美國戰(zhàn)術(shù)核武器發(fā)展及對潛艇攻擊效能研究*

陳建華 徐利明 顏 驥 葛德宏

（1.海軍潛艇學(xué)院 青島 266199）（2.中國人民解放軍92267部隊 青島 266102）

1 引言

戰(zhàn)術(shù)核武器雖然不是新概念，但是近年來美國對其顯示出的高度重視值得警惕［1～3］。拜登政府雖然曾表態(tài)將降低核武器作用，但仍將繼續(xù)推進核現(xiàn)代化工作［4］。戰(zhàn)術(shù)核武器使用門檻低、適用性廣，極有可能被美國在特定的戰(zhàn)術(shù)行動中使用［5］。隨著我?；肆α坎粩喟l(fā)展，美國使用戰(zhàn)術(shù)核武器對核潛艇特別是彈道導(dǎo)彈核潛艇進行攻擊也絕非不可能。當(dāng)前，關(guān)于戰(zhàn)術(shù)核武器對潛攻擊的可能方式及毀傷效能方面的研究尚未見報道。因此，有必要對該問題進行研究。

2 美國戰(zhàn)術(shù)核武器研發(fā)部署情況

美國近年來發(fā)展和計劃發(fā)展的新型戰(zhàn)術(shù)核武器主要有以下三種。

一是搭載新型低當(dāng)量核彈頭W76-2的潛射彈道導(dǎo)彈［6］。作為低當(dāng)量核彈頭，W76-2當(dāng)量調(diào)節(jié)范圍為5kt～7kt，其前身可追溯到1978年開發(fā)的戰(zhàn)略核武器W76-0核彈頭（100kt當(dāng)量）。2008年美國將W76-0當(dāng)量減小為90kt，命名為W76-1。2018年再次將 W76-1當(dāng)量減小為 5kt～7kt，命名為W76-2。發(fā)射載體為三叉戟Ⅱ-D5潛射彈道導(dǎo)彈。據(jù)報道，美國于2019年底由“俄亥俄”級戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇田納西號（SSBN-734）首次攜帶W76-2型核彈頭三叉戟Ⅱ-D5潛射彈道導(dǎo)彈在大西洋中進行了載彈巡航，并于2020年1月11日返回佐治亞州金斯灣核潛艇基地［7］。

二是被稱為“核掩體炸彈”的低當(dāng)量重力炸彈B61-12。其前身是戰(zhàn)術(shù)核炸彈B61，當(dāng)量范圍為0.3kt～500kt。后美國對B61進行改進設(shè)計，使其能從戰(zhàn)斗機和轟炸機上投擲打擊位于地下深處（最大100m）的目標(biāo)，即為B61-12。此外，將當(dāng)量調(diào)整范圍改為 0.3kt～1.5kt和 10kt～50kt兩段，從而使其實戰(zhàn)應(yīng)用的靈活性大為提高。B61-12安裝了自旋姿控火箭發(fā)動機，使彈頭投出后可飛行一段距離，并配備包括慣性測量裝置在內(nèi)的新型“制導(dǎo)尾翼工具包組件”，落點誤差大幅降低，據(jù)估計可達5m以內(nèi)。目前，B61-12已經(jīng)完成在F-15E、F-16、F-35A以及B-2等多個平臺的投擲測試，可見其具有廣泛適用性，因此被稱為美國核武庫中“最危險的核彈”［8］。該型核彈原計劃在2020年后投入量產(chǎn)，2025年前生產(chǎn)約480枚，部署到北約歐洲盟國的6個空軍基地。但由于部分零部件存在壽命問題，量產(chǎn)延期到2022年。據(jù)報道，美國能源部已于2021年12月底正式交付“首枚生產(chǎn)型”B61-12核航彈［9］。

三是重造退役的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈，并在其上搭載低當(dāng)量核彈頭，這是更長期的計劃。冷戰(zhàn)時期，“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈能以3m以內(nèi)的精確度打擊約1600km～2500km的目標(biāo)，因而成為搭載450kg常規(guī)彈頭和200kt級W80核彈頭的經(jīng)典武器系統(tǒng)。目前該型導(dǎo)彈具體部署時間、彈頭型號和當(dāng)量大小都未正式確定，但據(jù)推測，可能會是W80-4核彈頭的改進型。W80-4是對搭載在現(xiàn)役空射巡航導(dǎo)彈（ALCM）上的W80-1核彈頭（最大100kt）進行延壽改良而來。預(yù)計其將作為正在研發(fā)的新型核巡航導(dǎo)彈的核彈頭。

