新型固体推进剂在未来国防中的作用及其发展趋势

新型固体推进剂

在未来国防中的作用及其发展趋势

严启龙

（中国兵器工业集团公司第２０４研究所）

　摘 要：通过介绍各国在高能固体推进剂技术方面的研究现状及今后的研究方向，说明了高能固体推进剂在国防科技领域得到了高度的重视和广泛的关注。并依据高能固体推进剂在现代武器装备中的重要地位和作用，以及未来高技术战争对武器的要求，阐明了高能固体推进剂有待发展的关键技术和研究方向，发展的内涵在于重视知识创新、加强技术创新和推进管理创新。

　关键词：固体推进剂　导弹　武器装备　国防　含能材料

２０世纪８０年代末，世界局势发生了深刻变化，随着苏联解体及冷战结束，世界出现了多元化格局，和平与发展已成为世界主题。因而，导致各国在武器装备研究上着重于性能精良、使用安全、可靠性高、成本低等方面，同时充分利用军事技术进行和平利用。历史表明，固体推进剂技术的发展多半靠的是“需求牵引”，当需求增加时，固体推进剂技术得到迅速发展，而在相对和平的年代，则发展较为缓慢。当然专业技术的基础研究工作也起到重要的推动作用。在和平年代，除了极特殊的用途外，固体推进剂今后强调的主要问题将是成本，这意味着研究方法会发生重大变革，将要引入价值分析方法和计算机辅助设计等手段，来降低其制造成本，提高其性价比。２０世纪９０年代以来，各国都在加速研制高能固体推进剂，以适应导弹武器发展的变化。从当今固体推进剂的应用状况来看，未来固体推进剂的发展趋势是在高性能、高可靠性的基础上进一步降低成本，减少对环境的污染，开发和研制低特征信号推进剂、钝感推进剂和用于可变能量的推进剂［１］。

１．主要发达国家固体推进剂研究计划

国外高性能、钝感和低特征信号推进剂的研制首先是从双基推进剂入手，随着对能量和综合性能的进一步要求，又着手研制改性双基、ＮＥＰＥ等低特征信号推进剂，为进一步减少特征信号，达到高能、钝感的目标，目前正在研制含有ＧＡＰ、ＣＬ－２０和ＡＤＮ等高性能固体推进剂配方。研制低特征信号推进剂，双基系推进剂要比复合推进剂有利得多，尤其是浇注改性双基推进剂更有其有利的条件。改性双基推进剂实现低特征信号并提高性能的主要技术途径有采用新型含能材料（含能粘合剂、氧化剂、增塑剂）组成新配方；选择适当的燃烧催化剂和燃速调节剂改善燃烧性能；合成新型、实用的键合剂提高力学性能；用新的工艺技术（双螺杆压伸技术）解决高固体含量带来的工艺问题。

（１）德国发展计划［２］

①提供新型含能材料，如ＮＥＮＡ、ＡＤＮ、ＤＮＤＡ、叠氮化合物等；

②借助新工艺制备新型材料并制定自己的技术标准，提供具有稳定、成熟的工艺条件的工业生产方式；

③通过改变参数，如粒子尺寸、粒子形状、密度和分子形状，调节已制备的材料的性能；

④运用现代化的检测手段和特殊的分析方法确定组份和配方的性能。ＩＣＴ计划在近期内进一

步研究ＡＤＮ的性能，完善加工ＡＤＮ颗粒的工艺，建成公斤级ＡＤＮ生产线；另外还将加强特殊用途的不敏感ＨＭＸ，超细ＴＡＴＢ或ＨＮＳ的生产，在固体推进剂配方研究中采取平衡和优选措施，限定固体推进剂中ＨＭＸ和硝酸酯加入量，选择合适的新型增塑剂、新型催化剂和先进的工艺方法，进一步提高固体推进剂的综合性能。

（２）美国发展计划［３］

美国在高性能固体推进剂采用新型含能材料研制方面居世界领先地位。美国合成了含能粘合剂ＧＡＰ和高能氧化剂ＣＬ－２０等新材料，按美国的方法（前苏联首次合成了ＡＤＮ）制备了新型氧化剂ＡＤＮ。２０世纪９０年代末期，美国进一步改进了ＡＤＮ、ＣＬ－２０和ＧＡＰ等材料的制备工艺，提高了性能，降低了价格，成功地进行了ＣＬ－２０推进剂和ＧＡＰ推进剂的火箭发动机试验。目前，美国正在集中开发二氟化物、高氮化合物以及含金属的钠米材料等具有更高能量的推进剂新组份。合理地利用这些新材料可使固体推进剂性能取得突破性的进展。

