在陸地開槍射擊能擊中很遠的人,但如果在水下,子彈是否還有那麼大的威力?2016年1月24日,YouTube網站發布一則有關水下射擊的視頻,進行了現身說法。
演示者是挪威物理學家安德烈亞斯·瓦林,他將自己置於水中的一架步槍正前方大約5米遠的地方,通過連接扳機的繩子扣動扳機對自己開槍。子彈衝出彈膛,激出水花向瓦爾飛來。視頻通過高速攝像機,以低於常速1000倍的速度展示子彈出膛後直至落地的過程。我們可以清晰地看到,子彈射出後沒多久,在遠離瓦林的地方就落地了。
這是為什麼呢?水的密度大於空氣,其阻力是空氣的800倍,因此子彈在水中阻力要大得多,子彈在水下只能達到正常情況千分之一的射程。這使彈丸在水中的減速幅度非常大,一般槍彈即使以初速(700~900米/秒)入水,在兩三米以後就會衰減到幾乎沒有什麼殺傷力了。而視頻中的這個更加極端,因為在水中發射子彈,彈頭所獲得的初速更低,剛出膛就開始失去穩定性,運動一米左右就失去了動能,沉入水底了。此外,通過視頻我們還看到,在子彈前進道路上,有奇怪的泡泡出現。這是因為當子彈離開彈膛,子彈前方會形成高壓區域,同時子彈後方形成低壓區域,從而生成了一個真空區域。在這部分真空區域裡,水突然沸騰,蒸發並產生一個小的氣體雲。這就是泡泡的由來。
水域作戰包括水面、水下,以及水上、水下跨環境作戰。水的密度是空氣密度的800倍,這使得槍械在空氣中發射的槍彈無法在水中正常運動,因此水下槍械及彈藥需另闢蹊徑。
到目前,水下槍械及彈藥的發展經歷了三個階段:第一階段是水下專用槍、彈的發展。這種水下槍不能發射普通彈,且其採用滑膛槍管,以大質量(彈頭質量是同口徑步槍彈的3~4倍)長杆箭形彈解決彈頭在水下穩定飛行這一難題。此類槍不具備陸地作戰能力。
第二階段是同一種槍械如步槍發射兩種彈藥,即普通彈和長杆水下彈。這種武器採用線膛槍管,通過調整彈匣適配裝置確保武器能夠配用兩種彈匣,發射兩種槍彈,供陸地與水下不同的作戰環境下使用。
第三階段是水下與陸地使用的槍彈彈形一致,通過槍械發射,不必更換彈匣。這種彈包括普通彈和具備水/空氣雙環境使用的水下彈。槍械採用線膛槍管,導氣系統具有空氣/水雙環境選擇裝置,實現了跨空氣/水兩種介質射擊,水下槍彈與制式槍彈同尺寸、共用彈匣,跨環境作戰能力顯著增強。
不同階段的水下武器系統
第一階段水下武器
蘇聯SPP-1水下手槍 該槍由中央精密機械研究所研製,1970年代定型,1972年裝備蘇聯海軍蛙人及特種部隊兩棲偵察兵。SPP-1M為其改進型,裝備俄羅斯海軍特種部隊。該槍為水下專用手槍,發射SPS長杆箭形水下手槍彈,口徑為4.5mm,設有4根槍管。水深5m處殺傷距離為17m,水深20m處殺傷距離為11m。
德國P11水下手槍 該槍由HK公司於1970年代研製,1976年投入使用,裝備德國、英國、挪威、荷蘭、丹麥、以色列及美國特種部隊。該槍在水面射擊的射程為30m,水下射擊的射程為10~15m。採用「儲—發」一體結構,設有5根槍管,5發槍彈密封在彈膛/槍管內,靠電擊發。但該槍不便再次裝填,因此5發槍彈發射完後,需運回工廠重新裝填。
