解説
成形炸薬弾は、炸薬を特定の形状に成形することで装甲を侵徹する効果を持たせた砲弾、弾頭のこと。もともとは強固なトーチカの破壊を目的に開発された。
通常の徹甲弾に代表される運動エネルギー弾は弾自身の運動エネルギー（速度）で貫通力を得ているが、一方の成形炸薬弾はモンロー・ノイマン効果という炸薬の生じる衝撃波を一点集中する技術を応用したもので、一般に化学エネルギー弾として区分される。
理論上、着弾時の状況さえ整っていれば弾頭部の速度を問わず同じ厚みの装甲を侵徹（＝貫通）できるので、高速で飛ばす砲弾でも、手投げ弾でも、そもそも動かない設置型の地雷であっても同じだけの効果を発揮する。
極端な話、人が手に持って叩きつけても有効だが、もちろん無事では済まない。
なお、英名は「High-Explosive Anti-Tank」で、これの和訳は「対戦車榴弾」。
しかし、実際の用途は対戦車ミサイルやロケット弾、対戦車手榴弾といった対戦車兵器のみに留まらず、魚雷の弾頭、不発弾処理機材、金属切断用爆破線に用いられることもある。
創作において
ミリタリー系のゲームなどでは、成形炸薬弾に相当する武器が「化学エネルギー属性」のように区別されている場合があり、防御手段も「化学エネルギー属性と運動エネルギー属性は別」という形になっていることがある。
しかし、実際のところは現用徹甲弾も成形炸薬弾と同一の原理で侵徹するため、近代的な運動エネルギー弾防御を目的にした装甲はHEATに対しても上位互換に近い性質を持つことが多い。
つまり、「運動エネルギー弾に強い装甲なので成形炸薬弾が弱点だ」といった装甲防御の設定は現実的には不自然といえる。妥当な理由が無いなら、このような展開は控えた方がよいかもしれない。
なお、構造・仕組みの項にて記載されているように原理がかなり複雑という事もあって、情報が少なかった時代にはあたかも焼夷弾のように扱われていたり、焼夷弾の名称としてヒートの名が使われている作品もあった。
構造・仕組み
爆薬に漏斗型のくぼみが成形されていて、漏斗の広がった側が目標に向いているが、砲弾やミサイルの場合は飛翔中の空気抵抗を減ずる風防が被せられていることも多く、その場合は外見的には漏斗型になっていない。
また、軍事分野では威力増大のため薄い銅などで作られた金属板（ライナー）が漏斗面に貼り付けられていることが一般的。
起爆すると爆薬の爆轟で生じた衝撃波が漏斗の頂点に一点集中し、堅牢な金属でもとうてい耐えられないほどの超高圧を発生。
これを受けたライナーは圧力に負け、頂点部分から粘土のように強引に潰されていく「塑性流動」を起こして前方に絞り出され「金属ジェット」と化し、秒速数kmもの超高速に達する。
金属ジェットが対象に到達すると、今度は対象を塑性流動させてエネルギーの続く限り侵徹し続け、十分なエネルギーと重量を持ったまま侵徹しきると裏側に超高温・超高速で突き抜ける。
なお、ライナーの金属ジェット化はほぼ爆薬の圧力だけで発生するため、「爆発の熱で溶けた金属が噴き出す」といった効果ではない点に注意。
兵器として使用する場合、主に金属ジェットが装甲を突き破って内部に損傷を与える形で利用される。戦車などの装甲に当たれば、強烈な圧力による衝撃や、それにより飛び散る破片などでも車内にダメージが生じることとなる。
原理は熱にあらず
英語における「High-Explosive Anti-Tank」の略語から「HEAT」（ヒート）とも表記されるが、これはあくまでも英名の頭文字を羅列しただけで、「熱」という意味ではない。
また、物体の熱伝導がほとんど起こらないほどの瞬間的にしか作用しないため、装甲貫徹の原理に熱は事実上関与していない。
一時期のミリタリー雑誌などには「戦車内部に高熱でダメージを与える」性質の砲弾かのような説明が見られたが、これは被弾による燃料や弾薬の引火等で炎上した車両をHEATそのもので発火したように勘違いした、あるいは侵徹痕から燃焼ガスが吹込むことで内部が焼かれる事もある為、それが主な破壊効果であるとの誤解かもしれない。いずれにしろ誤情報である。
余剰エネルギーの利用
