鑽地彈最多能鑽多深?它是怎麼達到這種鑽地能力的?

牛頭馬面兩鬼


鑽地彈能鑽多深是由鑽地彈的類型決定的,並沒有統一的標準。

首先介紹一下鑽地的原理:

鑽地彈能鑽進去併發生爆炸,要解決好三個方面的問題:

一是能鑽進去。打個比方,鑽地彈的鑽地原理就像向木板上釘釘子一樣。當我們用力砸釘子的時候,釘子就會以極快的速度向下運動並鑽進木板。如果釘子頭部不尖,就很難釘進去。所以得保證鑽地彈的外殼足夠硬,起碼比目標硬,才有可能鑽進去。

二是能延時爆炸。普通炸彈在與地面激烈碰撞時會發生爆炸,而鑽地彈則不會,它是通過特殊的控制方法讓其延時爆炸,遇到目標時再爆炸。三是有足夠的動能。足夠的能量才能保證其鑽得深,否則還沒有遇到目標就停止鑽地了。所以用普通炸藥時,它的體積會比較大。比如,GBU-28鑽地彈全重2.27噸,裝填的炸藥也有286公斤。要麼核能提供動能。比如,B-61核航空炸彈,該型核武器當量為1萬噸-30萬噸TNT當量。

再以美軍的幾種鑽地彈為例,討論一下鑽地深度:GBU-28鑽地彈 通常情況下,該鑽地彈可以鑽入6米深的地下混凝土建築,在飛行試驗中,還曾創下鑽透30米深土層的記錄。

B-61核航空炸彈美國B61-11航空核彈,由氫彈改裝而成的,爆炸威力極大,彈頭可以鑽進深達15米的地下爆炸。

上圖為從B-2隱形戰略轟炸機投放的B-61核航空炸彈

TSSAM導彈即“三軍通用防區外攻擊導彈”在一次試驗中,該彈頭曾使質量為230噸、厚為1.5米的鋼筋混凝土靶標連同其固定機構後移了100毫米,而彈頭卻在貫穿靶標後繼續前移了172米,彈頭殼體卻沒有受到明顯的損壞。

JDAM炸彈即在1999年5月8日,炸燬中國駐南聯盟大使館的“傑達姆”炸彈。這也是一種鑽地彈。因為當時該炸彈已經鑽入我大使館地底下,該型炸彈重達近1000公斤,鑽地深度也應該很深。


企鵝打採找@89550


目前全世界最強大的鑽地彈當屬美國的MOP巨型炸彈,這傢伙長度超過6米,重量達到了驚人的13.6噸,光是彈頭內的高爆炸藥就有2.4噸。更可怕的是它驚人的鑽地能力,根據美軍的實際測試,MOP鑽地彈對於加固混凝土工事的鑽深可以達到60米,對於諸如花崗岩之類的堅硬岩層鑽深也能達到40米,而對於超級堅固的鋼筋混凝土永久工事的鑽深也達到了8米之巨。正因為重量大,鑽地能力強,威力巨大,美軍視其為準戰略武器,因此它一般都是由B2隱形轟炸機這樣的超強刺客搭載投射,突破敵人防空網,直接對躲避在地下的軍事指揮中心等要害目標進行一擊致命的打擊!





(MOP大型鑽地彈及其鑽深)

而我國目前也發展出多種精確制導鑽地炸彈,其中就包括一千公斤級的天戈重型激光制導炸彈,但是要論鑽地能力最強的當家花旦還是莫過於世界上第一種鑽地導彈——東風15C!東風15C是由最遠射程700公里的東風15中近程地對地導彈發展而來,由於換裝了長條形的最新式鑽地彈頭,東風15C具備了打擊20米深混凝土工事目標的能力!千里之外,無需轟炸機冒著被擊落的風險出擊,直接一發東鳳15C雷霆灌頂,想想都刺激!

