李儒豪

在现代战争中，火炮是不可或缺的一种杀伤力巨大的武器。火炮发射时，弹丸闪电般地飞向发射目标，轰鸣声震耳欲聋。火炮在现代军事中扮演着举足轻重的角色，它射程远、威力大，很多国家一直致力于研究高性能火炮。决定火炮威力与射程的一项重要因素就是火炮的含能材料，也就是火炸药。2017年1月8日，王泽山院士因其在火炸药领域的杰出贡献获得2016年度国家技术发明一等奖。这位81岁高龄的老院士是国内为数不多的3项国家科技一等奖获得者。那么，王泽山院士研究的究竟是什么呢？王泽山院士究竟研究出了什么样的成果，使他获此殊荣呢？

炸药：我有大能量

说到火炮“装药设计”，我们先来了解一下炸药到底是什么。说到炸药，同学们可能会疑惑，它为什么会有这么大的威力呢？其实，炸药和书本、纸张、衣服、球鞋等一样，都只是物质的一种存在形式，由原子和分子组成。炸药之所以具有巨大的杀伤力，就在于它能够瞬时释放出大量能量。

那能够释放能量就会具有如此强大的威力吗？显然不是，燃烧的物体都会释放能量，比如纸张。如果我们点燃纸张，纸张也会燃烧并释放大量的热量，热量就是能量的一种形式。可为什么纸张只是在燃烧，而炸药却会爆炸呢？

炸药：为什么会爆炸？

不同的物质在燃烧时释放的能量是不同的。同样是依靠燃烧释放热量，到底是什么造成了这样的差异呢？

我们可以粗略地将可燃物的燃烧分为释放能量和传播能量两个过程。能量从产生（通过燃烧从物质中跑出来）和传播到环境（我们感受到热）这两个过程都不是瞬间完成的，需要一定的时间。换言之，释放能量和传播能量都有着一定的速度与之对应。

当传播能量的速度等于释放能量的速度时，燃烧造成的温度保持不变，就像以同样的速度向水池一边注水一边排水，水池的总水量保持不变。当传播能量的速度快于释放能量的速度时，燃烧的温度越来越低，逐渐低到燃点以下，燃烧就会自动停止。所以，我们如果把燃烧的纸张平铺在地上，纸张会停止燃烧——地面太凉了，它会快速地带走燃烧的热量。当传播能量的速度慢于释放能量的速度时，理论上温度就会越来越高，实现了在局部区域内能量的聚集。

炸药最大的特点就是能够非常快速地释放能量，我们甚至可以认为能量是瞬间被释放出来的，而在这一瞬间，它甚至还没来得及被传播出去。其结果就是，在一个极为狭小的空间内，瞬间挤进去巨大的能量，在下一个瞬间，这些能量会以惊人的速度向四周扩散——“砰！”爆炸了！

由于炸药具有蕴含着丰富的能量这一特点，在科学领域，炸药也被称为“合能材料”。在含能材料家族中，炸药只是其中一种，它有着最快的释放能量的速度。除了它之外，还有比它释放能量稍慢一些的火药（常用于火箭、导弹与火炮的推进剂或发射药）和一些其他特殊用途的家庭成员。

火炮：评价我可以从三个方面出发

王泽山院士提出了火炮炸药装填的新方式和弹道理论，这具有重大的意义。自从人类利用炸药进行战斗，火炮几乎是最为悠久的武器，其威力无穷，在战场上发挥着重大作用。那么，问题来了：如何评价一套火炮武器系统呢？我们可以从威力、射程、精度三方面综合考量。

事实上，火炮的威力与火炮本身关系不大，主要在于弹丸的设计。弹丸内填装的炸药越多，它爆炸时的威力自然就越大；但与此同时，弹丸就会变得更加沉重，火炮会变得难以将弹丸抛向远方。王泽山院士研究了威力更大、更满足需求的炸药，在尽可能不增加弹丸重量的前提下，让威力上升。

解決了威力的问题，射程远近就是需要我们解决的下一个问题。倘若火药具有令人满意的威力，但打不到目标，岂不是更惨？增加射程无可厚非，但是通常会遇到各种“拦路虎”。

方案一：增加炮管的长度，副作用是不仅会降低火炮的机动性——长长的炮管使得火炮动起来十分费劲，就像你跑步时举着一根长棍，而且过长的炮管伴随附加的重量，炮管可能将自身压弯，发射时，还会加剧炮管口的抖动，导致精度下降。

方案二：增大炮管内部的压力（即膛压），为弹丸的发射提供更强有力的推动。但这会加重炮管的负担，为了承受这种压力，我们不得不加厚炮管，而这会导致火炮变得笨重，难以移动。

面对这样的困境，王泽山院士另辟蹊径，他不改变火炮本身的结构——炮管的长度抑或厚度，而是将原有的发射炸药以更加恰当的方式填装在弹丸内部，使得同样剂量的炸药能够发挥更大的威力。

最后，再来说说火炮精度的问题。降低精度的主要原因有二：一是炮管口抖动，王泽山院士已经通过不改变火炮结构避免降低精度；另一个是在发射炮弹之前，提前预估炮弹的落点，这相当于射击中的瞄准（其实还有其他很多原因，比如每次发射对炮管的损耗和弹药生产的稳定性等）。而对于后者，王泽山院士提出了新的弹道理论，这能够带来更加精确的瞄准结果，让我们的火炮不仅威力大，而且打得远、打得准。

通过实际验证，中国火炮在应用王泽山院士的技术发明后，其射程能够提高20%以上，最大发射过载有效降低25%以上！

责任编辑：夏越 责任校对：陆艳