南斯拉夫SSU戰鬥蛙人手槍 該槍於1989年初開始樣槍試驗,計劃裝備南斯拉夫海軍特種部隊,由於內亂等原因沒有轉入批量生產。該槍以俄式26mm信號槍為基礎研製。槍彈採用高低壓發射原理,彈頭為長杆箭形彈,直徑8.7mm,長22mm。分為輕彈和重彈兩種,均由箭頭和箭杆組成,箭頭採用優質鋼製成,箭杆為空心鋁管。輕、重彈的箭杆強度和質量不同,彈頭質量分別為12g和21g。該槍在水下和空氣中均可使用,水深5m處可穿透蛙人攜帶的壁厚為5mm的氧氣瓶。由於火藥燃氣被封閉在彈殼內,陸地上具有微聲手槍特點。但是,該槍存在射擊精度不夠理想,彈藥過長、過重等問題。
蘇聯APS水下突擊步槍 該槍由中央精密機械研究所於1970年代初開始研製,1975年裝備蘇聯海軍蛙人。該槍配用MPS 5.66×39mm長杆水下步槍彈,26發彈匣供彈,採用導氣式自動原理,可單發、連發射擊,採用機械瞄具,導氣室外側有排水裝置。彈頭初速為250m/s,水深5m處殺傷距離約25m,水深40m處殺傷距離為11m。
第二階段水下武器
這一階段的典型裝備是俄羅斯ASM-DT水陸兩棲突擊步槍。
該槍由圖拉儀器製造設計局於1991年研製,2000年研製成功。其設計有空氣、水下發射轉換的導氣裝置,口徑為5.45mm,採用線膛槍管,在陸地上發射5.45mm制式步槍彈,具有與AK74U短步槍相當的射擊精度;在水下發射MGTS 5.45mm長杆水下步槍彈。該槍可實現一槍發射兩種不同長度彈藥,其彈匣卡筍座可前後移動,以便安裝普通槍彈彈匣和水下槍彈彈匣。為便於陸地使用,增設了槍口消焰器,可安裝多功能刺刀,護手下方還可加裝GP-30 40mm下掛榴彈發射器,機匣左側增設瞄具導軌。其配用的彈匣分別為30發普通彈匣和26發水下彈匣。
該槍實現了步槍兩棲化,獲得兩種環境下較好的射程和精度,是水下槍械的一大進步。其中,空氣中發射普通彈射程300m,水中發射MGTS長杆水下彈5m水深處射程為25m。不過,該槍在不同的環境下使用,需要更換彈匣,這一點對於特種作戰來說,依然有許多不便,不利於立即投入戰鬥。
第三階段水下武器
俄羅斯ADS水陸兩棲突擊步槍 該槍由圖拉儀器製造設計局設計,於2009年開始小批量裝備俄羅斯特種部隊。ADS(俄文意思是「特種雙用途自動步槍」)以A91步槍為原型改進而成。口徑為5.45mm,全槍長660mm,槍管長415mm,空槍質量(含40mm下掛榴彈發射器)4.6kg,彈匣容彈量30發,可單、連發射擊,採用線膛槍管,無託設計,導氣系統為雙環境(空氣/水下)選擇裝置,槍機旋轉閉鎖。該槍可發射5.45×39mm制式普通彈、曳光彈、穿甲彈和PSP水下彈,PSP水下彈和普通彈尺寸相同,共用彈匣。步槍可加裝下掛榴彈發射器、消聲器和光學瞄具。該槍實現了一槍多用,特種人員在水下及陸地環境使用,不必更換彈匣,只需裝填相應彈種,從而提高了特種部隊的全域作戰能力。
PSP 5.45×39mm水下彈由圖拉儀器製造設計局於2005年設計完成,外形與制式5.45×39mm槍彈基本相同,但彈頭較長,達到53mm。該彈擁有作戰型與訓練型兩種:PSP作戰型槍彈採用全鎢合金彈頭,彈頭質量為16g,在空氣中發射時膛口初速約330m/s,5m水深的有效射程為25m;PSP-U訓練型槍彈則採用銅合金彈頭。挪威DSG公司GPS、DCS技術水下槍彈 2012年消息顯示,挪威DSG公司推出兩款新型槍彈,包括銅製實心自然超空泡(GPS)技術水下槍彈和鎢彈尖雙核超空泡(DCS)技術水下穿甲彈,統稱「多環境彈藥」(MEA)。MEA彈頭形狀及彈尖弧度設計獨特,利用彈頭的高初速以及彈頭頂部特殊外形在水下形成超空泡,達到水下高速穩定運動及侵徹目標的目的。
