“小柔甲,大防爆,它的温柔让你爆不起来”
发表时间 2019-09-16 15:21 来源 澳门金沙平台官网

——新一代柔性复合防爆技术科研纪实

  编者按:人们常说:“有多锋利的矛,就要有多坚固的盾。”当今世界各地并不太平,随着恐怖袭击中危险爆炸物的经常出没,给人们的生产生活带来了极大的威胁。针对爆炸性伤害,如何解决其中的安全防护问题,做到有备无患,就成了摆在相关领域研究者面前的重要课题。北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室黄广炎团队就肩负着这一使命。

  30公斤的盖毯真能防住两颗手雷的爆炸威力吗?

  初夏清晨,凉风习习,距离北方的热浪袭来尚需些时日,微风徐徐吹向建在半山腰处的北京理工大学东花园爆炸实验基地。一群身着白色试验服的师生正在不慌不忙的在准备着试验,初夏的微风吹散不开豆粒大小的汗珠,不一会他们就已经汗流浃背。

  一个貌不起眼的黑色防爆毯正被静静置于空地中央,工作人员们正有序的调试观测仪器和试验材料。

  “高速摄像机,准备完毕!”

  “两枚82-2式手雷,放置完毕!”

  “瓦楞纸见证板,安装完毕!”

  “请试验人员,试验前再次拍照记录试验前画面。”

  “倒计时准备,五、四、三、二、一。”

  “起爆!”

  一声脆响之后,试验用的两枚82-2式手雷爆炸了,防爆毯中心的防爆围栏凭空弹起一米多高之后,落到地上。围在防爆毯外侧三米外的松木板丝毫没有被穿透的痕迹,初步从试验物外观来看,试验应该成功了,但“科学研究没有应该”,最终仍需要从观测数据进行分析。

  “请各位试验人员抓紧时间记录试验数据,尤其需要记录的是瓦楞板状况、有无破片飞出……数据出来之后,研究者们马上在指挥室分析数据”,主导此次爆炸试验的黄广炎老师正有条不紊的指挥着学生记录刚刚产生的试验数据。

  三十分钟后,试验分析会讨论完毕。各项数据正常,更令人欣喜的是,防爆毯周围的瓦楞板上没有任何被破片打到的痕迹,与此前没有防爆毯的空爆试验对比,破片防护率达到了100%,这证明今天的防爆毯试验取得圆满成功,顺利通过两倍于公安部GA69-2007标准的严苛测试!

  防爆毯经受住了两颗手雷的爆炸当量,那么两颗手雷的爆炸威力到底有多大呢?

  经常关注军事的朋友们或许知道手雷(或手榴弹)爆炸杀伤有生目标主要是靠弹体破片杀伤的。手雷的弹体经常是有纹路的就像小格子一样,称为预置破片,手榴弹爆炸后小格子的分割槽即为弹体的结构脆弱部分,爆炸将会使其分离达到增加破片数量增加杀伤力的作用。还有的手雷弹体表面光滑,实际弹体内部填充钢珠,爆炸时钢珠四处飞溅起到同样的效果。其实战场上或恐怖分子通过爆炸物杀伤有生目标,大部分都是靠爆炸之后的破片造成杀伤的,至于爆炸的冲击波,由于空气易于压缩,所以其威力范围较小。

  此次进行的试验就是通过两枚制式手雷测试防爆毯的防护效果。

  那么貌不惊人的防爆毯是怎么依靠30kg的重量做到如此优秀的防护效果呢?这跟传统的防爆毯究竟都有哪些区别?这一切还得从五年前说起。

  在混沌中探索

  作为成立于1991年的国内唯一的爆炸安全与防护领域国家重点实验室,一直以国家重大需求和学科发展为牵引,针对爆炸科学技术领域中的基础理论和关键技术,系统深入地开展基础和应用基础研究,为国家建设做出重要贡献。对于爆炸科学的深入研究,实验室的防爆安全科研成果曾经多次服务于国家重大活动安保,也为国家安全生产与应急维稳工作做出重要贡献。

