本文作者：邢强博士
4月13日，美国国防部承认，当天向阿富汗境内投放了有“炸弹之母”之称的GBU-43炸弹。这是美军首次在战斗中使用这种炸弹。该炸弹的投放与爆炸，刷新了人类战争史上用于实战的常规武器的爆炸当量纪录（11吨TNT）。
小火箭在本文将要和大家共同探讨以下4个问题：
有着炸弹之母之称的GBU-43炸弹的总体设计；
GBU-43炸弹的独特之处（其核心技术）；
GBU-43可否被归为温压弹；
小火箭对GBU-43炸弹的气动分析。
总体
炸弹之母的美军编号为GBU-43/B，其英文全名为MassiveOrdnanceAirBlast
bomb（巨型空爆炸弹），这个英文全名的前4个单词的首字母连起来是MOAB，恰好也是（Mother Of All Bombs）的首字母，因此得名炸弹之母。
要展开叙述炸弹之母的总体设计特点，首先得明白美军为什么要设计这样的一款炸弹。在弹道导弹、小而灵巧的精确制导炸弹等武器开始大行其道的今天，这种空投炸弹为何还能诞生？
炸弹之母是美国科研人员自2000年之后开始正式启动研发的，于开始正式入役。可以说，这是一枚21世纪的炸弹。而促使工程师们下定决心研发这款炸弹的动力，在于一款名叫BLU-82的炸弹。
信奉巨舰大炮主义的人，对于炮弹或者炸弹的当量和大小自然是抱有一致性的原则：越大越好。
BLU-82炸弹就是在这样的指导思想下研发出来的。6.8吨重的炸弹内部，装填了5.7吨的炸药。
BLU-82炸弹的炸药由硝酸铵、聚苯乙烯和铝粉组成。读过小火箭之前的系列文章的工程师，或许还有印象，这种组分与固体火箭发动机有些许类似，详见小火箭的公号文章《聊聊固体火箭发动机的推进剂》。
BLU-82炸弹太重了，一般的战斗机是无法挂载的。因此，其投放任务就交给了运输机。上图为一架运输机（应该是一架MC-130E）正在投放BLU-82炸弹。
这是BLU-82炸弹正在爆炸的瞬间。（这张照片被很多媒体误认作是炸弹之母爆炸时的场景，实际上不同的装药成分，其爆炸的样子是很不同的。）
BLU-82炸弹的设计有不少越战思维的影响。该炸弹在丛林上方爆炸后，会在林子里形成一个比较比较规则的圆形的平坦地区，方便直升机在此起降。
但是，BLU-82炸弹是有缺陷的：过度追求爆炸温度，而在爆炸速度方面有太大让步。这使得该炸弹用于扫雷、清路或者轰炸无防护、简易防护目标的时候，还有一定的作战效能，而对于坚固工事就有些力不从心了。另外，BLU-82炸弹没有制导，其落点精度不佳。为了能够炸准目标，运输机需要低空慢速飞行，这对于前线应用来说，可不算太妙。
GBU-43项目应运而生。该炸弹的总体设计，简直是处处针对BLU-82炸弹老前辈。自2002年5月研发项目正式启动，到，GBU-43炸弹之母入役，用了不到1年的时间。
炸弹之母共生产了17枚。炸弹长9.17米，直径1.029米，重9.806吨。
这么重的炸弹，战斗机和攻击机是不用想了，太难带了。运输和投放任务还是交给C-130运输机吧。
独特
炸弹之母在总体设计方面，有2个特征非常明显，成了她独特的地方。总结起来，就是：狠 和 准。
9.17米长，9.806吨重的炸弹之母内，装填了足足有9.5吨的炸药。
而且，这些炸药本身也有其独特之处。
之前的那些燃料空气弹，为了提升爆温（个别变态型号已将爆温提升为2000℃，太阳表面温度的三分之一），大幅牺牲了爆速，其爆速仅为4千米/秒。爆速的损失让之前炸起来很热闹的炸弹的打击力度大打折扣。而炸弹之母的炸药摒弃了聚苯乙烯、硝酸铵，也没有打环氧乙烷、苯乙烯等成分的主意，而是直接用了猛炸药。
当然，为了延续小火箭的风格，现将炸弹之母所用炸药的详细组分情况公布如下：
43.5%的黑索金+29.3%的TNT+20.6%的铝粉+4.89%的石蜡+其他