GPS水下槍彈擁有兩大特點:一是彈頭形狀設計獨特,彈頭前部為小錐尖+大錐體,彈頭後部為銅彈體變截面開孔結構,合理的彈頭設計確保水下、空氣中的穩定運動及良好的射擊精度;二是可在貼近水面處出水、入水穩定運動,具備跨水/空氣環境射擊能力,即使以較小的角度射入水中,也不會發生跳彈現象。當然,跨介質射擊要充分考慮從空氣向水中或在水中向空氣中射擊時,水對光線的折射作用,提前對瞄準誤差進行修正。
DCS水下穿甲彈分為兩種類型,採用整體式複合彈頭的雙核超空泡彈(DCS),以及主要用於大口徑彈藥、採用脫殼結構的穿甲超空泡彈(APS)。目前公布的DCS雙核超空泡彈的實物有5.56×45mm、7.62×51mm和12.7×99mm3種口徑,APS穿甲超空泡彈的實物有7.62×51mm和12.7×99mm兩種口徑。
美國跨環境槍彈 美國藉助北約等國力量秘密研製水下步槍彈藥,其跨環境槍彈採用北約制式普通彈型,結構與挪威的GPS和DCS類似,包括5.56mm、7.62mm、12.7mm、20mm、30mm等系列化口徑,除兩棲環境使用外,還對水面上下的「跨域」使用提出要求。消息顯示,7.62mm口徑彈藥空氣中300m可全部上靶,向水下垂直射擊可穿透水下8~10m的目標,水下射程可達22~25m;5.56mm口徑水下射程約為13m;而大口徑(12.7mm/20mm/30mm)槍彈可用於港口、艦艇、島嶼防衛(反水雷、末段反魚雷)以及正在發展的無人水下作戰平臺等,且12.7mm的跨環境槍彈可從水下攻擊空中1 000m距離的反潛直升機。
水下槍械幾項關鍵技術分析
槍彈雙環境可靠發射技術
槍械在水下使用時,其槍管、機匣、導氣裝置內部均會充滿水,需要降低水阻力,進而實現可靠發射。第一代水下槍械一般採用的技術手段包括:採用滑膛短槍管發射以降低槍管內彈頭前進的阻力;機匣、槍機均設計排水裝置;彈匣和供彈路線實現優化,排除水阻力對供彈的影響;槍彈進行防水設計。第三代水陸兩棲步槍則進一步提高要求,通過深入研究短尺寸水下彈的水下發射及供彈機理,將導氣裝置改用水/空氣雙環境選擇裝置,進而實現空氣/水下均能可靠發射。
槍彈雙環境穩定飛行技術
合理的彈頭形狀與質心設計可確保槍彈在雙環境下穩定飛行,槍管內膛和槍彈的匹配則利於減小發射阻力和槍彈出槍口時章動的影響,進一步提高射擊精度。第一代水下槍彈彈頭採用錐尖長杆設計,滑膛槍管發射,在水下可實現穩定飛行。第三代水下槍械採用了普通彈型槍彈外形,線膛槍管發射,彈頭採用變截面設計,合理匹配彈頭質心和膛內配合間隙,實現了空氣/水下穩定飛行。但是,俄羅斯與歐、美等國家採用的技術途徑不同:俄羅斯5.45mm PSP水下彈彈頭採用平頭、雙段錐體長杆彈頭結構,歐美等國其12.7mm口徑以下的新型雙環境槍彈頭則採用更為複雜的小錐頂+大錐頭+變截面結構。
5.45x39mm PSP水下步槍彈的結構
