低附带毁伤弹药概况及其对人体杀伤特点

李兵仓

陆军军医大学大坪医院武器杀伤生物效应评估研究室，重庆 400042

低附带毁伤弹药(low-collateral damage amunition,LCDA)又称为聚焦杀伤武器(focused lethality munition，FLM)。它可将人员和建筑物的毁损控制在有限范围内，从而尽量降低目标周围无辜的附带毁伤[1]。“911事件”以来，美军作战形式多为反恐战，建筑物林立和人口稠密城市也经常作为战场，作战目标多与民用建筑混杂，打击对象也常与平民共居。如军事攻击使民用建筑毁伤过大或平民伤亡过多，攻击方必然遭到国际社会的谴责，不仅政治被动，经济损失也巨大。迄今为止，国际上对LCDA定义并无统一标准，小威力弹药相对于大威力弹药造成的是低附带毁伤；制导技术控制下的“点毁伤”相对非制导武器的“面轰炸”也是低附带毁伤。专门研制的LCDA是在高能炸药中添加重金属，用非金属弹壳代替金属弹壳，从而控制爆炸冲击波的传播范围和破片的飞行距离，以控制战斗部的毁伤威力。由此可见，随着弹药毁伤元的改变，LCDA对人体的毁伤程度与传统弹药会有所不同。但有关LCDA战伤病例罕见，也缺乏生物毁伤效应的研究报道。笔者推测这种现状可能和战争规模有关，规模化战争的作战思想与反恐行动/定点清除不同，前者注重大量消灭敌方作战力量，后者将恐怖个体作为击杀重点，而战伤调查较少把规模有限的反恐作战列为关注重点。至于缺乏生物杀伤效应研究的原因笔者不详，可能与试验机会少抑或保密有关。

1 研究概况

美国最先开展LCDA研究[2]，实际应用也最多。早在1993年美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL)就开展了复合材料弹体的研究[3]，成功研制了低附带毁伤炮弹(弹壳用碳纤维复合材料替代传统的钢质材料，弹带用玻璃纤维尼龙材料替代铜合金材料)[4]，多次进行了混凝土侵彻试验[5]。美国波音公司也牵头研发了多款LCDA，用以摧毁指挥中心、通信中心、火炮与导弹阵地等硬目标,但对附近的软目标却毁伤甚少[6]。美国于2006年首次将LCDA投入实战[7]。

炸药中重金属添加剂一直为人们所关注，研究的重点是重金属炸药爆轰波传播、重金属种类、重金属含量、重金属对爆速的影响以及重金属颗粒的扩散规律。实验证明，当钨粉含量在黑索金炸药中占比为70%～90%时，爆轰波必须绕过稠密的金属颗粒再起爆后续炸药，从而使爆轰波继续传播。把密度较大的钨粉和密度较小的铝、铍加入黑索金后，前者不易被爆轰波加速，后者更容易被爆轰波驱动，因而在相同条件下轻金属获得的初速更高[8]。重金属颗粒明显增强近场的冲击载荷，而对远场冲击载荷的增强作用小。近场金属颗粒携带动能较大，颗粒的动态冲击与空气冲击波的作用相互叠加，使近场冲击载荷更强[9]。有研究表明，重金属颗粒可提高近场冲击载荷2倍，其在近场的动量为气体动量的3～4倍[10]。另外，重金属颗粒可以使炸药的表密度减小，爆轰压力和爆轰速度下降，因而近场杀伤作用强，远场杀伤作用弱[11]。

我国的LCDA研究虽起步较晚，但近十几年的基础研究也取得了长足进步。如成功研制了碳纤维增强树脂复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)和金属组成的复合弹体[12]，筛选了LCDA内装填重金属的种类[13]，证明了爆炸后CFRP壳体冲击波超压高于钢质壳体[14]，炸药中加入重金属粉末，复合材料壳体爆破后冲击波正压持续时间更长[15]，建立了重金属颗粒抛撒速度-外壳-装药三者之间的关系模型[16-17]及低附带毁伤弹药爆炸抛撒的理论模型[13],证明钨粉抛撒初速与炸药/钨粉质量比呈非线性递增关系，增大两者的质量比能增大钨粉的初速，但质量比>0.1794后，增速作用开始减小[18]。论证了炸药抛撒金属颗粒群的装药方式，证明分装时金属颗粒容易烧结成团且空间分布不均，混装方式则颗粒不会烧结，分散剂可使金属颗粒的分散性更好[11,19]。除此之外，也探讨了用陶瓷球代替重金属制作LCDA的方法[20]及其初速、杀伤性能与碳纤维壳体壁厚的关系[21]，证明在2～6mm范围内，陶瓷球的初速与壳体厚度呈线性关系，因而调节壳体壁厚可控制陶瓷球的初速。相信随着这些基础研究的进步，具有中国技术特点的定型弹药产品很快会问世。

