6.4.1 美军反未爆弹技术
1.金属射流引爆
（1）金属射流引爆机理。金属射流侵彻靶板时会产生冲击波，炸药在金属射流作用下的起爆，可以认为是冲击波引爆。冲击波在炸药内部产生热点，炸药发生热分解，当产生的热量大于散失的热量时，形成热集聚而使炸药爆轰。金属射流冲击弹药引爆原理，可以简化为破片和盖板后炸药的作用模型，金属射流对盖板装药的作用过程见图6-21。
图6-21 金属射流对盖板装药的作用过程
金属射流作用于弹丸壳体，其内部装药会产生强烈的射流冲击波，当这种冲击波在炸药中产生的压力超过炸药临界压力时，炸药就会产生爆炸。假如盖板比较厚，金属射流作用于盖板穿透过程中，就会在射流头部形成弯曲冲击波，弯曲冲击波进入炸药时，当冲击波对炸药的作用强度（即应力波强度）和作用时间达到某一临界值时，弹体装药受金属射流冲击波的影响就会引发爆炸，见图6-22。
图6-22 金属射流激起的冲击波
（2）金属射流直接冲击引爆装药。如果炸药为裸装炸药或者覆盖板比较薄，金属射流速度有时会大于冲击波速度，当金属射流高速撞击炸药时，产生的冲击波就会瞬时引爆装药。一般来讲，金属射流速度较高，直径较细，发生直接冲击引爆能力较强。聚能破甲弹金属射流，引爆带壳装药现象就属于这种情况。根据Bruno、Normand、William 等人在弹道学第十四次国际会议上发表的论文，当冲击波直接作用于非均相高能炸药时，其冲击起爆判据计算见式（6-9）：
式中：P 为作用在炸药表面的冲击压力；对于高能级炸药，指数n ＞2.3；t 为飞片中冲击波来回传播的时间；C 为与炸药性质有关的常数。
金属射流侵彻盖板时所产生的脱体冲击波传播速度大于金属射流在盖板中的侵彻速度。因此，冲击波先行到达装药表面，在一定条件下可以引起装药的爆轰，有时出现射流未贯穿盖板，但仍然能够引起盖板后装药爆炸。这一过程比较符合爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectiles，EFP）动能弹丸穿透引爆原理，当EFP 以1 800 m／s 的速度侵彻钢盖板时，在盖板中产生的脱体冲击波经装药与盖板界面反射和透射后，传入TNT 炸药中的透射冲击波压力为12.89 GPa，大于其冲击起爆阈值10.4 GPa，冲击波可以引起盖板内的TNT 装药爆炸。
通常将撞击速度处于1 300～3 000 m／s 称为高速侵彻。EFP 以1 500～3 000 m／s 的速度侵彻目标，EFP 侵彻为高速侵彻。当EFP 以1 600 m／s 的速度侵彻盖板时，进入装药中的冲击波就可以引起装药爆炸，目前多种数据显示EFP 完全能达到该数值。撞击速度处于3 000～12 000 m／s 称为超高速侵彻，射流侵彻靶板即为超高速侵彻。金属射流的速度超过EFP 的速度，产生的冲击压力远大于炸药临界起爆压力，炸药可以因受冲击波作用而引起爆炸。
根据《爆破器材与起爆技术》介绍，起爆炸药对抛射体临界速度范围，铜为360～1 150 m／s，铝为100～1 720 m／s，见表6-6。
表6-6 起爆炸药对抛射体的临界速度
金属射流的速度远大于表6-6 中的起爆速度，说明金属射流能够起爆常见弹丸装药。
（3）热效应引发爆炸。金属射流具有高速度、高温度、高能量密度等特点，使得弹体装药在金属射流作用时，能够引起剧烈的温度变化，炸药热感度限制了炸药的热安定性，在一定温度范围内，超过这个温度范围必然引起炸药的热爆炸。金属射流冲击时产生的温度，远大于多数炸药的热感度范围，金属射流的高温能够引燃或引爆弹丸装药。金属射流作用弹体装药时，其对炸药的撞击和摩擦损耗了部分能量，这部分能量以热能的形式传递给炸药，在炸药内产生“热点”，引发炸药爆炸。基于上述理论观点，金属射流能可靠引爆弹丸装药。金属射流穿透钢板瞬间见图6-23。
