航天運(yùn)載火箭高安全火工起爆技術(shù)發(fā)展及啟示

唐 科，陳 楷，宋乾強(qiáng)，沈瑞琪，朱 朋

(1.北京宇航系統(tǒng)工程研究所， 北京 100076； 2.南京理工大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院， 南京 210094)

1 引言

目前我國(guó)航天運(yùn)載火箭用的火工品廣泛采用了以金屬片狀橋帶為換能元的第二代火工起爆技術(shù)，其廣泛應(yīng)用于運(yùn)載火箭分離、增壓輸送、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火等各個(gè)環(huán)節(jié)。工作時(shí)，通入額定電流，橋帶中心區(qū)域灼熱，發(fā)生電熱轉(zhuǎn)換，引爆首層起爆藥后逐級(jí)引爆后續(xù)裝藥，實(shí)現(xiàn)起爆或者點(diǎn)火功能。當(dāng)外部電磁或射頻環(huán)境達(dá)到異常強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流通過(guò)橋帶橋區(qū)，可能造成熱量累積；由于橋區(qū)和藥劑直接接觸，藥劑非常敏感，累積的熱量可能導(dǎo)致電起爆器發(fā)生誤爆，帶來(lái)安全性問(wèn)題。

20世紀(jì)90年代初，美國(guó)國(guó)防部、能源部以及航天局在關(guān)于火工品技術(shù)的發(fā)展規(guī)劃中多次提到激光點(diǎn)火技術(shù)和鈍感高能傳爆技術(shù)，目的就是革新起爆和傳爆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)爆炸元件的鈍感特性。鈍感彈藥、鈍感火工品，已經(jīng)成為國(guó)際軍事發(fā)展的潮流，鈍感爆炸元件在很大程度上能夠保證武器系統(tǒng)的安全性，減少意外事故而造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。本文總結(jié)了以激光起爆技術(shù)和爆炸箔起爆技術(shù)為代表的第三代高安全火工起爆技術(shù)的發(fā)展歷程和工程應(yīng)用情況，介紹了航天運(yùn)載火箭所采用的激光起爆技術(shù)和爆炸箔起爆技術(shù)系統(tǒng)方案，評(píng)估了2種起爆技術(shù)的適應(yīng)性，為推動(dòng)高安全火工起爆技術(shù)在航天運(yùn)載火箭中的發(fā)展和工程應(yīng)用提供了建議。

2 安全事故案例及安全性要求

人類歷史上，發(fā)生了眾多與火炸藥相關(guān)的安全事故，帶來(lái)了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。例如1967年6月6日美國(guó)航空母艦“弗萊斯特”號(hào)，飛機(jī)掛載的火箭彈機(jī)械保險(xiǎn)銷被海風(fēng)刮落，供電系統(tǒng)電路產(chǎn)生浪涌，導(dǎo)致火箭彈的意外發(fā)射，引發(fā)大火，造成軍械庫(kù)爆炸。事故造成了134人死亡，160人受傷，損失20多架飛機(jī)，修復(fù)工作用時(shí)近兩年，花費(fèi)兩千多萬(wàn)美元。1969年1月14日美國(guó)第一艘核動(dòng)力航母“企業(yè)號(hào)”艦載戰(zhàn)斗機(jī)起飛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)火焰意外烤燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，彈藥在燃燒環(huán)境中發(fā)生爆炸，導(dǎo)致28人死亡，344人受傷，15架戰(zhàn)斗機(jī)毀壞，17架戰(zhàn)斗機(jī)損傷，事故的爆炸現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。此外2000年8月12日在巴倫支海域進(jìn)行演習(xí)的俄羅斯導(dǎo)彈核潛艇“庫(kù)爾斯克號(hào)”，由于燃料電池起火，烤爆了一枚未使用不敏感炸藥裝藥的魚(yú)雷，導(dǎo)致其他魚(yú)雷連環(huán)爆炸，造成108人遇難。高敏感性的炸藥和推進(jìn)劑裝藥、低的安全冗余度設(shè)計(jì)、弱抗電磁干擾能力的發(fā)射控制電路是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的主要因素，而這些因素一旦疊加或超過(guò)安全臨界值，將會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的安全事故。

