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霸权后盾-美国代表性核弹头发展历史

2020-04-22 10:31 作者:冰封之龙  | 我要投稿

自从美国1945年率先开发并在日本使用原子弹之后,美国一直就雄踞世界核武器霸主地位至今,无论是持有的核弹数量、核弹性能和理论研究能力都位于世界绝对一流地位。虽然美国在1972年后不再扩增核武器总量,在1980年代一度被苏联夺走了“世界核弹数量之王”的头衔,但由于接下来的苏联解体,俄罗斯核武库急剧萎缩,加之俄罗斯核武库妥善率堪忧,美国又重新回到了世界第一核大国的地位。现在,就让我们看看美帝国主义称霸的基石性武装——核弹头的发展历史。

毛主席说过,只有拥有核武器,才能打败核武器。分析美国的核武器发展史,希望以史为鉴,加强我国核力量与国际地位的接轨步伐。

一鸣惊人:第一个实现实战使用并批量生产的核武器——MK3/4“胖子”原子弹

在日本长崎使用的MK3 FAT MAN 原子弹,成为了美国1946-1953年主要的自由落体核武器

1945年8月9日,在苏联进攻关东军的同一日,美国第二枚原子弹在长崎引爆,造成至少8万人死亡(当场被烧死及后续死于辐射病)。在美国骇人听闻的核力量打击和苏联迅速占领中国东北的威胁之下,日本军国主义在8月15日无条件投降。而这次行动采用的“胖子”(FAT MAN,据称是来自丘吉尔的绰号)原子弹,则成为了美国日后原子弹的蓝本,在1946年-1953年间广泛服役,并在十字路行动、沙漠岩石演习中多次出场。并在1950年一次B-36轰炸机和1950年一次B-29轰炸机意外坠毁事故中损失2枚。

MK4胖子原子弹由洛斯阿莫斯国家实验室生产,直径1.5米,长3.3米,重量4900-4940千克(随批次不同),略多于投放在长崎的MK3 的4630千克,爆炸当量约为2万吨TNT当量。该弹和MK1小男孩最大区别为采用了内爆式布局,通过布置在球型核心外的高能炸药的一起起爆的挤压让钚核心压缩到临界体积,产生核链式反应。

为了生产足够的钚,美国在华盛顿州的汉服德厂区建设了6个250兆瓦的石墨反应堆,可以生产大量的钚239。由于同时美国电磁铀离心机和气体扩散厂还有额外的铀235生产,为加快进度,美国在MK4采用了铀235+钚239混合的弹芯。在1954年退役前,美国生产了约550枚该类型核弹头,配合B-29,B-36轰炸机,建立了最初的核威慑打击能力。



广岛原子弹博物馆、NASA和美国空军博物馆收集的有关广岛长崎核爆的信息,右侧即为胖子炸弹,可见它采用了内爆式结构,钚239弹芯

死亡太阳:1954-1976 自由落体核聚变炸弹

在1949年苏联试爆原子弹后,美国加快了开发核聚变武器的计划。虽然美国成功在1952年11月1日的“ivy MIKE”成功试爆了第一枚氢弹,但由于它采用了的是液化的氘燃料,体重非常巨大,就算美国把它降低到B-36轰炸机可以投放的尺寸(MK16核弹),仍然重达19吨,长达7.54米,但威力仅有后来干式沙皇炸弹的15分之一(完全体沙皇炸弹可达1亿吨TNT当量,而采用液态氘的MK16仅有600万吨TNT当量)。不久,美国在1953年转向了“干式氢弹”(苏联也在近乎同一时期自行找到了这个路线),使用氘化锂作为聚变材料。一开始认为只有LI6H2(带有3个质子和3个中子的锂6和带有1个质子1个中子的氢,也叫氘的化合物)才能用于核聚变(锂-6在初级的原子弹的中子辐射下,增加一个中子后快速分裂为1个氚(1质子2中子)和1个阿尔法粒子(氦4核),而氘氚在原子弹的高温下会进行核聚变),但城堡实验时,采用的40%LI6+60%li7的氘化锂元器件发挥了150%设计威力,证明在原子弹的高温下,初级的原子弹爆炸时中子流会把锂7打出1个阿尔法粒子,直接变成1个氚核,所以也同样能够进行核聚变。此后大家设计核武器时便不再追求纯净的锂6,大幅降低了核聚变成本。在干式氢弹服役后,世界所有的国家研发的氢弹都是干式的,体积大幅缩减,威力大幅提升。