图6-23 金属射流穿透钢板瞬间
2.聚能引爆
（1）典型聚能器介绍。目前，在欧美国家，基于聚能装药效应的未爆弹处理方法应用非常广泛，并积累了丰富的实践经验，形成了系列聚能装药销毁未爆弹的产品。下面介绍几种比较典型的聚能器，主要包括SM-EOD 系统和JN—CW 系统。
①SM-EOD20 型聚能器（见图6-24）。SM-EOD20 型聚能器可用于引爆一些可见的地雷、未爆弹药，或被雪、水、土壤覆盖达到100 mm 的地雷及未爆弹药，也可用于水下作业，一般要求聚能器距离引爆弹药50～100 mm。
图6-24 SM-EOD20 型聚能器
SM-EOD20 型聚能器的主要技术指标如下：外部直径：24 mm；
长度：55 mm；
总质量（含三脚架）：96 g；
防水深度：80 m；
炸药型号：HWC94.5／4.5／1；
炸药块质量：11.5 g；
药型罩材料：铜；
包装：每箱包含50 号三脚架和SM-EOD20 型聚能器各12 个。
②SM-EOD67 型聚能器（见图6-25）。SM-EOD67 型聚能器主要适用于处理未爆弹药的特殊情况，特别是各种包含电子装置的未爆弹的处理，比如有电子装置的地雷、有绊线的地雷、不能接近的引信装置等，能够引爆可见的或者被雪、水、土壤覆盖达到1 500 mm的地雷、未爆弹药，也可以用于水下作业。一般情况下，对准目标装置的距离在500 mm～3 m，也可以采用光学瞄准装置，瞄准距离在3～10 m，其安装形式如图6-25 所示。
图6-25 SM-EOD67 型聚能器
SM-EOD67 型聚能器的主要技术指标如下：
外部直径：70 mm；
长度：162 mm；
总质量（含三脚架）：970 g；
防水深度：80 m；
炸药型号：HWC94.5／4.5／1；
炸药块质量：444 g；
药型罩材料：铜；
壳体：铝；
包装：每箱包含4 号三脚架和SM-EOD67 型聚能器各16 个。
③SM-EOD130 型聚能器（见图6-26）。SM-EOD130 型聚能器以与土壤接触的未爆弹药的自由爆发处理为主，也可以爆轰覆盖厚度达2 500 mm 的雪或水。
图6-26 SM-EOD130 型聚能器
SM-EOD130 型聚能器的主要技术指标如下：
外部直径：135 mm、198 mm；
长度：241 mm；
总质量（含三脚架）：6 790 g；
炸药型号：PBXN-6；
炸药块质量：2 540 g；
药型罩材料：铜；(https://www.daowen.com)
壳体：塑料；
包装：每箱包含4 号三脚架和SM-EOD130 型聚能器各6 个。
④SM-EOD190 型聚能器（见图6-27）。SM-EOD190 型聚能器主要用于轰击埋入土壤的不能接触的未爆弹药，可处理被土壤、雪、水覆盖厚达2 500 mm 的地雷、未爆弹药等。
图6-27 SM-EOD190 型聚能器
SM-EOD190 型聚能器的主要技术指标如下：
外部直径：220 mm；
长度：297 mm；
总质量（含三脚架）：14 100 g；
炸药型号：PBXN-6；
炸药块质量：7 830 g；
药型罩材料：铜；
壳体：塑料；
包装：每箱包含2 号三脚架和SM-EOD190 型聚能器各6 个。
⑤JN-CW25 型聚能器（见图6-28）。JN-CW25 型聚能器为该类系统中体积最小的一种型号，具有极高的便携性和充分的安全性，可用于处理非接触的可见的地雷、各类中小口径未爆弹，以及被雪、水、土壤覆盖达100 mm 的地雷和未爆弹，也可以用于一定深度的水下作业。
图6-28 JN-CW25 型聚能器
JN-CW25 型聚能器的主要技术指标如下：
外部直径：25 mm；
长度：55 mm；
总质量（含三脚架）：95 g；
