通用硬毁伤标准探讨

对目标通过熔化或汽化实现“硬毁伤”，如表2-1 所示，将1 cm3 的大多数材料汽化必需的能量大约是104 J。在足够短的时间尺度内，以至能量不会损失的情况下，当能量投送系统传输大约104 J/cm2 的能量密度给靶目标时，通过使目标汽化，能将大多数目标毁伤。图2-4 显示了104 J 能量所能够汽化靶材料的深度和靶面积之间的变化关系，作用深度随能量散布面积的增大而线性减小，正如从图中看到，对于能量密度约为104 J/cm2，当总能量为104 J 散布到1 cm2 面积上时，能够汽化的有效深度为1 cm。值得注意的是，在能量密度更低的时候，汽化的深度不够，甚至不足以穿透多数靶材料的外壳。结合图2-4，通过汽化的方式，能量密度为104 J/cm2 时能够在目标表面汽化有效深度为1 cm的金属材料，而实现对大多数目标的硬毁伤，因而可以把104 J/cm2 作为一个通用的硬毁伤能量密度标准。

图2-4　104 J 汽化深度与作用面积和能量密度的关系［1］

此外，靶目标毁伤机制不一定只是通过汽化将靶目标穿透一个孔洞。例如，一颗子弹可以通过挤压靶材物质而贯穿目标，或撕裂捆绑目标的少数几条线即可，而不需要穿透整个材料。简而言之，根据与物质相互作用的特定机制，并且在建立毁伤所需要的能量密度或强度需求的时候把这些因素考虑进去。通过上述分析，发现有两种因素需要对通用的毁伤标准进行修正。一种是作用目标的有效厚度，也就是必须穿透的物质，可能比标称的1 cm 更厚或更薄；另一种是发生穿透的机制可能和纯粹的汽化不同。作用目标的相对有效厚度可以通过与典型标准靶材料的密度和厚度进行等效。作用目标比较复杂，目标内部结构可能被屏蔽物屏蔽，无法判断在穿过目标的随机路径上将会遭遇多少物质，但通过等效的方法大致可以得到作用目标的相对厚度或者平均厚度。在一些可获得的关于质量和表面积的粗略计算数据基础上，图2-5 显示了一些典型靶目标的“有效厚度”［8-11］。(www.xing528.com)

图2-5　一些典型靶目标的“有效厚度”［8-12］

从图2-5 中可以看到，人造卫星和飞机对重量非常敏感，能够搭载的重量有限，为了尽可能搭载更多的载荷，卫星和飞机的舱体结构不可能太厚，这就产生了一个直观的结果，毁伤一颗人造卫星所需的能量密度阈值将比毁伤一枚洲际弹道导弹或一辆坦克所需的能量密度阈值要小。公开发表的关于毁伤目标所需能量的估计表明，对于厚度在1 cm 量级的或更厚的目标，毁伤它们需要的能量密度在104 J/cm2 量级［1］。因此，对于厚的靶，可以使用这一能量密度作为零级近似来建立毁伤标准；对于那些更薄的目标，可以将有效厚度按照一定比例缩小以降低能量密度。有学者研究认为，毁伤一颗人造卫星所需的能量密度大约为100 J/cm2［13］，这与公布的估计值基本是吻合的。

传统的粒子束以“硬毁伤”机理为基础，普遍用104 J/cm2 作为作用到坚固目标实现硬毁伤的硬毁伤阈值。这样做主要是建立一种通用参数的方法，可以研究传输及相互作用过程。当然，这一阈值不应该被当作一个确定的数值，因为穿透靶目标的厚度以及相互作用机制和该通用标准包含的情况可能有诸多不同。