MK16核弹本质上就是一个装满了液氘的大水箱

在城堡实验之后,美国决定大量生产此类武器,1954年10月至翌年11月,美国生产了200枚MK17和105枚改进型的MK24核弹,质量虽然仍高达21吨,但威力成功提升到1500万吨,由于体积过大,只有B-36和平缔造者能够使用它。1957年,一次B-36事故丢出来1枚MK17炸弹,在地面上砸出了一个7.6米直径,3.7米深的大坑并引发核泄漏。此后不久便被退役。

MK17炸弹

到了1960年,美国在核弹小型化方面取得了长足提高。这一年,美国设计出了有史以来最大的实战化自由落体核弹——B41核炸弹。该核炸弹虽然尺度比起MK17缩减很大,只有3.76米长,1.32米直径,质量也下降到胖子原子弹的4840千克,但是它威力却大幅增加——高达2500万吨TNT当量!这也使得它成为了质量能量比最大的核弹,同时期最强的苏联沙皇炸弹在“完全体”水平,也是27吨1亿吨当量,而5枚B41炸弹虽然才25吨,但威力已经达到了1.25亿吨,可见它效率之高。但由于防空导弹和战斗机日益发展,常规自由落体核弹的辉煌岁月已经不复存在,世界各国从此转向研发更有实战意义的导弹核武器。

B41核弹

尽管如此,在崇尚飞机挂弹空袭的美国,仍然在1966年开发出了一款至今仍在服役,被称为“世界通用自由落体核弹之冠”的B61核炸弹。

B61核炸弹,比它的前辈们袖珍了很多

B61核炸弹最开始被当做一种超音速战术飞机投放的武器开发,1963年开始设计,1966年开始服役,1968年进入全速量产,一共生产了3155枚,现在仍有400枚服役。该炸弹外观尺寸和MK83常规炸弹相似,长达3.56米,直径33厘米,重量320千克,可以在任何一种北约标准的战术飞机和美国现役的轰炸机上使用,也可以内置在F-22和F-35的内弹仓中。

B61的最大特色为“可变当量”。通过配置引信,在不更改内部核元器件的情况下,可以实现300吨TNT当量到40万吨TNT当量的宽幅可变。在拦截苏联的坦克集群时,它可以降低到300吨到数千吨的威力,不影响前线的防御设施,在执行战略任务时,又可以以广岛原子弹的25倍威力打击一个中大型城市。因为它挂载容易,战术和战略兼顾,因此至今都是美国核武库的重要一员。从它的设计也衍生出多个型号,如潘兴-2导弹采用的W85核弹头。

2012年,美国拨款2800万美元对剩余的400枚B61进行延寿保养,意味着它们起码会服役到2030年。2019年,美国又拨款生产500枚B-61 MOD-12,作为F-22,F-35的战术核武器,这意味着,美国累计产量破千的四代机,都有一夜间转为战术乃至于战略轰炸机的潜力。

长臂投射——美国导弹核战斗部的发展

自从弹道导弹和巡航导弹被开发出来后,各国便逐渐转向导弹投放核武器的工作,中国的两弹一星的两弹即为导弹和核弹的结合。一开始,各国的思路是把自由落体核弹头直接搬到导弹上,这一时代比较有名就是美国MK39核弹头。它原本是一枚2.8吨的自由落体核弹,胆略未修改后,就可以用在红石中程导弹之上,威力约380万吨,其尺寸、威力都和中国日后服役的东风5的核弹头相似。