2 武器种类

国外 LCDA的种类较多，可主要划分为机载型和陆射型两大类。由于无人机具有成本低、零伤亡、察打一体的优点，更能满足信息战、精确战和陆、海、空、天、电“五维”一体的战场需求，因而由无人机发射的LCDA最受重视，是未来航空军事装备的发展方向之一，且向着小型化(通常<30kg)、通用化、网络化和智能化的方向发展[22]。

机载型LCDA有精确制导的航空炸弹、火箭弹、导弹等。如IMPI导弹：重25kg，直升机发射，3 660m高空发射射程为10km；“格里芬”导弹：重约15kg，直升机和无人机发射，发射距离为16～20km,可锁定110m/h时速的运动车辆，杀伤半径7.6m；小型战术弹药：重5.4kg，无人机发射，1 500m和3 650m高度发射时射程分别为2km与7km，杀伤半径5m；轻型多用途导弹：总重13kg(弹径76mm，弹长1.3m),无人机发射，打击相距400m～8km,最大飞行速度为1.5Ma；空投制导迫击炮弹：由81mm迫击炮弹改进而来(尾翼加装配有引信的GPS制导组件)，重3.6kg,另有改自60mm和120mm迫击炮弹的品种(重量分别为2.72kg和15kg),无人机发射，2 400m高空投放时其毁伤范围为2m之内; “军刀”弹药:有滑翔和火箭助推两种型号，重约4.5kg(滑翔型)和13.6kg(火箭助推型),配备可折叠弹翼，由无人机发射，火箭助推型的射程为30km;“弹簧刀”弹药:发射升空后折叠机翼自动展开，攻击时则收起机翼变为小型巡航导弹。战斗部重0.3kg，射程10km，巡航速度101km/h,末段速度为160km/h。该弹加装了10M像素的热成像照相机，从而增强了夜战能力[6]。AGM-114 R9X“地狱火”导弹(又称“刀子导弹”、“忍者导弹”)：由“地狱火”导弹改进而来，长1.6m，重45.36kg，无人机发射，其最大特点是战斗部由6把1.2m长的钛合金刀片代替炸药，在导弹撞击目标之前刀片弹出并飞速旋转，产生冷兵器的杀伤效果，从而大大降低了附带杀伤效应。2020年1月3日，伊朗 “圣城旅”指挥官卡西姆·苏莱曼尼少将就被该导弹绞杀。

陆射型LCDA有M31制导火箭弹、“火影”巡飞弹、“长钉”非瞄准线导弹、小型致命弹药等。M31制导火箭弹是由GPS制导的227mm火箭弹，战斗部重90kg，打击距离90km,改进型的火箭弹重为59kg，打击距离120km，具备触发/延时/空爆三种引信，多枚齐射时每枚火箭弹的径向误差<5m；“火影”巡飞弹战斗部重22kg,弹长4m，弹翼翼展4m,可巡飞10h，射程140km；“长钉”非瞄准线导弹重70kg，射程25km,该弹配用彩色/热成像双波段光电导引头；小型致命弹药系统由1个地面控制站和2枚弹药及其发射器构成，全套系统重量为2.49kg，弹长55.9cm，射程超过3km[6]。

3 毁伤特点

传统毁伤弹药主要依靠爆炸冲击波和金属破片打击目标，因而附带毁伤大(金属破片飞散距离远)，而LCDA的弹壳由非金属复合材料(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维增强的复合材料)制成。非金属弹壳爆炸时可被燃烧消耗，质量轻，飞行速度低，飞行距离短，从而只对5m范围内的近场目标有很强的毁伤作用。有试验测定了玻璃纤维增强尼龙塑料壳体爆炸后破片的有关参数，其质量为0.30～4.08g(平均1.25g)时，距爆心 2m处的速度为600m/s,3m处为 440m/s，4m和7m处分别为320m/s和110m/s，22m处的飞行速度基本降为零，其对7m处效应靶只造成了少量轻微打击痕迹，此距离上破片最大动能仅有 23.41J,远小于78.4J的破片杀伤标准[23]。可见非金属弹壳材料在杀伤距离和杀伤动能上都小于金属弹片。