(東風15C鑽地導彈及其鑽深)

鑽地彈之所以具備超強的鑽地能力,其實靠的是扎釘子似的直接撞擊,也就是我們常說的動能。既然要撞,那麼你必須保證自身夠硬,不然一塊豆腐拍牆上,那不是稀碎?東風15C採用的是與尾穩穿甲彈類似的鎢合金外殼,而美國MOP彈頭採用的是強度大並且耐高溫的鎳鈷鋼合金,有些分析人士甚至認為美國可能在彈頭內摻入了貧鈾,不然MOP不可能具備如此驚世駭俗的鑽地能力!
(鑽地彈彈頭)

頭夠硬,那麼接下來要鑽地就要比拼扎釘子的力量了,能鑽多深完全取決於你施加給工事的動能多大,而從這裡開始東風15C導彈和美國MOP炸彈開始分道揚鑣,走出了東西方兩大完全不同的鑽地流派。美國MOP依靠B2轟炸機在一萬米左右高空投擲,由於加速距離短,觸地速度只有不到兩馬赫,而動能主要取決於速度和重量,既然速度提不上去,只能加大炸彈重量,所以MOP的體型也水漲船高,達到了13.6噸的高位,由此才獲得60米的驚人鑽深。可以說MOP炸彈基本上走的是西方拳擊手肉坦流鑽地套路!


(MOP鑽地彈實彈測試,體型之大,一目瞭然)

而東風15C鑽地彈頭重量只有1噸左右,如果僅僅以MOP炸彈的速度落地,那麼鑽地能力將不會超過10米!所以軍工人員很巧妙的將其安裝在東風15彈道導彈之上,依靠彈道導彈一百千米以上的高彈道進行向下俯衝,由於加速距離極長,末端觸地速度可以超過5馬赫,動能接近MOP炸彈的一半,也由此獲得了20米左右的鑽地深度。東風15C鑽地導彈頗得中國傳統功夫精髓,天下武功,唯快不破!



(彈道導彈彈頭再入,速度極快)

鑽深有了,可是如何控制鑽地彈在指定深度爆炸呢?MOP炸彈鑽深60米,可是目標在30米位置,你怎麼能夠保證炸彈在30米深殺傷目標?在美軍早期的GBU和JDAM系列鑽地彈上使用的大多數是延時引信,也就是事先設定好時間,彈頭觸地後,引信在延時後引爆彈頭,確保鑽地彈有一定的鑽地時間。然而因為目標堅固程度和彈頭觸地角度等各種原因會導致鑽地時間的延遲乃至縮短,因此延時引信並不能確保在有效的鑽深爆炸,很有可能導致攻擊失誤,因此漸漸被高端鑽地彈所拋棄。





(延時引信的作用)

目前BLU-109、BLU-113、MOP巨型鑽地彈上使用的都是美軍量身打造的智能化FMU-152/B聯合可編程引信。這種引信能夠智能編制延時時間和穿透工事層數以及感知深度,在投擲之前,根據目標的類型和堅固程度,首先通過計算機計算出侵徹鑽地的具體數值,然後編程至智能引信之上,能夠確保鑽地彈在最利於殺傷目標的位置和深度進行爆炸,而這也成為了世界各國目前爭相研究的主要方向,不出意外,東風15C應該也採用了類似的智能化引信!


(最新國產鑽地彈使用智能引信在鑽透指定樓層後爆炸)


軍武吐槽君


先來回答這個問題的第一部分,請看圖!下面這張圖列舉了目前各國的一些鑽地彈大家可以大致看一下各種鑽地彈的性能。

圖一 各種鑽地彈頭鑽地深度比較

從上圖可以看出,各國現裝備的各類鑽地彈的鑽地深度排名前十位分別是:

  1. GBU-57A/B(61米,美國)

  2. GBU-28C/B(7.2米,美國)

  3. GBU-28(6米,美國)

  4. AGM-86D CALCM(3.7米,美國)

  5. GBU-24(3.7米,美國)

  6. AGM-130D(3.4米,美國)

  7. KAB-1500L-Pr(3米,俄羅斯)

  8. NEB(2.1米,土耳其)

  9. AGM-158A JASSM(2米,美國)

  10. PB-500(2米,以色列)

圖中的標出的深度是指這些炸彈的引信可以保證炸彈在穿透這一深度的混凝土後再被引爆。所以這只是純鑽地深度,和爆炸威力無關。炸彈的爆炸威力有彈頭上畫的圓圈數決定。三個圈表示大於4000兆焦耳,兩個圈是2000-4000兆焦耳,一個圈是小於2000焦耳。