目前,克服水阻力、提高彈頭存速能力已成為水下增程的關鍵問題。水下槍彈一般所採用的小錐尖減阻、重彈頭保證存速、高能低緩釋雙基發射藥保證初速的設計,經分析認為,彈頭重量達到16g左右、初速300m/s以上,才能達到水下22~25m的射程要求。第一代長杆水下槍彈彈頭長,易於保證彈頭質量,而第三代雙環境水下槍彈的彈頭短,只能採用高密度合金材質的重彈頭。俄羅斯小口徑雙環境彈彈頭通體採用高密度鎢合金,歐美等國家則選擇7.62mm口徑,加上前鎢後銅的複合彈頭,技術容易實現,製造成本相對低廉。
水下安全發射技術
槍械在水下擊發存在諸多困難:其一是由於膛內壓力過高會導致炸膛、彈殼炸裂等危險,槍口火藥燃氣擠壓水後會形成強壓力波,對射手的口、鼻、喉、胸等部位易造成傷害。因此,實現水下安全發射,不僅需要選擇緩釋發射藥,保證平穩推動膛內彈頭前進,儘可能減小槍口壓力,同時,槍口處需要設計膛口裝置,從而分散水的壓力。
武器整體設計及環境適應性
水下與陸地作戰不同,作戰人員處於漂浮狀態,運動受限,因此人機工效直接影響特戰隊員的作戰及生存能力。第一階段水下步槍僅適用於水下環境作戰,特戰隊員在水陸作戰,需要同時攜帶地面武器及水下武器各一支,機動性受到極大限制,也難以迅速轉入不同環境的戰鬥狀態。第二階段水下步槍配用兩種長度的彈匣和彈藥,比第一階段邁進一大步,但仍有不便。第三階段水下步槍在武器整體設計及環境適應性上更趨完美,研發出普通彈型的雙環境槍彈,實現水陸彈匣通用,並且可跨環境射擊,極大滿足了兩棲作戰的需求。
目前,國外已解決了水下槍彈運動、彈頭穩定方式及小型化技術、水下槍械機構運動特性及發射技術、水下人機環適應性及人體承載能力等關鍵技術的突破,並逐步完善第三階段水下槍、彈系統。水下槍、彈系統仍然有許多技術難題需要突破,其射擊精度、有效射程、作戰效能尚需不斷完善、提升。
在2013年的「礪刃-2013」演習中,我海軍陸戰隊的偵察兵們在演習中使用了這樣一支武器——QBS06水下突擊步槍。
這是通過對俄羅斯的APS和SPP-1的實物進行測繪仿製而來的。水下步槍的口徑為5.8mm,從外觀上看,QBS06帶有APS的影子,但在前託、彈匣、槍口等細節上有明顯區別。
QBS06式5.8毫米水下自動步槍採用了大長徑比大的專用水下槍彈,結構上類似於箭型彈。全彈長度大約為150毫米,而全彈重量約為28克上下,幾乎相當於兩發5.8毫米自動步槍彈的重量。
該彈的彈頭設計也非常特殊,彈身細長,尾端面較小、質心相對靠前,在彈尖部分則是一個直徑1.5毫米的平面,這樣設計的目的是保證其在水下飛行時保持穩定。當槍彈被擊發後,子彈出膛,由於彈尖部分平面的作用,水在彈尖平面和錐面的過渡部分突然分離,在彈頭周圍形成一個空泡,彈體被空泡包裹。此時,僅有彈頭頭部受到水的阻力作用,水對彈頭的幹擾作用相對較小,彈道穩定。當彈頭撞擊目標後,由於彈頭的設計是「頭重腳輕」,容易發生翻滾,從而對目標造成巨大的殺傷效果。此外,這種大質量的鋼質彈頭穿透力非常好,足以穿透厚重的防水面罩和潛水用氧氣瓶。
這種彈藥同樣可以在水面上使用,但是由於使用環境的改變,在水面上射擊的精度實在是很難看,超過50米就很難擊中目標了。同時,在水面上射擊時會嚴重縮短武器的壽命,據說200發上下,如果只在水下使用,壽命可達2000發。
目前,QBS06已經通過了軍隊試用階段,正式服役於中國人民解放軍戰鬥序列之中,主要裝備對象是海軍特種部隊及部分海軍陸戰隊蛙人特戰分隊,執行滲透攻擊和反滲透安保等重要任務。