由于安全事故導(dǎo)致了重大的人員和財(cái)產(chǎn)損傷，彈藥的安全性得到了廣泛和高度的重視。美國(guó)海軍對(duì)彈藥安全性開(kāi)展了深入研究，其目的是在不降低彈藥遠(yuǎn)射程、高威力等傳統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，提高彈藥對(duì)外界環(huán)境刺激或戰(zhàn)場(chǎng)意外打擊情況下的安定性，有效降低其意外引爆的風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)武器平臺(tái)后勤系統(tǒng)及人員帶來(lái)的附加傷害。美國(guó)國(guó)防部頒布了適用于所有的火箭非核武器彈藥和含能器件標(biāo)準(zhǔn)——MIL-STD-2105D《非核彈藥危險(xiǎn)性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》，囊括了作戰(zhàn)和勤務(wù)期間彈藥可能遭遇的威脅，并且建立了快速烤燃、慢速烤燃、子彈撞擊、破片撞擊、殉爆、高速射流撞擊等6項(xiàng)安全性試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。根據(jù)試驗(yàn)的反應(yīng)程度，將危害性分為完全爆轟(Ⅰ級(jí))、部分爆轟(Ⅱ級(jí))、爆炸(Ⅲ級(jí))、爆燃(Ⅳ級(jí))、燃燒(Ⅴ級(jí))和非自持反應(yīng)(或不反應(yīng))(Ⅵ級(jí))等6個(gè)等級(jí)。安全的彈藥應(yīng)達(dá)到三星水平，除了射流和殉爆反應(yīng)能達(dá)到不低于Ⅲ類水平(殉爆)，其他試驗(yàn)反應(yīng)均不能低于Ⅳ類(燃燒)。

圖1 彈藥安全事故現(xiàn)場(chǎng)圖

國(guó)內(nèi)爆炸物感度的相關(guān)國(guó)軍標(biāo)主要有GJB770A《火藥分析試驗(yàn)方法》、GJB771《火炸藥性能試驗(yàn)方法》、GJB772A《炸藥試驗(yàn)方法》，規(guī)定了炸藥感度原理試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法。GJB8142—2013《鈍感炸藥安全性試驗(yàn)方法——靜電火花感度試驗(yàn)》，提出了不敏感炸藥的靜電火花感度試驗(yàn)方法和評(píng)定準(zhǔn)則。GJB 2178.1A—9A—2005《傳爆藥劑安全性試驗(yàn)方法》，規(guī)定了沖擊感度、摩擦感度、撞擊感度、靜電感度、沖擊波感度、熱絲感度、快烤、慢烤等9項(xiàng)安全性試驗(yàn)項(xiàng)目，形成了不敏感彈藥試驗(yàn)和評(píng)估方法。滿足GJB 2178—2005規(guī)定的火工藥劑，屬于不敏感彈藥，可以作為直列式裝藥使用，具有很高的安全性。但是不敏感藥劑，在提高藥劑鈍感性的同時(shí)，也降低了藥劑的能量，其發(fā)展趨勢(shì)就是讓混合藥劑在擁有不敏感特性的同時(shí)，保持其高能的特性。