但大型核弹头也有很多麻烦,第一,质量大的核弹头需要大型洲际导弹发射;第二,体积过大的核弹头易被拦截;第三,对于一般城市目标,数百万吨当量的核弹头威力显然过剩(更不用提美国B41,苏联R-36的2500万吨核弹头)。因此,很快各国就开始投身于小型弹头的开发之中。

第一代极为成功的小型化核弹头即为下图的W56核弹头,它同时也是世界上质量能量比最高的核弹头。w56 mod-4只有680磅(310千克),直径40cm,长达1.2米,但威力高达120万吨。其实它的前代MOD1质量能量比更大,只有280千克,但由于设计过于紧凑,反而让可靠性下降,这导致1964-1965年生产的第一批次400枚W56只得回炉重造,之后生产的导弹核弹头也不采用过于激进的设计,如1978年服役的W78弹头(民兵3)在300千克时只有35万吨当量,效率下降了4倍。

W56核弹头,至今为止质量能量比最强的核弹头,已经在2005年报废

在1970年代,美国需要为即将服役的UGM-96三叉戟导弹设计一种新的弹头,这种弹头就是目前美国持有最多,健康状况最好的W76弹头。

W76核弹头
分导式多弹头载具上的W76
为了配合导弹的外形,洲际导弹核弹头往往采用上下叠放核心的设计

W76核弹头有三个版本,W76-0是传统的洲际导弹核弹头,当量10万吨,质量95千克,配装在UGM-96三叉戟和UGM-133三叉戟II型导弹之上,也是生产最多的核弹头,1978-1987年生产了超过3000枚;W76-1是2008-2018年生产的削减当量为9万吨的版本,可以应付一些战术任务;2019年更进一步开发为只剩下5-7千吨的战术版本,末端安装触发引信,以对付加固地堡。由此可见,美国通过低当量核武器,意欲不断放低核武器使用门槛,这是一个非常危险的信号。

不过说到在中国军迷心目中形象最高的核弹,还不得不说W87和W88核弹头了。

安装在民兵3导弹的W87核弹头

W87核弹头是为了配合LGM-118和平卫士导弹开发的,外观乍看和W76很相似。在和平卫士退役后,它替换了民兵3上的W78核弹头,并在2019年重新投产,预计2030年替换所有的W78核弹头。W87核弹头有两个版本,30万吨的W87-0弹头,180千克,配备在和平卫士和目前的民兵3之上;W87-1,47.5万吨,270千克,拟定配备在MGM-134侏儒导弹,但侏儒导弹裁军中下马,故W87-1并没进入服役。不过,2019年特朗普政府已拨款购买全新的W87-1,作为替代剩余的W78核弹头之用,2030年完成换装。

和平卫士导弹的多弹头分配器

W88核弹头外观和W87基本没有差别,只不过它是为了UGM-133三叉戟II开发的,因此增加了潜用导弹的一些设备(如增强防腐蚀等),因此它的47.5万吨版本和W87-1相比增加了几十千克,达到了360千克。该弹头在1988-1989年生产了400枚,因为生产不足以包括目前美国现役的1152枚潜艇核弹头,目前美国采用W88和W76-0混编的模式。不过2019年特朗普启动了核武器现代化法案,已经准备重新复产W88,替换所有的W76,而W76可能将转向所谓的“低当量”战术核弹的领域继续服役。

毋庸置疑,在2019年特朗普决定核武器现代化改造后,新一轮核武器更新潮正悄然发生,严格来说,特朗普退出中导条约只是一个信号,伴随着预谋已久的退出《中导条约》,美国同时放弃MOX核燃料生产计划,恢复年产量80枚钚239核心的核弹工厂,开始全新的核弹头生产,这意味着连同《削减核武器条约》在内的核军控正在瓦解。未来面临重新加强的美国核力量,中国从军队到平民,都需要做好心理准备和实际准备。

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