张 笑 ,谢 晋,熊 壮,张 德,代 俊

(1.中国工程物理研究院电子工程研究所,四川 绵阳 621900;2.北京理工大学机电动态控制重点实验室,北京 100081)

0 引言

引信是弹药终端毁伤控制子系统,在武器系统中具有不可替代的地位与作用。我军参考国外最新标准颁布了新版GJB 373B—2019 《引信安全性设计准则》,对引信明确提出全弹道、全寿命安全性要求。因此,引信对各类目标要能够实时快速精确探测、识别,抗各种干扰能力要强。引信的早炸、瞎火以及低作用可靠性将降低弹药的毁伤效能[1]。

随着武器系统的作战空间从陆地向远/深海、临近空间和外太空转移,临近空间飞行器、空天飞机等成为目标后,引信将遇到前所未见的超低温、低气压、高水压、宇宙射线辐射等新环境。弹药射程的增加、弹速的提高,导致发射过载、着靶过载大幅提高[2]。弹目高速交会及全天候作战使得云雾、烟尘、静电、地海杂波以及雨雪、雷电等自然与气象环境影响更为严重。电子器件和电子电路在引信内部的大量使用以及电磁脉冲武器的快速发展,导致未来战场中的电磁环境更加复杂[3]。新的自然环境、电磁兼容问题和电子对抗技术对引信的安全性与可靠性提出了更高的要求。

微光机电系统(MOEMS)是微机电系统(MEMS)与微光学技术结合形成的一支极具活力的新技术系统,它能将微尺度的机械、光学以及其他一些器件与微电子电路集成在一起,完成传感、信号处理、计算和执行等功能,具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和可批量生产等特点,在引信中有较好的应用前景[4-7]。将MOEMS技术应用于引信安全系统,结合激光点火/起爆技术使用,通过电-机械-光信号之间的相互转换,切断电磁干扰能量的传输路径,能够有效提高引信的抗电磁干扰能力[8]。

1 引信MOEMS安全系统的工作原理

引信MOEMS安全系统通常由微机械保险、电保险、驱动器、闭锁机构、输入光纤和输出光纤等组成,如图1所示。在勤务处理阶段,输入光纤与输出光纤错开,微机械保险与电保险将驱动器锁定在安全位置,保证引信的安全性;在发射和弹道的初始阶段,MOEMS安全系统感受到正确的环境信息,依次解除两道独立的保险,此时光路依然断开;在炮口安全距离后,控制系统发出驱动信号,驱动器推动光纤使其对准,光路导通,引信处于待发状态[9]。

图1 引信MOEMS安全系统工作原理框图Fig.1 Diagram of working principle of the fuze MOEMS safety system

MOEMS安全系统根据应用方式大致可分为两种:一种为信号型,即在电子安全系统中引入光纤和光学能量转换技术,通过MOEMS器件实现电-机械-光信号之间的相互转换,切断电磁干扰能量的传输路径,提高电子安全系统的电磁兼容性[10],这种方式对激光能量要求较低;另一种为能量型,即将MOEMS安全系统与激光点火/起爆技术相结合,MOEMS光路的输入端连接半导体激光器,输出端连接激光火工品,半导体激光器出射的高能激光经光纤光路传递到激光火工品并直接引爆钝感装药,由于起爆能量形式为激光,能量传输采用绝缘光纤而非电导线,能量信号的传输形式与其他的能量信号不兼容,实现了含能材料与电系统的隔离,可有效降低甚至消除电磁环境对含能材料的安全隐患,提升引信的抗电磁干扰能力[11-12],但此种方式所需的激光能量较高,其配用的激光火工品也需要满足GJB 373B—2019的要求。

2 MOEMS安全系统研究现状

2.1 国外MOEMS安全系统研究现状

20世纪90年代中期,美国海军水面作战中心研究的第一代鱼雷引信MEMS安全系统为基于MOEMS的引信电子安全系统(第二代鱼雷引信MEMS安全系统)的发展提供了较为完备的设计制造技术基础[13]。20世纪90年代末期,美国海军水面作战中心提出发展基于MOEMS的引信电子安全系统,以克服经典模式的电子安全系统中逻辑器件抗电磁干扰能力弱、环境适应性差等不足,加强引信安全系统的故障保险功能[14],所设计的MEMS安全系统光逻辑控制系统如图2所示[15],根据其工作原理,属于信号型MOEMS安全系统。