3 激光起爆技術(shù)發(fā)展

激光火工系統(tǒng)(Laser Ignition Ordnance system,LIOs)是將激光器輸出的激光能量通過(guò)光纜作用于含能材料以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、起爆反應(yīng)的火工系統(tǒng)。該系統(tǒng)有3個(gè)基本結(jié)構(gòu)單元，點(diǎn)火控制單元、光能傳輸單元和激光換能單元，如圖2所示。點(diǎn)火控制單元含有驅(qū)動(dòng)電源、安保機(jī)構(gòu)和半導(dǎo)體激光器，主要功能是接收到控制系統(tǒng)的電信號(hào)后，由驅(qū)動(dòng)電源轉(zhuǎn)換為激光器所需的電信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)激光器產(chǎn)生激光。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性，對(duì)電源控制電路和光纖傳輸光路設(shè)置了電子安保邏輯控制，包括安全、解除保險(xiǎn)和發(fā)火功能。光能傳輸單元含有光纜和光纖連接器等光學(xué)器件，主要功能是傳輸點(diǎn)火激光能量和傳輸光路自檢信號(hào)。激光換能單元即激光火工品，含有光學(xué)透窗和激光敏感藥劑，主要功能是實(shí)現(xiàn)激光點(diǎn)火起爆反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換。光路檢測(cè)方面，對(duì)激光點(diǎn)火系統(tǒng)能量傳遞的機(jī)理和光路損耗來(lái)源展開(kāi)了研究，通過(guò)點(diǎn)火光纖和檢測(cè)光纖獨(dú)立的雙光纖自聚焦透鏡組件設(shè)計(jì)，在確保激光點(diǎn)火功率的前提下，提高了反射光接收率。

圖2 激光火工系統(tǒng)組成示意圖

激光火工系統(tǒng)與電起爆火工系統(tǒng)相比，提供了安全、可控的能量傳遞。激光火工系統(tǒng)需要將電能轉(zhuǎn)化為光能，再轉(zhuǎn)化為熱能起爆，因此，激光火工系統(tǒng)相對(duì)于電起爆火工系統(tǒng)，需要從電能到光能的額外的能量轉(zhuǎn)移。這種額外能量轉(zhuǎn)移的損失是可以接受的，因?yàn)榧す饧肮饴穼?duì)雜散電流極不敏感，從本質(zhì)上提升了火工系統(tǒng)的安全性。雖然電能到光能的能量轉(zhuǎn)移發(fā)生在激光二極管內(nèi)，這構(gòu)成了激光起爆系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的限制因素，但隨著光電領(lǐng)域技術(shù)不斷進(jìn)步，激光光電轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)男阅芎托什粩嗵岣?，使得激光起爆技術(shù)在航天運(yùn)載火箭上的應(yīng)用成為可能。激光火工系統(tǒng)中采用了與電絕緣的石英光纖傳輸能量和信號(hào)，能夠避免靜電、電磁輻射等外界干擾的影響，從本質(zhì)上消除了靜電、射頻、雷擊等復(fù)雜電磁環(huán)境引起意外起爆的可能性。

激光傳輸?shù)墓饫w很細(xì)，芯徑一般在微米量級(jí)，因此激光具有很高的能量密度，另外可以使用光學(xué)元件或光路設(shè)計(jì)使光束聚焦成一個(gè)很小的光斑，從而產(chǎn)生更高的能量密度，可以直接起爆鈍感的炸藥或者驅(qū)動(dòng)飛片起爆鈍感炸藥，進(jìn)一步提升火工系統(tǒng)的安全性。

對(duì)于激光火工系統(tǒng)的研究，國(guó)外在初始階段就設(shè)定了以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用為目標(biāo)的研制思路，在每一個(gè)研究階段都有明確的工程應(yīng)用背景。據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，1991年至2008年間，激光火工系統(tǒng)在國(guó)外航天系統(tǒng)中的應(yīng)用情況見(jiàn)表1，典型的應(yīng)用案例見(jiàn)圖3、圖4。

