美國陸軍對5.56mm彈藥性能的最終定論(組圖)

2009年03月 來源:《輕兵器》雜誌 編譯作者:王宇建

小口徑步槍彈一般指彈藥口徑小於 6 毫米，彈丸大長徑比，高速射中人體後會失穩翻滾造成人體組織大麵積創傷，主要射擊 400-600 米內的有生目標的步槍子彈。軍用小口徑步槍彈的概念來源於美陸軍 1952 年委托約瀚 . 霍普金斯大學運籌學研究室進行的“齊射”專題研究，該項研究的結果為軍方提出了一係列具有信服了的論點和建議。其中一點就建議軍用步槍小口徑化。同時由於美軍使用的 NATO 標準口徑步槍在越南戰爭和在機械化戰鬥中的種種缺點。軍方接受了“齊射”研究的建議， 1964 年 2 月 18 日，世界上第一種小口徑槍彈—— 5.56 毫米 M193 步槍彈被美軍定型使用。

　　　關於 5.56mm 小口徑槍彈在實戰中 ( 阿富汗以及伊拉克戰場 ) 的表現，大大小小的軍事媒體、相關機構都根據自己的信息渠道作出了相應的分析和判斷。但遺憾的是，多數所謂的“結論”都並非建立在一個令人信服的權威評測基礎上。美國陸軍下轄的工程技術委員會專門就小口徑步槍及彈藥在遭遇戰中的性能進行了長期細致的研究。

　　到底 M855/SS109 槍彈行不行？為什麽軍方和民間的看法如此迥然不同？！

　　關於 5.56mm 小口徑槍彈在阿富汗以及伊拉克戰場的表現，大大小小的軍事媒體、相關機構都根據自己的信息渠道作出了相應的分析和判斷。但遺憾的是，多數所謂的“結論”都並非建立在一個令人信服的權威評測基礎上。美國陸軍下轄的工程技術委員會專門就小口徑步槍及彈藥在遭遇戰中的性能進行了長期細致的研究。而美國軍方在分析報告出來之前，一直都低調地回避這一問題。現在，答案逐漸浮出水麵。涉及該研究項目的有來自美國陸軍、海軍和國家安全局的相關技術機構，以及來自政府和商業領域的醫學博士、創傷彈道學家、物理學家和工程師等，此外還有來自美國陸軍、海軍陸戰隊和美國特種作戰司令部的代表。這些機構和人員組成了“三軍創傷彈道學綜合產品小組（ JSWB IPT ）”，對創傷效果和彈藥特性進行了一些有意義的研究，最終得出如下結論：

　　第一，對於來自戰場的相關報道，需要在確鑿的證據下作出科學、理性的分析判斷（等於說，之前一些機構的測試都缺乏足夠的權威性）；第二，在近距離殺傷性能方麵，並沒有現成的 5.56mm 彈藥勝過現役的 5.56mm 軍用彈藥；第三，要改變近距離射程上的輕武器性能，並不是一蹴而就的事情。

▲ 彈頭在飛行過程中的偏航

創傷彈道學協會普遍認為：槍彈的殺傷效能與人體組織損傷的位置、麵積和嚴重程度直接相關。換言之，如果命中關鍵部位， 5.56mm 步槍彈的殺傷能力也會大大強於並未命中關鍵 部位的 12.7mm 機槍彈。

殺傷效能的評估

　　近幾年來，民間輕武器製造商對小口徑彈藥的發展起到了積極的推動作用。雖然軍事機構也重視輕武器的性能評估，但花費在輕武器彈藥上的人力、物力卻遠遠不及在其他武器係統上的投入，如炮兵彈藥、反坦克彈藥等。也許在一些軍方人士看來，輕武器性能評估要相對簡單得多。然而事實證明，那些打打鋼板、明膠的簡單試驗所提供的彈藥性能，僅能粗糙地反映戰場上的狀況，當出現問題，需要科學係統地分析相關特性時，這些數據就顯得力不從心了。這也迫使軍方開始真正重視基礎性科研。

　　什麽是槍彈的殺傷效能？就戰場上的士兵來理解，效能等效於死亡，即所謂的“一槍斃敵”，盡管“致死”並不總是必須要達到的軍事目的。就研究人員來講，他們關注的是槍彈的“停止作用”，這是一個很有趣的專業詞匯，術語的解釋是“物理性地擊倒目標並使其立即喪失任何抵抗”。槍彈的效能通過計算每發彈的質量和彈著速度以及傳遞給目標多少能量來衡量，而不用考慮在目標內部有多少能量消耗和對目標有何特殊的損傷。由此，對於士兵關心的槍彈殺傷效能下個定義，可以理解為武器係統消滅具有軍事威脅性目標的潛力。

　　用同樣的槍彈射擊一個高大健壯、狀態良好的人和一個瘦弱、營養不良的人，其效果是截然不同的。人體是一個非常複雜的目標，脂肪、肌肉、骨骼、內髒器官、衣服等混合物的不同，形成了數量驚人的目標類型，而不同類型的目標往往要求不同的殺傷機理。也就是說，人員的體質狀況、心理狀態、身高、體重和體形都是影響人體抵抗能力的相關因素，都會增加槍彈殺傷效能的複雜性。

