重塑“铠甲”：军用防护材料迭代之变
■姬嗣愚 姜子晗 李金鹏
俄罗斯Ratnik-3作战服模型。据悉，该作战服采用新型防护材料，能帮助士兵达到一定隐身效果。供图：阳 明
前不久，《科学》杂志刊发的一篇研究文章披露，美国西北大学开发出一种超强防撕裂材料。世界多家防务公司表示，这款材料的发明有望改变现代防弹衣的设计理念。
瞬息万变的战场上，如何更好地抵御伤害一直是军工领域关注的重点。正所谓“一代材料、一代装备”，军用防护材料的演进始终与战争形态紧密交织。从冷兵器时代的青铜甲胄到信息化战争中的智能装甲，防护材料的每一次革新，都在重新定义战场生存法则。
那么，在战场“矛”与“盾”的交锋中，军用防护材料经历了怎样的发展之路？不同时期具备哪些不同特点？未来又将走向何方？本期，我们一探究竟。
重塑“铠甲”：军用防护材料迭代之变
追溯起来，人类对士兵身体防护的需求贯穿着整个战争史。
早在冷兵器时代，就出现了皮革、铜铁等材料制成的铠甲。进入14世纪后，黑火药席卷欧亚战场。人们逐渐认识到，传统铠甲已无法满足战场需求，越来越多不同材质的防护装备相继问世。
直到第一次世界大战期间，现代意义上的军用防护材料才迎来重要发展。
第一次世界大战中，拉锯的壕沟战让英国军队损失惨重，为士兵制造一款能够抵御低速流弹和炮弹破片的“护身甲”成为当务之急。英国科研人员将目光锁定强度和硬度较大的金属材料，率先打造出钢丝马甲。但这种马甲重达9千克，步兵穿上它，打仗很不方便。因此，“护身甲”主要配发给轰炸机飞行员，尽可能地保护他们在空中免遭子弹或弹片伤害。
一战结束后，世界各军事大国开始下大力研制防弹衣。然而，“超重”问题始终是影响士兵机动性的一大“痛点”，科研人员为此开启了艰难的探索。以苏联SN-42胸甲为例，这一经典防弹衣的背后，是一场激烈的竞争。
1941年苏德战争爆发后，为减少前线人员伤亡，苏军炮兵总局对各军工厂的单兵护甲进行了竞标测试。在此期间，莫斯科钢铁学院研发了热轧钢胸甲，还设计了折叠脚架，但因代工厂工艺缺陷，导致胸甲的防护性能大幅降低。同时，苏军第48研究所使用淬火回火等工艺，生产多款护甲及轻量化背心式防弹衣，也因防护面积过小被淘汰。
最终，苏军第13研究所的SN-42胸甲在竞标中脱颖而出。这款胸甲采用2毫米厚的36SG钢制造，重3.5千克，可抵御100米外德军MP-40冲锋枪发射的9毫米子弹，在斯大林格勒保卫战中发挥了重要作用。
优异的硬度和稳定性，奠定了金属材料在军用防护领域的地位。
通过优化金属成分和热处理工艺，如今的金属防护材料正向着强度更高、韧性更高的方向发展。例如，装甲钢中加入铬、镍、钼等元素，可以改善其综合性能，使其在面对高速弹丸冲击时，既能有效抵御穿透，又能减少脆性断裂的风险。
现代战争中，新的作战方式对士兵的速度和灵活性提出了新的要求，金属材料在单兵防护领域逐渐退出舞台中心，更多是以插板的形式存在。但在坦克、装甲车等大型装备领域，金属仍是无可替代的防护核心材料。以德国新型豹2A7主战坦克为例，其炮塔和车体部分安装了“先进模块化装甲防护”组件，该组件由钢合金、纳米钢和纳米陶瓷等材料制成，使薄装甲板具备了更强的韧性和硬度，机械性能实现翻倍。
此外，随着技术的不断进步，一些新型金属防护材料也开始崭露头角。比如，钛合金具有低密度、高强度、耐腐蚀的特性，现已成为高端轻量化防护材料的理想选择。而钨合金则凭借其高密度、高硬度、耐高温及优异的抗弹性能，在军事领域扮演着“动能杀伤与硬核防护”的重要角色。
由此可见，金属材料发展至今，仍然是不可或缺的军用防护材料。一代代科研人员经过不懈地努力与探索，不断刷新着金属防护材料的性能。
合成材料实现“后来居上”
20世纪中叶，化学工业领域迎来革命性突破，一系列合成材料为军用防护材料的发展带来了契机。于是，世界各国纷纷着手本国军用防护材料的升级换代，实现材料的“减重强能”。
高性能纤维的诞生是升级换代的第一声“惊雷”。尼龙纤维虽在二战时期已用于制造防弹衣，但实战表明，尼龙防弹衣的强度不足以抵御步枪子弹射击。
真正的突破发生在1964年，波兰裔美国女化学家斯蒂芬妮·克沃勒克在研究一种轮胎材料时，意外合成了一种质地轻薄的乳状溶液，当时，这种浑浊溶液通常被认为无用而丢弃。然而，克沃勒克说服了负责运行喷头丝的技术人员查尔斯·斯姆林，尝试将这种溶液放入喷头丝中进行测试。
结果出乎意料——在尼龙断裂的情况下，这种新的纤维依旧完好。经过不断研究改进，1971年，杜邦公司正式将其命名为“凯夫拉”。凯夫拉纤维的强度是同等质量钢铁的5倍，密度却仅为钢铁的1/5，这一特性使其在防弹领域展现出巨大优势，被誉为“装甲卫士”。