表1 激光火工系統(tǒng)在航天系統(tǒng)中的應(yīng)用

圖3 薩德激光起爆產(chǎn)品圖

圖4 奧地利CTR研究中心的激光點(diǎn)火裝置圖

為了應(yīng)對(duì)未來(lái)運(yùn)載火箭小型化、集成化和智能化發(fā)展需要，陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所對(duì)激光火工系統(tǒng)單機(jī)集成技術(shù)開(kāi)展了研究，通過(guò)MEMS制造工藝，將激光二極管、光學(xué)傳感器和激光敏感藥劑集成在一起，實(shí)現(xiàn)了激光火工系統(tǒng)小型化和集成化發(fā)展，見(jiàn)圖5。集成化的激光火工裝置，通過(guò)電連接器直接接受控制系統(tǒng)輸入的電信號(hào)，在裝置內(nèi)部完成電光轉(zhuǎn)化和化學(xué)起爆，其擴(kuò)展了激光火工系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，避免了工程應(yīng)用上存在的光纖連接器污染、高量級(jí)振動(dòng)沖擊環(huán)境對(duì)激光起爆系統(tǒng)造成的傳輸能量損耗等實(shí)際工程問(wèn)題，對(duì)控制系統(tǒng)影響更小，更易于實(shí)現(xiàn)對(duì)電起爆火工系統(tǒng)的升級(jí)換代。但是，激光火工品和控制器件高度集成，相對(duì)于傳統(tǒng)電起爆器的成本更高、產(chǎn)品質(zhì)量一致性檢驗(yàn)和測(cè)試缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)于電磁防護(hù)的效果還需要進(jìn)一步驗(yàn)證、產(chǎn)品可靠性還有待評(píng)估，距離工程應(yīng)用尚有差距。

圖5 集成激光火工裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 爆炸箔起爆技術(shù)發(fā)展

爆炸箔火工系統(tǒng)(Exploding Foil Initiator system，EFIs)組成如圖6所示，其工作原理為：控制系統(tǒng)輸入初始信號(hào)，系統(tǒng)解除保險(xiǎn)，驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)變壓器升高壓，對(duì)高壓電容進(jìn)行充電儲(chǔ)能；當(dāng)充電完成后，系統(tǒng)接收點(diǎn)火指令，高壓開(kāi)關(guān)閉合使放電回路導(dǎo)通產(chǎn)生脈沖大電流，使橋箔發(fā)生電爆炸驅(qū)動(dòng)飛片，沖擊起爆鈍感藥劑形成爆轟輸出，完成預(yù)定功能。

圖6 爆炸箔火工系統(tǒng)組成示意圖

爆炸箔火工系統(tǒng)與橋帶式電火工品相比，安全性有了顯著提高。爆炸箔起爆器的裝藥具有本質(zhì)安全性，滿足GJB2178—2005的規(guī)定，并且金屬橋箔與裝藥之間隔離無(wú)直接接觸，滿足直列式裝藥規(guī)范。爆炸箔起爆的作用原理具有本質(zhì)安全性，只有當(dāng)儲(chǔ)能電容放電產(chǎn)生數(shù)千安培的脈沖大電流時(shí)，才足以使金屬橋箔發(fā)生電爆炸，產(chǎn)生足夠能量的等離子體驅(qū)動(dòng)飛片高速飛行，沖擊起爆裝藥。通過(guò)全電子安全保險(xiǎn)策略，保險(xiǎn)裝置對(duì)接收的輸入信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、邏輯處理、分析判斷后，輸出控制充電儲(chǔ)能和終端工作的控制信號(hào)，能夠有效避免爆炸箔系統(tǒng)意外供電誤觸發(fā)。因此，產(chǎn)品對(duì)外界的自然環(huán)境(靜電與電磁等環(huán)境)與人為環(huán)境均具有極高的安全性。

目前，美國(guó)和歐洲在爆炸箔火工系統(tǒng)研究方面發(fā)展迅速。根據(jù)爆炸箔火工系統(tǒng)的研究發(fā)展歷程，國(guó)內(nèi)學(xué)者將爆炸箔起爆系統(tǒng)分為傳統(tǒng)爆炸箔起爆系統(tǒng)(EFIs)、低能量爆炸箔起爆系統(tǒng)(LEEFIs)以及微芯片集成爆炸箔火工系統(tǒng)(McEFIs)3個(gè)階段，如圖7所示。

以第二代和第三代爆炸箔技術(shù)為特點(diǎn)的集成化爆炸箔火工系統(tǒng)，拓展了使用場(chǎng)景。爆炸箔火工系統(tǒng)存在高壓電路，一般不用于遠(yuǎn)距離傳輸部位，通常用在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和戰(zhàn)斗部起爆上。當(dāng)系統(tǒng)點(diǎn)火控制模塊、電能儲(chǔ)能模塊以及爆炸箔火工品完成小型化、輕質(zhì)化和集成化設(shè)計(jì)后，可實(shí)現(xiàn)爆炸箔火工系統(tǒng)的多部位、多場(chǎng)景使用，除了戰(zhàn)斗部、發(fā)動(dòng)機(jī)，還可以應(yīng)用于分離、電爆閥門(mén)、安全自毀等各個(gè)環(huán)節(jié)。國(guó)外近30年來(lái)爆炸箔火工系統(tǒng)在武器系統(tǒng)中的應(yīng)用見(jiàn)表2。