成形炸薬の起爆で生じるエネルギーのうち、金属ジェットの生成に使われるのは3割ほど。
残りは普通の爆弾や榴弾と同様、周囲に爆風として放出される。この爆風には周囲を巻き込んで破壊する効果があるにはあるものの、専用の榴弾よりも炸薬量に劣り、意図して破片をまき散らし攻撃する機能もないので、その威力は比較的低い。
榴弾としての効果が高まるよう、割れて散弾化する外殻や鉄片などを詰め合わせにしたものは「多目的対戦車榴弾(HEAT-MP)」と呼ばれ、軽装の軟目標（トラックや歩兵など）も破片に巻き込んで効果的にダメージを与える。
戦車砲用のHEAT-MPはイラク戦争などにおける市外戦で歩兵の援護にも活用された。
敵兵の立てこもる陣地や家屋へ徹甲弾や重機関銃で攻撃しても穴が開くだけで崩落まで持ち込みにくいのに対し、HEAT-MPは爆発して巻き込むため効果的だったとされている。
そもそも「戦車以外にはおおむね有効」ので、明らかに戦車戦が想定されない場合は万能弾としてこちらを装填しておくことが多いらしい。
ライフリングとの相性＝最悪
一般的な銃砲の多くに施されるライフリングは、砲弾に回転の力を加えてその直進性を高める効果を有する。...が、これは成形炸薬弾とは非常に相性が悪い。
砲弾に回転で遠心力が加わった場合、着弾時に回転の作用で位置により速度の異なる金属ジェットは断片化し、断片化した金属ジェット同士が干渉しあうことで侵徹能力が激減してしまい、侵徹効率が大きく低下してしまうのだ。
この問題は、ライフル砲を搭載するものが多かった戦後第2世代戦車の時代に表面化した。
当時の戦車砲用成形炸薬弾は弾の外殻となる装弾筒との間に「スリップリング」という滑りやすい素材を挟み込み、わざわざライフル砲の回転を殺すという非効率極まりない仕組みとせざるを得なかったのだ。
中にはG弾のように外殻を二重構造として間にベアリングを入れ、回転する外殻と回転しない内殻という複雑な構造のものもあった。こちらは二重構造とする関係でより小径となっており、侵徹力が低減してしまっている。
なお、戦後第3世代以降はライフリングのない滑腔砲が普及したため、この問題は特に影響しなくなった。
技術革新に伴い
生成された金属ジェット自体に回転モーメントを付与できるように設計し、砲弾が姿勢安定できる最低限の旋動状態でも金属ジェットが断片化せずに最大に効果を発揮するように設計された成形炸薬弾も登場している。
こうした構造の成形炸薬弾はスリップリング等を用いることなくライフル砲に対応、弾道を安定させて長距離での命中精度を向上させている。
一方、このような構造を持った砲弾は回転のない静爆状態では本来の性能を発揮しないため、テスト時や本来想定されていない砲での使用等、イレギュラーな運用時には逆に問題を生じることも。
逆に、滑腔砲で用いられる成形炸薬弾はAPFSDS(翼安定徹甲弾)と同様、尾部に安定翼が設けられている。これは、ライフリングによる回転が無い砲弾に安定翼で直進性を与えるため。初速を高められるが横風の影響を受けやすいなど一長一短がある。
ライフル砲用のものも、スリップリングなどで回転させない70式対戦車りゅう弾などでは直進性を得るため安定翼が付けられている。
こうした安定翼付きの成形炸薬弾は「翼安定対戦車榴弾」、英語ではFSHEATやHEAT-FS(FS＝Fin-Stabilized)とも呼ばれる。
対策
近代的な徹甲弾や成形炸薬弾の「塑性流動化による侵徹」は、傾斜装甲や曲面による避弾経始で跳弾を狙うといった設計をほぼ無効化。
「いくら装甲を盛っても防ぎ切れないので、防御力は諦めて機動力を重視しよう」という設計思想の戦車が登場するほどに、戦車などの装甲防御に対する考え方を大きく変えてしまった。
しかし、適切な距離に達する前に障害物などに当たって起爆してしまうと対象に何のダメージも与えない場合や、着弾時の姿勢などが悪いと金属ジェットがあらぬ角度に飛んでいくといった弱点があるので、この弱点を突く形でHEATに対する防御方法がいくつか実用化されている。
- 装甲から離れた位置で起爆させ無効化する