  众所周知,爆炸事故后往往是比较严重的,会造成人员的伤亡、设备的毁坏、建筑物的倒塌等,使得国家财产大量损失,并且会造成重大的伤亡事故,例如:1977年英国发生因为雷击而引起的炸药库爆炸事件,死亡3000多人。

  随着国际社会的发展,区域性国际形势也越发紧张,交通设施领域(机场、火车站、汽车站)、商场、体育馆、博物馆、医院、甚至高层建筑,只要是人员密集区域往往成为了恐怖分子袭击的目标。近期陆续发生在斯里兰卡、英国、俄罗斯的多起爆炸恐怖袭击,也造成大量人员伤亡和巨大财产损失,社会影响恶劣。一系列不堪回首的恐怖袭击事件,正提醒着我们恐怖主义并未远离,防爆工作依然任重道远。

  在恐怖分子的爆炸袭击活动中,许多时候爆炸带来的建筑物的倒塌、玻璃脆片的飞散、冲击波的放大、燃烧的产生等等使得恐怖分子达到了大规模杀伤的目的。在高人员密集场所的爆炸袭击当中,最为明显的致命伤是由飞行的破片带来的,最为严重的破坏是冲击波带来的。

  如何对爆炸物带来的破坏进行有效防护,这个研究难题摆在了刚从剑桥大学学术交流回国的黄广炎老师面前。

  以往传统的防爆处置装备在防护方法和处置能力方面已经具备了一定优势和特色,推向市场的产品形式也较为固定,防护轻量爆炸物可以用防爆毯,防护大量爆炸物可以用防爆罐、防爆桶和防爆球等。但是传统设备也是具有很大局限性,这些产品在机动性、非接触爆炸物情况下的应急处置能力、过量防爆条件下是否产生附带伤害等方面存在很大不足。因为在防爆处置的应用场景下,安全防爆的响应速度很关键,传统的设备都是特殊的钢制材料,质量大、难以快速移动,再就是排爆人员最希望能在处置过程中不接触疑似爆炸物,另外在不清楚疑似爆炸物的爆炸当量时,一旦超过处置防爆罐的防护能力,那这个防爆罐被炸裂后,钢制碎片的杀伤能力不逊于爆炸物。
 


 

  图-柔性防爆设计理念
 

  究竟是沿着传统防爆处置装备的思路研究下去,寻求防护效果更好的金属防爆产品还是选择其他解决方案?黄老师在跟自己的导师冯顺山教授进行学术交流之后,找到了灵感。“以硬碰硬、狠中取胜”,如果这个思路行不通,就另辟蹊径,寻找能够安全防护大当量爆炸物的轻质防护解决方案。

  2012至2015年,在国内外研究领域空白的情况下,采用柔性结构防护爆炸冲击波机理研究与试验判据研究工作首次获得了国家自然科学基金的支持。北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室的科研团队与公安部第一研究所等优势单位合作,在爆炸冲击波的柔性防护机理和试验判据方面取得重要进展。

  在试验中成长

  爆炸防护是国家军事安全与公共安全的重大难题,既然要防护爆炸物,要颠覆传统防爆处置装置,那就先得研究爆炸物的处置难点。

  由于爆炸恐怖活动具有极大的随机性、快速性和不确定性,且爆炸物的“未知”属性复杂多样,给军民相关安全部门的处置与防护工作带来极大困扰。如爆炸物“载体”未知(可能为箱包炸弹、汽车炸弹、人体炸弹和邮包炸弹等)、投放地点和环境随机(可能为机场、火车站、地铁站、广场和商场等)、爆炸物的炸药类型及其爆炸当量未知(几十克到几千克TNT)、杀伤方式多样化(冲击波、破片、引燃等)、覆盖范围未知、爆炸物的触发方式(可能为延时/定时起爆、光感/磁感起爆、遥控起爆和重力感应起爆等)难以准确判断等。因此,各国防爆反恐手册均明确要求处置现场尽可能不直接接触爆炸物。如何及时有效且安全地非接触式处置和防护各类疑似爆炸物,已成为安全部门目前所面临的最严峻挑战之一。