图2 MEMS安全系统光逻辑控制系统Fig.2 Schematic of the MEMS S&A optical charging system

美军将MOEMS电子安全系统应用于美国海军水面作战中心与美国宾夕法尼亚大学应用物理实验室联合研发的筒装式反鱼雷对抗系统(CCAT)的反鱼雷鱼雷(ATT)引信中,并进行了演示验证试验。试验结果证明了MOEMS电子安全系统在严酷环境下具有良好的适应性。图3为ATT引信及其安全系统中的微机构芯片。

图3 ATT引信及其安全系统中的微机构芯片Fig.3 ATT fuze and MEMS chip in its safety system

在2009年美国第53届引信年会上,美国海军公布了其下一代引信技术研究计划中“光学链路遥控发火序列”项目的研究进展,如图4所示。光学链路遥控发火序列主要由MOEMS电子安全系统、高压爆炸箔起爆器、遥控装置以及光学能源等部件构成,通过控制光纤的错位与对准实现对安全系统的安全与解除隔离控制,其满足美国引信工程标准化工作小组(FESWG)对遥控发火序列安全应用的指导性要求[16]。

文献[17]提出了一种采用双电热驱动器驱动的双光纤直接耦合式MEMS光隔离机构,如图5所示。当接收到开关导通信号后,两个电热驱动器同时推动两根光纤由隔离状态向对正状态转变,实现光路导通。采用双电热驱动器驱动光纤,一方面能够减小每根光纤的运动行程,另一方面能够减少开关通断的响应时间。

图5 双驱动器MEMS光开关Fig.5 MEMS optical switch with two thermal actuators

文献[18]设计了一种用于引信安全系统的硅基闭锁式双隔离板光隔离机构,如图6所示。该光开关的芯片尺寸为6 mm×4 mm,由感受弹丸发射环境信息的后坐保险机构和感受弹丸飞行环境信息的电保险机构组成,并能够实现对光路通断的时序逻辑控制。该机构采用柔性抗过载技术,设计有弹性梁后坐缓冲机构,能够承受10 000～80 000g的后坐冲击过载。

图6 MEMS闭锁光开关Fig.6 MEMS latching optical switch

美国Sandia国家实验室的Garcia等人研制了一种带有闭锁机构的光开关,如图7所示。光开关中间的电热驱动器尾部带有闭锁机构,可以使光路稳定地保持在导通或关断状态,通过对最下方的复位执行器施加电压,光路能由导通状态返回关断状态。光路导通时系统的最大光能传输效率约为90%,不过其响应速度较慢,主要适用于太空或机载等冲击、振动较强的环境中[19-20]。

图7 闭锁式微光开关Fig.7 Latching micro optical switch

2.2 国内MOEMS安全系统研究现状

国内关于引信MOEMS安全系统的研究处于起步阶段。中国工程物理研究院的赵兴海等人针对激光点火系统设计了一种光电安解装置,在激光器与火工品之间加入MEMS光开关作为保险环节,如图8(a)所示;光开关通过步进电机带动微小型凸轮旋转,从而实现光纤的对准与错开,如图8(b)所示[11,21]。

图8 激光点火安解装置原理图Fig.8 Schematic of laser ignition S&A device

陆军工程大学的单体强等人提出了一种基于微光机电技术的引信电子安全系统控制方法,如图9所示。以激光作为过程传输能量,以光纤作为能量传输介质,通过微机械保险实现光纤光路通断的逻辑控制,最后利用砷化镓激光光伏电池完成高频高功率激光光电转换[10]。该控制方法采用“电→光→电→起爆”的形式,经过能量转换,加之光伏电池完成的“光电”转换效率有限,使得整个系统的能量传输效率较低。同时发火部分保留了高压转换电路和发火电容,不仅产生电磁和静电干扰,而且容易受到外界干扰。

图9 电子安全系统控制方法Fig.9 The control method of electronic safety system

西安机电信息技术研究所开展了MOEMS的概念性研究工作,利用微型电热执行器控制光路断通的方式实现隔离与解除隔离,并联合南京理工大学开发了应用于中大口径榴弹的硅基MOEMS安全系统模块,如图10所示。该模块集成了微结构、微执行器及光纤等,涉及机械-电-热-光等多重能量的耦合,技术成熟度达到4级,具备10 000g的抗过载能力。