- 金網やチェーンのカーテン、シュルツェンやスペースド・アーマー、土嚢やコンクリートブロックなど、障害物を設置しておかしな距離で起爆させたり、着弾姿勢を乱す。金属ジェットは高速だが軽いので、適切な距離より遠いと貫通力を失ってしまう。
- 起爆前にライナーを破壊する
- 弾頭信管(起爆装置)より大きく、砲弾全体より小さいぐらいの隙間がある金網や金属繊維製ネット等を貼り、隙間に入った砲弾をひっかけてライナーを破壊する。ライナーの形状が崩れると起爆しても金属ジェットが生成されず、貫通力が生じない。
- 射程ぎりぎりで低速になっていたロケット弾などはネットにひっかかったり、砲弾先端の信管やその周辺が破壊された事で不発になることもある。
- 爆発反応装甲や着弾時に高い圧力を発生させる材質で金属ジェットの侵徹効果を減ずる、または砲弾を破壊する
- アクティブ防護システムにより砲弾を迎撃、破壊する
- より高性能な装甲で防ぐ
対策の対策
成形炸薬弾側でも上記の対策に対する対策が講じられている。
- タンデム弾頭
- 最適な貫徹力を発揮する距離が異なる弾頭を2段もしくは3段備え、反応装甲や障害物等の効果を減じ、複数侵徹することで複合装甲の特性を弱める。
- デコイロケットを用いたアクティブ防護システムの対応能力への負荷
- 技術向上による着弾姿勢や状況によらない金属ジェットの貫徹能力最適化
などなど。装甲と貫通手段はいたちごっこで追いつけ追い越せの進歩をしている状態である。
自己鍛造弾
HEATとは別種の成形炸薬弾。「爆発成形侵徹体(EFP)」とも呼ばれる。
爆薬とライナーは漏斗型の成形炸薬弾よりもさらに平たい「皿」のような形に成形されていて、周囲を強固な外殻で覆うことで爆発の衝撃波が外部に逃げにくい構造になっている。
爆薬部分は「爆薬レンズ」と呼ばれる形に加工されていて、起爆により均一平面状の衝撃波がライナーに当たるとライナーが押しつぶされ、名前の通りひとりでに(自己)弾丸に変型して(鍛造されて)超高速で撃ち出される。
爆発を外殻で閉じ込めるのでHEATよりエネルギーの利用効率が良く、HEATが3割ほどだったのに対して、EFPでは5割ほどが侵徹体の形成と発射に利用される。
それでも残りの5割は外殻を破壊して放出されるので、HEAT-MP同様、これを利用できるように破片弾を同梱してまき散らす効果を追加したものもある。しかしEFPが必要になるシチュエーションでこのような構造を採用する意味は薄く、周囲を強引に巻き込むようなIEDで行われている。
侵徹体はHEATの金属ジェットとは異なり冷間鍛造されたカッチカチの固体であるため、金属ジェットより遥かに遠くまで飛び、硬さと運動エネルギーによる高い貫通力は二重装甲のように金属ジェットを攪乱するタイプの防御手段でも貫いてしまう。
さすがに砲から発射する徹甲弾などに比べれば有効射程は短いが、基本的に飛距離の長さを活かして離れた場所で起爆して撃ち込むので、金属ジェット対策を前提にしたHEAT用の防御手段は効かない場合が多い。
一枚のライナーに複数のくぼみをつけることで侵徹体を多方向にいくつも射出したり、ライナーを重ねることでさらに多く撃ち出せる「高密度EFP(マルチプルEFP)」など攻撃範囲を改善したものもあり、ミサイルなどに搭載すると広範囲に貫通弾を雨あられと撒き散らす対装甲兵器にもなる。
一方で、調整破片や散弾を詰め込んだ榴弾よりは飛び散る数が少なく、ライナー直径に対する貫通可能な厚みはHEATの方が効率が良いなど一長一短がある。
単一の目標の装甲を破るには大型の成形炸薬弾頭、広範囲を攻撃したい場合は破片を撒く榴弾、効果範囲を取りつつ装甲に対しての有効打を両立したい用途ではマルチEFP弾といった使い分けがされる。
非軍事用途としては、宇宙探査機はやぶさ2が自己鍛造弾ランチャーを積んでいたことが挙げられる。
これは宇宙怪獣との戦闘用...ではなく、着陸した小惑星にEFPを撃ち込み、劣化していない表層以下の岩石を採取する穴を開けるための装備である。
実際の運用においてこれは効果的に機能、有名な小惑星からのサンプルリターンという偉業を成し遂げた。