舉個例子,俄羅斯的KAB-1500L-Pr雖然鑽地深度只有3米。但是,一旦達到該深度,爆炸威力將會巨大的,超過4000兆焦耳。

圖二 俄羅斯KAB-1500L-Pr炸彈是KAB-1500L系列的一種

再這張圖中,有兩種武器的穿透深度未知。一個是我國的東風15C地對地導彈,另一個是美國的B61-11鑽地核彈頭。


下面再來回答鑽地炸彈是怎麼工作的。這個主要需要解決兩個難點,一是鑽地彈如何能夠鑽的深,二是鑽地彈如何能夠在一定的深度引爆。

第一個難點需要提高炸彈的侵徹力。這又可以從兩方面著手,首先是提高炸彈的動能。學過中學物理的同學都知道,動能同物體的質量和速度的平方成正比。因此提高動能一個在於增加炸彈的質量,這也是為什麼鑽地炸彈越造越大。GBU-57已經達到了單枚13噸重。另外一個是增加鑽地彈的速度,有些以導彈為基型的鑽地彈在末端會再次啟動火箭發動機,對鑽地彈進行加速。一般而言,動能鑽地彈的鑽地效果要遠大於通過化學爆炸能形成的鑽地效果。這也是為什麼普遍認為高超音速武器的一大用途就是鑽地彈。

圖二 GBU-57MOP的尺寸大小
提高侵徹力的第二點就是和穿透裝甲的穿甲彈一樣,採用高密度的彈頭和外殼材料。具體的設計有很多。譬如,美軍最早的BLU-109鑽地彈頭(當然效果很差,只有1.8米)採用了一英寸厚的鋼製外殼,內填240公斤Tritonal炸藥(80%TNT外加20%鋁熱劑粉末)。而BLU-116鑽地彈頭則使用一個輕質外殼包裹一個堅硬的重金屬(鎢或貧鈾)核心。GBU-28採用了舊的203毫米火炮炮管來作為彈殼。GBU-57據說也具有一個全鋼製外殼,外加一個高密度重金屬彈頭(“鎳鈷合金鋼”甚至更堅硬的“貧鈾合金”)。

圖三 一架B-2可以攜帶兩枚GBU-57一個彈艙一枚。B-52被用於測試,不會再作戰中攜帶

控制鑽地彈的起爆點主要靠引信。傳統的引信與經典的穿甲彈相同:定時器加炸彈後部的動力螺旋槳組合。定時器在炸彈釋放時進行設置,當螺旋槳停止轉動且定時器到期時炸彈引爆。當炸彈在空中飛行時,因為氣流的作用,螺旋槳會一直轉動。這樣就保證了哪怕定時器到期了,炸彈也不會在空中(仍在飛行時)發生爆炸。在傳統穿甲引信中,定時器的設置可以調整炸彈的爆炸點。

圖四 美軍幾代鑽地彈的鑽地深度演進

現代掩體破壞者可以使用傳統的引信,但有些還包括了麥克風和微控制器。麥克風負責監聽炸彈穿透的樓層數,微控制器負責對地板進行計數,直到炸彈突破所需的樓層數再起爆。ATK公司還開發了一種用在2000和5000磅級別武器上的硬目標空腔傳感引信,它會在到達地下深處的建築物空間處在發生爆炸。

圖五 二戰時期炸彈和海軍穿甲炮彈用的螺旋槳引信

圖六 ATK公司研製的硬目標空腔傳感引信


稀星天外


鑽地彈,這種常規武器的變態王者,對很多人來說都是迷一樣的存在。在進攻和防禦的對弈中,不斷強化。隨著導彈,炸彈的威力逐步增加,如何在這種情況下,保證戰鬥力不受威脅,成了各國思考的問題,美國更是為了它神經中樞似的防禦工事,建造了500米的花崗岩掩體。不過,你有你的張良計,我有我的過牆梯,鑽地彈應運而生。普通炸彈,一接觸地面就爆炸,而鑽地彈在接觸地面後,不會爆炸,反而會快速鑽入地下,而且只有在達到預定深度,才會爆炸。



世界上真正掌握鑽地彈的沒幾個國家,以美國為例,其國有一款名為MOP的鑽地彈,是美軍現役中最大的鑽地彈。根據目前已知的信息看,這款鑽地彈長6.2米,直徑0.8米,重13.6噸,能夠攜帶2.4噸的高爆炸藥,鑽到距離地面60米深的地方再爆炸。除了威力大之外,MOP鑽地彈還可以由B-2轟炸機攜帶,在10千米以上的高空投放,這種鑽地彈加隱身轟炸機的搭配,無疑是任何防禦工事的夢魘。


武器的發展是人人追逐的,鑽地彈的威力也不會停止不前,在嚐到鑽地彈的甜頭後,很難讓人不去聯想,鑽地核炸彈的威力,其爆炸產生的高溫,以及沖劑波,伴隨而來的局部地震,絕對是毀天滅地的。