（略去部分组分，不具备非专业人士制备条件，请勿在家尝试）
铝粉提高发动机比冲的效果十分明显，因此很多推进剂添加了大量的铝粉（如三叉戟I型导弹的第一级发动机中掺有19%的铝粉）。这样的推进剂产生的烟雾中会有大量三氧化二铝颗粒存在，形成特有的金属烟尘。铝粉的燃烧能加快推进剂的燃烧速度，增加发动机的比冲，还能使燃烧变得更加稳定。铝粉颗粒的直径只有几微米，燃烧时间极短，温度很高，人们对其燃烧机理还没有研究透彻。
环三亚甲基三硝胺（RDX，俗称黑索金）、环四亚甲基四硝胺（HMX，俗称奥克托金）是两种出名的猛炸药。5千克重的锤子分别从28厘米和33厘米高度落下的冲击力即可分别引爆黑索金和奥克托金，可见这两种炸药的性格有多么暴烈。在此，小火箭向奋斗在导弹战斗部研发与测试第一线的工程师致敬。
有些人喜欢把黑索金称作黑索今。小火箭个人更倾向于黑索金这个译名，当然硬叫她的原名环三亚甲基三硝胺，或者cyclotrimethylenetrinitramine也是可以的。纯净的黑索金是无色的，但是很多黑索金结晶是上图那个样子的。因此，名字里的金还是有意义的。
RDX和HMX的加入抹平了推进剂和炸药的区别。在燃烧过程中，猛炸药提供了更多的热量，提高了推进剂的比冲。炸弹中的4.89%的石蜡就是为了钝化猛炸药的敏感度，有助于提高武器装备贮存和使用过程中的安全性。
上述内容在小火箭的经典导弹与火箭系列文章中有所提及，在此不再赘述。
炸弹之母采用了上述组分的炸药后，其理论爆速达到了惊人的7.3千米/秒（是除狙击步枪之外的普通子弹出膛速度的7倍以上，快赶上第一宇宙速度了）。这种以爆炸的形式产自作战效能的武器装备，其效能对爆速的依赖程度很高。效能公式里大量有关爆速1次项和平方项的因子，在此不展开。总之，相较于之前的空气燃烧弹的4千米/秒的爆速，炸弹之母的作战效能大幅提高。
理论爆速7.3千米/秒，实测结果如何呢？见上表，实测爆速在7.147千米/秒到7.355千米/秒之间。由此可见，7.3千米/秒这个数据对于某些情况来说，甚至说得有些保守。（莫深究数据来源，如果有关于气动计算、弹道计算的项目，欢迎与小火箭合作。）
为什么要这么麻烦，全部装填TNT不就可以了？
答：不是的。这种“麻烦”的组分能够在爆温和爆速之间寻求到一个良好的平衡点。同时，借助铝粉的作用，让燃烧（爆炸）的过程更顺利。总体上来说，这种配比的效能是相同质量的TNT装药的1.35倍。
也就是说，9.806吨重的炸弹之母内，装填的9.5吨的炸药，相当于12.825吨TNT。即使考虑到钝感之后的损失，也至少相当于11吨TNT。这是非核武器的装备中，少有的爆炸当量大于装备总质量的武器了。
介绍完炸弹之母的狠，小火箭再来说说炸弹之母的准。
炸弹之母是有制导控制的，属于精确制导武器，其打击精度并非之前的非制导炸弹可以比拟的。炸弹之母的尾部，有4片栅格翼/舵，用来控制炸弹的落点。
美国从1985年开始对栅格翼进行了大量风洞试验。不过，率先在导弹上进行应用的是苏联。上图为苏联大名鼎鼎的R-77空对空导弹。注意其尾部秀气的可折叠栅格翼。
栅格翼在空空导弹、炸弹以及可回收火箭第一级的颈部得到了应用。而在中程射程以上的弹道导弹（或者能力相当的运载火箭）的上升段的控制中，实际应用栅格翼的大国的代表则是苏联和中国。
苏联SS-20弹道导弹，是一款射程为5500公里，能够携带多枚核弹头的弹道导弹。该弹的尾部采用了栅格翼。（当然，上面这张图把导弹藏在发射筒里了，详见下图吧。）
这就是遍布SS-20弹道导弹尾部的栅格翼。
中国也掌握了在该量级的飞行器上采用栅格翼的技术，而且使用得比较精巧。上图为中国航天科工集团研制的快舟系列公路机动、快速反应、固体运载火箭。
