命。(4)燒傷[27]：由于爆炸近場(chǎng)內(nèi)的溫度很高(鎢球?yàn)?43℃[25]，其他重金屬和暴熱未知)，所以燒傷主要發(fā)生在爆炸近場(chǎng)，但目前尚不知LCDA與傳統(tǒng)殺爆彈導(dǎo)致的燒傷有何異同。(5)慢性損傷：已有資料介紹[27]，DIME炸藥中鎢合金粉燃燒后可變?yōu)閺?qiáng)烈致癌物，使人類骨組織發(fā)生腫瘤。將鎢合金炮彈碎片置于大鼠體內(nèi)可使大鼠發(fā)生橫紋肌肉瘤，鎢與白血病也有著密切的關(guān)系。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不同，上述損傷類型可以單獨(dú)存在，但近場(chǎng)處破-沖復(fù)合傷或破-沖-燒復(fù)合傷的可能性更高。

LCDA除用于戰(zhàn)場(chǎng)外，更是一款用于“定點(diǎn)清除”的新型反恐彈藥，盡管其殺傷范圍小，附帶毀傷低，但在實(shí)戰(zhàn)時(shí)仍不可避免地造成人員傷亡。亡則不可救治，傷則需要及時(shí)搶救。由于LCDA的結(jié)構(gòu)和裝藥與以往不同，必然產(chǎn)生新的生物殺傷特點(diǎn)。因此，軍工應(yīng)和醫(yī)學(xué)密切結(jié)合，開(kāi)展有關(guān)生物殺傷效應(yīng)研究，以探討殺傷特點(diǎn)，制定救治策略，為新型戰(zhàn)傷救治提供參考，也為我軍LCDA研究提供生物醫(yī)學(xué)指導(dǎo)。