国外沉底雷技术的发展和启示

魏继锋,金子焱,谢 鑫,陶永恒,王树山

(北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 10081)



【装备理论与装备技术】

国外沉底雷技术的发展和启示

魏继锋,金子焱,谢 鑫,陶永恒,王树山

(北京理工大学 爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 10081)

首先阐述了俄、美两国沉底雷装备的发展沿革，随后描述了其他国家的典型沉底雷装备；接着从引信技术、装药技术和防护技术三个方面详细论述了各自的技术类型与特点；最后面向未来海战场的作战需求，提出了沉底雷“攻击型”技术，“防护型”技术，以及“攻守兼备型”技术的未来发展趋势。

沉底雷；引信；装药；防护技术；发展趋势

沉底雷是一种布设在水底，常采用原地爆炸方式毁伤水面舰船和潜艇等水中目标的水雷。该水雷在整个战斗有效期内都主要沉卧于水底，具有较大的负浮力，因此受水流和风浪等自然环境影响较小，隐蔽性好，清除困难，加之效费比高、使用便利，故而国外将沉底雷作为阻止敌方获得海域控制权的有效兵器之一[1-2]。

1 国外沉底雷装备的发展

俄罗斯在水雷研制和使用方面投入了大量精力，在水雷战上取得过许多辉煌的战绩；对于效费比高的沉底雷，俄罗斯一直抱有浓厚的兴趣[3]。20世纪40年代，俄罗斯研究出装有“双脉冲磁感应”起爆装置的磁感应沉底雷AMD-1；1954年装备磁水压联合引信的沉底雷IGDM，不适合潜布；1959年研究出磁声感应沉底雷Serpei以代替IGDM，适合潜布；1975年装备采用单一频率的声、磁、水压联合引信大型沉底雷MDM-4；20世纪90年代装备的沉底雷MDM-6，装有声、磁、水压联合引信，拥有目标识别和对付灭雷具的功能。

美国也是一个十分重视水雷战的国家，在第一、第二次世界大战中曾布放过大量水雷，在水雷研制与使用方面有着大量的经验[4-5]。美海军在越南战争中曾使用大量MK52型非触发沉底雷，封锁濒海越南北方水域和港口，其与MK55/56/57沉底雷共称为MK50系列沉底雷。此后又发展出“快速打击”MK62/63/64/65沉底雷系列，相比较于MK50系列，采用了磁、水压、地震波引信，可由飞机快速布雷实现快速打击，能够有效摧毁水面舰艇和潜艇；最新型号为MK76 ISLMN沉底雷，自航航程达46 km。

此外，其他国家也研制出多型性能优异的沉底雷[6-7]。如英国在20世纪80年代末研制的“石鱼”系列模块化沉底雷，主要特色在于通过模块化实现各型水雷的系列化，布深可达200 m，采用PBX塑性炸药；瑞典1992年投产的Bunny沉底雷，采用9SP180可编程序水雷传感器，该联合水声装置可测量水深、动态压力和声，其内的三轴磁强计可测定磁场变化；巴基斯坦国家开发总公司在2001年研制的“海星”沉底雷，采用微处理器控制，其引信采用声、磁、水压三种不同的传感器，并可以任意组合，布深10～200 m。国外沉底雷相关数据见表1。

表1 国外沉底雷的相关参数

2 国外沉底雷引信技术

水雷引信是一种检测、识别、判决目标的智能系统或装置，是决定水雷性能优劣的关键。沉底雷引信大多根据目标物理场辐射性来分类，目前主要有磁、声、水压引信和联合引信[8]。

2.1 磁引信

舰船和潜艇的壳体、机器，以及各种仪器设备大部分都是由钢铁材料制成，在建造和航行期间受到地磁场的磁化，在舰船或潜艇附近形成磁场。水雷磁引信能够根据目标磁场信号的幅值特性或时间的变化率进行分析和判断，准确找出并打击目标。磁引信分为动、静两类，静磁引信检测目标磁场强度某一分量的绝对幅值变化(如舰船磁场强度的水平分量幅值变化)；动磁引信检测目标磁场强度某一分量随时间的变化率。超导量子磁力计比传统的弱磁探测灵敏度高几个数量级，达1 fT·Hz-1/2，能测出10-5nT级磁场；该技术测量范围宽、磁场频率响应高，观测数据稳定可靠[9-10]。