防水深度：80 m；
炸药型号：HWC94.5／4.5／1；
炸药块质量：11 g；
药型罩材料：铜；
壳体：塑料；
包装：每箱包含50 号三脚架和JN-CW25 型聚能器各12 个。
⑥JN-CW35 型聚能器（见图6-29）。JN-CW35 型聚能器是处理各种未爆弹应用范围最广的型号，可用于处理裸露或被土层覆盖、埋藏深度小于200 mm的弹药，能够非接触地引爆可见地雷、未爆弹，或被雪、水、土壤覆盖达到200 mm 的弹药，也可用于水下作业。
图6-29 JN-CW35 型聚能器
JN-CW35 型聚能器的主要技术指标如下：
外部直径：35 mm；
长度：90 mm；
总质量（含三脚架）：215 g；
防水深度：80 m；
炸药型号：HWC94.5／4.5／1；
炸药块质量：55 g；
药型罩材料：铜；
壳体：塑料；
包装：每箱包含30 号三脚架和JN-CW35 型聚能器各12 个。
⑦JN-CW70 型聚能器（见图6-30）。JN-CW70 型聚能器可以在3～10 m 的距离内通过光学瞄准系统瞄准目标，具有很高的精确度，也可实施远距离处理，主要用于处理陷入介质较深的未爆弹和带有电子装置的未爆弹。
图6-30 JN-CW70 型聚能器
JN-CW70 型聚能器的主要技术指标如下：
外部直径：70 mm；
长度：162 mm；
总质量（含三脚架）：970 g；
防水深度：80 m；
炸药型号：HWC94.5／4.5／1；
炸药块质量：444 g；
药型罩材料：铜；
壳体：铝；
包装：每箱包含4 号三脚架和JN- CW70 型聚能器各12 个。
3.激光销毁未爆弹技术
激光销毁未爆弹技术就是利用激光方向性强、功率密度高等特点，通过强激光在未爆弹表面产生极高的功率密度，使其受热、燃烧、熔融、雾化或汽化，使弹体形成孔洞，最终使其被销毁的一种新技术，它为拓展未爆弹销毁模式、提高未爆弹销毁处理过程中的安全性和可靠性提供了有效的方法手段。
（1）激光销毁未爆弹原理。利用激光销毁未爆弹，就是利用激光器产生高能激光，并使激光能量作用于未爆弹表面，使其打孔侵彻弹体并引爆弹体内部装药。激光打孔侵彻弹体是激光销毁弹药过程中最为重要的环节，本质上是激光与金属材料相互作用。其打孔的基本工作原理为：利用脉冲激光所提供的高功率密度及优良的空间相干性，使弹体被照射部位的材料冲击汽化蒸发。激光打孔侵彻弹体存在着许多不同的能量转换过程，包括反射、吸收、汽化、再辐射和热扩散等，它是由激光光束特性（激光的波长、脉冲宽度、聚焦状态等）和弹体材料诸多的物理特性决定的。激光具有高强度、高方向性、高单色性的特点，将激光经透镜聚焦加热目标弹体，在激光焦点附近，被照射弹体材料上形成上万摄氏度的高温，当温度升至略低于弹体材料的蒸发温度时，激光对弹体材料开始进行破坏，此时主要特征是固态金属发生强烈的相变，首先使弹体材料瞬时熔化出现液相，继而汽化出现气相。由于热能继续增加，熔体温度不断升高，同时由于激光脉冲的热冲击作用，弹体材料的汽化物夹带着熔化物从熔体底部以极高的压力向外喷射，从而在弹体上形成孔洞，完成激光侵彻弹体过程。
从上述工作原理可知，其打孔的具体过程可分为四个阶段：
第一阶段是表面加热。首先聚焦的激光束入射到未爆弹的弹体表面，通过菲涅尔吸收机制在弹体表面几纳米的厚度内聚集热量。弹体材料吸收激光，入射光波穿透材料表面并传播能量到材料表面的电子。被激发的电子碰撞金属点阵，能量很快转化为热量。激光束的热效应相当于在材料表面的圆形热源，热通量分布由激光束的密度分布决定。传热速度取决于金属表面的吸收率，不论是Nd：YAG 激光还是CO2激光，传热速度一般都是很低的。典型的吸收率分别是30%和10%，同时典型的激光束密度是107 W／mm2。几乎所有的激光打孔都是由一个激光脉冲完成的，脉冲宽度比金属的热反应时间短。
