วันศุกร์ที่ 12 มิถุนายน พ.ศ. 2558

การพัฒนาเสื้อเกราะกันกระสุนแบบเกราะแข็ง



บุญรักษ์  กาญจนวรวณิชย์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ
      เมื่อพูดถึงเรื่องเสื้อเกราะกันกระสุน หลายคนเข้าใจว่า เสื้อเกราะสามารถป้องกันการทะลุทะลวงจากกระสุนปืนได้ทุกชนิด แต่ความจริงเสื้อเกราะจะมีขีดจำกัดการป้องกันกระสุนปืนอยู่ ซึ่งขึ้นกับว่าเสื้อเกราะถูกผลิตออกมาเพื่อรองรับการป้องกันกระสุนระดับใด


ภาพจำลองการกระจายพลังงานในลูกกระสุนของเสื้อเกราะแบบอ่อน
(ภาพจาก www.centermassinc.com/Body_Armor_101.html)

เสื้อเกราะป้องกันกระสุนได้อย่างไร?      หลายคนทราบว่า วัสดุที่นิยมนำมาผลิตเสื้อเกราะกันกระสุนคือ เคฟลาร์ (Kevlar) ซึ่งเป็นชื่อทางการค้าของโพลิพาราฟีนิลีน เทอเรฟทาลามีด (poly-paraphenylene terephthalamide) แต่นอกเหนือจากเคฟลาร์แล้ว ยังมีการนำวัสดุอื่นมาผลิตเป็นเสื้อเกราะกันกระสุนเช่นกันอย่าง สเปคตร้า (Spectra) ซึ่งเป็นชื่อทางการค้าของโพลิเมอร์โพลิเอทิลีนน้ำหนักโมเลกุลสูงยิ่งยวด (Ultra High Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE)
      เสื้อเกราะกันกระสุนที่ผลิตจากวัสดุสังเคราะห์เหล่านี้จัดเป็นเสื้อเกราะกันกระสุนแบบอ่อน (soft ballistic vest) เพราะใช้วัสดุที่มีสมบัติทนแรงดึงสูงมากมาขึ้นรูปเป็นเส้นใยเพื่อทอเป็นผืนอย่างแน่นหนาและนำมาเรียงซ้อนกันหลายชั้น โดยแผ่นวัสดุสังเคราะห์แต่ละผืนจะวางสลับแนวกันให้เส้นใยทำมุม 90 องศาเพื่อให้เสื้อเกราะมีทั้งความแข็งแรง และความยืดหยุ่น (flexible) เมื่อกระสุนปืนพุ่งชนเสื้อเกราะ พลังงานหรือแรงกระแทกของกระสุนปืนจะถูกดูดซับและกระจายออกไปตามแนวเส้นใยรวมถึงแผ่นวัสดุสังเคราะห์ชั้นต่างๆ เป็นผลให้หัวกระสุนสูญเสียรูปทรง และพลังงานไปจนกระสุนถูกหยุดในที่สุด
 
ภาพจำลองการยุบตัวของเสื้อเกราะกันกระสุน
(ภาพจาก www.centermassinc.com/Body_Armor_101.html)
อาการช้ำจากกระสุนปืน
      แม้เสื้อเกราะกันกระสุนจะป้องกันอันตรายจากการทะลุทะลวงของกระสุนปืน (บางชนิด) ได้ แต่การเข้าชนอย่างรุนแรงของกระสุนปืนก็ยังทำอันตรายให้ผู้สวมเสื้อเกราะได้ เพราะเสื้อเกราะมีความยืดหยุ่นจึงเกิดการยุบตัวชั่วขณะ ทำให้ผู้สวมใส่เกิดอาการช้ำที่เรียกว่า บลันต์ทรอมา (blunt trauma) ขึ้น ซึ่งหากตำแหน่งที่เกิดการกระแทกเป็นบริเวณซี่โครงก็อาจทำให้กระดูกซี่โครงหักแทงอวัยวะภายในจนเกิดอันตรายถึงชีวิตได้
      นี่เป็นจุดด้อยอย่างหนึ่งของเสื้อเกราะกันกระสุนแบบอ่อน และทำให้การยุบตัวของเสื้อเกราะจากการกระแทกของกระสุน กลายเป็นมาตรฐานข้อหนึ่งที่ต้องมีการทดสอบ ซึ่งตามเกณฑ์มาตรฐานการทดสอบของ NIJ กำหนดว่า เสื้อเกราะกันกระสุนที่จะผ่านเกณฑ์การทดสอบเรื่องนี้ได้ต้องไม่ทำให้หุ่นทดสอบเกิดรอยยุบตัวด้านใน (backface signature) ลึกเกิน 44 มิลลิเมตร หลังถูกยิงด้วยกระสุนทดสอบตามระดับการป้องกัน