圖7 爆炸箔火工技術(shù)發(fā)展歷程示意圖

表2 爆炸炸箔火工系統(tǒng)在國(guó)外航天系統(tǒng)中的應(yīng)用

美國(guó)1970年開(kāi)始在土星V號(hào)上就大量使用了高壓爆炸橋絲EBW，其本質(zhì)就是EFI的前身，用于自毀和分離，如圖8所示。EFI既是以EBW為基礎(chǔ)衍生出的一種新型起爆器，EFI比EBW具有以下特點(diǎn)：

1) EFI爆炸橋箔、飛片和加速膛與始發(fā)裝藥完全隔離；

2) EFI始發(fā)裝藥的密度比EBW雷管始發(fā)藥的密度高得多，EBW雷管很難起爆高密度的次級(jí)炸藥；

3) EFI作用時(shí)間短，引爆閾值范圍窄，重復(fù)性和同步性好；

4) EFI結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的抗振、抗沖擊和抗過(guò)載能力；

5) EFI點(diǎn)火需要特殊的能量脈沖(低電感、大電流和短脈沖作用時(shí)間)；

6) EFI對(duì)靜電和電磁輻射有很好的抗干擾能力等。

圖8 土星V號(hào)運(yùn)載火箭應(yīng)用爆炸橋絲起爆器示意圖

歐洲自20世紀(jì)90年代以來(lái)開(kāi)展了爆炸箔火工系統(tǒng)的研究，包括全電子安保系統(tǒng)(ESAD)與爆炸箔起爆器(EFI)集成研究，近年來(lái)低能爆炸箔起爆器和電子安保裝置已經(jīng)型譜化，并應(yīng)用在航天以及其他軍工行業(yè)，如圖9所示。隨著技術(shù)進(jìn)步，低能化、小型化是爆炸箔起爆技術(shù)的發(fā)展方向。

圖9 爆炸箔系統(tǒng)朝集成化、小型化方向發(fā)展示意圖

5 航天運(yùn)載火箭激光和爆炸箔火工系統(tǒng)方案

5.1 高安全火工系統(tǒng)技術(shù)途徑

火工系統(tǒng)是航天運(yùn)載火箭中的重要組成部分，也是運(yùn)載火箭中最敏感的分系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)載火箭的安全性影響重大。為了提升火工系統(tǒng)的安全性，可以采取以下技術(shù)途徑：

1) 火工品系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)上，采取相應(yīng)的安全保險(xiǎn)策略，在起爆電路與控制電路之間采用編碼通訊和光耦隔離技術(shù)，防止錯(cuò)誤指令導(dǎo)致的誤觸發(fā)，提高起爆控制系統(tǒng)的抗電磁安全性；

2) 火工藥劑選用上，盡量避免使用起爆藥，使用鈍感裝藥代替敏感裝藥，滿足MIL-STD-2105D或GJB 2178—2005的安全性要求，以保證整個(gè)火工系統(tǒng)的安全性；

3) 在安全性關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采用隔斷式安全保險(xiǎn)裝置或采用滿足直列式規(guī)范的全電子保險(xiǎn)裝置；

4) 采用激光火工品技術(shù)，采用光纖傳輸?shù)墓饽艽骐娎|傳輸?shù)碾娔?，避免射頻和電磁感應(yīng)對(duì)發(fā)火信號(hào)的干擾；

5) 采用爆炸箔(EFI)火工品技術(shù)，只能采用特殊的高壓高功率脈沖源進(jìn)行發(fā)火，自然界中的人體靜電、雜散電流、射頻等普通電磁環(huán)境、甚至核電磁脈沖環(huán)境不可能造成EFI意外發(fā)火，由于EFI中僅使用了許用傳爆藥，如六硝基茋(HNS)，滿足直列式起爆規(guī)范，具有本質(zhì)安全性。