图10 MOEMS安全系统模块Fig.10 MOEMS safety system module developed

南京理工大学的席占稳、聂伟荣教授课题组设计了一种可恢复的MOEMS安解装置,如图11所示,其中环境信号从外部传感器获取,通过改变4个电热执行器施加电压的时序,从而控制光纤光路的通断,实现“安全”与“解除隔离”状态之间的转换[22]。

图11 可恢复MOEMS安解装置Fig.11 Structure of the resettable MOEMS S&A device

北京理工大学开展了基于电热驱动的MOEMS光逻辑控制系统研究。以155 mm口径榴弹引信为背景,提出通过电热执行器与MEMS加速度传感器相结合的方式实现激光起爆系统的安全与延迟解除隔离功能,如图12所示。

图12 光逻辑控制系统Fig.12 MEMS optical logic control system

通过对国内外MOEMS安全系统的研究现状分析可知,MOEMS安全系统对于提升引信的抗电磁干扰能力,实现引信的安全、可靠控制具有重要意义。信号型MOEMS安全系统在国外最早开始研制并投入使用。近年来,随着大功率半导体激光器的出现和激光火工品技术的不断发展,使得能量型MOEMS安全系统在火炮中的应用成为可能。MOEMS安全系统与激光点火/起爆一体化研究也将成为今后引信安全系统发展的一个重要方向。

2.3 微驱动器在MOEMS中的应用

微驱动器(micro-actuator)是MOEMS控制光路通断的核心部件,也是MOEMS动力部分的关键结构,其功能主要是实现力或位移的转化与输出。目前MOEMS的驱动方式主要有电热驱动、静电驱动、电磁驱动、压电驱动等。电热驱动器通过电-热-机械多物理场耦合实现位移与驱动力的输出,具有结构稳定、易于集成、驱动位移及驱动力大等特点[23]。目前,在MOEMS中应用的热驱动器主要有双层膜式、U型和V型电热驱动器,以及这三种形状结构的组合变形机构,如图13所示。

图13 电热驱动器结构示意图Fig.13 Diagram of electrothermal actuators

U型电热驱动器具有较大的位移量和驱动力,可并列组合使用。图14所示为一种MEMS安全系统中用于远距离控制的驱动器,该驱动器由三个U型电热驱动器组成,增大了驱动力。另外,每个细梁旁边增加了一条横截面积相同但长度更长的细梁,根据热膨胀原理,可有效地增加驱动器的伸长量,同时增大驱动力[24]。平面内直线驱动一般采用V型电热驱动器,V型电热驱动器的主要特点是结构简单,能够实现大驱动力、大位移直线输出。在近几年的美国引信年会上,提出了多种MEMS安全系统模型,如图15和图16所示,在这些MEMS安全系统模型中,采用了一个或多个V型电热驱动器来实现安全系统的“安全”和“解除隔离”状态的转换[25-26]。

图14 并列组合形式的电热微驱动器Fig.14 A parallel combined electrothermal actuator

图15 MEMS安全系统模型Fig.15 MEMS safety system model

图16 可恢复的MEMS安全系统芯片Fig.16 Resettable MEMS safety system chip

静电微驱动器是MOEMS中使用较多的一类驱动器,常见的静电驱动方式有平行板式静电驱动和梳齿式静电驱动等,如图17所示为梳齿式静电驱动器[27]。

静电驱动具有功耗低、响应速度快等优势,在MOEMS系统中得到了广泛应用。但通过静电微驱动器的研究资料可以看出,常规静电微驱动器的驱动电压普遍较高,一般在50～100 V左右,而驱动位移仅为几微米,抗高过载能力有待提高[28]。

电磁驱动的机制是基于电、磁之间相互作用产生的静电力使可动体产生变形。2006年,在发表的美国专利中,Maurer设计了一种新型电磁式MEMS安全系统,该安全系统主要是通过电磁执行器对隔爆滑块进行安全逻辑的执行,进而实现其安全系统的所有功能,如图18所示[29-30]。

图18 基于电磁驱动的MEMS安全系统Fig.18 MEMS safety system based on electromagnetic drive

2.4 MOEMS加工与封装技术

MOEMS微加工工艺是实现MOEMS安全系统芯片制备的基础。MOEMS主要应用的是硅微机械加工技术,该技术源于微电子加工技术,它将传统的微电子加工技术由二维的平面加工发展为三维的立体加工,按加工的方式可分为体微加工和表面微加工工艺两大类[31]。对于含有可动悬空结构的MOEMS器件,采用绝缘体上硅(SOI)和深反应离子刻蚀技术(DRIE)相结合的方法进行器件加工,工艺较为简单,器件层单晶硅的厚度可达几百微米,能够实现高深宽比、大质量的三维结构,同时具有优异的力学性能。目前美国AD公司采用SOI+DRIE工艺开发了第四代MEMS惯性器件,成功地将惯性器件与外围CMOS检测控制电路集成在一个芯片上。新加坡南洋理工大学的Teo等人采用双面DRIE工艺在SOI圆片上制作了基于光栅质量块的MOEMS加速度计,如图19所示,通过采用SOI工艺容易获得厚度一致的光栅梁[32]。

