單兵防護(hù)裝備技術(shù)發(fā)展趨勢

????????警用裝備網(wǎng)訊：?在美國NGSW計劃的框架內(nèi)，正在開發(fā)的未來小型武器的一個關(guān)鍵任務(wù)——應(yīng)該是確保世界領(lǐng)先武器實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)的現(xiàn)代小型武器和未來防彈衣的安全穿透。在回到“矛”的發(fā)展問題之前，最好先了解一下“盾牌”——防彈衣，這是一種先進(jìn)的個人防護(hù)裝備。

　　有人認(rèn)為，防彈衣的不可穿透性問題是一個牽強(qiáng)的問題，因?yàn)楫?dāng)子彈擊中敵人時，它要么會受到如此嚴(yán)重的傷害，以至于他無法繼續(xù)積極作戰(zhàn)，要么會擊中身體中未受保護(hù)的部分。根據(jù)NGSW計劃，美國軍方不認(rèn)為這是一個牽強(qiáng)的問題。問題是，有前途的防彈衣的改進(jìn)速度現(xiàn)在大大超過了小型武器的改進(jìn)速度。美國武裝部隊正試圖在徹底改進(jìn)小型武器性能方面取得突破，問題是他們是否會成功？

　　提高彈藥穿甲能力的主要方法有兩種：提高其動能和優(yōu)化彈藥/彈藥芯的形狀和材料（當(dāng)然，這不是爆炸性、累積性或中毒性彈藥）。在這里，我們的彈藥實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到了一個極限。

　　子彈或子彈芯是由高硬度和足夠高的密度的陶瓷合金制成的，可以制造出更硬、更堅固。通過增加子彈的尺寸來增加子彈的重量，在可接受的手持式射擊武器尺寸中也幾乎是不可能的。

　　例如，將子彈加速度提高到高超音速仍然是一個問題，但在這種情況下，開發(fā)人員面臨著巨大的困難，如缺乏必要的發(fā)射火藥、槍管磨損速度極快和對射手有效的高反沖。與此同時，防彈衣的改進(jìn)正在進(jìn)行中。

　　防彈衣材料

　　自問世以來，單兵裝甲防護(hù)裝備已經(jīng)從鋼制防彈盔甲和板材到先進(jìn)的芳綸織物防彈衣，包括現(xiàn)代超高分子量高密度聚乙烯（SVMPE）和碳化硼。

　　蘇聯(lián)時代陸軍戰(zhàn)士的鋼制胸甲——現(xiàn)代防彈衣的先祖

　　俄羅斯6B45防彈衣，帶花崗巖5A碳化硼防彈板

　　防彈衣的改進(jìn)包括尋找新材料、制造復(fù)合材料和金屬陶瓷裝甲元件、優(yōu)化防彈衣元件的形狀和結(jié)構(gòu)，包括在微觀和納米層面，從而有效地分散子彈和碎片的能量。更具異國情調(diào)的解決方案，如基于非牛頓流體的“液體裝甲”，也正在開發(fā)中。

　　最明顯的方法是通過使用先進(jìn)的復(fù)合材料和陶瓷材料加強(qiáng)傳統(tǒng)的防彈衣結(jié)構(gòu)。目前，大多數(shù)防彈衣都配備了熱處理硬化鋼、鈦合金或碳化硅嵌件，但逐漸被重量較小、耐久性顯著提高的碳化硼裝甲元件所取代。

　　維拉爾碳化硅裝甲元件

　　NEWS陶瓷碳化硼裝甲元件

　　防彈衣結(jié)構(gòu)

　　防彈衣的另一個改進(jìn)方向是尋找出最佳的裝甲單元布局結(jié)構(gòu)：一方面要覆蓋人體的最大表面積；另一方面不要束縛戰(zhàn)士的運(yùn)動和射擊。例如，由美國平納克裝甲（Pinnacle Armo）公司設(shè)計和生產(chǎn)的龍鱗防彈衣?！褒堶[”防彈衣成功地模仿神話傳說中的神龍龍鱗實(shí)現(xiàn)了裝甲元件的鱗片排列。

　　Pinnacle Armor的龍鱗防彈衣

　　“龍鱗”由直徑為50毫米、厚度為6.4毫米的碳化硅夾緊盤提供了一種特殊的結(jié)構(gòu)靈活性（采用粘合劑粘貼），同時提供了足夠大的保護(hù)表面。這種設(shè)計宣傳還提供了對近距離小武器子彈多次命中的抵抗力——“龍鱗皮”可以承受多達(dá)40發(fā)德國HK MP5 9毫米沖鋒槍、M16步槍或卡拉什尼科夫突擊步槍的子彈命中（問題是哪種子彈確保不被穿透？）。

