Ngòi nổ

Trong đạn dược quân sự, ngòi nổ rong một số ứng dụng, chẳng hạn như ngư lôi, ngòi nổ có thể được xác định theo chức năng là thiết bị kích nổ. Độ phức tạp tương đối của ngay cả những thiết kế ngòi nổ sớm nhất có thể được nhìn thấy qua các sơ đồ cắt lớp.

Ngòi nổ là một thiết bị kích nổ vật liệu nổ của đạn dược dưới những điều kiện cụ thể. Ngoài ra, một ngòi nổ sẽ có các cơ chế an toàn và kích hoạt nhằm bảo vệ người sử dụng khỏi việc nổ sớm hoặc nổ ngoài ý muốn. Ví dụ, pin của ngòi nổ pháo được kích hoạt bởi gia tốc cao khi pháo bắn, và ngòi nổ phải xoay nhanh trước khi nó có thể hoạt động. "An toàn tuyệt đối trong nòng" có thể đạt được bằng các nắp che cơ học giúp cách ly kíp nổ khỏi liều nổ chính cho đến khi đạn được bắn đi.

Một ngòi nổ có thể chỉ chứa các thành phần điện tử hoặc cơ học cần thiết để phát tín hiệu hoặc vận hành kíp nổ, nhưng một số ngòi nổ có chứa một lượng nhỏ thuốc nổ sơ cấp để khởi đầu quá trình nổ. Ngòi nổ dành cho các liều nổ lớn có thể bao gồm một liều truyền nổ.

Các loại đạn dược 

Thiết kế ngòi nổ (bao gồm cơ chế an toàn và kích hoạt) phụ thuộc chặt chẽ vào bối cảnh sử dụng và đặc tính của loại đạn mà nó điều khiển.
 Pháo binh
 Ngòi nổ đạn pháo được thiết kế riêng để hoạt động trong những điều kiện đặc thù của đạn pháo. Các yếu tố liên quan bao gồm sự gia tốc ban đầu nhanh chóng của vật phóng, vận tốc cao và thường là chuyển động xoay nhanh, những điều này ảnh hưởng đến cả các yêu cầu và lựa chọn về an toàn cũng như kích hoạt; đồng thời mục tiêu có thể đang di chuyển hoặc đứng yên. Ngòi nổ pháo có thể được khởi động bằng cơ chế hẹn giờ, va chạm hoặc phát hiện khoảng cách cận tiệm với mục tiêu, hoặc sự kết hợp của các yếu tố này.
Lựu đạn
Các yêu cầu đối với ngòi nổ lựu đạn được xác định bởi kích thước nhỏ của vật phóng và tốc độ vận chuyển chậm trong một khoảng cách ngắn. Điều này đòi hỏi việc kích hoạt thủ công trước khi ném vì lựu đạn không có đủ gia tốc ban đầu để việc kích hoạt được thúc đẩy bởi lực giật lùi và không có chuyển động xoay để thúc đẩy kích hoạt bằng lực ly tâm.
 Bom hàng không
Bom hàng không có thể được kích nổ bằng ngòi nổ, loại có chứa một liều nổ nhỏ để kích khởi liều nổ chính, hoặc bằng một cơ cấu điểm hỏa, một kim hỏa nằm trong vỏ sẽ đập vào kíp nổ khi được kích hoạt. Pistol có thể được coi là một phần của cụm ngòi nổ cơ khí.
 Mìn
 Tiêu chí thiết kế chính là quả mìn mà ngòi nổ dự định kích hoạt đang ở trạng thái tĩnh, và bản thân mục tiêu đang di chuyển khi tạo ra sự tiếp xúc.
 Thủy lôi
 Các yếu tố thiết kế liên quan trong ngòi nổ thủy lôi là quả mìn có thể đứng yên hoặc đang di chuyển xuống dưới mặt nước, và mục tiêu thường di chuyển trên hoặc dưới mặt nước, thông thường là ở phía trên quả mìn.

Cơ chế kích hoạt

Thời gian 

Ngòi nổ hẹn giờ kích nổ sau một khoảng thời gian thiết lập sẵn bằng cách sử dụng một hoặc nhiều sự kết hợp của các bộ hẹn giờ cơ khí, điện tử, hỏa thuật hoặc thậm chí là hóa học. Tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng, thiết bị có thể tự hủy (hoặc tự trở nên an toàn mà không phát nổ) sau vài giây, vài phút, vài giờ, vài ngày hoặc thậm chí vài tháng sau khi được triển khai.