　　對於“停止作用”而言，最終可歸納為兩點：第一，中樞神經係統的破壞導致人不能控製肢體的行動。人體中與“生死”關係最為密切的是大腦、腦幹和上部脊髓，它們一旦被破壞，人體幾乎也就喪失了反抗能力；第二，血液的流失導致肢體行動能力下降，甚至消亡。比如一個人的心髒被擊中，他雖仍能活動一段時間，但如果得不到及時救治，最終會失血過多而死亡。創傷彈道學協會普遍認為：槍彈的殺傷效能與人體組織損傷的位置、麵積和嚴重程度直接相關。換言之，如果命中關鍵部位， 5.56mm 步槍彈的殺傷能力也會大大強於並未命中關鍵部位的 12.7mm 機槍彈。

　 相比低速手槍彈，軍用突擊步槍和機槍使用的小口徑高速槍彈具有截然不同的殺傷機理。 M855 槍彈用於美軍的 M4 和 M16 係列武器以及 M249 班用機槍上。這種彈頭質量為 4g 的槍彈采用銅被甲，內部有鋼心。

M16 步槍發射 M855 槍彈的初速大約為 930m/s ，彈頭侵入目標組織後開始減速，根據彈頭侵入目標的速度和角度，以及目標組織的密度，彈頭會有不同程度的偏航。所謂偏航，是指彈頭飛行過程中，其軸線與彈道之間形成的夾角。盡管由於膛線的作用，彈頭繞其軸線旋轉，但軸線仍會相對於彈道有輕微地擺動。偏航不是常量，步槍彈明顯不同的偏航量表現在三個區域。接近槍口處，彈頭偏航的循環變化很劇烈，即在很短的距離內發生較大的角度變化（在 1 ～ 2m 內會變化幾度）；飛行 100m 以後偏航量會衰減，彈頭以幾乎不變的偏航角度在有效射程內飛行；隨著彈頭速度的下降，偏航的角度越來越大，直到最後失穩。如果彈頭的速度足夠大，撞擊到目標時可能會破碎，同時飛散開來的碎片會繼續破壞其他目標組織。一些組織會被彈頭自身或其碎片擊碎、撕裂、膨脹，形成眾所周知的“臨時性空腔”。臨時性空腔最終會反彈，脫離創傷軌跡上被撕裂的組織，形成“永久性空腔”。永久性空腔是對目標形成有效殺傷的關鍵。

　　這就是槍彈在設計過程中要考慮各種因素間平衡的原因。彈頭必須具有足夠的穿透能力以到達致命器官並對其造成損傷。但穿透能力還不能過大，因為這會造成彈頭完全穿過目標而沒有造成有效的傷害，即所謂的“貫穿傷”。這就是為什麽“侵徹能量”是槍彈性能對比中一個相對次要的衡量指標，因為它沒有把槍彈破壞目標時的能量損失與穿過目標後的能量損失區分開來分析。而且，為了造成大量的目標組織（特別是關鍵組織）損傷，就得要求彈頭盡快地翻滾和破碎。但彈頭也不能過早破碎，否則彈片都停留在表皮層還談什麽致命呢？ 因此，理想的槍彈應該具有足夠的能量穿透任何中間障礙到達致命器官，並且在這期間速度不會大幅度下降，彈頭將攜帶的全部能量用於破壞致命器官而不是飛離人體。不幸的是，設計這樣一種完美的軍用槍彈幾乎是不可能的。

　　最終，槍彈設計成了一係列的折衷方案，諸如“能夠精確命中目標，盡可能穿透裝甲、玻璃或其他障礙，可大量生產（每年 10 億發）以及軍方可以承受的費用”等要求，從而悖離了理想方案。

▲彈頭偏航狀況

▲ 低偏航角（上）和高偏航角（下）侵徹效果對比

彈 道效果的常用方法稱之為靜態測試。具有代表性的測試方法包括對人體組織仿真物進行射擊，然後將其剖開，以便對彈頭造成的破壞進行評估。人體組織仿真物可以是牛肋骨肌肉、黏土塊或潮濕的電話簿等任何東西，但專業的仿真物是彈道凝膠。凝膠具有材料透明易觀察、結構均勻、製造成本相對較低和試驗操作過程簡單等優點，不需要特殊的工具，對場地也沒有特殊要求。但是由於人體的複雜性，靜態測量並不能完全真實反映彈頭在人體組織中的損傷情況。

