单兵防护装备技术发展趋势

        警用装备网讯： 在美国NGSW计划的框架内，正在开发的未来小型武器的一个关键任务——应该是确保世界领先武器实验室正在开发的现代小型武器和未来防弹衣的安全穿透。在回到“矛”的发展问题之前，最好先了解一下“盾牌”——防弹衣，这是一种先进的个人防护装备。

　　有人认为，防弹衣的不可穿透性问题是一个牵强的问题，因为当子弹击中敌人时，它要么会受到如此严重的伤害，以至于他无法继续积极作战，要么会击中身体中未受保护的部分。根据NGSW计划，美国军方不认为这是一个牵强的问题。问题是，有前途的防弹衣的改进速度现在大大超过了小型武器的改进速度。美国武装部队正试图在彻底改进小型武器性能方面取得突破，问题是他们是否会成功？

　　提高弹药穿甲能力的主要方法有两种：提高其动能和优化弹药/弹药芯的形状和材料（当然，这不是爆炸性、累积性或中毒性弹药）。在这里，我们的弹药实际上已经达到了一个极限。

　　子弹或子弹芯是由高硬度和足够高的密度的陶瓷合金制成的，可以制造出更硬、更坚固。通过增加子弹的尺寸来增加子弹的重量，在可接受的手持式射击武器尺寸中也几乎是不可能的。

　　例如，将子弹加速度提高到高超音速仍然是一个问题，但在这种情况下，开发人员面临着巨大的困难，如缺乏必要的发射火药、枪管磨损速度极快和对射手有效的高反冲。与此同时，防弹衣的改进正在进行中。

　　防弹衣材料

　　自问世以来，单兵装甲防护装备已经从钢制防弹盔甲和板材到先进的芳纶织物防弹衣，包括现代超高分子量高密度聚乙烯（SVMPE）和碳化硼。

　　苏联时代陆军战士的钢制胸甲——现代防弹衣的先祖

　　俄罗斯6B45防弹衣，带花岗岩5A碳化硼防弹板

　　防弹衣的改进包括寻找新材料、制造复合材料和金属陶瓷装甲元件、优化防弹衣元件的形状和结构，包括在微观和纳米层面，从而有效地分散子弹和碎片的能量。更具异国情调的解决方案，如基于非牛顿流体的“液体装甲”，也正在开发中。

　　最明显的方法是通过使用先进的复合材料和陶瓷材料加强传统的防弹衣结构。目前，大多数防弹衣都配备了热处理硬化钢、钛合金或碳化硅嵌件，但逐渐被重量较小、耐久性显着提高的碳化硼装甲元件所取代。

　　维拉尔碳化硅装甲元件

　　NEWS陶瓷碳化硼装甲元件

　　防弹衣结构

　　防弹衣的另一个改进方向是寻找出最佳的装甲单元布局结构：一方面要覆盖人体的最大表面积；另一方面不要束缚战士的运动和射击。例如，由美国平纳克装甲（Pinnacle Armo）公司设计和生产的龙鳞防弹衣。“龙鳞”防弹衣成功地模仿神话传说中的神龙龙鳞实现了装甲元件的鳞片排列。

　　Pinnacle Armor的龙鳞防弹衣

　　“龙鳞”由直径为50毫米、厚度为6.4毫米的碳化硅夹紧盘提供了一种特殊的结构灵活性（采用粘合剂粘贴），同时提供了足够大的保护表面。这种设计宣传还提供了对近距离小武器子弹多次命中的抵抗力——“龙鳞皮”可以承受多达40发德国HK MP5 9毫米冲锋枪、M16步枪或卡拉什尼科夫突击步枪的子弹命中（问题是哪种子弹确保不被穿透？）。

　　“龙鳞”装甲单元布局的缺点是，几乎完全没有保护战士免受外伤，导致士兵重伤或死亡，即使没有穿透防弹衣，因此这种类型的防弹衣没有通过美国陆军的测试（粘合剂问题）。然而，它依然被一些美国特种部队继续装备使用。

　　苏联时代的ZhZL-74防弹衣

　　苏联开发的ZhZL-74防弹衣也采用了类似“龙鳞”的“鳞片”设计，采用了直径50毫米、厚度2毫米的ABT-101铝合金圆盘做成防弹盔甲。

　　尽管ZhZL-74防弹衣有短距离不能防止子弹穿透的缺点，但装甲元件的鳞片排列可以与其他类型的装甲防护和减震元件结合使用，以减少子弹对弹片的边缘穿透影响。

　　美国赖斯大学的科学家们独具匠心地开发设计了一种不寻常的结构——聚合物线立方体，使物体比同一原料的单片物体更有效地吸收动能。这项研究的基础是研究碳纳米管簇的性质，碳纳米管簇由于其特殊的线形排列，具有原子水平的空腔，使其能够在与其他物体碰撞时有效地吸收能量。

　　由于目前尚不可能在工业规模上在纳米级完全复制这种结构，因此决定在宏观尺度上重复这种结构。研究人员使用了可在3D打印机上打印的聚合物丝，但将其放置在与纳米管相同的系统上，最终获得了高强度和可压缩性的线立方体。