Các ngòi nổ hẹn giờ cho pháo binh thời kỳ đầu không có gì khác ngoài một cái lỗ chứa đầy thuốc súng dẫn từ bề mặt vào tâm của vật phóng. Ngọn lửa từ việc đốt cháy liều thuốc phóng súng đã đốt cháy "ngòi" này khi bắn, và cháy xuyên vào tâm trong quá trình bay, sau đó kích cháy hoặc kích nổ bất cứ thứ gì được nạp bên trong vật phóng.

Đến thế kỷ 19, các thiết bị dễ nhận biết hơn như "ngòi nổ" pháo hiện đại đã được làm bằng gỗ được lựa chọn cẩn thận và cắt gọt để cháy trong một khoảng thời gian dự đoán được sau khi bắn. Những loại này thường vẫn được bắn từ súng nạp tiền nòng trơn với khoảng cách tương đối lớn giữa vỏ đạn và nòng súng, và vẫn dựa vào ngọn lửa từ liều thuốc phóng thoát ra ngoài vỏ đạn khi bắn để kích cháy ngòi gỗ và từ đó bắt đầu bộ hẹn giờ.

Vào giữa đến cuối thế kỷ 19, các ngòi nổ hẹn giờ bằng kim loại có thể điều chỉnh, tiền thân của các ngòi nổ hẹn giờ ngày nay chứa thuốc súng đang cháy làm cơ chế làm trễ đã trở nên phổ biến, song song với việc giới thiệu pháo có rãnh xoắn. Súng có rãnh xoắn tạo ra sự khít giữa vỏ đạn và nòng súng, do đó không còn có thể dựa vào ngọn lửa từ thuốc phóng để bắt đầu bộ hẹn giờ. Các ngòi nổ kim loại mới thường sử dụng lực giật khi bắn và sự xoay của vật phóng để "kích hoạt" ngòi nổ và bắt đầu bộ hẹn giờ: từ đó giới thiệu một yếu tố an toàn mà trước đây chưa từng có.

Cho đến tận Thế chiến I, một số quốc gia vẫn sử dụng lựu đạn cầm tay với ngòi cháy chậm đơn giản giống như ngòi của pháo hoa hiện đại: binh sĩ bộ binh thắp ngòi trước khi ném lựu đạn và hy vọng ngòi sẽ cháy trong vài giây như ý muốn. Những loại này sớm bị thay thế vào năm 1915 bởi lựu đạn Mills, loại lựu đạn cầm tay hiện đại đầu tiên với ngòi nổ hẹn giờ tương đối an toàn và tin cậy được khởi động bằng cách rút chốt an toàn và thả tay đòn kích hoạt khi ném.

Các ngòi nổ thời gian hiện đại thường sử dụng hệ thống làm trễ điện tử.

Va chạm 

Ngòi nổ va chạm, gõ hoặc tiếp xúc sẽ kích nổ khi gia tốc tiến về phía trước của chúng giảm nhanh chóng, thường là khi va chạm vật lý với một vật thể như mục tiêu. Việc kích nổ có thể là tức thời hoặc được trì hoãn một cách có chủ ý để xảy ra sau một phần nhỏ của giây sau khi xuyên thấu mục tiêu. Một ngòi nổ "Siêu nhanh" tức thời sẽ kích nổ ngay lập tức khi có sự tiếp xúc vật lý nhẹ nhất với mục tiêu. Một ngòi nổ với tác động liếc cũng sẽ kích nổ khi thay đổi hướng do một cú va chạm lướt nhẹ vào một chướng ngại vật vật lý như mặt đất.