　　在 JSWB IPT 正式測試之前，還有一段可笑的花絮。針對 5.56mm 槍彈暴露的問題，美國兩家單位 —— 海軍水麵作戰中心（ NSWC ）和軍械研究、發展和工程中心（ ARDEC ），搶先通過靜態測試 ( 即向凝膠進行射擊後對不同類型彈進行比較 ) ，並迅速給出了他們各自的答案。然而令人驚愕的是，這兩家 “ 權威 ” 機構得出了截然不同的結論。進一步的分析表明，這兩家單位不同的測試方案使其測試結果根本不具備可比性。而接下來還有更讓人震驚的：這些機構采用的測試方法並不符合彈道協會的標準化要求。為此， JSWB IPT 不得不先對各參與單位的測試方案進行標準化規範，以便能夠對測試結果進行有效的對比。標準化工作完成後， JSWB IPT 選擇了大多數目前比較有代表性的槍彈進行靜態射擊試驗。然而，每次的測試結果仍然不一致。盡管使用了相同的凝膠成分、試驗程序、彈藥數量，甚至在某些情況下使用了相同的武器，但靜態測試結果仍不相同，這一現象一時間讓所有的專家都顏麵掃地。

　　經過反複試驗， JSWB IPT 最終找到了測試結果不同的原因。位於馬裏蘭州的阿伯丁試驗場陸軍研究實驗室（ ARL ）采用了 “ 動態 ” 測試方法來重新評價彈藥的性能，以及彈藥對人體目標大概的損傷程度。相比靜態測試，動態測試是一種更精深的方法 —— 它不隻是測量彈頭侵入目標後的性能，而且在彈頭侵入目標之前就開始測量其性能。因此，采用動態測試可以記錄彈頭飛行中的不一致性，這可以解釋為什麽靜態測試中會產生不同的結果。最終， JSWB IPT 將靜態和動態測試有機結合為 “ 靜態 / 動態 ” 方法，以便更精確地評估武器和彈藥的性能。這種方法記錄了從彈頭離開槍口到擊中凝膠塊這段 時間內的參數變化範圍，然後從彈頭侵入目標瞬間開始，使用動態分析工具將凝膠塊的損傷與真實人體目標的損傷聯係起來，最終得出結論。

　　經過努力， JSWB IPT 取得了以下一些研究成果：

　　基於目前的靜態 / 動態方法分析結果，所有被評估的槍彈在 0 ～ 50m 射程範圍內的性能表現是相似的。在所有參試的彈種中，沒有哪種現成的商業型 5.56mm 彈藥比現役 5.56mm 彈藥能更好地用於近距離遭遇戰中。值得注意的是，得到高度認可的 7.62mm NATO 彈，其性能曲線也分布在這一性能帶中，這恰好說明 , 在近距離射程內，即使是較大口徑的彈藥也不會給戰鬥效果帶來更大的好處。該結論證明，很多人想當然的感覺與實際情況有很大出入。

　　研究的另一個結論是，彈頭命中目標關鍵位置的重要性勝過其他所有變量。如果想讓目標在單發命中後立即喪失行動能力，必須擊中其要害部位，盡管這一部位的範圍是非常狹窄的。因此，“一發槍彈消滅一個敵人”的思想應該得到更廣泛的灌輸。

　　阿富汗戰場有關槍彈“貫穿傷”的新聞報道是確實的。盡管使用了相同的武器和彈藥，為什麽一些士兵報告了“貫穿”問題，而其他士兵卻說沒有呢？ JSWB IPT 認為彈頭偏航這一現象可以解釋彈藥性能中的這些差異。

　　彈頭以不同的偏航角度侵入目標會表現出截然不同的性能，尤其是當彈頭速度明顯下降後，這種表現更為明顯。請仔細觀察這兩張相關照片。第一張是彈頭幾乎以零度角侵入目標時的照片，它在形成空腔之前有一段較為筆直的行程。而在人體目標內，這種彈頭很可能會徑直穿過而不會對人體造成有效破壞。第二張是彈頭以相對較大的偏航角度侵入凝膠塊，它幾乎是立即失穩並且破裂，造成了目標較大的臨時性和永久性傷害空腔。同樣的槍彈，士兵遇到後麵的情況往往會以為他們的武器性能更好。

　　需要指出的是， JSWB IPT 的研究並沒有考慮 5.56mm 彈藥在較遠射程上的效能，而在較遠射程上，不同的彈頭質量、速度和結構可能會給射擊效果帶來更大的影響。 JSWB IPT 的研究分析中，目標的設置為非裝甲正麵立靶，而如果外罩防彈衣或將目標設置為跪姿 / 臥姿靶，分析結果可能會有所不同。 JSWB IPT 發現，目前的人體損傷模型需要進一步改良，從而可以更加精確地模仿複雜的人體解剖結構。

在遭遇戰的近距離射程中，對於暴露的目標，沒有比現有 5.56mm 槍彈性能更加優越且商業上可行的可選方案。

靜態 / 動態分析

測試的5.56mm彈藥	測試用武器
M855（彈頭質量4g）	M16A1
M995AP（彈頭質量3.4g）	M4
M193（彈頭質量3.6g）	M16A2/A4
MK262（彈頭質量5g）	MK18 CQBR(10″M4)
COTS（彈頭質量4g）	M14
COTS（彈頭質量4.5g）
COTS（彈頭質量5.6g）