次世代班用輕武器

美國6.8mm口徑次世代突擊步槍 為何能600m外打穿重型防彈背心?

美國陸軍提出2021會計年度預算案1780億美金,其中包含研發與採購「次世代班用輕武器」(Next Generation Squad Weapon,NGSW)的1.1億美金(7540萬研發與3580萬首批採購費),雖然看似佔比不大,卻是美軍相當重要的武器研發項目,甚至是美國「國家戰略」轉變的有力證明!

什麼是次世代班用武器計畫?

美軍自從 1953 年和 1964 年,分別研發出 7.62 x 51mm子彈口徑的 M14自動步槍,以及 5.56 x 45 mm子彈口徑的 M16突擊步槍後,7.62mm與5.56mm這兩種口徑,便成為北約(NATO) 標準彈藥沿用至今,甚至還影響了前蘇聯為首的華約集團,也推出5.45mm小口徑的突擊步槍。

7.62 mm彈藥的優點為威力大、有效射程遠,但後座力強影響連續射擊,子彈大又重造成攜彈量少。美軍根據實戰經驗,要求突擊步槍甚至班用機槍子彈要遠小於7.62mm子彈的重量與口徑,讓士兵能攜帶足夠彈藥,於是5.56mm子彈誕生。

5.56 mm彈藥後座力小且攜彈量大,但大多數彈藥型號有效射程較短、部分彈藥型號制止力不足。且5.56mm子彈面對越來越普及的防彈背心與軍用陶瓷防彈插板,貫穿力漸漸不敷所需!

原本美國軍方20年前就有更換班用武器彈藥口徑的呼聲,沒想到隨後打了20年「反恐戰爭」,除了消耗大量軍費,反美游擊隊與恐怖份子幾乎不會穿防彈背心,因此研發新班用武器彈藥的需求當然被立刻擱置。

直到美國前總統川普上台後,美國的國家戰略從反恐轉回到「大國競爭」,到了拜登總統時期「反中抗俄」更已經是美國的基本國策,朝野共識,不會隨政權更迭而輕易轉變!美軍未來勢必將面對大量配發防彈頭盔、防彈背心的中國或俄羅斯正規軍,汰換5.56mm的NGSW立刻被提上議程,加速推動!

 M4 carbine Assault rifle
▲M4系列突擊步槍經過不斷改良,美軍仍認為需要全新口徑武器取代。    圖片來源

決選競標廠商

美國陸軍的NGSW標案,經過激烈的競標,有三家廠商進入最後決選,分別是德事隆系統(Textron Systems)、西格&紹爾(SIG Sauer)、通用動力(General Dynamics),並已開始交付樣槍給官兵測試,預計2022財年第一季(2021年10月1日至12月31日)決定獲勝廠商,稍後展開部署。

不過美國陸軍表示,即使2022年順利決定獲勝廠商,開始大量生產槍枝,但是彈藥可能供應不上,因為密蘇里州的美國陸軍彈藥廠(Lake City Army Ammunition Plant),要將產能完全轉換為量產6.8mm彈藥,大概需要至少3年甚至4年,亦即就算NGSW標案的6.8mm突擊步槍與機槍配發部隊,最順利的情況要到2026年左右才能充分的供應NGSW彈藥。

也就是說在新彈藥供不應求下,又要維持戰備,如果美軍在2025年前爆發或介入正規戰爭,許多單位仍將繼續使用M4突擊步槍和M249機槍,當然就有可能面臨前述5.56mm子彈無法貫穿軍用防彈背心、射程不足等問題…

NGSW 三家廠商設計總覽圖
▲NGSW 三家廠商設計(突擊步槍、機槍、瞄準器、子彈)總覽圖,文後會詳細說明。
M4 M249
▲NGSW的6.8mm彈藥預計短期內不敷所需,2025年前如爆發正規戰爭,許多美軍單位應該繼續拿著M4與M249作戰。

美國次世代班用輕武器的開發難度在哪?

美軍希望NGSW能在中距離擊穿可防禦7.62mm穿甲彈的4級防彈板,以及在600m處能殺死穿防彈背心的敵軍。這顯然是歸納實際戰場經驗得來的教訓:現在的5.56mm突擊步槍對付600m外的敵人,就算用穿透力較佳的M855A1彈藥,還是無法穿透大部分的軍用重型防彈衣。

不採用改良現今通用的7.62mm子彈為解決方案,是希望新子彈能夠在提高子彈口徑增加貫穿力的同時,還兼顧步兵單位的彈藥攜帶量,這還是根據實戰經驗的教訓,就算強大如美軍後勤,在戰火中的補給系統運作效率,通常不如理想中順暢,所以彈藥攜帶量絕對是多多益善。