Ngòi nổ va chạm trong sử dụng pháo binh có thể được gắn ở mũi vỏ đạn hoặc đáy vỏ đạn

Quán tính

Ngòi nổ quán tính được kích hoạt khi thực thể mang chúng (ví dụ: ngư lôi, bom thả từ máy bay, thủy lôi hoặc bẫy) trải qua một sự tăng tốc, giảm tốc hoặc va chạm đột ngột (hoặc dần dần, tùy theo thiết kế). Theo cách này, chúng vừa giống vừa khác với ngòi nổ va chạm. Trong khi ngòi nổ va chạm thường yêu cầu tiếp xúc vật lý hoặc va chạm với bề mặt cứng, ngòi nổ quán tính có thể kích hoạt từ bất kỳ sự thay đổi động lượng nào. Điều này cho phép chúng được gắn sâu bên trong thực thể mang chúng, thay vì ở bên ngoài. Một số thiết kế có cơ chế an toàn thụ động, bỏ qua tất cả các thay đổi mô-men động lượng dưới một ngưỡng nhất định, do đó hoạt động tương tự như ngòi nổ va chạm mà không bị giới hạn về việc phải gắn bên ngoài. Các thiết kế khác có thể nguy hiểm thụ động, sử dụng các nguồn năng lượng khác như trọng lực hoặc pin điện để khuếch đại đáng kể những thay đổi nhỏ về quán tính theo thời gian. Một cách dễ hình dung về ngòi nổ quán tính an toàn thụ động là tưởng tượng một viên bi trong một cái bát, thiết bị sẽ được kích hoạt khi viên bi lăn đến vành bát. Ngược lại, một ngòi nổ quán tính nguy hiểm thụ động sẽ tương tự như một viên bi trên một tấm phẳng nhẵn. Loại trước sử dụng trọng lực để chủ động triệt tiêu các lực yếu tác động lên viên bi, trong khi loại sau sử dụng trọng lực để chủ động khuếch đại chúng. Các ngòi nổ quán tính nguy hiểm thụ động thường được sử dụng trong các thiết bị chống tháo gỡ như mìn.

Đối với các loại đạn có vận tốc tương đối thấp như ngư lôi, các ngòi nổ quán tính loại con lắc và cánh tay đòn đã được sử dụng trong lịch sử. Một ví dụ sớm về ngòi nổ con lắc có thể thấy trong thiết kế của ngư lôi Brennan. Ngòi nổ quán tính cũng được sử dụng trong thiết kế đạn HESH (đạn nổ mạnh đầu dẻo), vì thiết kế của chúng không thể sử dụng ngòi nổ tiếp xúc.

Cận đích 

Ngòi nổ cận đích làm cho đầu đạn tên lửa hoặc các loại đạn dược khác (ví dụ: bom thả từ máy bay, thủy lôi hoặc ngư lôi) kích nổ khi nó đến gần mục tiêu trong một khoảng cách nhất định đã thiết lập trước, hoặc ngược lại. Ngòi nổ cận đích sử dụng các cảm biến kết hợp một hoặc nhiều sự kết hợp của: radar, sonar chủ động, âm thanh thụ động, hồng ngoại, từ trường, quang điện, địa chấn hoặc thậm chí cả camera truyền hình. Chúng có thể có dạng một thiết bị chống tháo gỡ được thiết kế đặc biệt để tiêu diệt hoặc gây thương tích nghiêm trọng cho bất kỳ ai can thiệp vào đạn dược theo một cách nào đó, ví dụ: nâng hoặc làm nghiêng nó. Bất kể cảm biến nào được sử dụng, khoảng cách kích hoạt thiết lập trước được tính toán sao cho vụ nổ sẽ xảy ra đủ gần mục tiêu để mục tiêu bị phá hủy hoặc hư hỏng nặng.

Kích nổ từ xa 

Kíp nổ có thể được kích hoạt từ các nguồn tương tác ở xa. Điều này có thể được thực hiện bằng cả phương tiện cơ khí và điện tử. Các thiết bị kích nổ từ xa bằng điện tử hoặc điện sử dụng dây dẫn hoặc bức xạ điện từ (như sóng vô tuyến hoặc ánh sáng hồng ngoại) để ra lệnh kích nổ thiết bị từ xa. Điều này có thể đạt được bằng một lệnh có chủ ý từ máy phát, hoặc bằng việc tự động truyền tín hiệu, hoặc cảm nhận sự gián đoạn của một tín hiệu liên tục. Một ví dụ đơn giản về thiết bị kích nổ từ xa bằng điện có dây được gọi là máy nổ, một thiết bị được sử dụng từ thế kỷ 19. Các hệ thống khổng lồ và tinh vi như Dead Hand  về mặt kỹ thuật cũng có thể thuộc danh mục này.