图19 采用SOI+DRIE工艺制作的MOEMS加速度计Fig.19 MOEMS accelerometer fabricated by using SOI+DRIE proces

MOEMS封装工艺虽然是在传统微电子封装的基础上发展而来的,但与之又有许多不同之处。MOEMS封装通常需要提供光学和电学通道、气密性保证、机械强度、尺寸稳定性以及长期可靠性[33]。对于密封的光信号通道,必须使用金属化或玻璃密封的、具有减反射涂层的窗口。气密封装的目的在于确保昂贵而又先进的光学系统的长期可靠性,避免水汽进入和腐蚀光学系统[34]。一些窗口设计成楔形,从而避免法布里-珀罗效应。

MOEMS封装工艺是MOEMS芯片工程化应用的关键。对于MOEMS安全系统芯片而言,输入光纤与输出光纤的任何对准偏差很容易引起光路损耗,进而引起系统性能下降,因此设计的封装系统必须保持光学对准以获得最优的光学性能[35]。此外,火炮具有高过载的使用环境特点,因此,为了提高芯片的抗过载能力,一方面在MOEMS芯片设计时需要融入一些抗过载元素,例如添加倒角以避免应力的集中,制作限位结构防止可动结构的过度运动等;另一方面还可以从封装入手,例如选用抗冲击能力较强的塑料或金属管壳对MOEMS芯片进行封装,以及采用灌封的方法对器件进行固定和保护[36]。图20为美国马里兰大学的Deeds设计的一种MOEMS安全系统芯片封装流程,其中管壳材料采用可伐合金,SAD芯片上方的盖板芯片所起的作用为约束MEMS结构在面外方向(Z向)的位移,并在封装过程中保护可动的MEMS结构,同时不会影响之后的引线键合和光纤布线等操作[37]。

3 激光微起爆研究现状

当前,MOEMS芯片工程化较为成熟的应用多集中在信号传输型光开关。如何将能量传输型MOEMS芯片与火工品微起爆技术结合,是推动MOEMS安全与起爆一体化的关键。目前军用火工品中应用最广泛的是桥丝式电火工品,该类火工品具有发火能量小、作用迅速、性能容易控制等优点,但电火工品在生产、储存、使用过程中容易受到静电放电、射频、电磁脉冲和雷电等信号的干扰,引起火工品的误触发,且火药与半导体桥丝直接接触,长时间存放容易造成桥丝腐蚀、桥路电阻变化以及绝缘电阻变化等问题,进一步影响发火性能[38-39]。激光火工品采用绝缘光纤传输激光能量使药剂发火,没有金属导线、电极和桥丝,不存在电磁感应能量的可能,从根本上解决了常规电火工品的安全问题,同时激光火工品密封在药剂盒内部,实现了激光点火装置与药剂的分离,更利于长期储存,国内外对激光点火技术的研究投入了巨大的努力[40-41]。

激光点火研究最早开始于20世纪60年代中期,经过50余年的发展,已经广泛应用于武器系统。国外激光点火技术研究过程大体可以分为三个阶段。第一阶段:1965—1985年,主要是起爆、点火基本原理性研究,取得了类似药剂激光感度等一系列基础数据;第二阶段:1985—1990年,使用先进的低损耗光纤和小型化光纤激光器,在飞机逃生系统、洲际导弹及空空导弹和“PEGA-SUS”运载火箭上的点火、级间分离技术上成功使用了激光直接点火技术,并研制出可以使用的激光多路点火系统和激光火工品检测技术;第三阶段:1990至今,完成激光火工品性能优化,完善激光火工品检测技术,研究激光安解控制技术,建立激光点火系统的使用标准和验收规范,开始激光火工品的推广和使用。美国Sandia国家实验室的Sheffield等人设计了各种不同的激光驱动飞片装置,产生的飞片速度达到2.3～4 km/s,成功引爆了太安和HNS-FP等不同规格的装药[42]。Rastegar和Feng在美国专利上提出了一种具有自供电、解除隔离逻辑和误触发保护功能的激光激活起爆装置,如图21所示[43]。