鑽地彈的原理其實跟簡單,可以看做是木板釘釘子,釘子釘進木板的深度,取決於錘子施加的力,轉換成釘子的動能,當然釘子的硬度也是很關鍵的。一般,鑽地彈的殼體採用高強度的材料,而且在外面有一層防熱層,這樣鑽地彈在接觸地面就不會撞裂,然後順著彈頭的方向,在延時引信的作用下,鑽到預定深度,爆炸。

時間回到1999年,北約的美國B-2轟炸機發射使用三枚精確制導炸彈或聯合直接攻擊彈藥(傑達母)擊中了中華人民共和國駐南斯拉夫聯盟大使館,當場炸死三名中國記者邵雲環、許杏虎和朱穎,炸傷數十名其他人,造成大使館建築的嚴重損毀。這件引起全中國人民極度憤恨的事,也讓我們認識到了鑽地彈的威力。經過這些年的武器發展,中國在鑽地彈的研究上,也取得了很多進步。

2004年左右,我國就掌握了鑽地武器的所有技術,東風15C就是我國在新世紀以後研發出來的一種改進型地對地彈道導彈,實驗研究的戰鬥部速度從1200米/秒至1700米/秒,採用鎢合金六花瓣厚壁彈體設計,侵徹深度彈體直徑比值在50以上,預算穿深性能在60米左右,相對於鎳鈷合金,鎢合金的優勢在於其彈頭尺寸較小,卻能夠穿透更厚的岩石或水泥,可以一定程度彌補我國在鑽地彈設計技術經驗上的不足。



刀劍笑2020


目前已知鑽地能力最強的鑽地彈就是美國的GBU-57巨型鑽地彈,GBU-57巨型鑽地彈重達13.6噸,主彈體使用硬化鋼設計製造,彈頭重量達到2.4噸,是美國軍火庫中最重的非核炸彈,能夠由B-2A、B-52H等戰略轟炸機攜帶投放,主要用於打擊地下工事。

資料顯示,GBU-57巨型鑽地彈的鑽地能力達到驚人的60米,這個60米是針對一般混凝土防護層而言。遇到防護強度更高的岩石層的話,鑽地能力將縮減到40米,而假如遇到超強加固的鋼筋混凝土加鋼板防護設施的話,GBU-57巨型鑽地彈的鑽地能力就只有8米,但這種鑽地能力仍然是非常突出的。

中國的鑽地彈也毫不遜色,以一直備受關注的東風-15C彈道導彈為例,它就屬於一款專業鑽地彈,外界預計它的射程為600公里,最大鑽地能力同樣接近60米,面對非常堅固的花崗岩層時,鑽地能力接近20米,可以對敵方地下加固設施特別是地下指揮中心進行深度侵徹打擊。

鑽地彈之所以能夠擁有如此出色的鑽地能力,是因為它採用很多特殊設計來提升鑽地能力。一般而言,鑽地彈可以分為兩個部分:載體和彈頭。

從天而降的高速鑽地彈在到達地面後,首先憑藉著高速度和彈頭外部的高硬度殼體對地面進行初步侵徹,然後載體上的輔助戰鬥部將會引爆,產生的爆炸壓力將集中於彈頭方向,給予彈頭巨大動能,推動彈頭繼續向地下鑽去,等到彈頭耗盡所有動能,無法再繼續前進時,或者是已經到達地下目標的所在位置時,彈頭上的主戰鬥部才會爆炸,完全摧毀目標。

目前一些大國還正在研發鑽地能力更強的鑽地彈,用於滿足自身特定的打擊需求。未來鑽地彈主要向這些方向發展:一,通過改進彈頭製造材料、採用新的戰鬥部來提高鑽地深度;二,改進戰鬥部引信設計,使用能夠自動在最佳時刻、最佳深度引爆的智能引信;三,提升鑽地彈的打擊精度;四,增加鑽地彈的射程/投擲距離。所以,未來鑽地彈的總體性能還會有一定的提升。不難想象,未來鑽地彈和地下防禦設施的鬥爭較量還將會進一步升級。


科羅廖夫


鑽地彈能鑽多深是由鑽地彈的類型決定的,並沒有統一的標準。

上圖為巨型鑽地彈

首先介紹一下鑽地的原理:

鑽地彈能鑽進去併發生爆炸,要解決好三個方面的問題:

一是能鑽進去。打個比方,鑽地彈的鑽地原理就像向木板上釘釘子一樣。當我們用力砸釘子的時候,釘子就會以極快的速度向下運動並鑽進木板。如果釘子頭部不尖,就很難釘進去。所以得保證鑽地彈的外殼足夠硬,起碼比目標硬,才有可能鑽進去。

二是能延時爆炸。普通炸彈在與地面激烈碰撞時會發生爆炸,而鑽地彈則不會,它是通過特殊的控制方法讓其延時爆炸,遇到目標時再爆炸。

三是有足夠的動能。足夠的能量才能保證其鑽得深,否則還沒有遇到目標就停止鑽地了。所以用普通炸藥時,它的體積會比較大。比如,GBU-28鑽地彈全重2.27噸,裝填的炸藥也有286公斤。要麼核能提供動能。比如,B-61核航空炸彈,該型核武器當量為1萬噸-30萬噸TNT當量。

再以美軍的幾種鑽地彈為例,討論一下鑽地深度:

GBU-28鑽地彈 通常情況下,該鑽地彈可以鑽入6米深的地下混凝土建築,在飛行試驗中,還曾創下鑽透30米深土層的記錄。


上圖為GBU-28鑽地彈

B-61核航空炸彈 美國B61-11航空核彈,由氫彈改裝而成的,爆炸威力極大,彈頭可以鑽進深達15米

的地下爆炸。

上圖為從B-2隱形戰略轟炸機投放的B-61核航空炸彈

TSSAM導彈 即“三軍通用防區外攻擊導彈”在一次試驗中,該彈頭曾使質量為230噸、厚為1.5米的鋼筋混凝土靶標連同其固定機構後移了100毫米,而彈頭卻在貫穿靶標後繼續前移了172米,彈頭殼體卻沒有受到明顯的損壞。

JDAM炸彈 即在1999年5月8日,炸燬中國駐南聯盟大使館的“傑達姆”炸彈。這也是一種鑽地彈。因為當時該炸彈已經鑽入我大使館地底下,該型炸彈重達近1000公斤,鑽地深度也應該很深。

上圖為JDAM炸彈


止戈軍是我


目前,世界上威力最大、鑽地能力最強的鑽地炸彈仍然是美國的MOP巨型鑽地炸彈GBU-57A/B,是一種非核鑽地炸彈,別一說什麼武器就提核彈,雖然世界上也有鑽地核彈,但是僅就鑽地效果而言,與常規鑽地彈差遠了,比方說美軍的B61-11鑽地核彈,其鑽地能力簡直弱雞的不要不要的,所以又開發了B61-12最新型鑽地核彈,該彈雖然圓周概率誤差提高到30米以下,但是鑽地深度也仍與GBU-57相距甚遠。

GBU-57A/B(MOP)全重13.6噸,彈長6米,裝藥2700公斤,對於5000PSI混凝土(國標混凝土強度等級C40)的侵徹深度為60米,當面對10000PSI(國標C69)混凝土時,最大穿深8米,面對花崗岩石等堅固岩層時,最大穿深約40米,可以說鑽地性能已經很逆天了。此外,該型鑽地炸彈,一架B-2隱身轟炸機可以攜帶兩枚,別嫌帶的少,要知道這東西的價格是太貴了,一般核彈頭的造價比這東西便宜的多,而且不是什麼目標都能陪的上用GBU-57來炸的。

至於為何GBU-57的鑽地能力這麼強,由於美國公開的信息有限,只能大概說一說,一方面是由於其具備巨大重力勢能產生的穿透動能,另一方面是其裝備的特殊材料鋼製穿甲頭,此外就是GBU-57安裝了HTSF"智能硬目標引信",可以實時檢測炸彈穿透過程中的加速度變化,保證鑽地彈不會在未達目標穿深前被提前引爆。

最後來說說,媒體心心念唸的"鑽地核彈",這東西就鑽地效果來說,著實不咋滴,主要論據來自公開學術論文,如果你認為比搞專業研究的"聰明",歡迎反駁,論據取自一下論文:

根據論文提供的算法、數據和實例,美國B61-11鑽地核彈最大彈著速度下,對土壤的穿透深度僅為區區55.93米,對花崗岩的侵徹深度為4.16米,對5000PSI混凝土(C40)的侵徹深度為4.7米,對於10000PSI混凝土基本就穿不動了,和前面的GBU-57的鑽地能力一比,簡直就是弱不堪言。