5.2 激光火工系統(tǒng)

航天運(yùn)載火箭激光點(diǎn)火電源和控制模塊是一個(gè)通用模件，集成了激光器及其控制器件，根據(jù)控制系統(tǒng)指令發(fā)出激光，具有引爆控制、檢測(cè)及數(shù)據(jù)采集等功能。光纜網(wǎng)組件由光纖、連接器、光開(kāi)關(guān)、分束器組成，用于傳輸激光。激光火工品點(diǎn)火時(shí)，藥劑吸收點(diǎn)火激光能量產(chǎn)生爆燃，輸出燃?xì)?，或通過(guò)BNCP將爆燃轉(zhuǎn)化為爆轟波輸出，見(jiàn)圖10。BNCP屬于安全鈍感的起爆藥，機(jī)械感度在PETN和RDX之間，火焰、靜電火花感度比Pb(N)、LTNR等起爆更鈍感，但仍屬于起爆類藥劑，不滿足GJB 2178—2005的規(guī)定，不屬于直列式起爆藥劑。目前，激光火工系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于航天運(yùn)載火箭型號(hào)，并成功飛行，全箭所有火工品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)激光點(diǎn)火或起爆。

圖10 激光火工系統(tǒng)組成原理示意圖

5.3 爆炸箔火工系統(tǒng)

對(duì)于航天運(yùn)載火箭，傳統(tǒng)的分體式爆炸箔起爆裝置，由于其體積較大，并且放電回路與爆炸箔火工品之間只能通過(guò)扁平電纜連接，連接長(zhǎng)度有限，造成了使用不便，其往往應(yīng)用于戰(zhàn)斗部等對(duì)安裝空間要求相對(duì)較低的環(huán)節(jié)。而分離系統(tǒng)火工品種類多、供電需求大、安裝空間緊張，傳統(tǒng)的分體式爆炸箔起爆裝置往往難以應(yīng)用。隨著集成化技術(shù)發(fā)展，爆炸箔起爆器與控制單元實(shí)現(xiàn)了集成設(shè)計(jì)。通過(guò)系統(tǒng)集成，將高壓起爆電路的電感降至最小，從而有效提高脈沖功率源的放電效率，有利于實(shí)現(xiàn)EFI的低能化，以達(dá)到降低系統(tǒng)成本、實(shí)現(xiàn)小型化和高可靠性的目標(biāo)。

航天運(yùn)載火箭集成爆炸箔火工系統(tǒng)由控制裝置、屏蔽電纜和起爆裝置3部份組成，分為單通道一拖一、四通道一拖四的2種情況。以四通道一拖四系統(tǒng)為例，爆炸箔火工系統(tǒng)由1臺(tái)四出口的控制裝置和4個(gè)獨(dú)立的起爆裝置組成，兩者之間通過(guò)4根屏蔽電纜連接，如圖11所示。一拖四系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)控制裝置通過(guò)4根屏蔽電纜連接4個(gè)起爆裝置，進(jìn)行分時(shí)控制分時(shí)起爆?？刂蒲b置主要包括控制模塊、安保模塊、升壓模塊等組成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)起爆裝置控制、安保以及升壓等功能。起爆裝置主要由包括高壓放電回路的電路模塊和包括裝藥組件的爆炸箔起爆器等組成。屏蔽線纜具備高壓防護(hù)和靜電屏蔽功能，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局需要，選配不同長(zhǎng)度的線纜。升壓模塊可以在控制裝置中，也可以集成在起爆裝置中。放電回路集成在起爆裝置中，采用高壓電容和MCT開(kāi)關(guān)，以盡可能降低放電回路長(zhǎng)度，減小回路電感，提供高功率脈沖能量，實(shí)現(xiàn)爆炸箔起爆裝置起爆。

圖11 爆炸箔起爆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(4通道)