图21 激光激活起爆装置Fig.21 Laser activated initiation device proposed

我国从1967年开始激光点火的研究,与国外基本同步。中国工程物理研究院、陕西应用物理化学研究所、北京理工大学、中北大学、长春光机所等开展了激光点火的理论与试验研究,并取得了一系列的成果。在激光起爆机理研究方面,中国工程物理研究院对激光驱动飞片技术进行了大量的理论分析和实验,他们采用小型固体YAG激光器的波长为1.06 μm、脉宽为9～10 ns,飞片为厚度5.5 μm、直径约1 mm的铝材料,当激光束的能量为205 mJ,脉宽为9.5 ns时,驱动飞片速度达到6.6 km/s,可瞬间引爆密度1.2 g/cm3、直径5 mm、高5 mm的细颗粒太安炸药[44]。与固体激光器相比,半导体激光器具有体积小、驱动电流小、效率高、寿命长、可直接电调制等特点,更适合运用在武器系统中[45]。北京理工大学的湛赞等人采用激光输出功率为8 W、波长980 nm的半导体激光器对掺杂1%碳黑的太安炸药进行激光起爆试验,并借助AUTODYN软件对炸药激光起爆过程进行仿真分析,验证了半导体激光直接起爆炸药的可行性[46]。硼/硝酸钾(B/KNO3)具有高输出性、高可靠性和感度适中等优点,是直列式点火系统许用的点火药剂[47]。中北大学的王端、郭伟等人搭建激光点火系统,研究了硝酸钾粒径、硼与硝酸钾配比、添加粘结剂、装药密度以及输入端密封性等因素对激光点火延迟时间和发火功率的影响[48-49]。目前,激光火工品药剂在火炮中还未实现工程化应用[50],其安全性需要依据GJB 2178《传爆药安全性试验方法》鉴定,符合GJB 373B—2019规定以后,才可用于引信内直列式传爆序列装药。

在激光点火光路检测方面,陕西应用物理化学研究所和中国工程物理研究院化工材料研究所分别研制出了带尾纤和不带尾纤的密封结构激光点火器,突破了激光火工品的检测技术,这使得激光火工品走向应用成为可能。长春光机所的韩金樑等人设计了一种单光纤双波长输出的光学结构,如图22所示,获得了出纤功率大于10 W的976 nm点火激光和大于1 mW的1 310 nm检测激光,可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检,满足对点火光源高效率、高可靠性的要求[51]。

图22 光路结构示意图Fig.22 Schematic of light path structure

在激光点火系统研制方面,长春光机所的曹军胜研制了具有三路多时序起爆、双光纤光路自检、起爆器反射率定量检测和点火时间测量等功能的半导体激光点火系统,如图23所示,模块体积小于140 mm×100 mm×40 mm[52]。陕西应用物理化学研究所的王浩宇等人分析了空间辐射效应对激光火工品系统各模块的影响,并提出了相应的抗辐射加固设计[53]。

图23 激光点火系统Fig.23 Laser ignition device

西方发达国家已经基本掌握了激光点火技术,并且在航空、航天领域实现了工程化应用。国内经过十多年的研究发展,在激光点火技术方面也取得了长足的进步:激光点火光源已从早期的固体激光器发展为半导体激光器;激光点火系统的光路检测结构也从原来的双光纤光路逐步替代为单光纤光路,单光纤光路结构具有光纤数量少、与起爆器接口工艺简单的优点,容易实现工程化应用,有很好的发展前景[54];激光点火系统也从机理研究逐步向工程化迈进。

4 MOEMS安全系统性能测试

4.1 抗高过载试验

在弹药的勤务意外跌落与发射过程中,弹上系统通常会承受很大的过载,MOEMS安全系统不仅应保证不会损坏,还应能够准确区分勤务处理与发射环境,以保证引信的安全性[55]。常采用的高过载模拟试验装置主要有马歇特锤击试验机、霍普金森杆和空气炮等。

马歇特锤击试验装置由砧座、锤头、锤柄及重锤四部分组成,试验时将试件安装在锤头上,利用重锤下落给锤柄提供转动力矩,通过不同速度的锤头与刚性砧座碰撞,最高可产生幅值4万g左右、持续时间约100 μs的加速度过载,其试验装置如图24所示[56]。该方法所需的试验条件简单,易于操作,适用于模拟弹药的勤务跌落过载。