第二阶段是表面熔化。如果强度和时间充分的话，弹体材料的表面层开始熔化。无论怎样，任何有意义的热传导对于材料来说时间都很短，见图6-31。
图6-31 激光打孔第二阶段
第三阶段是蒸发。假定给予充分的激光强度，熔化的弹体材料表面开始蒸发。这时会发生很多状况，完全改变了激光打孔的过程和进展。
一是蒸发的出现增强了材料表面上方的吸收，因此加速了蒸发。
二是由于表面蒸汽波作用，蒸发的过程致使固体表面变成液体，表面开始变得粗糙。蒸发压力冲击表面，液体被喷射出来。通过光捕获可以增强光束的吸收，由此为通过表面的任何一部分反射回来的光撞击另外一部分光提供一个好机会。另外，液体自身也可能吸收激光，从而变得更热，因此在表面产生了另外一个热源。
三是在一定的条件下，喷出的蒸汽被加热到一定温度时将产生等离子体，通过逆韧致辐射产生额外的吸收，在蒸发中光子碰撞自由电子，把它们的热量转化为电离蒸发的热能。
第四阶段是蒸发喷射。由于表面液体的蒸发，大量物体在此阶段从孔中喷射。
第五阶段是流体喷射。伴随着蒸发喷射，在流体表面产生了一个很强的蒸汽作用压力，压力的作用迫使流体从激光通道一侧排出，见图6-32。
图6-32 由于蒸汽压力产生的熔化喷射
物质的蒸发和熔化是促使激光在材料上成孔的两个基本过程。其中，增大孔深主要靠蒸发，增大孔径主要靠孔壁熔化和剩余蒸汽压力排出液体。在大多数情况下，密度为106～109 W／cm2的激光辐射脉冲作用一开始，就可以观察到飞溅物的形成和飞散。以后，随着凹坑的尺寸在直径和深度方面的增加，在飞溅物中材料的熔化物占了大部分，它在凹坑的侧壁和底部形成，并且被蒸汽的剩余压力排挤出来。
（2）激光销毁未爆弹系统。激光销毁未爆弹系统目前主要包括激光起爆式未爆弹销毁系统和激光聚能销毁未爆弹系统两大类。
①激光起爆式未爆弹销毁系统。激光起爆式未爆弹销毁系统主要由激光器、导爆管、雷管和起爆器构成，见图6-33。
图6-33 激光起爆式未爆弹销毁系统
系统基本工作原理为：激光器输出脉冲激光，经透镜聚焦后进入导爆管内并引爆导爆管，导爆管传播爆轰引爆起爆器内的雷管，进而引爆起爆器，起爆器中聚能装药爆炸挤压药型罩形成金属射流。金属射流完成弹丸壳体穿孔任务后，剩余的射流及射流侵彻弹壳时形成的冲击波对弹丸共同作用使其爆炸，从而达到销毁危险弹药的目的。该装置销毁未爆弹药最突出的优点在于其可靠的激光点火能力和强大的聚能射流侵彻能力，较好地集成应用了激光点火技术与聚能效应，能够满足当前未爆弹药远距离销毁需求，提高了未爆弹销毁处理过程中的安全性。
②激光聚能销毁未爆弹系统。激光起爆式未爆弹销毁系统虽然可实现对未爆弹药的远距离销毁，但其属于对未爆弹药的间接销毁。从激光的特性以及其与物质的相互作用可以看出，利用激光产生的热量可以对未爆弹中的含能材料直接进行点火，实现未爆弹的销毁处理。激光聚能销毁未爆弹系统构成见图6-34，主要包括激光器和光学控制系统。
图6-34 激光聚能销毁未爆弹系统构成
其工作原理为：利用激光器发出的激光辐射未爆弹的弹体表面，并使得弹体温度升高，通过热传递过程，引起与弹体直接接触的弹丸装药等含能材料的升温点火，含能材料发生自持化学反应，当化学反应体系满足热爆炸临界条件时，弹丸装药爆炸，从而达到销毁目标弹药的目的。
此外，若激光强度足够高，激光辐照使弹体熔融汽化，形成孔洞，后续入射激光直接辐射弹丸装药，从而引起弹丸装药等含能材料发生燃烧或爆炸。然而，当前由于受到激光器件和激光大气传输等方面的限制，单纯依靠激光能量较难实现对一定距离之外毫米级厚度的弹体熔化或汽化，后续激光难以直接与弹丸装药发生剧烈的化学反应，但随着激光器件研制水平的不断提高，利用其直接形成孔洞而摧毁未爆弹也将会实现。