5.4 適應(yīng)性評(píng)估

激光起爆系統(tǒng)和爆炸箔起爆系統(tǒng)，均屬于第三代火工系統(tǒng)，相對(duì)于航天運(yùn)載火箭目前大量使用的第二代電熱式火工系統(tǒng)，安全性有了本質(zhì)的提升，屬于未來(lái)航天運(yùn)載火箭火工系統(tǒng)的發(fā)展方向。

1) 激光和爆炸箔起爆系統(tǒng)均具有很高的安全性，爆炸箔起爆系統(tǒng)能夠直接作為直列式起爆系統(tǒng)，而激光起爆系統(tǒng)采用BNCP裝藥時(shí)，不能滿足直列式起爆規(guī)范，需要配合安全保險(xiǎn)裝置或用在一些危險(xiǎn)等級(jí)影響相對(duì)較低的起爆環(huán)節(jié)。激光驅(qū)動(dòng)飛片引爆HNS或激光直接起爆HNS，是解決藥劑安全性的途徑之一，距離工程應(yīng)用尚有差距。

2) 激光起爆系統(tǒng)利用光纜傳輸，傳輸距離更長(zhǎng)，有利于運(yùn)載火箭集中控制使用，但需要解決點(diǎn)火閾值偏高、光纜網(wǎng)組件安裝環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題、光路損耗、潔凈度防護(hù)等工程難題。

3) 爆炸箔系統(tǒng)屬于電爆系統(tǒng)，電能易于控制，但使用更為復(fù)雜，需要提前充電，接收到指令后再放電，由于分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)分離動(dòng)作指令時(shí)間間隔近，造成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加復(fù)雜?，F(xiàn)有爆炸箔系統(tǒng)由于體積較大，多應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、戰(zhàn)斗部等環(huán)節(jié)，分離系統(tǒng)使用較少。在分離系統(tǒng)使用時(shí)，需要進(jìn)一步提高其集成度、減小體積、提高能量利用效率，同時(shí)做好放電過(guò)程中產(chǎn)生的電磁環(huán)境對(duì)周邊設(shè)備的影響防護(hù)。此外，將CDU和EFI集成，提高其能量傳輸效率，為遠(yuǎn)距離傳輸創(chuàng)造可行性。

4) 從整個(gè)技術(shù)路線發(fā)展來(lái)看，2種起爆技術(shù)都是屬于2個(gè)成熟的高安全起爆技術(shù)方向，從國(guó)外的應(yīng)用來(lái)看，爆炸箔更多的應(yīng)用在海軍項(xiàng)目中，其鹽霧、霉菌環(huán)境更加惡劣，艦船上電磁環(huán)境也異常復(fù)雜，功率也更加巨大，海軍艦船和潛艇，一旦發(fā)生安全問(wèn)題，將帶來(lái)嚴(yán)重的災(zāi)難性損失。對(duì)于安全性要求極高的環(huán)節(jié)，爆炸箔起爆系統(tǒng)更加適用。對(duì)于陸軍、空軍型號(hào)，由于安裝空間限制和長(zhǎng)距離傳輸要求，同時(shí)對(duì)鹽霧、霉菌的要求也相對(duì)較低，因此這些型號(hào)也許更適用于激光起爆系統(tǒng)。

6 結(jié)論

無(wú)論是激光起爆系統(tǒng)，還是爆炸箔起爆系統(tǒng)，都向著集成化方向發(fā)展，以縮小產(chǎn)品體積，提升能量利用效率，提高環(huán)境耐受能力，實(shí)現(xiàn)小型化、低成本、模塊化大規(guī)模設(shè)計(jì)和精確制造，推動(dòng)航天運(yùn)載火箭火工技術(shù)跨越式發(fā)展。以激光和爆炸箔起爆系統(tǒng)為代表的第三代火工技術(shù)集成化發(fā)展后，推動(dòng)了電子技術(shù)、控制技術(shù)與火工技術(shù)等多學(xué)科融合發(fā)展，火工品脫離簡(jiǎn)單的加工、生產(chǎn)和試驗(yàn)，集成制造已成為未來(lái)火工技術(shù)發(fā)展的必然之路。