　　“龍鱗”裝甲單元布局的缺點(diǎn)是，幾乎完全沒有保護(hù)戰(zhàn)士免受外傷，導(dǎo)致士兵重傷或死亡，即使沒有穿透防彈衣，因此這種類型的防彈衣沒有通過美國陸軍的測試（粘合劑問題）。然而，它依然被一些美國特種部隊繼續(xù)裝備使用。

　　蘇聯(lián)時代的ZhZL-74防彈衣

　　蘇聯(lián)開發(fā)的ZhZL-74防彈衣也采用了類似“龍鱗”的“鱗片”設(shè)計，采用了直徑50毫米、厚度2毫米的ABT-101鋁合金圓盤做成防彈盔甲。

　　盡管ZhZL-74防彈衣有短距離不能防止子彈穿透的缺點(diǎn)，但裝甲元件的鱗片排列可以與其他類型的裝甲防護(hù)和減震元件結(jié)合使用，以減少子彈對彈片的邊緣穿透影響。

　　美國賴斯大學(xué)的科學(xué)家們獨(dú)具匠心地開發(fā)設(shè)計了一種不尋常的結(jié)構(gòu)——聚合物線立方體，使物體比同一原料的單片物體更有效地吸收動能。這項研究的基礎(chǔ)是研究碳納米管簇的性質(zhì)，碳納米管簇由于其特殊的線形排列，具有原子水平的空腔，使其能夠在與其他物體碰撞時有效地吸收能量。

　　由于目前尚不可能在工業(yè)規(guī)模上在納米級完全復(fù)制這種結(jié)構(gòu)，因此決定在宏觀尺度上重復(fù)這種結(jié)構(gòu)。研究人員使用了可在3D打印機(jī)上打印的聚合物絲，但將其放置在與納米管相同的系統(tǒng)上，最終獲得了高強(qiáng)度和可壓縮性的線立方體。

　　聚合物線立方體結(jié)構(gòu)是比材料更能確定其性能的材料，可成為防彈衣有前途的改進(jìn)方向

　　為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)變形的有效性，科學(xué)家們用相同的材料創(chuàng)建了第二個線立方體，但是單片的，每個線立方體都是由子彈發(fā)射測試穿透。在第一種情況下，子彈停在第二層，而在第二層，子彈穿得更深，對整個立方體造成傷害——它保持完整，但被裂縫覆蓋吸收。具有特殊結(jié)構(gòu)的塑料線立方體也被放置在壓力機(jī)下，以測試其耐壓性。在實(shí)驗(yàn)過程中，物體收縮了至少兩倍，但其完整性沒有受到干擾。

　　泡沫金屬

　　談到其性質(zhì)在很大程度上取決于結(jié)構(gòu)的材料，我們不能不提到泡沫金屬或復(fù)合金屬泡沫領(lǐng)域的發(fā)展。泡沫金屬可以在鋁、鋼、鈦、其他金屬或其合金的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。

　　泡沫金屬試樣

　　美國北卡羅來納大學(xué)的專家們開發(fā)了一種鋼制泡沫金屬，其基體與上陶瓷層和薄下鋁層之間有一個相同的鋼基體。厚度小于2.5厘米的泡沫能阻止7.62×51毫米的穿甲彈穿透，之后在背面留下一個小于8毫米的彈孔。

　　除此之外，泡沫金屬板還有效地減少了X射線、伽馬射線和中子輻射的穿透影響，并比普通金屬減少了一半的火災(zāi)和熱浪傷害。

　　另一種空心泡沫材料是由HRL實(shí)驗(yàn)室和波音公司共同開發(fā)的超輕泡沫。這種新材料比泡沫塑料輕100倍——它由99.99%的空氣組成，但硬度極高。據(jù)開發(fā)商稱，如果這種材料覆蓋雞蛋，雞蛋從25層樓的高度掉下來，它就不會破裂。它是如此的輕，它可以躺在蒲公英上不會掉下。

　　HRL實(shí)驗(yàn)室和波音公司的未來材料——超新泡沫金屬

　　超新泡沫金屬原型使用中空鎳管連接在一起，其結(jié)構(gòu)類似于人體骨骼，允許材料吸收大量能量。每根管子的壁厚約為100納米，從長遠(yuǎn)來看，其他金屬和合金可以代替鎳。

　　這種材料或其類似物，如上述結(jié)構(gòu)化聚合物材料，可作為輕而堅固的減震墊的一部分，用于未來的防彈衣應(yīng)用，以盡量減少子彈對身體造成的傷害。