　　聚合物线立方体结构是比材料更能确定其性能的材料，可成为防弹衣有前途的改进方向

　　为了验证结构变形的有效性，科学家们用相同的材料创建了第二个线立方体，但是单片的，每个线立方体都是由子弹发射测试穿透。在第一种情况下，子弹停在第二层，而在第二层，子弹穿得更深，对整个立方体造成伤害——它保持完整，但被裂缝覆盖吸收。具有特殊结构的塑料线立方体也被放置在压力机下，以测试其耐压性。在实验过程中，物体收缩了至少两倍，但其完整性没有受到干扰。

　　泡沫金属

　　谈到其性质在很大程度上取决于结构的材料，我们不能不提到泡沫金属或复合金属泡沫领域的发展。泡沫金属可以在铝、钢、钛、其他金属或其合金的基础上产生。

　　泡沫金属试样

　　美国北卡罗来纳大学的专家们开发了一种钢制泡沫金属，其基体与上陶瓷层和薄下铝层之间有一个相同的钢基体。厚度小于2.5厘米的泡沫能阻止7.62×51毫米的穿甲弹穿透，之后在背面留下一个小于8毫米的弹孔。

　　除此之外，泡沫金属板还有效地减少了X射线、伽马射线和中子辐射的穿透影响，并比普通金属减少了一半的火灾和热浪伤害。

　　另一种空心泡沫材料是由HRL实验室和波音公司共同开发的超轻泡沫。这种新材料比泡沫塑料轻100倍——它由99.99%的空气组成，但硬度极高。据开发商称，如果这种材料覆盖鸡蛋，鸡蛋从25层楼的高度掉下来，它就不会破裂。它是如此的轻，它可以躺在蒲公英上不会掉下。

　　HRL实验室和波音公司的未来材料——超新泡沫金属

　　超新泡沫金属原型使用中空镍管连接在一起，其结构类似于人体骨骼，允许材料吸收大量能量。每根管子的壁厚约为100纳米，从长远来看，其他金属和合金可以代替镍。

　　这种材料或其类似物，如上述结构化聚合物材料，可作为轻而坚固的减震垫的一部分，用于未来的防弹衣应用，以尽量减少子弹对身体造成的伤害。

　　纳米技术

　　在俄罗斯，“纳米技术”一词与科学联系在一起。同时，纳米技术，在原子和分子水平上操纵物体，创造具有给定结构的物质，能够在工业和技术上产生一场人类历史上从未有过的革命。

　　石墨烯是一种二维同素异形碳改性，由一个原子厚的碳原子层形成。西班牙专家正在研制以石墨烯为核心的防弹衣，石墨烯装甲的开发始于2000年代初。研究结果被认为是有希望的，2018年9月，开发人员开始进行实际测试。该项目由欧洲防务局资助，目前正在进行中，英国剑桥纳米材料技术公司的专家参与了该项目。

　　石墨烯对抗子弹穿透

　　类似的工作正在美国进行，特别是赖斯大学和纽约大学，在那里他们进行了硬物体射击石墨烯板的实验。石墨烯装甲元件可能比凯夫拉装甲坚固得多，并与陶瓷装甲相结合，以获得最佳效果。最困难的是石墨烯的工业生产。然而，考虑到这种材料在不同行业的潜力，毫无疑问会找到解决方案。2019年12月，中国的华为计划在2020年初推出石墨烯电池智能手机P40（带石墨烯电池），这可能标志着石墨烯工业生产的重大进展。

　　2007年底，以色列科学家创造了一种基于二硫化钨（金属钨盐和硫化氢酸）纳米颗粒的自修复材料。二硫化钨纳米颗粒是一种层状富勒烯类似物或纳米管形成物。纳米管具有创纪录的机械性能，是其他材料根本无法达到的，具有惊人的柔韧性和强度，处于共价化学键强度的边缘。

　　二硫化钼钨多壁纳米管的电子显微图像及结构模型

　　从长远来看，这种材料填充的防弹衣可能超过所有其他现有和未来的防弹衣样品。目前，由于原材料合成成本太高，基于二硫化钼钨纳米管的研发正在实验室研究中。然而，一家国际公司已经在专利技术下每年生产了很多的二硫化物钼钨纳米颗粒。

　　英国一家大型防务公司BAE系统公司正在研发一款凝胶填充防弹衣。在凝胶填充防弹衣中，建议将芳纶纤维浸泡在非牛顿液体中，在冲击作用下具有瞬间硬化吸收动能的特性。这“液体装甲”被认为是未来防弹衣最有前途的发展方向之一。这项研发工作也正在俄罗斯进行，并用于实现未来防弹衣的“战士-3（Ratnik-3）”防弹装备概念中。

　　俄罗斯防弹装备概念“战士-3（Ratnik-3）”

　　当然，俄罗斯目前在非牛顿液体中实现瞬间硬化这技术是很困难的，未来有很长的一段路要走下去，所以液体防弹装备概念“战士-3（Ratnik-3）”目前尚未付诸实践。

　　因此，可以得出这样的结论：未来的防弹衣计划利用技术进步前沿的最新技术创建。在小武器方面，没有看到这种技术的进步。造成这种情况的原因是什么，武器领域缺乏需求还是保守主义？

　　许多有前途的防弹衣项目肯定会陷入僵局，但其中一些项目肯定会突然“爆火”，并可能使20世纪的所有小型武器过时，因为弓、弩和枪炮小武器在当时已经过时。此外，防弹衣并不是战士装备的唯一重要元素，但它能从根本上提高战士在战斗中的生存能力。

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