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專家談現代防彈頭盔測試:唯有嚴苛要求才能有競爭力與安全性

文:趙武靈

在談到為什麼我們希望頭盔不只是通過貫穿測試前,先來看看一份關於創傷性腦部傷害(TBI)和戰鬥頭盔標準的研究(Improving TBI Protection Measures and Standards for Combat Helmets, 2011): 簡單講, 就是在腦膜的蛛網膜和軟腦膜間,有所謂的腦脊髓液,可以對大腦皮質提供一定程度的緩衝 ; 但如果衝擊到頭部的外力過大, 那這樣的保護機制就會失效,結果就是大腦直接撞擊顱骨的內壁。更有甚者, 假如一位士兵戴著頭盔被子彈命中, 然後頭部敲到地面或牆壁, 這時頭盔雖然能保護顱骨不會骨折;但因為頭部(還有裡面的腦子)被擊中, 造成的移動直到敲擊到地面或牆壁再停止下來, 會形成一個加速然後再減速的過程, 所以腦子會先隨著顱骨加速,然後等到驟然減速時撞上顱骨, 接著變形,這類變形以及引發的組織壓力, 便是各類TBI的原因!

腦子隨著頭部晃動而撞擊到顱內的示意圖,紅色部份便是腦子因為衝擊而變形的區域。

而要讓腦部受傷的力道, 遠低於讓顱骨受傷的力道。而頭盔若要保護腦子, 便需要能夠吸收上述導致腦部變形的能量, 另外, 也要設法使腦組織接受的區域性力道降到最低; 但當時除了飛行頭盔外, 唯一有考量過衝擊防護(blunt impact protection)的頭盔, 是特種部隊在用的MICH(PASGT與ACH都沒有)。而這篇文章的作者群也建議, 最快修正這個問題的方法, 是將實驗室內的疾速測試標準,要從250-400G的範圍, 降低到50-150G的範圍(以這個加速度從5英尺處墜落,並控制衝擊的時間約2ms), 結果就是襯墊必須加厚50%, 或是改用更有效能的材質。

特種部隊在使用的MICH盔,是研究當時地面部隊用盔當中唯一有考慮到衝擊防護問題的。

接下來我們看看, 撇開上面的疾速測試不談, 即使回到最基本的抗貫穿測試, 又應該怎樣去做, 並採用甚麼樣的標準?

老實說「國軍」根本不應該採用美國「司法」部的NIJ標準,原因其實再簡單不過: 1995年10月美國懷特實驗室的HPW-TP-0401.01B號,關於防彈頭盔(BULLET RESISTANT HELMET)文件的1.1部分就已經提到「警方受到的威脅不同於軍方, 因為後者的主要顧慮在於防護產生破片的彈藥!」(Such threats to the law enforcement officer differ from those of the military, whose principle concern is protection from fragmenting munitions.), 雖然這份文件後來是以NIJ-STD-0106等六項來做為標準, 但在8.0需求的部分, 還是提到了要進行抗彈貫穿測試(BALLISTIC PENETRATION RESISTANT TEST)以及抗變形測試(DEFORMATION RESISTANCE TEST),而且抗彈貫穿測試當中, 還要射擊5發(而不是我們1981年標準的4發); 抗變形測試部分, 還要用頭盔蓋在黏土人頭上, 然後也是射擊5發; 但在每1發後, 要把頭盔移除, 然後去測量中彈位置所引發的黏土凹陷程度!

1995年懷特實驗室,對於頭盔測試的相關文獻,有興趣者都能找到。

若是依照美國國家科學/工程/醫藥學院(nap.edu)在2012年對於防彈衣材料的測試文獻(Testing of Body Armor Materials), 在該文獻的第151-152頁中, 也提到了測試標準包括了貫穿(Penetration)和背面變形(Backface Deformation, BFD):前者也是在貫穿的V0測試上打5發, V50測試則打上7-14發; 至於後者的BFD值, 是以雷射掃描器來測量, 依照美國陸軍亞伯丁測試中心的ATC標準, 當子彈打中盔頂或兩側時, 變形值不能大於16mm; 打中前方或後方時, 變形值不能大於25.4mm(p.152)

2012年NAP的測試文獻,同樣可以找到。

至於人家在測試抗彈標準時, 還要考慮在高低溫甚至海水浸泡後的效果, 並經過首度的First Article Testing (FAT,240發射擊只能有17發貫穿), 以及後續的批次接收測試Lot Acceptance Testing (LAT); 但即使如此, 在2010年5月美軍還是發生了回收多達44,000頂先進戰鬥頭盔(ACH)的事件: 原因在於 ArmorSource LLC公司採用了未經授權的生產方式, 有瑕疵的材料和不適當的品質程序, 在接受司法部提醒後, 美國陸軍進行了測試, 發現產品確實未達服役標準, 最後將相關產品回收銷毀!

必須在批次接收測試中,高分過關才能配發的強化戰鬥頭盔ECH。

更別提在2013年測試強化戰鬥頭盔ECH時,軍方的作戰與測評單位(DOT&E)更引進了新的標準, 也就是要有90或然率該頭盔不會被貫穿(原文為 90 percent probability with 90 percent confidence that the helmet will not be penetrated), 這導致ECH在第一趟的FAT測試以較低的標準過關後, 第二趟的LAT批次測試, 就要以這個新的高標準來考核!!

國軍頭盔測試後照片(尖端科技提供)。

因此平心而論,軍備局要記者挑一頂頭盔出來,然後用1981年的測試方式來打4發,再強調通過V50與超標的新聞,對真正在研究的人來說,其實只引發了更多問題與疑竇: 從標準的不適當, 測試方式的老舊與單一, 再加上不考慮背面變形, 不考慮高低溫, 浸海水, 也忽略了跳傘的瞬間力量, 以及對衝擊的防護, 國軍這種頭盔不僅在當前的先進軍事產品市場上, 完全沒有競爭力; 也很難在未來面對解放軍的穿甲彈和其他威脅上, 真正起到保護士官兵的效果!