传统杀爆弹装填的是高能炸药，而LCDA装填的是高密度惰性金属炸药(dense inert metal explosive,DIME)[24]。DIME由少量高能单质炸药(HMX-奥托金、RDX-黑索金)和大量惰性金属颗粒(钨、钻、镍)以及活性金属(铝)混合而成[7]。高能单质炸药使复合材料弹体破碎和燃烧，并驱动金属颗粒高速运动形成金属射流[5]，但重金属颗粒的速度呈指数衰减，因而只在近场有较大的杀伤动能[25]。另外，DIME形成的近场超压高且持续时间长，而远场超压低，加之非金属材料飞行距离短以及燃烧消耗，从而只对5m范围内的近场软目标有很强的杀伤作用。铝属于低密度活性金属,具有较高的氧化热反应和较强的后燃效应,其在高温高压条件下可与爆轰产物发生反应,从而极大地提高了近场内的爆温和爆热。可见，DIME与传统高能炸药相比，具有近场冲击波作用强和金属颗粒杀伤距离近的特点。

4 人员毁伤

笔者检索了SinoMed、CBM等中文生物医学文献数据库，也检索了PubMed、GeenMedical等英文文献数据库，甚至美国专门刊载军事医学的《Military Medicine》杂志，均未检索到LCDA对生物杀伤的公开报道。李俊承等[25]测试了LCDA中钨球颗粒(直径50、200、500、1 000、1 500μm)对肥皂靶(迎弹面为边长32cm的正方形，可模拟人体软组织)的毁伤效能。结果表明，近场钨粒团的速度为1 000m/s左右，远场则不超过 100m/s；近场钨粒团表面温度为443℃，远场为90℃。当用6.8g RDX驱动直径为500μm、总重量为6.8g的钨球颗粒团时，31.7%钨粒可以击中距发射端口40cm的肥皂靶(钨粒总数约6 300，上靶数量约为2 000)，其中50.63%的钨粒侵彻肥皂靶的深度为10.00～43.00mm，最大侵彻深度为76.52mm。装药量相同时，颗粒直径越大，其动能越大，侵彻也越深；颗粒直径相同时，装药量越大，颗粒速度越高，侵彻也越深。

由于缺乏文献报道和战场调查资料，笔者只能根据LCDA的结构特点和少数杀伤效应模拟试验推测其对生物的毁伤特点。(1)现场死亡：主要发生在爆炸核心区，杀伤元主要是近场冲击波和金属颗粒，在战伤救治中对濒死的救治意义不大，阵亡则不需救治。(2)冲击伤：根据LCDA近场冲击波超压高、持续时间长的特性，冲击伤主要发生在近爆心处，但与常规杀爆弹相比，可能主要为听器和肺冲击伤，而胃肠道冲击伤较少发生(需要超压更高，通常>400kPa)。(3)破片伤：主要由弹壳的金属材料(作战型LCDA)/非金属材料(反恐型LCDA)和炸药中的重金属颗粒造成，非金属材料很难被X线检查发现，这不仅使异物定位困难，异物也容易在体内游走；重金属颗粒都非常细小，爆炸后常形成金属射流，因而所形成的破片伤伤口非常密集(如重金属颗粒比较分散，则伤口小，有可能不明显)，伤道深浅不一，呈蜂窝状，多伤及内脏，难以手术清除[26]。根据脏器的不同，遗留体内的重金属或感染，或功能障碍，或危及性命。(4)烧伤[27]：由于爆炸近场内的温度很高(钨球为443℃[25]，其他重金属和暴热未知)，所以烧伤主要发生在爆炸近场，但目前尚不知LCDA与传统杀爆弹导致的烧伤有何异同。(5)慢性损伤：已有资料介绍[27]，DIME炸药中钨合金粉燃烧后可变为强烈致癌物，使人类骨组织发生肿瘤。将钨合金炮弹碎片置于大鼠体内可使大鼠发生横纹肌肉瘤，钨与白血病也有着密切的关系。根据现场环境的不同，上述损伤类型可以单独存在，但近场处破-冲复合伤或破-冲-烧复合伤的可能性更高。

LCDA除用于战场外，更是一款用于“定点清除”的新型反恐弹药，尽管其杀伤范围小，附带毁伤低，但在实战时仍不可避免地造成人员伤亡。亡则不可救治，伤则需要及时抢救。由于LCDA的结构和装药与以往不同，必然产生新的生物杀伤特点。因此，军工应和医学密切结合，开展有关生物杀伤效应研究，以探讨杀伤特点，制定救治策略，为新型战伤救治提供参考，也为我军LCDA研究提供生物医学指导。