  总结来说爆炸物处置有四个“不确定”:

  爆炸当量不确定:疑似爆炸物的TNT当量是多少?是否有破片?都无法即刻确定。

  起爆方式不确定:爆炸物的起爆方式有遥控、重力、翻转等。发现切不可随意触碰。

  投放形式不确定:无法事先确定爆炸物的投放地点、起爆时间、数量和炸药类型等。

  杀伤范围不确定:爆炸物的杀伤范围无法确定,一旦过量防护,附带伤害的范围也无法确定。

  都说万事开头难,但令科研人员没想到的是,更难的是开始之后的无数次试验探索。

  单就材料筛选来说,研究人员对上百种的材料进行初步的力学性能筛选,从中选出最优的防爆材料。 颇有爱迪生不眠不休做了上千次耐热材料的实验,才制造出第一个炭丝灯泡的精神。爆炸科学与技术国家重点实验室的柔性复合防爆技术团队走过了一条艰难的创新突破之路。

  在进行了近五年的探索研究和上百发的爆炸测试,在系列重大原始创新的基础上,国家重点实验室团队开始着手基于柔性复合防爆技术的原理样机研制,并选择与艾尔防务开展产学研合作,与英国剑桥大学等国际同行积极开展学术交流,通过机理研究、材料创新、结构创新、工艺创新等多年持续技术攻关,最终研制成功柔性防爆毯和桶系列产品。
 

  图-柔性防爆材料拆解
 

  该技术装备采用特殊液体、高性能纤维材料、气凝胶和超弹性喷涂材料等多种材料构成特殊形状的轻质柔性多层复合结构,可基于能量微分弥散、大变形吸能、液体动量提取等原理,高效吸收爆炸冲击能量。“它的温柔,让你爆不起来”,是对柔性防爆功能最贴切的描述。

  爆炸物的碎片在爆炸过程中能被柔性复合材料所阻挡,爆炸产生的火焰可以被防爆阻燃混合液体层迅速扑灭,由于装备全部为非金属柔性材料制备,过量爆炸的防护也无附带伤害,同时也能保留爆炸物碎片等证据。

  在市场中淬炼

  2017年8月,样机通过公安部组织的权威检测,并应邀参加公安部组织的全国公安机关装备发展专项阶段成果展,受到公安部领导的高度评价——“柔性防爆是一种革命性技术,是对传统装备的颠覆”。同年底,在北京理工大学技术转移中心指导下,柔性复合防爆技术在湖南艾尔防务技术有限公司实施成果转化,在湖南长沙市高新区建立了首条生产线。

  2018年5月,以防护500gTNT爆炸物的G500为主的柔性防爆装备正式批产,开始全面向市场推广应用,形成了“柔卫甲”国际知名防爆品牌。目前已在北京各大火车站、新疆机场、大连地铁站等全国多省要害部位装备应用。

  当然只有一款产品还不够,市场需求多种多样,更不要说像特高压电站防爆、石油石化防爆、新能源电池防护这些需要定制化解决方案的领域了。

  在充分调研市场行业需求之后,负责量产柔性防爆设备的艾尔防务已经将柔性复合防爆技术应用于柔性防爆毯(围栏)、防爆桶、防爆罐和防爆挡墙等创新防爆装备开发,单人便携的柔性防爆毯T200便是文章开篇之初的试验样机。
 