裝備空間


既然你誠心誠意的問了,我便認認真真的回答你。

據估計,目前世界上約有10000餘處隱藏在地下的軍事設施,其中1000餘處是具有戰略意義的洲際彈道導彈發射井、指揮與控制中心、生化武器生產與存儲設施等。能夠有效對付這些地下目標的武器自然非鑽地彈莫屬。  


鑽地彈通常外形細長,彈體採用高強度特種鋼或重金屬合金材料,內裝鈍感炸藥和時間延遲引信,因此能夠利用動能侵徹到地下一定深度後引爆。早期的鑽地彈主要用於破壞機場跑道,對命中精度的要求不高,但後來其應用逐漸轉向對付地堡、地道、洞穴等點目標,所以加裝制導組件就勢在必行。 

美國空軍目前裝備的制式鑽地彈是900千克級的BLU-109系列、450千克級的BLU-110系列和225千克級的BLU-111系列。使用最頻繁的是洛馬公門生產的BLU-109/B,其重量為874千克,內裝240千克炸藥,彈體由高強度鋼製成,可以穿透2.4米厚的混凝土。


鑽地彈的原理  ———動能擠壓和延時引信  

鑽地彈之所以能鑽進地下深處,是依靠其強大的動能實現的。  

從動力學中我們知道,物體的動能受速度的影響特別大。具有一定質量的兩個物體,只要具有較大的相對速度,碰撞時就會具有巨大的破壞力。如果相撞的兩個物體沒有足夠強度的外殼支撐,它們就會因承受不住這一外力而變形、毀壞。如果其中一個物體具有堅固的外殼,能夠保護物體內部結構在碰撞過程中免遭破壞,那麼,這個物體就不會被損壞,就可能對另一物體產生強大的擠壓力而鑽進被撞物體內部。  


鑽地彈就是利用這一原理鑽進地下深處的。鑽地彈的鑽地深度與其重量、頭部的形狀、撞擊目標的角度和速度等因素密切相關。鑽地彈的殼體一般用高強度的材料製成,在殼體的內外表面還要敷上防熱層。這樣,當高速運動的鑽地彈到達地面時,其殼體就不會被撞裂,鑽地彈就會依靠自身巨大的動能,順著尖銳的彈頭方向繼續向下鑽去。  

打個通俗的比喻,鑽地彈的鑽地原理就像我們向木板上釘釘子一樣。當我們用力砸釘子,釘子就會以極快的速度向下運動而?進木板。但是,如果釘子頭部不尖,就很難釘進去;如果這個釘子不是鐵釘或鋼釘,而是用木頭做成的,也難於釘進木板裡。  


那麼,為什麼鑽地彈觸地不爆炸,只有鑽到地下深處才爆炸呢?  

原來,還有延時引信在起作用。  


所謂引信,簡單地說,就是引爆彈頭的裝置。鑽地彈的引信可以保證鑽地彈平時處於保險狀態,不發生爆炸,當鑽進地下一定深度後,能按特定的指令工作,以便適時引爆彈頭,產生爆炸。  

鑽地彈的引信可以分為很多種。常用的一種叫作延時引信。普通炸彈撞擊目標後,彈頭內的引信觸點接通,在小於一毫秒的時間內使雷管發火,從而引爆炸藥發生爆炸。當鑽地彈撞擊目標後,由於延時引信起作用,所以,雷管這時並不發火,而是經過300毫秒以上的延期作用,才發火並進而引爆炸藥。  


鑽地彈對地下目標的摧毀效果,與彈頭威力、鑽地深度、目標周圍地質條件等因素有關。鑽地彈的技術涉及到鑽地動力學,鑽地器殼體結構、材料、引控系統,目標地層結構等方面的科學。 鑽地單的用途  ———炸燬地下目標  


鑽地彈之所以引起人們的高度重視,是因為它能夠滿足一些國家在軍事上的需求,完成普通炸彈無法完成的任務。


江水趣談


鑽地彈是一種對地攻擊武器,它不像普通炸彈那樣一接觸地面或者掩體就發生爆炸,而是穿透掩體或深入地下一定距離後才會發生爆炸。鑽地彈被廣泛用於攻擊地面掩體和地下設施,有著良好的實戰效果。


(鑽地彈攻擊示意圖)

按照類型劃分,鑽地彈主要有反跑道、反地面掩體和反地下堅固設施三種類型。目前,鑽地能力最強的一款型號當屬美國的GBU-57 MOP大型鑽地彈,它是美軍現階段最大的常規鑽地彈。MOP炸彈的最大鑽地深度達到了60米,其內部裝有2700千克高性能炸藥,起爆時爆炸可向地下四周的擴散,所產生的巨大地下衝擊波會對地下隧道內的設備產生擠壓,從而對地下設施造成極大的破壞,同時也能對敵方人員產生巨大的殺傷力。鑽地彈的威力如此之大,那它又是如何完成鑽地的呢?