同一时期，考虑到越南战争中钢制防护装备的局限性，美国陆军纳迪克研究实验室试图将“凯夫拉”应用于步兵防护系统，设计出地面部队单兵装甲系统（PASGT）头盔，并参与了1983年美国入侵格林纳达的军事行动。
采用了凯夫拉材料的头盔，防弹性能大大提高。行动期间，一顶PASGT头盔甚至挡住了对手AK-47突击步枪射出的子弹。虽然这只是一个特例，但不可否认的是，体验过PASGT头盔的舒适性和极好的防弹性能之后，士兵们都将其视为最重要的防护装具。
“凯夫拉”的成功开启了软质防弹衣的时代，其后的特沃伦纤维、超高分子量聚乙烯纤维等高性能合成纤维的出现与应用，使防护装备实现了轻量化与高强度的完美结合。
然而，穿上防弹衣也并不代表就有了“金钟罩”。软质防弹衣的材质决定了它只能在一定距离上防御部分口径较小的子弹，对较大口径的榴弹，它仍是心有余而力不足。此外，一些软质防弹衣被子弹第一次击中后，相应部位纤维会拉伸或者断裂，对连续射击的子弹无法形成有效防御。最致命的是，刀具、匕首等尖锐兵器很容易刺破纤维材料，使其丧失防护功能。
如何破解软质防弹衣的“罩门”？
软硬复合式材料给出了答案。相比于材质本身的创新，软硬复合式防护材料是一种材料结构的升级。20世纪90年代初，美国陆军开发了一款专门的护甲。这件护甲用凯夫拉材料作内衬，外加一块8磅重的氧化铝陶瓷板，在1993年10月的摩加迪沙战役中，展现出了不俗的防护效果，防弹性能得到验证。
在此基础上，美国陆军正式推出了IBA防弹背心，由凯夫拉材料作背心主体，由碳化硼或碳化硅陶瓷制成“嵌入式轻武器护板”。这款背心可以抵挡7.62毫米步枪弹的射击，一度风靡当时的战场。
经过一段时间的发展，这种“软硬兼具”的复合式防护材料基本形成了一种通用的构成：外层由轻质陶瓷片、金属板等硬质材料制成，通过材料变形来吸收和减缓子弹或者弹片的冲击力，同时将剩余能量传递给内层的高性能纤维织物进行进一步吸收。
合成材料的应用，标志着军事防护领域的又一次飞跃。随着技术的进步和战场环境的复杂化，军用防护材料的发展已经从单一的均质材料向多种材料复合的方向延伸。
新型材料发展方兴未艾
军用防护材料演进史的背后，既是一部材料科学的创新史，也是一部战争形态的变革史。
随着战争进入信息化时代，电子战、网络战等成为重要作战样式，交战双方“发现即摧毁”的能力大幅提升，快速部署、高速机动、灵活反应成为制胜关键。传统的防护装备已经难以满足现代战场的需要，防护材料的发展迎来新的挑战。
一方面，武器装备和作战平台越来越先进，种类越来越多，负重与战斗力之间的矛盾不断升级。
据美国陆军研究实验室的一份报告显示，在伊拉克和阿富汗服役的美军士兵中，平均每人负重高达53公斤，从战场上撤离的负伤人员中，有1/3是由于肌肉骨骼损伤、韧带损伤和脊椎损伤引起的，是作战负伤数量的两倍。
另一方面，随着信息化、智能化、无人化技术与装备的大量运用，战场空间正逐步向深海、太空、电磁等多维空间领域拓展，战场威胁不再局限于传统的枪弹和炮弹破片，而是向更加多元复合的方向发展。
2024年叙利亚出现的“电磁IED”，仅利用手机信号触发微波脉冲，就导致23台装甲车电子系统烧毁，充分暴露了传统防护材料在“无形战场”中的短板。
为适应这种新变化，军用防护材料也加快自身发展，在一系列高新技术助攻下，呈现出新特征、新趋势：
——轻量化。为了提高士兵和装备在战场上行动的灵活性和机动性，科研人员正在不断开发新型高性能轻质材料。比如，英国BAE公司利用一种名为“剪切增稠液”的特殊液体研发出一款液体防弹衣。“剪切增稠液”与凯夫拉材料结合后，不仅厚度减少了近一半，同时可以分散冲击力，提升防护性能。
——多功能。现代战场环境复杂、威胁多元，军用防护材料将突破防杀伤的单一定位，实现多元化功能集成。俄罗斯的“战士-3”单兵作战系统中，其头盔和作战服采用的电诱导材料可以根据环境改变颜色，模仿复杂的图形，达到一定的隐身效果。此外，新开发的作战服织物还可防止人体热量散发，具备防红外功能。
——智能化。智能防护材料的设计理念是有感知、响应和自我调节功能的新型材料，它能够根据外界环境的变化自动调整自身性能，以提供最佳的防护效果。例如，美国陆军曾开发过一种自愈合防护材料，当其受到划伤或弹片冲击出现裂纹时，内部的微胶囊会破裂释放出修复剂，自动完成裂口修补。
军用防护材料的发展轨迹，折射出人类对战争规律认知的深化。从被动防御到主动适应，从单一功能到智能集成，每一次突破，都是重塑战场上“矛”与“盾”平衡的过程。随着高新技术的不断发展及其在军事领域的应用，新的防护材料将不断涌现，给未来战场带来更加深刻的变革。