  图-柔性防爆系列产品
 

  柔性防爆装备是我国新一代防爆反恐特种装备的代表性产品,具有颠覆性的应用价值和示范效应。可广泛应用于机场、高铁、地铁、广场、会议中心、中小学、高档小区、景区、影剧院、连锁门店、大型商业写字楼等人员相对聚集的公共场所的爆炸安全防护。

  随着我国反恐怖主义法的实施、国家安全战略的布局以及有关公共场所安全等级及标准的提升,该技术产品将具有更加广阔的市场前景和积极社会示范效应。
 

  图-柔性防爆毯T200
 

  柔性防爆毯T200具有自重超轻(约30kg,单人便携)、防护当量强(防护两颗手雷)的特性,相比于传统防爆毯仅能防护一颗82-2式制式手榴弹(约80gTNT)的爆炸威力,柔性防爆毯T200做到了体积、重量相当,但性能翻倍的防护效果。针对其体积轻便、单人便携的特点,该产品可以广泛用于生活场所(酒店、银行、连锁超市、高档小区)和娱乐场所(购物中心、影剧院、体育馆、游乐园)等防爆等级较低但又人群稍密集的场所。

  对于国际局势瞬息万变的战争冲突地区,柔性防爆材料有更多应用场景。根据全球政治和安全风险预测公司Control Risks发布的“2019风险地图”显示,当今世界安全局势不容乐观,尤其是“一带一路”沿线地区和非洲大部分国家危险系数达到高和极高。另外区域性的恐怖爆炸案也时常发生,以今年为例,4月22日印度洋岛国斯里兰卡全国范围内连续发生8起爆炸,包括首都科伦坡等地的4家酒店、3处教堂和一处住宅区。8月2日,泰国曼谷发生多起小型“爆炸事件”,造成至少2人受伤。
 


 

  图-2019国家安全风险地图
 

  北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室研制的柔性防爆毯T200、柔性防爆桶G500、G1000等柔性防爆装备,通过国际警用装备展、一带一路国家外警培训、外交部驻外大使馆安防装备出口推广、发展中国家军警培训等途径,以及跟京安、北方装备等外贸进出口企业以及“中国-阿拉伯文化技术转移中心”等部门合作,目前装备已在“一带一路”多个国家产生影响,并已在斯里兰卡、巴林、阿曼、菲律宾等国家开展出口应用。
 


 

  图-央视一套《加油向未来》视频截图
 

  柔性复合防爆技术自发布以来,引起了国内外媒体、专家领导与社会各界广泛关注。在中央电视台第1频道《加油!向未来》、中央电视台第10频道《澳门金沙平台官网之光》、北京电视台《新闻联播》、湖南卫视、人民日报、澳门金沙平台官网日报、中国科学报、人民公安报、红网等20多家媒体做了系列报道。其中,《澳门金沙平台官网之光》曾以单期报道的形式,详细介绍了“柔性复合防爆技术”的研发历程,《加油!向未来》节目更是在中央一套黄金时段播出了柔性防爆装备与空爆试验的对比,引起观众的广泛关注和激烈讨论。由此剪辑的节目视频,在各大展会上都会吸引不少参展人员的驻足观看。

  柔性防爆装备的问世,受到国家澳门金沙平台官网部、公安部等多个部委和多个省市领导、专家的高度评价,成功入选了公安部防爆装备遴选试用计划,在全国多个省市示范应用,并中标国家防爆应急储备物资库采购项目和中国商务部对外援助项目。

  针对传统防爆装备在机动性、非接触爆炸物情况下的应急处置能力、过量防爆条件下是否产生附带伤害等方面存在不足。柔性防爆系列装备成功弥补了这些不足之处,与传统防爆装备配合使用,共同构建了我国新一代防爆排爆处置装备体系。“小柔甲、大防爆”,柔性防爆装备为我国安全生产、爆炸应急救援与处置做出重要贡献,“柔卫甲”已成为中国的防爆名片,走出国门,走向世界,为“一带一路”国家和全球各地的防爆安全做出贡献。