2.2 声引信

舰船或潜艇在航行中，由于主机、辅机、螺旋浆的转动，壳体的振动，以及水流对壳体的摩擦将产生强烈的噪声；这种噪声会传播到目标体周围的海水中，形成声场。水雷用声引信接收目标声场信号，主要分为被动声引信和主动声引信[11]。被动声引信依靠目标产生的物理场信号或其他特定信号工作，根据不同的工作频率可分为声频引信(20～20 000 Hz)、次声频引信(0.000 1～20 Hz)和超声频引信(20 000 Hz以上)；主动声引信基于超声波回波测距工作原理设计，常采用一个工作频率在50～100 kHz的发射声束系统进行信号发射，若一个检测周期内接收到前、后两个回波脉冲(前者为舰船或潜艇反射的，后者为水面反射的)，则判断有目标出现，即引爆水雷。如“海星”的水声传感器可感应53 dB目标，对水面舰艇的探测距离为1 000 m，对潜艇的探测距离为350 m。

2.3 水压引信

当舰船或潜艇航行时，目标的头部与尾部存在压力差，引起目标体附近水的流速、流向变化，从而导致整个空间压力的变化，这个变化的空间就是舰船或潜艇的水压场[11-12]。依靠运动目标产生的水压场信号工作的非触发引信称为水压引信，主要有液压活塞式、压力式和应变式。液压活塞式采用液体填充连续自动压力补偿技术，利用活塞与水压触头形成压力继电器，若继电器动作，则引爆水雷；压力式利用压电材料将压力信号转化为电信号；应变式则是通过应变片的形变反应水压变化。

在5～100 m水深范围，压力测量范围可以达到5×104～1×106Pa，能将目标下方相当于0～300 mm水位差当量的动压力变化转换为电信号，从而根据目标水压场的负压变换规律判断是否引爆水雷。

2.4 联合工作引信

联合工作引信将两种或两种以上的单一功能引信组合，按照各引信间的逻辑关系、表决权重综合判决水雷动作与否，因此不容易被模拟舰艇物理场信号的扫雷具诱爆，抗扫能力更强。例如声-磁联合引信需要声场、磁场按先后顺序作用，才能引起水雷爆炸。当舰船或潜艇开来时，声引信接收传播距离最远的音响信号并激活磁引信，当目标进入水雷有效毁伤区域内，磁感应器接通爆炸开关，电雷管起爆，引起水雷爆炸[13]。

3 国外沉底雷装药技术

沉底雷国外装药多采用高密度、高爆热、高威力的含铝混合炸药，冲击波能和气泡能明显高于非含铝炸药，提高了沉底雷的毁伤威力。国外沉底雷战斗部主装药主要向不敏感、钝化方向发展，典型的国家有俄罗斯和美国，注重研制低易损性、能量输出结构合理、水下爆炸综合能量较高、装药工艺性好、安全稳定的含铝混合炸药。

俄罗斯在AMD系列沉底雷中装填TΓA炸药(由TNT、黑索今、铝粉组成)、RS211等；美国的水雷兵器装填Torpex(41RDX/41TNT/17Al/5D2钝感剂/0.5CaCl2)、H-6、HBX(40RDX/38TNT/8Al)系列和PBXN系列炸药，其中MK52沉底雷中装填HBX-1含铝炸药，在MK65沉底雷中装填PBXN-103含铝炸药[14-16]。“石鱼”、“海星”也都是采用PBX装药；在美国PBXN-111基础上，澳大利亚研发出的PBXW-115使得冲击波能提高到1.85倍以上[17](表2)。