 
ภาพจำลองเมื่อลูกกระสุนปืนชนเกราะแข็ง
(ภาพจาก www.centermassinc.com/Body_Armor_101.html)

การเสริมเสื้อเกราะด้วยแผ่นเกราะแข็ง
      ด้วยเหตุที่กระสุนปืนหลายชนิดมีประสิทธิภาพการทำลายสูง ทำให้เสื้อเกราะกันกระสุนจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพื่อรับมือกับกระสุนปืนที่มีอำนาจทะลุทะลวงสูงเหล่านั้น ซึ่งวิธีปรับปรุงเสื้อเกราะวิธีหนึ่งคือ การเสริมด้วยแผ่นวัสดุแข็งต่างๆ เช่น แผ่นไทเทเนียม แผ่นเหล็กกล้า แผ่นเซรามิกแข็ง เป็นต้น
แม้วัสดุที่ใช้จะมีหลายชนิด แต่ที่นิยมนำมาทำแผ่นเกราะแข็งเสริมให้เสื้อเกราะคือ แผ่นเซรามิก เนื่องจากมีน้ำหนักน้อยกว่าโลหะ และมีราคาไม่สูงเกินไป (ส่วนการเสริมด้วยแผ่นโลหะนิยมประยุกต์ใช้กับยานพาหนะหุ้มเกราะมากกว่า) สำหรับชนิดเซรามิกที่นำมาทำแผ่นเกราะแข็งได้แก่ อะลูมิเนียมออกไซด์ (aluminium oxide) โบรอนคาร์ไบด์ (boron carbide) รวมถึงซิลิกอนคาร์ไบด์ (silicon carbide) ซึ่งเสื้อเกราะที่เสริมด้วยแผ่นเกราะแข็งเหล่านี้จะเป็นเสื้อเกราะที่สามารถป้องกันกระสุนปืนในระดับ III หรือระดับ IV ตามมาตรฐานของ NIJ ขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นเกราะและชนิดวัสดุที่ใช้