(美軍B52轟炸機投放GBU-57鑽地彈)

鑽地彈是伴隨著掩體防禦技術發展起來的一種武器。二戰時,為了對付盟軍堅固的掩體,德國空軍研發了一款名為Rochling shell的炸彈,它可以輕鬆穿透厚達4米的加強混凝土,這給盟軍造成了巨大的威脅。隨後英國人也研製出了自己的鑽地彈—高腳櫃炸彈,而它可以攻擊5米厚混凝土下方的目標。其實,德國人和英國人研製鑽地彈的道理頗為簡單,就類似於用釘子楔進牆壁,只要炸彈比地面硬,再加上巨大的動能衝擊就可以讓炸彈衝進地面,同時再輔以延時起爆技術,就輕易地實現了鑽地的功能。冷戰開始後,美國成為了鑽地彈的主要研製國家,但“鑽地”的原理卻一直被沿用到了今天。

(英國研製的高腳櫃炸彈)

(鑽地彈的鑽地原理)

經過多年的發展,美軍已經研製出了多種型號的鑽地彈,形成了反跑道、反地下掩體和地下設施的鑽地彈體系。伴隨著引信技術和彈體設計技術的提高,美軍的鑽地彈又演化出了動能侵徹型和複合彈頭型兩種構型。動能侵徹型就是利用動能進行穿透,其彈頭多采用高強度、高密度的重金屬材料,這既可以增加彈頭的質量,提升下落速度,又可以提升彈頭對掩體的穿透能力。複合彈頭型主要用於對地下掩體或地下設施的精確打擊,其彈頭包括一個先導彈頭和一個後繼彈頭,投放時先導彈頭會在掩體表面炸開一個缺口,然後再由後繼彈頭進入掩體內部引爆。鑽地彈的引信多采用延時引信或智能引信,其中智能引信可以區分空穴、硬層或多層掩體,進而在適當的深度引爆。目前美軍的主流鑽地彈都可以對地下掩體形成巨大殺傷,例如,在海灣戰爭中,GBU-27鋪路石III型激光制導炸彈讓伊拉克的防空掩體變得形同虛設,大量伊拉克空軍飛機在掩體內中被擊毀。

(F117戰鬥機投放GBU27鑽地彈)

(海灣戰爭中遭美軍鑽地彈攻擊的伊拉克機堡掩體)

由於美軍經常需要對地下掩體或地下設施發動進攻,這使得美軍對於鑽地彈格外重視,所以他們在這一領域有著巨大的優勢,比如GBU-57大型鑽地彈就可由B2或B52轟炸機攜帶對地下核設施、導彈基地等目標進行有效的打擊。隨著伊核問題的升溫,美軍的下一代鑽地彈研發工作也提上了日程。據稱,下一代鑽地彈可由F35戰鬥機、B52或B2轟炸機攜帶,其重量將會大幅減少,並配備更先進的傳感器,而且還會使用新型的彈頭侵徹材料,這樣炸彈的鑽地能力和精確打擊能力將會進一步提高。同時有消息稱,美軍或許還會採用高超音速飛行器來搭載鑽地彈頭,從而賦予炸彈更高的動能,極大提高其鑽地能力。

(伊朗的地下導彈基地)

(高超音速武器將使鑽地彈的威力進一步提升)


戰情解碼


已經有很多人回答了這個問題,不過題目問的是怎麼實現的,這顯然跟科學原理有關。鑽地彈的鑽地能力,就是推進力與地面結合力的較量。下面,我就從力學原理的角度,稍微詳細地為大家解答一下。

1、準備知識

鑽地彈,顧名思義就是一種可以深入地下的彈頭,可以是實現對深埋地下設施的攻擊破壞。這就要求鑽地彈具備較好的穿透能力,同時自身也應具備較高的強度和剛度。在鑽地的過程中,涉及到目標地面的損壞,所以首先我們瞭解下材料的破壞究竟是怎麼進行的。


我們先來了解下裂紋的三種形態:張開行,錯開型,和撕開型,如上圖所示。實際工程中,無外乎就是這三種裂紋形態。不管哪一種形態,它都有一個裂紋萌生的條件,即裂紋開裂的初始條件。具體的啟裂條件有很多種,每一種都有自己的適用條件。相信大家都學過材料力學,所以我以其中一種啟裂條件為例(最大張力),具體介紹一下。