表2 沉底雷炸药的相关参数

4 国外沉底雷防护技术

随着现代反水雷技术的不断发展，从空中直升机灭雷到自主水下航行器，大量先进反水雷装备服役，对水雷的防护技术提出了更高的要求。目前，沉底雷的防护技术主要包括防扫技术、防猎技术、防炸技术和防灭技术。

4.1 防扫技术

扫雷指使用扫雷具模拟舰船或潜艇的各项物理特性直接引爆水雷。沉底雷的抗扫技术主要包括定时、定次、抗扫电路的设计，以及多种引信的综合利用与研制。例如声、磁引信使沉底雷具有选择性，能够保持潜伏状态直到真正目标靠近，难以被检测扫除；采用地震波引信的沉底雷，由于舰船地震波信号平稳传播的主要频率为5～15 Hz，所以谱能量主要集中在5～15 Hz，一般扫雷具针对的是谱能量集中在35～40 Hz的舰艇声信号，因此地震波引信沉底雷被诱爆的概率不足10%[18]。

4.2 防猎技术

猎雷指使用探测设备(如猎雷声纳)发现水雷，并用猎雷具或潜水员进行排除或引爆。沉底雷的防猎技术主要有3种：改变水雷雷体外形，如瑞典GMI-100“罗肯”沉底雷设计成扁棱形，能够较好地适应海底地貌，使猎雷声纳难以识别[19]；雷体外壳用特殊材料制造或改变其部分物理特性，如法国某水泥外壳的水雷、日本某橡胶外壳的水雷等[20]；水雷体上加装伪装物或涂覆吸声涂料，可使声波的反射率降至30%以下，一般也能降到10%左右。

4.3 防炸技术

沉底雷的防炸技术主要指防邻雷爆炸，最小布雷间隔是水雷的抗炸指标，同时还有防小型炸药诱爆的要求。防炸技术行之有效的措施之一是采用极不敏感炸药作为水雷的主装药。国外实验已表明：如果能在3～4 m距离上引爆普通高爆炸药(HE)，那么引爆极不敏感炸药(EIDS)的距离必须在0.9～1.2 m处，因此装EIDS的水雷具有极强的防炸能力[16]。

4.4 防灭技术

沉底雷的防灭技术主要指当灭雷具在驶近水雷或在水雷附近进行识别、定位和投放灭雷炸弹，沉底雷能够自行引爆并炸毁灭雷具，破坏反水雷舰艇的战斗部件，延缓通道的开辟。防灭技术之一是在现役的沉底雷上联合使用光和高灵敏度磁引信或高频声传感器，可准确侦测到各种灭雷具发出的信号，对其进行毁灭打击[21]。

5 沉底雷未来发展趋势

从未来海战场的变化趋势及其对水雷武器的需求上看，不仅要求技术创新，而且要求功能超越。沉底雷也不局限于海底，将变得更为“聪明”，大深度使用、大范围控制、远距离智能探测、毁灭性打击能力更为突出，更符合“海洋中最危险的武器”之称谓。其发展方向可从“攻”、“防”以及“攻守兼备”3个侧面进行详细阐述[22]。

5.1 “攻击型”技术

“攻击型”技术主要指提高沉底雷攻击能力的相关技术，主要采用如下技术手段：

1) 高能装药应用技术：研究高能量密度炸药装药，提高炸药的水下综合能量，增强爆炸时气泡脉动及冲击波超压对目标造成的破坏效果。

2) 机动性技术。远程投送技术：在视距外投送水雷至敌方港口、近岸水道与海峡等布雷困难水域，不仅提高了布雷的机动性和安全性，而且更加灵活、使用范围更大[23]。如俄罗斯的SMDM自航沉底雷可在远离雷区1 700 m外的有利阵位发射，自行航行到预定布雷点，然后作为沉底雷开始工作；主动攻击技术：如MK60火箭上浮水雷可布放在水深200 m处并控制直径2 000 m的水域，当发现目标时，雷体发动机点火并借火箭推力在超声波制导装置的导引下射向水面的舰船或潜艇，具有隐蔽性好、命中率高和杀伤力强的特点[24]。