มาตรฐาน NIJ
      เป็นมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับเรื่องวิธีทดสอบ เกณฑ์การทดสอบ ความสามารถหรือประสิทธิภาพการป้องกันกระสุนของเสื้อเกราะที่กำหนดโดยสถาบันความเที่ยงธรรมแห่งชาติ (National Institute of Justice, NIJ) ประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งประเทศไทยและอีกหลายประเทศทั่วโลกใช้มาตรฐานสำหรับการทดสอบเสื้อเกราะป้องกันกระสุนด้วยเช่นกัน โดยมาตรฐาน NIJ แบ่งระดับความสามารถในการป้องกันกระสุนของเสื้อเกราะไว้ 6 ระดับ ดังนี้
การปกป้อง
ประสิทธิภาพ
ระดับ I
(.22 LR; .380 ACP)
เกราะ สามารถป้องกันกระสุน .22 Long Rifle น้ำหนัก 2.6 กรัม มีความเร็ว 329 ± 9.1 เมตร/วินาที (1080 ± 30 ฟุต/วินาที) และกระสุน .380 ACP หนัก 6.2 กรัม มีความเร็ว 322 ± 9.1เมตร/วินาที (1055 ± 30 ฟุต/วินาที) แต่ปัจจุบัน NIJ ได้ยกเลิกการใช้มาตรฐานการป้องกันระดับ I เนื่องจากไม่เพียงพอที่จะป้องกันกระสุนปืน
ระดับ IIA
(9 mm; .40 S&W)
เกราะสามารถป้องกันกระสุน 9 ม.ม. น้ำหนัก 8 กรัม มีความเร็ว 373 ± 9.1 เมตร/วินาที (1225 ± 30 ฟุต/วินาที) และกระสุน .40 S&W น้ำหนัก 11.7 กรัม มีความเร็ว 352 ± 9.1 เมตร/วินาที (1155 ± 30 ฟุต/วินาที) เสื้อเกราะที่มีมาตรฐานระดับนี้สามารถป้องกันกระสุนปืนระดับ I ได้
ระดับ II
(9 mm; .357 Magnum)
เกราะสามารถป้องกันกระสุน 9 ม.ม. น้ำหนัก 8 กรัม มีความเร็ว 398 ± 9.1 เมตร/วินาที (1305 ± 30 ฟุต/วินาที) และกระสุน .357 Magnum น้ำหนัก 10.2 กรัม มีความเร็ว 436 ± 9.1 เมตร/วินาที (1430 ± 30 ฟุต/วินาที) เสื้อเกราะที่มีมาตรฐานระดับนี้สามารถป้องกันกระสุนปืนระดับ I และ IIA ได้ด้วย
ระดับ IIIA
(.357 Sig; .44 Magnum)
เกราะสามารถป้องกันกระสุนขนาด .357 SIG หนัก 8.1 กรัม มีความเร็ว 448 ± 9.1 เมตร/วินาที (1470 ± 30 ฟุต/วินาที) และกระสุนขนาด .44 Magnum หนัก 15.6 กรัม มีความเร็ว 436 ± 9.1 เมตร/วินาที (1430 ± 30 ฟุต/วินาที) เสื้อเกราะตามมาตรฐานนี้สามารถป้องกันกระสุนปืนระดับ I, IIA และ II ได้ด้วย
ระดับ III
(Rifles)
เกราะสามารถป้องกันกระสุนขนาด 7.62x51 ม.ม. NATO M80 ball หนัก 9.6 กรัม มีความเร็ว 847 ± 9.1 เมตร/วินาที (2780 ± 30 ฟุต/วินาที) ซึ่งเสื้อเกราะตามมาตรฐานนี้สามารถป้องกันกระสุนปืนระดับ I, IIA, II และ IIIA ได้ด้วย
ระดับ IV
(Armor Piercing Rifle)
เกราะสามารถป้องกันกระสุนเจาะเกราะ .30-06 Springfield M2 หนัก 10.8 กรัม มีความเร็ว 878 ± 9.1 เมตร/วินาที (2880 ± 30 ฟุต/วินาที) ซึ่งเสื้อเกราะระดับนี้สามารถป้องกันกระสุนปืนระดับ I, IIA, II, IIIA และ III ได้ด้วย

กระสุน 7.62x51 ม.ม. เทียบกับถ่านไฟฉาย AA
(ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/7.62x51mm_NATO)
เสื้อเกราะไทยเพื่อตำรวจ-ทหารไทย
      เมื่อเหตุการณ์ในประเทศยังมีความรุนแรงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้ทหารและตำรวจที่ปฏิบัติภารกิจในพื้นที่จำเป็นต้องใช้เสื้อเกราะป้องกันกระสุนประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นยุทธภัณฑ์ราคาแพงและต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ดังนั้นศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และบริษัท พีทีทีโพลิเมอร์มาร์เก็ตติ้ง จำกัด ในกลุ่มบริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) จึงร่วมกันวิจัยและพัฒนาเสื้อเกราะกันกระสุนแบบแข็งที่มีสมบัติป้องกันกระสุนปืนระดับเอ็ม-16 และปืนไรเฟิลเพื่อปกป้องชีวิตทหาร-ตำรวจผู้ปฏิบัติงาน
      หัวใจของเสื้อเกราะแบบแข็งอยู่ที่แผ่นเกราะแข็งขนาด 10.5x12 นิ้ว มีความหนาเฉลี่ย 4 เซนติเมตร และหนักประมาณ 4 กิโลกรัม/แผ่น แผ่นเกราะประกอบด้วยโครงสร้าง 2 ชั้นทำจากวัสดุ 2 ชนิดประกบกัน โดยชั้นนอกเป็นแผ่นอะลูมิเนียมออกไซด์ ชั้นเซรามิกแข็งที่ทำหน้าที่ทำลายหัวกระสุนให้แตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ และช่วยกระจายแรงปะทะ ส่วนนี้ดำเนินการพัฒนาโดย ดร.กุลจิรา สุจิโรจน์ นักวิจัยเอ็มเทคและทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการวิจัยชิ้นส่วนเซรามิกเพื่องานวิศวกรรม ขณะที่ชั้นในเป็นแผ่นโพลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (high densitry polyethylene, HDPE) ทำหน้าที่กระจายแรงและลดแรงกระแทก ดำเนินการพัฒนาโดยทีมวิจัยจากคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ซึ่งผลการทดสอบตามมาตรฐานของ NIJ โดยกรมพลาธิการตำรวจปรากฏว่า เสื้อเกราะแบบแข็งมีระดับการป้องกันในระดับ III คือ ป้องกันกระสุนปืนขนาด 7.62 ม.ม. NATO และกระสุนปืนไรเฟิลได้

