核武器是指利用能自持進行的原子核裂變或聚變反應瞬時釋放的巨大能量,產生爆炸作用,並具有大規模毀傷破壞效應的武器。主要包括裂變武器(第一代核武器,通常稱為原子彈)和聚變武器(氫彈,分為兩級和三級式)。一直以來,核武器不僅是國家安全的基石,也是國家地位的象徵。當前,一些國家從其戰略需要出發,積極推進核武器小型化研究。
核武器小型化歷程
20世紀50年代美蘇制造的核武器都比較笨重,一般在幾噸重。重量大,體積就大,採用當時的運載工具投入實戰較為困難。彈道導彈出現後,具有射程、速度、命中精度、攜帶能力等方面的明顯優勢,隨即成為投擲核彈頭的最理想工具。隨著導彈命中精度和突防能力提高,核彈頭爆炸威力也隨之向中等和最低方向發展。如何在保持威力不變的情況下,把核武器做得小而輕,即“小型化”,是原子彈、氫彈原理突破後相當長時期內的一個研究重點。
為適應部隊行動、使用工具、戰場環境的需要,迫切要求核彈頭小型化,迅速減輕核彈頭的重量。例如,美國“民兵”彈道導彈攜帶的核彈頭質量每減少1千克,射程就要增加17.7千米。小型化對戰略轟炸機也有顯著意義,如當年的B-29轟炸機只能投射一枚威力約 1.5萬噸TNT當量的“小男孩”原子彈;而今的B-2轟炸機如果按攜帶20顆B83熱核炸彈計算,總威力將達到2000∼4000萬噸TNT當量。這其中既有飛機運載能力加強的因素,又有核武器小型化的功勞。
50年代初,美國在成功試驗威力達50萬噸的純裂變原子彈後,開始致力于為裂變武器縮小體積、減輕重量工作。1958年試驗了兩枚重量只有16千克,體積為28×30厘米的核彈頭裝置。1955-1962年,美國的核彈直徑從1.55米減小到0.46米,質量從21噸減小到1噸。隨著技術的成熟,制造的核彈頭尺寸更小,重量更輕,效率更高。
核武器小型化主要途徑
當前,世界核大國的氫彈主要採用兩級設計,這種設計通過初級的核裂變引發次級的核聚變反應。這種彈頭體積小,比威力大。另外,二戰後,作為原子彈的主要研制方向之一的聚變助爆裂變武器對于核武器的小型化也有十分重要的意義。
對于核爆炸裝置來說,助爆型原子彈採用的“聚變助爆裂變”設計,很好解決了氫彈“初級”裝置小型化問題。這種設計就是氫彈“初級”裝置小型化的關鍵技術,有效提高了裂變材料的利用率、能量的釋放率、高能中子的利用率和釋放率,提高了炸藥能量密度。使內爆型原子彈使用的高能炸藥從幾百千克下降到幾十千克,使用的裂變裝料也減少許多,降低重量並減小了體積。
氫彈“次級”裝置的小型化,主要是解決了比威力與重量尺寸的權衡問題。“次級”裝置是氫彈重要的釋放能量部分,由裂變和聚變材料組合而成。“次級”裝置的小型化,必須根據彈頭的尺寸、重量要求加以權衡,盡量滿足提高比威力的要求。
核彈頭小型化的技術指標
核武器小型化是反映一個國家的核武器發展水平高低的重要因素之一,而小型化的水平主要通過比威力來衡量。所謂核武器的比威力是指爆炸的總當量與核武器重量之比,即在體積小、重量輕的前提下,保證一定的威力。
美國在第二次世界大戰中在日本投放的兩顆原子彈的比威力僅為每千克彈重4.4噸TNT當量,而現在達到的水平估計在高威力戰略核武器(>100萬噸TNT當量)方面約為每千克2.5∼5噸TNT當量,在中等威力戰略核武器(10∼100萬噸TNT當量)方面約為每千克1000∼2500噸TNT當量,已提高500∼1000倍,低威力戰術核武器(<1萬噸TNT當量)的比威力一般為每千克5-100噸TNT當量。但核武器的殺傷破壞效應不單純決定于爆炸時釋放的能量,還與能量分配、目標的性質和爆炸方式(如高空、空中、地面、地下或水下)有關。
為盡快進入備戰狀態,各有核國家都在核武器小型化方面做了很多工作,經過幾十年的努力,核彈小型化幅度有了很大提高。一般來說,核彈的質量已經減到原來的幾分之一到幾十分之一,甚至幾百分之一;同時比威力極大提高。目前核武器可小到由155毫米∼203毫米火炮發射。1981年裝備的最新核炮彈威力小于1萬噸TNT當量,質量為98千克,比威力為102噸TNT當量/千克。
核彈頭小型化的意義
核武器戰鬥部的尺寸大幅縮小,重量大幅減輕,比威力大幅提高,在戰場上可使用的兵器很多,具有更加方便和靈活的特點,能夠更好地適應作戰需要以及靈活機動、快速反應的戰場環境。
航空核炸彈的重量大幅減輕,使可以投擲的飛機種類有很大增加。美國1945年投擲核彈的飛機只有B-29型轟炸機。到70年代末,美國各種中遠程戰鬥機近程反潛直升機都具有了使用核彈的能力。蘇聯也是如此。
各種大型艦船以及小型護衛艦等船只都可以使用核武器。陸軍部隊火炮裝備了核炮彈以及核地雷等。80年代末,有資料報道說,美國已經有了質量僅為7000∼8000的特種核地雷;另有資料稱俄羅斯還研制了手提箱式核武器。這說明核彈小型化發展程度已經到了一個人就能輕松攜帶的水平。
核武器小型化還可用于發展攜帶分導式多彈頭彈道導彈。1964年以後,美俄開始發展搭載多彈頭的新式導彈核武器,即在導彈頭部放置幾枚核彈頭,而不是一枚核彈頭。這些核彈頭可以攻擊一個目標,也可以用來分別攻擊幾個不同目標。由于導彈的有效載荷和頭部空間有限,對多彈頭中的每個子彈頭要求更加小型化。
多彈頭導彈核武器的優點是,在應對反導武器的防禦中,可產生最有效的突防能力。與單彈頭相比,多彈頭可提高殺傷效果。目前多彈頭技術已經發展到第三代,即不僅母彈頭具有分導能力,而且每個子彈頭配備推進和控制係統,釋放後能作機動飛行。20世紀60年代以來加速發展的多彈頭導彈核武器,比威力降低而破壞效應大大提高,所以在這種情況下比威力已不是衡量核武器技術水平的唯一指標。
多彈頭導彈包括集束式、分導式和機動式。美國80年代初的“潘興”-II式導彈攜帶的核彈頭質量小于725千克,命中精度按圓概率偏差表示為45米,威力可調,最小可以低于1000噸TNT當量,最大為5萬噸TNT當量。由此可以看出,核戰鬥部的研究、設計正朝著進一步小型化,提高安全性、可靠性,增強突防能力和提高命中精度方向發展。
當然,核武器由于其巨大的殺傷力,仍然是一種戰略威懾武器或終極武器,其使用受到多方面因素制約。核武器小型化只是表明向實用化方向邁出重要一步,究竟是否使用以及如何使用核武器,仍然取決于國家意志及核武器運用的戰略原則。(中國國防科技信息中心 方勇)