朝鲜的火星-10（媒体通常将其称作 舞水端）弹道导弹的尾部也采用了栅格翼。
炸弹之母的栅格翼，一眼看去就是美国Dynetics的流派。该公司多年来致力于栅格翼/舵的研发。
这是该公司给出的类似在炸弹之母上应用的栅格翼的流场计算结果。
上图是黑白的，而且终究也是没有给出更为详细的数据。小火箭干脆自己算了一下。毕竟，作为对某一款武器装备进行详细分析并且要和相关的工程师共同探讨的文章，还是不要直接引用别人的数据为好。
在需要产生同等大小控制力矩的需求下，栅格翼相较于常规舵面，其需要的铰链力矩较小，因此，特别适合于作动器功率相对不足的情况。反过来说，栅格翼的紧凑、可折叠、需求功率小的特征使其能够在对结构要求特殊、对机动性要求较高的多种飞行器上得到应用。（点击上图查看大图，才能看到细节）
通过计算可知，炸弹之母的栅格翼/舵设计较为合理，与弹体的配置情况较为优化，能够以较小的铰链力矩来有效控制炸弹的落点。
结合小火箭手中相关作动器的延迟系数、弹体常数和美军GPS的定位精度，可以认为，炸弹之母的落点误差在15米以内。
考虑到炸弹之母的爆炸冲击波能够对坚固工事产生破坏作用的半径为137.61米，毁伤建筑超压半径为1公里，杀伤无防护人员的超压半径为2.7公里，15米的误差对其作战效能的影响是很小的。
那么，炸弹之母是燃料空气弹么？
小火箭认为，严格意义上讲，炸弹之母并不是燃料空气弹。但是，从之前小火箭给出的炸弹之母的组分可以看出，炸弹之母的确也带有一定的燃料空气弹的效能。通过组分和装药量，可以算出，在爆炸时（设定起爆高度为1.8米），炸弹之母能够将以爆点为中心，以471米为半径的范围内的氧气消耗掉30.2%以上。虽然其影响没有燃料空气弹、温压弹那样巨大，但的确拥有类似的效果。
严格意义上的或者说传统的燃料空气弹，其爆炸过程通常分为2个阶段：初次爆炸，用不依赖空气中氧气的炸药产生气溶胶，扩散可燃装药；气溶胶爆炸，大量消耗氧气，产出强烈的高温和剧烈的压力梯度变化。
这是经典的燃料空气弹爆炸的样子，可以看出有明显的两次爆炸现象。
小火箭（隐去数值）画出了常规炸弹（蓝实线）、燃料空气炸弹（红色实线）和炸弹之母（黑色实线）爆炸时的压力-时间曲线示意图。
由上图可见，普通炸弹的爆速较高，一开始超压形成迅速，但是来得快，去得也快，很快就会形成一个压强低于大气压的负压区，然后压力再次返回，最后趋于平静。而燃料空气弹，超压较小，但是持续时间长（这段时间足够产生让受打击的一方难熬的高温高压），之后的负压持续时间也较长，这会大量杀伤躲藏在地下工事中的有生力量。
炸弹之母的高爆速与大超压以及快速消褪的超压，非常类似传统的炸弹。但是，铝粉大量消耗了空气中的氧气，也就形成了类似燃料空气弹的负压区。（所谓的负压区，是指压强小于当地的标准大气压强的区域）。
或者简单来说，炸弹之母是典型的“大力出奇迹”。管他正压负压，管他爆速爆温的，在6吨半的黑索金+TNT装药和1.6吨的铝粉面前，想要的性能终究还是出来了。
这一点就很像核弹了。
上面这个动图展示了核爆冲击波的样子
这张动图则是小火箭用来说明，大当量的武器爆炸的时候，会出现先有超压，后有负压的情况。上图的爆炸源在树木的右侧，因此树先向左跑，然后负压到来，树的顶端快速向右移动。这一正一负很要命。
炸弹之母全弹气动计算。注意炸弹尾部的绿色部分不是喷流，而是小火箭给出的两层等压面。
整体来说，炸弹之母的气动设计较为优化，对于一枚从4000米到6500米的高度空投，在1.0至2.0米高度爆炸的炸弹来说，是比较合适的。
炸弹之母爆炸前百分之一秒的抓拍画面
炸弹之母测试的精彩视频
如果觉得《爆炸！仅次于核武器的巨型炸弹首次实战》对你有帮助，请点赞、收藏，并留下你的观点哦！