เทียบขนาดกระสุนเอ็ม-16 (ซ้าย) กระสุน .30-30 (กลาง) และกระสุน 7.62 ม.ม. (ขวา)
(ภาพจาก http://en.wikipedia.org/wiki/5.56x45mm_NATO)

ส่งท้าย: อานุภาพกระสุนปืนเอ็ม-16
      เอ็ม-16 เป็นชื่ออาวุธปืนที่หลายคนฟังคุ้นหูแม้จะไม่คุ้นเคย เพราะอาวุธชนิดนี้มีใช้มาตั้งแต่สมัยสงครามเวียดนามเรื่อยมาจนกระทั่งถึงปัจจุบัน และเป็นยุทโธปกรณ์ชนิดหนึ่งที่กองทัพไทยมีประจำการ อย่างไรก็ดีเนื่องจากไม่ปรากฏข้อมูลกระสุนปืนชนิดนี้ในตารางข้อมูลแสดงระดับการป้องกันกระสุนปืนตามมาตรฐาน NIJ แล้วบุคคลทั่วไปที่ไม่มีความรู้เรื่องอาวุธปืนจะมั่นใจได้อย่างไรว่า เสื้อเกราะที่มีระดับการป้องกันกระสุนปืนระดับ III สามารถป้องกันกระสุนปืนเอ็ม-16 ได้?
      ด้วยเหตุที่กระสุนปืนเอ็ม-16 มีลักษณะหลายอย่างแตกต่างจากกระสุนปืนขนาด 7.62 ม.ม. ตั้งแต่ขนาด น้ำหนัก และความเร็วในการเคลื่อนที่ ดังนั้นการเปรียบเทียบประสิทธิภาพจึงต้องพิจารณาจากพลังงานในการเคลื่อนที่ของกระสุน ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการทางฟิสิกส์ E = ½ mv2
ตารางแสดงพลังงานในการเคลื่อนที่ของกระสุนปืนเอ็ม-16 กับกระสุนปืนที่ใช้ทดสอบเสื้อเกราะระดับ IIIA และ III
ระดับการป้องกัน
ชนิดกระสุน
น้ำหนักกระสุน
(กรัม)
ความเร็วหัวกระสุน
(เมตร/วินาที)
พลังงาน
(จูล)
IIIA
.357 SIG
8.1
457.1
846
IIIA
 .44 Magnum
 15.6
 445.1
 1545
III
 M-16 (5.56 mm NATO)
 5.18
 940
 2288
III
 7.62 mm NATO
 9.33
 838
 3275
หมายเหตุ
E = พลังงาน (จูล)
m = มวลวัตถุ (กิโลกรัม)
v = ความเร็ววัตถุ (เมตร/วินาที)

      ข้อมูลค่าพลังงานการเคลื่อนที่ของกระสุนปืนเอ็ม-16 และกระสุนปืน 7.62 ม.ม.ที่ได้จากการคำนวณแสดงให้เห็นว่า แม้กระสุนปืนเอ็ม-16 จะมีความเร็วในการเคลื่อนที่มากกว่า แต่เนื่องจากหัวกระสุนมีมวลน้อย ทำให้กระสุนปืนเอ็ม-16 มีพลังงานน้อยกว่ากระสุนปืน 7.62 ม.ม. ดังนั้นผู้สวมเสื้อเกราะที่สามารถป้องกันกระสุนปืนระดับ III ตามมาตรฐาน NIJ จึงมั่นใจได้ว่า เสื้อเกราะสามารถป้องกันการทะลุทะลวงของกระสุนปืนเอ็ม-16 ได้แน่นอน
เขียนโดย ที่

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

สมัครสมาชิก: ส่งความคิดเห็น (Atom)