3) 智能识别技术。使水雷具有敌我识别功能，能够击毁敌方舰艇而无伤于己方[25]；具有目标选择的功能，能够从敌群中选取重要目标，或能将目标舰船信号与自然干扰信号和扫雷具信号区分开来。

5.2 “防护型”技术

“防护型”技术主要指提高沉底雷防扫、猎、灭、炸能力的相关技术，可由以下3个侧面来实现：

1) 水雷装药钝感化。采用低易损性/不敏感炸药是提高水雷的安全性的重要举措，可采用物理化学手段使高能炸药组分降感、改善晶体品质及采用分子间炸药等途径有效降低炸药感度[26]。

2) 新型物理场引信。电场、地震波、重力场、宇宙射线场、核辐射场和激光等可减少现今扫雷装备利用“老三场”(声、磁、水压)信号诱爆水雷的威胁，有效提高水雷的防扫能力。其中美、俄的水雷中已应用了地震波引信，俄罗斯的LIEP和PM-2水雷中已应用电场引信[27]。

3) 隐身技术。途径为隐蔽自身或改变自身特征，如自掩埋和柔性雷体。自掩埋水雷能隐藏在水底泥沙中，只有探测器露在外面；柔性水雷布放后，雷体形状会变得不规则[28]。两者隐身效果好，都难以被传统探雷、猎雷系统发现，具有极强的防猎能力。

5.3 “攻守兼备型”技术

“攻守兼备型”技术主要指既能提高沉底雷攻击能力，又能提高其生存能力的相关技术。国外正在研发的“水雷联网”技术正是基于该技术思想。

“水雷联网”技术途径是把所有水雷联成一个信息共享、分工明确、统一指挥的“智能”网络水雷阵，既能以攻击性布雷控制沿海水域，又可以防御性布雷保护海军，达到“攻守兼备”。例如美国正在探索开发的“2010”水雷阵，其中“指挥雷”负责情报、通信、控制、指挥，“战雷”专门攻击敌人水面舰船和潜艇，“卫雷”负责保卫雷阵安全、打击敌人猎扫装置，可提高水雷的打击效果和抗猎、抗扫能力[29-30]。

6 总结

基于国外沉底雷装备的技术特点，对沉底雷的声、磁、水压和联合引信技术，钝感混合含铝装药发展和防扫、猎、灭、炸的防护技术进行了详细阐述和分析，最后从“攻”、“防”以及“攻守兼备”3个侧面提出了沉底雷的未来发展趋势，“攻击型”技术可采用高能炸药、机动性和智能识别技术，“防护型”技术可采用钝感炸药、新型物理场和隐身技术，“攻守兼备型”技术可采用“水雷联网”技术。

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(责任编辑 周江川)

Development and Enlightenment of Bottom Mine

WEI Ji-feng，JIN Zi-yan，XIE Xin，TAO Yong-heng，WANG Shu-shan

(State Key Laboratory of Explosion Science and Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

To begin with, the evolution of Russian, American and other typical foreign bottom mines were introduced. Next, the types and characteristics of fuse, charge and protective technology were analyzed in detail. Finally, in order to meet the future naval warfare requirements, offensive, defensive and offensive & defensive technologies of bottom mines were discussed.

bottom mine; fuse; explosive charge; protective technology; development trend

2016-10-22；

2016-12-25

国防预研课题 作者简介：魏继锋(1977—)，男，副教授，主要从事基础理论与应用研究。

10.11809/scbgxb2017.04.005

魏继锋,金子焱,谢鑫,等.国外沉底雷技术的发展和启示[J].兵器装备工程学报，2017(4):22-25.

format:WEI Ji-feng，JIN Zi-yan，XIE Xin，et al.Development and Enlightenment of Bottom Mine[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):22-25.

TJ610

A

2096-2304(2017)04-0022-04