NGSW要取代美軍現役的M4突擊步槍與M249輕機槍,預計使用「6.8mm」的子彈,口徑看似與5.56mm相比小幅提升,但NGSW要以大幅度增高膛壓,將槍口初速提高到M4的幾乎一倍,也就是1400~1700m/s(視槍管長度),目前就算20吋長槍管的M16A2射擊5.56mm子彈,槍口初速也只有975m/s。

槍口初速增加到1400m/s以上,目前科技需要20吋以上的長槍管,並射擊「箭形彈」這類特殊子彈才能勉強達到。但是箭型彈完全屬於「重看不重用」的構型,美軍曾經為了配合ACR步槍的研發,委託廠商開發出箭型彈,結果發現因為彈芯重量需減到0.66公克(尺寸1.5mm x 41mm),才能達到1450m/s的初速,但這麼輕的子彈讓風偏影響非常嚴重,稍微有點風就吹離預設彈道,遠距離精確度讓人存疑。

此外由於類似翼穩穿甲彈的外型,讓箭型彈有很強的穿甲性能,但是打到人體這種軟性目標,動能轉換成殺傷力的效率卻很差,在近距離會迅速穿透人體,距離稍微遠一點,雖然子彈會在人體內碎裂,但因為前述的子彈過小過輕,殺傷力有限,所以最後慘遭淘汰。要讓一般子彈達到甚至大幅超越1400m/s的初速,還要兼顧實用性,是非常難的高科技。

箭型彈
▲箭型彈的構造。    圖片來源

超高初速利用「錐膛」槍管達成?

加速子彈的方式還有如下圖的A.常規槍(砲)管發射較輕的子彈(砲彈)、B. 發射脫殼彈、C.使用較長的槍管、D.錐膛、E、火箭推助等許多方法。

子彈加速方法
▲子彈加速方法 。    圖片來源

很多讀者應該沒有聽過這個名詞「錐膛槍管」(Tapered-bore barrel 或 Squeeze bore barrel),這是指槍膛從尾部到槍口不斷變細的槍管(或砲管),內膛口徑不是固定值。子彈的外層是軟質的金屬(例如鉛),內部則是堅硬的材質(例如鋼芯或鎢芯),原本的彈頭直徑比槍口的口徑略大。

子彈在發射後,軟質的彈頭外層受到不斷收窄的槍管擠壓,彈頭口徑不斷縮小,但也形成超良好的氣閉性,讓發射藥全部的威力都作用在彈頭上,當彈頭出膛後,直徑完全變成槍口的口徑,並獲得比相同長度槍管的普通子彈,高的多的槍口初速!

以納粹德國的sPzB 41型28mm大型反戰車槍為例,子彈從發射時的28mm,飛到槍口時被壓縮成20mm,槍口初速高達1400m/s,搭配鎢芯彈能夠擊穿500m外傾斜30度/60度的40mm/52mm均質鋼板,也就是能貫穿其投入服役時(1941年)幾乎所有戰車的車體正面裝甲!

相對的,當時德軍的標準37mm/L45戰車砲,射擊普通穿甲彈的砲口初速僅745m/s,只能貫穿500m外傾斜30度的19mm均質鋼板,純以穿甲威力而言,僅有sPzB 41型反戰車槍的一半不到,可見錐膛帶來的高初速,配合適當的彈頭材質與設計,能大幅提高穿透力。

sPzB 41
▲sPzB 41 大口徑反戰車槍的模型。

當然錐膛槍管的缺點亦非常明顯,子彈與槍管間的巨大的磨損,讓槍管的壽命一定比普通槍管短很多,例如前述的sPzB 41型只能射擊500發,製造難度也較高。錐膛槍管所對應的「外軟內硬」子彈的設計與保存也較複雜,因此並沒有流行起來!

但根據外媒消息,美國陸軍實驗室(Army Research Laboratory ,ARL)透露,NGSW的超高初速,可能就是以錐膛槍管方法來解決,參見 The Army is working on a tiny assault rifle that can punch clean through body armor

入圍決選的三種原型槍

NGSW最終版還未定案,但三家競標廠商間的設計差別蠻大的,應該是希望以自己獨有的特色,爭取這筆超大訂單!