在裂紋的尖端,由於存在應力集中,尖端的應力會非常的大。當這個應力超過了材料本身的承受極限,就會發生損傷破壞,這就是啟裂條件。此時,如果沒有外界能量繼續輸入,裂紋是不會變長的。想要裂紋擴展,那麼必然存在著能量輸入,外界能量輸入越多,裂紋也就變得越長,這就是裂紋的擴展條件。


研究裂紋擴展的方法很多,這裡就不詳細介紹了,有興趣的可以關注我,後期會出《斷裂力學》專欄。


瞭解了斷裂的條件,接下來再來了解下結構的強度和剛度。學過《材料力學》的同學,看到這裡就非常明白了,因為這正是材料力學的研究內容。不過,材料力學的對象僅僅是杆件。工程實際的結構千變萬化,僅憑材力是無法解決的。在這裡,當然不需要大家深入瞭解。只需要知道概念就可以了。強度:指的是物體抗破壞的能力。剛度:指的是物體抗變形的能力。前面說的裂紋的萌生與擴展,其實就是屬於強度問題。如果研究的是結構變形量的大小,如要計算上圖梁彎曲的大小,就是剛度問題了。


2、鑽地分析

鑽地彈在鑽地的過程中,是彈頭與地面的較量。地面之所以被鑽透,就是因為其強度相對較弱。而彈頭之所以能夠鑽地,除了自身強度高以外,自身剛度高也是一個原因。

從受力分析的角度來講,其受力情況非常簡單,如上圖所示。就是向下的力(重力+推進力),和向上的抵抗力。如果向下的力大於向上的力,那麼鑽地彈就可以進入地面了。

現在,我們分時間段,來探討下這個鑽地的過程。(1)剛開始的時候,彈頭剛接觸到地面,還沒侵入地面。此時,鑽地彈具備了較高的動能,實際上如果沒有額外推力,憑著這個撞擊速度,也能砸出地面一個坑出來。(2)剛入地的時候,實際上是憑藉較大的動能砸出來的。此時地面撞擊點被壓出一坑,在被砸與未被砸的交界處,會短暫形成一段裂紋,即錯開型裂紋。(3)當這個坑更大一些的時候,彈頭過大,已經擠壓兩側的地基,在尖端附近形成了張開型裂紋。(4)鑽地彈繼續深入,張開型裂紋不斷擴展,深入地下。

3、如何實現

知道了鑽地的力學過程,我們發現,需要克服兩種裂紋形態:錯開型和張開型。對於同一種材料而言,這兩種裂紋的啟裂應力和擴展能量都不一樣。所以,想要精確控制好鑽地的深度,必須對這兩種的裂紋擴展進行準確的分析。當然,也可以通過傳感器來確定鑽地深度。但是,通過分析地基的這兩種裂紋擴展,可以實現最小能量,達到最佳的效果。

鑽地彈的實現,首先需要彈頭自身強度足夠。在鑽地的過程中,彈頭的強度要高於地基的強度,否則。地基未破,彈頭先破了。所以,彈頭通常採用高強度的材料製作而成。在鑽地的時候,也不是什麼樣的地基都能鑽透的。

此外,彈體自身需要足夠的剛度。在鑽地過程中,彈體本身收到非常巨大的壓力,需要在這麼巨大的壓力下,保證不會發生非常巨大的變形。只有這樣,才能保證精度和鑽地深度。

為了實現持續鑽地,另外一個條件就是需要有持續的能量輸入。即,保證鑽地彈的彈藥足夠,能夠持續產生推進力,把鑽地彈帶到指定深度。

我們在擰螺絲的時候,用力技巧是一邊旋轉一邊前壓,如上圖。在力學上,這種叫做力螺旋,它是由一個力矢量和一個力矩矢量組成。為了保證鑽地的效率,讓鑽地彈旋轉起來,是個非常有效的方式。在旋轉的過程中,可以如果彈體外側設計了螺紋,那麼就像三角階梯鑽一樣了,能夠起到擴孔的目的,從而更加方便鑽地。當然,這需要更多的能量。

4、總結

我們從力學基本原理出發,發現鑽地彈要實現最小能量到達指定位置,必須對錯開型和張開型裂紋進行研究,獲得其基本斷裂參數。然後,依靠鑽地彈的外形和持續的能量輸入,實現最佳的鑽地效果。


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