Các thiết bị kích nổ từ xa bằng cơ khí sử dụng một loại liên kết cơ khí nào đó, thường là dây kéo hoặc dây bẫy, nhưng các liên kết cứng tinh vi cũng là một khả năng. Dây kéo thường được sử dụng bởi các ống đẩy pháo. Dây kéo tiếp tục được sử dụng để kích hoạt ống mồi trong pháo binh cố định hiện đại vì lý do an toàn. Các thiết bị như vậy không còn thuộc loại ống mồi ma sát, mà sử dụng hệ thống đánh lửa ống mồi bằng va chạm hoặc điện tử hiện đại.

Khí áp 

Ngòi nổ khí áp làm cho bom kích nổ ở một độ cao thiết lập trước so với mực nước biển bằng phương tiện radar, máy đo độ cao khí áp hoặc máy đo khoảng cách hồng ngoại.

Kết hợp

Một cụm ngòi nổ có thể bao gồm nhiều hơn một ngòi nổ theo cách sắp xếp nối tiếp hoặc song song. RPG-7 thường có một ngòi nổ va chạm song song với một ngòi nổ thời gian 4,5 giây, vì vậy việc kích nổ sẽ xảy ra khi va chạm, nếu không thì sẽ diễn ra sau 4,5 giây. Các vũ khí quân sự chứa chất nổ có hệ thống ngòi nổ bao gồm một ngòi nổ thời gian nối tiếp để đảm bảo rằng chúng không khởi động (phát nổ) sớm trong khoảng cách nguy hiểm của bệ phóng đạn dược. Nói chung, đạn dược phải di chuyển một khoảng cách nhất định, chờ đợi một khoảng thời gian (thông qua cơ chế làm trễ bằng đồng hồ, điện tử hoặc hóa học), hoặc phải tháo bỏ một loại chốt hoặc nắp kích hoạt nào đó. Chỉ khi các quá trình này xảy ra thì quá trình kích hoạt của ngòi nổ thời gian nối tiếp mới hoàn thành. Mìn thường có ngòi nổ thời gian song song để kích nổ và phá hủy mìn sau một khoảng thời gian xác định trước nhằm giảm thiểu thương vong sau thời gian dự kiến của các cuộc xung đột. Việc kích nổ các loại mìn biển hiện đại có thể yêu cầu phát hiện đồng thời của một tổ hợp nối tiếp các cảm biến âm thanh, từ trường và áp suất để làm phức tạp các nỗ lực rà quét mìn.

Cơ chế an toàn và mở bảo hiểm 

Các tính năng an toàn/mở bảo hiểm đa tầng trong ngòi nổ M734 dùng cho súng cối là đại diện cho sự tinh vi của các loại ngòi nổ điện tử hiện đại.

Cơ chế an toàn/mở bảo hiểm có thể đơn giản như cần an toàn có lò xo (thường gọi là mỏ vịt) trên các loại ngòi nổ lựu đạn M67 hoặc RGD-5, vốn sẽ không kích hoạt chuỗi nổ chừng nào chốt an toàn còn nằm trong lựu đạn, hoặc cần an toàn vẫn được giữ chặt trên một quả lựu đạn đã rút chốt. Ngược lại, nó có thể phức tạp như bộ đếm thời gian điện tử trên một quả thủy lôi cảm biến, giúp tàu rải mìn có đủ thời gian rời khỏi vùng nổ trước khi các cảm biến từ trường hoặc âm thanh được kích hoạt hoàn toàn.

Trong các viên đạn pháo hiện đại, hầu hết các ngòi nổ tích hợp nhiều tính năng an toàn để ngăn ngòi nổ mở bảo hiểm trước khi rời khỏi nòng súng. Các tính năng này có thể bao gồm việc mở bảo hiểm bằng "lực giật quán tính" hoặc bằng lực ly tâm, và thường là cả hai hoạt động kết hợp. Việc mở bảo hiểm bằng lực giật sử dụng quán tính của viên đạn pháo đang gia tốc để loại bỏ một tính năng an toàn khi viên đạn tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ bay. Việc mở bảo hiểm bằng vòng quay yêu cầu viên đạn pháo phải đạt đến một tốc độ vòng quay nhất định trước khi lực ly tâm khiến một chốt an toàn tách ra hoặc di chuyển cơ chế mở bảo hiểm sang vị trí sẵn sàng. Đạn pháo được bắn qua nòng có rãnh xoắn, điều này ép chúng phải xoay tròn trong khi bay.