　　納米技術(shù)

　　在俄羅斯，“納米技術(shù)”一詞與科學(xué)聯(lián)系在一起。同時，納米技術(shù)，在原子和分子水平上操縱物體，創(chuàng)造具有給定結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，能夠在工業(yè)和技術(shù)上產(chǎn)生一場人類歷史上從未有過的革命。

　　石墨烯是一種二維同素異形碳改性，由一個原子厚的碳原子層形成。西班牙專家正在研制以石墨烯為核心的防彈衣，石墨烯裝甲的開發(fā)始于2000年代初。研究結(jié)果被認(rèn)為是有希望的，2018年9月，開發(fā)人員開始進(jìn)行實(shí)際測試。該項目由歐洲防務(wù)局資助，目前正在進(jìn)行中，英國劍橋納米材料技術(shù)公司的專家參與了該項目。

　　石墨烯對抗子彈穿透

　　類似的工作正在美國進(jìn)行，特別是賴斯大學(xué)和紐約大學(xué)，在那里他們進(jìn)行了硬物體射擊石墨烯板的實(shí)驗(yàn)。石墨烯裝甲元件可能比凱夫拉裝甲堅固得多，并與陶瓷裝甲相結(jié)合，以獲得最佳效果。最困難的是石墨烯的工業(yè)生產(chǎn)。然而，考慮到這種材料在不同行業(yè)的潛力，毫無疑問會找到解決方案。2019年12月，中國的華為計劃在2020年初推出石墨烯電池智能手機(jī)P40（帶石墨烯電池），這可能標(biāo)志著石墨烯工業(yè)生產(chǎn)的重大進(jìn)展。

　　2007年底，以色列科學(xué)家創(chuàng)造了一種基于二硫化鎢（金屬鎢鹽和硫化氫酸）納米顆粒的自修復(fù)材料。二硫化鎢納米顆粒是一種層狀富勒烯類似物或納米管形成物。納米管具有創(chuàng)紀(jì)錄的機(jī)械性能，是其他材料根本無法達(dá)到的，具有驚人的柔韌性和強(qiáng)度，處于共價化學(xué)鍵強(qiáng)度的邊緣。

　　二硫化鉬鎢多壁納米管的電子顯微圖像及結(jié)構(gòu)模型

　　從長遠(yuǎn)來看，這種材料填充的防彈衣可能超過所有其他現(xiàn)有和未來的防彈衣樣品。目前，由于原材料合成成本太高，基于二硫化鉬鎢納米管的研發(fā)正在實(shí)驗(yàn)室研究中。然而，一家國際公司已經(jīng)在專利技術(shù)下每年生產(chǎn)了很多的二硫化物鉬鎢納米顆粒。

　　英國一家大型防務(wù)公司BAE系統(tǒng)公司正在研發(fā)一款凝膠填充防彈衣。在凝膠填充防彈衣中，建議將芳綸纖維浸泡在非牛頓液體中，在沖擊作用下具有瞬間硬化吸收動能的特性。這“液體裝甲”被認(rèn)為是未來防彈衣最有前途的發(fā)展方向之一。這項研發(fā)工作也正在俄羅斯進(jìn)行，并用于實(shí)現(xiàn)未來防彈衣的“戰(zhàn)士-3（Ratnik-3）”防彈裝備概念中。

　　俄羅斯防彈裝備概念“戰(zhàn)士-3（Ratnik-3）”

　　當(dāng)然，俄羅斯目前在非牛頓液體中實(shí)現(xiàn)瞬間硬化這技術(shù)是很困難的，未來有很長的一段路要走下去，所以液體防彈裝備概念“戰(zhàn)士-3（Ratnik-3）”目前尚未付諸實(shí)踐。

　　因此，可以得出這樣的結(jié)論：未來的防彈衣計劃利用技術(shù)進(jìn)步前沿的最新技術(shù)創(chuàng)建。在小武器方面，沒有看到這種技術(shù)的進(jìn)步。造成這種情況的原因是什么，武器領(lǐng)域缺乏需求還是保守主義？

　　許多有前途的防彈衣項目肯定會陷入僵局，但其中一些項目肯定會突然“爆火”，并可能使20世紀(jì)的所有小型武器過時，因?yàn)楣?、弩和槍炮小武器在?dāng)時已經(jīng)過時。此外，防彈衣并不是戰(zhàn)士裝備的唯一重要元素，但它能從根本上提高戰(zhàn)士在戰(zhàn)斗中的生存能力。

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