图24 马歇特锤试验装置Fig.24 Machete hammer experimental device

霍普金森杆应力波加载试验的原理是通过子弹撞击霍普金森杆,从而在杆中产生瞬时脉冲应力波对试件进行加载。根据试件的不同加载方式或试件在杆中放置的位置,霍普金森杆试验装置可分为分离式霍普金森杆和自由式霍普金森杆。在相同的子弹速度下,自由式霍普金森杆获得的过载加速度值更大,最高能达到20万g,过载脉宽一般在20 μs左右[57]。图25为自由式霍普金森杆试验装置。霍普金森杆装置常用于对高g值加速度传感器的测试及校准[58]。

图25 自由式霍普金森杆试验装置Fig.25 Freedom Hopkinson bar experimental device

空气炮试验系统主要由试验平台、发射炮管、子弹、气动控制系统、测速系统和回收靶室等组成,如图26所示[59],其试验原理是利用高压气体为动力源,使得试验弹体带着试件在身管内完成加速运动,通过撞击不同介质的目标,产生较高的反向加速度。它可以发射从百米每秒到万米每秒速度的不同形状和材质的弹体,弹丸速度可调且反复试验稳定性好,适用于模拟火炮发射及作用过程中产生的过载[60]。

图26 空气炮试验系统Fig.26 Gas gun experimental system

4.2 电磁兼容试验

随着战场电磁环境的日益复杂,对引信的抗电磁干扰能力提出了更高的要求。MOEMS安全系统通过引入光纤和光学能量转换技术,理论上使引信安全系统具有更好的电磁兼容性,但其实际的抗电磁干扰能力必须通过电磁兼容试验来验证。根据GJB 373B—2019规定,引信的电磁干扰试验按照GJB 151B—2013展开。目前没有专门针对引信电磁兼容试验的统一试验方法[61],一般根据实际情况以及设计要求,合理选用GJB 151B—2013中的试验项目,其中选用比较多的试验有[62-64]:

1) 传导发射:CE101,CE102电源线传导发射;

2) 传导敏感度:a. CS101 25 Hz～150 kHz电源线传导敏感度;b. CS106 电源线尖峰信号传导敏感度;c. CS114 4 kHz～400 MHz电缆束注入传导敏感度;d. CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度;e. CS116 10 kHz～100 MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬态传导敏感度;

3) 辐射发射:RE102 10 kHz～18 GHz电场辐射发射;

4) 辐射敏感度:RS103 10 kHz～40 GHz电场辐射敏感度。

通常,初次设计的MOEMS安全系统样机不容易一次通过电磁兼容试验,试验结束后,需要根据出现的问题排查故障,并进一步优化电路设计及组件布局,直至满足电磁兼容试验的要求。

5 结语

综上所述,MOEMS技术为推动引信的小型化、智能化发展提供了技术支撑。引信MOEMS安全系统利用微机械保险控制系统光纤光路的通断,实现了电-机械-光信号之间的转换,其与激光点火/起爆技术的结合使用能进一步提升引信的抗电磁干扰能力,是引信设计创新、性能优化与应用创新的一个重要方向。然而,由于火炮具有高过载的使用环境特点,为研制出能够应用于高过载环境的MOEMS安全系统,形成微光机电引信样机,支撑弹药的智能化发展,尚有如下问题需要解决:

1) 激光能量传输与激光起爆匹配。对于能量型MOEMS安全系统,其所需的激光能量较高,如何设计出光纤传输光路,实现MOEMS安全系统在高过载环境下的激光能量传输,在此基础上选取满足GJB373B—2019要求的引信传爆序列,实现激光传输能量与微爆炸序列起爆能量的匹配,是微光机电安全系统研究必须要解决的问题。

2) 抗过载设计与加工、封装工艺协同优化。针对火炮的高过载使用环境,如何在芯片设计时融入抗过载元素,并进一步优化微加工与封装工艺,实现安全与解除隔离、激光能量传输、微起爆控制等功能的集成,是微光机电安全系统研究的重要技术支撑。

3) 微光机电安全系统测试与评估方法。针对引信安全系统安全性与可靠性的要求,如何建立系统的测试方法,测试微光机电安全系统的抗过载能力与电磁兼容性等指标,是推动微光机电安全系统集成设计技术走向工程化应用的关键。