Trong các trường hợp khác, bom, mìn hoặc đầu đạn có ngòi nổ ngăn chặn việc kích nổ ngoài ý muốn, ví dụ: ngăn chặn vòng quay của một cánh quạt nhỏ (trừ khi có dây kéo rút chốt ra) để kim hỏa không thể đập vào kíp nổ ngay cả khi vũ khí bị rơi xuống đất. Các loại ngòi nổ này hoạt động với vũ khí máy bay, nơi vũ khí có thể phải bị cắt bỏ trên lãnh thổ thân thiện để cho phép một máy bay bị hỏng tiếp tục bay. Phi hành đoàn có thể chọn cắt bỏ vũ khí ở trạng thái an toàn bằng cách thả chúng khi vẫn còn chốt an toàn, hoặc thả ở trạng thái chiến đấu bằng cách rút chốt an toàn khi vũ khí rời khỏi máy bay.

Bom hàng không và bom chìm (chống ngầm) có thể được lắp ngòi nổ ở đầu và đuôi với các đặc tính kích nổ khác nhau để phi hành đoàn có thể chọn hiệu ứng ngòi nổ phù hợp với điều kiện mục tiêu vốn có thể chưa được biết trước chuyến bay. Công tắc mở bảo hiểm được đặt ở một trong các chế độ: an toàn, ngòi đầu, hoặc ngòi đuôi tùy theo lựa chọn của tổ lái.

Ngòi đáy cũng được sử dụng bởi pháo binh và xe tăng cho các loại đạn "nổ dẻo". Một số loại đạn xuyên giáp cũng sử dụng ngòi đáy, tương tự như các loại đạn pháo hạt nhân.

Phức tạp nhất trong tất cả là các cơ chế ngòi nổ lắp trên [vũ khí hạt nhân]], và các thiết bị an toàn/mở bảo hiểm của chúng cũng có độ phức tạp tương ứng. Ngoài hệ thống bảo vệ PAL, ngòi nổ dùng trong vũ khí hạt nhân còn có nhiều cảm biến môi trường cực kỳ tinh vi, ví dụ: các cảm biến yêu cầu biểu đồ gia tốc và giảm tốc cực kỳ cụ thể trước khi đầu đạn có thể mở bảo hiểm hoàn toàn. Cường độ và thời gian của quá trình gia tốc/giảm tốc phải khớp với các điều kiện môi trường mà quả bom hoặc đầu đạn tên lửa thực sự trải qua khi được thả hoặc bắn đi. Hơn nữa, các sự kiện này phải xảy ra theo đúng trình tự. Như một biện pháp an toàn bổ sung, hầu hết các vũ khí hạt nhân hiện đại sử dụng hệ thống kích nổ hai điểm theo thời gian sao cho CHỈ KHI cả hai kíp nổ khai hỏa chính xác theo trình tự mới tạo ra các điều kiện cần thiết để gây ra phản ứng phân hạch. 

Lưu ý: một số ngòi nổ, ví dụ như loại dùng trong bom thả từ máy bay và mìn đất, có thể chứa các thiết bị chống tháo gỡ được thiết kế đặc biệt để tiêu diệt nhân viên xử lý vật nổ (EOD). Công nghệ tích hợp cơ chế bẫy trong ngòi nổ đã tồn tại ít nhất từ năm 1940, ví dụ như ngòi nổ chống tháo gỡ ZUS40 của Đức.

Thư viện hình ảnh

Tham khảo

Nguồn

Liên kết ngoài 

 A range of modern munitions fuzes, together with detailed technical specifications
 Bomb fuze data - US guide dated 1945
 Safing, Arming, Fuzing, and Firing (SAFF) info from Globalsecurity.org
 Tutorial regarding fuzes for air-dropped bombs
 Internal view of 1940s aerial bomb fuze, featuring 2 strikers held back by single screw-thread and 2 creep springs
 90th Infantry Division Preservation Group - page on 81mm Mortar Fuzes
 

Ngòi nổ
Tiếng lóng và biệt ngữ quân sự
Pháo
Đạn dược