（３）法国发展计划［４］

法国的ＳＮＰＥ公司研制的ＨＥＤＭ主要有：ＨＮＩＷ（ＣＬ－２０）、ＡＤＮ和ＧＡＰ等，此外还有其他高能物质如ＴＮＯ等。其中ＣＬ－２０年产量达１ｔ，ＧＡＰ年产量为１～３ｔ。法国特别重视少烟、微烟（或低特征信号）推进剂的研制，这类推进剂已在多种战术导弹中使用，推进剂品种有：ＣＤＢＥＤＢ推进剂、ＨＴＰＢ少烟推进剂、ＸＬＤＢ（高能微烟）推进剂及ＨＥＤＭ低特征信号推进剂等。为了满足高能低特征信号推进剂的要求，ＳＮＰＥ公司研制了高能微烟推进剂，称之为Ｎｉｔｒａｍｉｔｅｓ。配方为：ＮＥＰＥ、ＲＤＸ或ＨＭＸ等，也可含一定量的ＡＰ，但推进剂冲击感度大，临界爆轰直径小（＜１０ｍｍ），难于满足钝感弹药（ＩＭ）的标准。为了满足ＩＭ的标准，他们又开发了新的钝感推进剂，采用的技术为：①降低硝胺（ＲＤＸ或ＨＭＸ）含量；

②用低敏感性的硝酸酯取代ＮＧ。

（４）日本发展计划［５］

日本为提高推进剂的燃速，试制了１１种复合推进剂试样，评价了其基本点火燃烧特性与压缩强度。以硝酸三铵基胍（ＴＡＧＮ）为氧化剂、氢化硼化合物为燃料和燃烧催化剂，并在粘合剂中添加高分子量聚己内酰铵为组分的试样在密闭弹式容器中进行燃烧试验。结果在压力４９ＭＰａ时取得５４ｍ／ｓ的燃速，在压力为９８ＭＰａ时取得９２ｍ／ｓ的燃速。以该值为标准与典型的Ｍ３０三基发射药燃速比较约提高１１００倍。而且在该压力范围的同组分其压力指数为１。另外根据克鲁普（Ｋｒｕｐｐ）着火点试验结果明确了该组份与Ｍ３０相比，热感度较低，具有使用安全性能。

２．各种固体推进剂的研究现状与趋势

２１世纪固体火箭推进剂的主要发展目标是：一是低特征信号推进剂；二是钝感推进剂；三是能进行“灵活的能量控制”的凝胶推进剂、单室双（多）推力发动机装药及多脉冲发动机装药等。目前，世界各国正在竞相研制钝感、低特征信号推进剂及凝胶推进剂，并取得了重大进展。与国外先进水平相比，我国固体推进剂技术还比较落后。以下介绍世界发展的几种主要推进剂：（１）改性双基低特征信号推进剂

研制低特征信号推进剂，双基系推进剂要比复合推进剂有利得多，尤其是浇铸改性双基推进剂更有其有利条件。改性双基推进剂能量高，燃速可调范围大，如果采取减少铝粉含量，ＶｉｒｇｉｎｉａＧＡＰ（ＨＰＬＯ）发动机中成功地进行了点火实验；美国海军最新研制的ＣＬ－２０高能、低特征信号推进剂（危险等级１．３）大大降低了撞击敏感性，与１．１级的ＨＭＸ和ＲＤＸ推进剂相比，ＣＬ－２０基推进剂的烤燃反应更为温和，ＣＬ－２０推进剂已成功地通过了战术导弹火箭发动机实验；俄罗斯在ＡＤＮ的研制和应用方面居世界领先地位，据报道，俄罗斯已将ＡＤＮ推进剂装在米格－２９、苏－２７战斗机所携带的部分空空导弹上，以及ＳＳ－２４、ＳＳ－２０和新型ＳＳ－２７白杨－Ｍ机动洲际导弹上。法国也在空空导弹，舰舰导弹上部分装备了新型钝感低特征信号推进剂。

改性双基推进剂中交联改性双基推进剂（ＸＬＤＢ）比较有应用价值，ＸＬＤＢ是由改性双基推进剂（ＣＭＤＢ）演变和发展起来的，综合性能优于以前使用的几种推进剂，具有能量高（理论比冲