通用動力 NGSW原型槍

例如最「劍走偏鋒」的通用動力公司,竟然採用「犢牛式」結構(美軍制式步槍從未有此類構型服役),配備可拆腳架和消音器。但犢牛式的優點也顯而易見,因為NGSW要求高初速,槍管長度也是關鍵之一,通用動力版的槍管長達508mm,並另外兩家競爭對手都長的多。犢牛式也有缺點,例如不可採用彈鏈進彈(因此機槍版也使用彈匣給彈)、槍口容易上跳、膛炸對射手較危險等,就看通用動力怎麼設計與改良。

美國次世代班用輕武器
▲美國次世代班用輕武器通用動力版本,上方為機槍,下方為突擊步槍。    圖片來源

影片介紹

西格&紹爾 NGSW原型槍

西格&紹爾 NGSW原型槍的外型看似普通,但有全新設計槍機與子彈,細節則沒有完全公開。突擊步槍原型具有可自由拆動的「模塊化鎖定護手」(M-LOK),比皮克汀尼導軌更簡便,能夠安裝輔助手柄與其他設備。輕機槍具有側開式進彈口,佔用空間很小,增加了加裝夜視鏡和其他裝備的空間,也設計了折疊式槍托。

SIG Sauer  NGSW
▲美國次世代班用輕武器西格&紹爾版本,左為機槍,右為突擊步槍。    圖片來源

影片介紹

德事隆系統 NGSW原型槍

德事隆系統的NGSW原型槍的子彈(突擊步槍版)比槍還出風頭,因為是採用聚合物彈殼「埋頭彈」(cased telescoped ammunition,CTA),即把彈頭包入發射藥中,彈藥外形呈一個簡單圓柱體,比一般子彈短得多,但會比同口徑子彈的彈殼直徑寬一點。

埋頭彈發射流程較為複雜,因為發射藥在彈頭旁邊,所以擊發時需要先用一部分發射藥把彈頭推入槍膛,再引燃主發射藥,所以並不是很簡單的技術。槍膛通常也要採用特殊設計,例如「旋轉閉鎖」,以利兩段式引爆發射藥引的流程。

埋頭彈的優點是能夠大幅縮小子彈長度,節省運輸空間與提高攜彈量,彈殼變粗也能攜帶更多發射藥,且槍膛需要嚴格的氣密,所以通常威力會比同口徑子彈強約10%~15%。但研發難度很高,尤其進彈與點燃發射藥都需要特殊設計,還可能需要電力進彈,所以過去只在少數中口徑機砲上見到。

實際上德事隆系統至少早在2003年,就已經開始研發埋頭彈,所以才敢在本次標案中,提出幾乎是「前無古人」的實用化「埋頭突擊步槍彈」。(其槍身下方似乎有電池空間,因此可能也是電力進彈系統)

不過除了進彈系統複雜,德事隆系統的NGSW “機槍版” 仍然採用一般構型子彈,與突擊步槍子彈並不通用,這個明顯的缺點,也許會降低中標的機率。

cased telescoped ammunition
▲埋頭彈與一般子彈的長度比較。
埋頭彈
▲埋頭彈旋轉閉鎖原理和裝彈、擊發流程。下方影片顯示德事隆系統 NGSW突擊步槍的退殼位置確實較特殊。
40mm CTA GUN
▲英國的40mm CTA 機砲,進彈系統要龐大的電動伺服器支援。
First Photo of Textron's NGSW Prototypes
▲美國次世代班用輕武器德事隆系統版本,左為突擊步槍,右為機槍。    圖片來源 
德事隆系統 NGSW原型槍
▲德事隆系統 NGSW原型槍修正版。

影片介紹

每一家廠商要提交53把突擊步槍、47把機槍,84.5萬發子彈,以及相關配件,供美國陸軍測試,大部分交給對槍械非常要求的特種部隊,例如第75遊騎兵團(75th Ranger Regiment)就獲選為測試單位。

美國次世代步槍
▲美國次世代6.8mm口徑步槍原型槍與新開發的子彈已交付部隊測試。    圖片來源

NGSW計畫需經過研發、競標、改良、測試等流程,其配套的光學瞄準器等周邊也要另外招標,一切順利的話,預計2023年撥交美軍服役。

但不管NGSW計畫最後是哪一家廠商得標,這次美軍班用武器系統的口徑「暌違60年」的重大修改,除了象徵美國國家戰略的轉變外,對於同樣使用美系班用武器口徑的中華民國陸軍,在與美軍合作,以及國軍自身的戰術與教範方面,會有什麼樣的衝擊與影響,都應該及早規劃因應之道!

網友
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比較好奇的是如果美國全面改採6.8mm彈藥,北約和其他盟國是否會跟進?
網友
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應該都會,5.56越來越弱是事實。子彈換口徑過程中花最錢不外乎是研發,如果美國研發成功,其他國家只要照抄便可,不用花多少錢。更可況HK公司最新的步槍都有開始研究6.8mm口徑的版本,應該是在準備無縫接軌

網友
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很有可能,當年5.56mm也是美軍採用後才成為主流,老美的軍事影響力太大,如果歐洲戰爭爆發,美國要支援某國家來的可都是5.56口徑子彈,結果該國卻規格不符那就糟了。若週邊國家都沿用5.56口徑,那你更難置身事外。經濟學上有個名詞叫「路徑依賴」,正好可解釋這個情況。

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