總結(jié)美國三種新型戰(zhàn)術(shù)核武器特點，見表1。

表1 美國的三種新型戰(zhàn)術(shù)核武器

3 核爆炸及水下核爆炸毀傷機理

3.1 核爆炸的殺傷破壞因素和特點

核爆炸的殺傷破壞因素主要有沖擊波、光輻射（或稱熱輻射）、早期核輻射、剩余核輻射（放射性沾染）和電磁脈沖［10］。對于純裂變的武器來說，上述各殺傷破壞因素占爆炸能量的比重分別為沖擊波和光輻射約占85%，早期核輻射約占5%，剩余核輻射約占10%，電磁脈沖僅占1%到1‰。而純聚變武器的爆炸不產(chǎn)生剩余核輻射，早期核輻射所占的比例不變，沖擊波和光輻射所占的比例增加到95%。一般的核武器總是既有裂變部分又有聚變部分，僅二者的比例有差別而已。

上述殺傷破壞因素中，沖擊波、光輻射、早期核輻射和電磁脈沖都是在爆后幾秒到幾十秒時間內(nèi)起作用，故又稱為瞬時殺傷破壞因素。盡管其殺傷破壞范圍與當(dāng)量有關(guān)，但最大不會超過一二十公里。剩余核輻射是以放射性沾染的形式起殺傷作用的。只有在地爆條件下它的作用才比較突出，持續(xù)的時間比較長，作用的范圍也比較大。

一般來說，核爆炸的殺傷破壞是多種因素綜合作用的結(jié)果。對于人員，以復(fù)合傷為主。對于物體，則主要是沖擊波和光輻射的綜合破壞。不同爆炸方式下，各個因素所造成的殺傷破壞范圍不同，因而殺傷破壞特點也不相同。一般來說，空爆方式下光輻射較強且殺傷破壞范圍較大，爆心附近沖擊波相對弱但殺傷破壞范圍較大。空爆方式可用于大面積破壞地面以上目標(biāo)和殺傷開闊地面人員，但不能破壞地面以下硬目標(biāo)，是襲擊城市的最佳方式。而地爆方式下，光輻射比空爆弱且殺傷破壞范圍也比空爆小，但爆心附近沖擊波很強，可能形成彈坑，可以破壞地下硬目標(biāo)。

3.2 水下核爆炸的毀傷機理

對于水下核爆炸，由于水的影響，其毀傷機理與空爆和地爆有所區(qū)別。水下核爆炸所釋放的能量主要以高溫高壓氣體的形式作用于周圍水體。由于水的密度遠大于空氣密度，其壓縮性通常只有空氣的1/30000～1/20000，因此水中核爆炸所產(chǎn)生的破壞作用要比在空氣中的爆炸強烈得多，并且水中沖擊波隨距離增加而衰減的速度相對更慢。通常將水下核爆炸過程分為核爆炸、沖擊波的形成和水中傳播以及氣泡的脈動過程三個階段［11］。期間產(chǎn)生的載荷主要有兩種，即沖擊波載荷和氣泡脈動載荷。

沖擊波載荷對應(yīng)的能量通常在極短時間內(nèi)達到峰值，并從爆炸點向外傳播，且持續(xù)時間較短。沖擊波載荷主要對潛艇結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部破壞效應(yīng)，并會對艇載設(shè)備造成沖擊毀傷［12］。研究表明，艇載設(shè)備的抗沖擊性能通常低于艇體結(jié)構(gòu)，即艦艇整體抗沖擊能力的薄弱環(huán)節(jié)往往是艇載設(shè)備的抗沖擊性能。沖擊波載荷在潛艇和艇載設(shè)備的傳播情況如圖1所示。

圖1 沖擊波在潛艇和艇載設(shè)備的傳播示意圖

氣泡脈動載荷主要來自爆炸后高溫高壓氣體所形成的球狀氣泡，這些氣泡產(chǎn)生頻率較低的氣泡脈動壓力，從而推動周圍的水徑向流動。氣泡脈動引起的二次沖擊波強度約為首次沖擊波強度的10%～20%，但由于氣泡脈動通?？梢匝永m(xù)多個循環(huán)，持續(xù)時間遠大于首次沖擊波的持續(xù)時間，因此對外做功能力與首次沖擊波基本相當(dāng)，且氣泡脈動的低頻特性使其容易激起潛艇結(jié)構(gòu)的低頻振蕩，造成潛艇結(jié)構(gòu)整體破壞。

4 美國戰(zhàn)術(shù)核武器對潛攻擊的可能方式

縱觀美國上述三種戰(zhàn)術(shù)核武器，結(jié)合核爆炸及水下核爆炸毀傷機理分析，認為美國戰(zhàn)術(shù)核武器對潛攻擊的可能方式有兩種，即潛射+水面爆炸和空投+水下爆炸。之所以不選擇空爆方式，是因為空爆方式不利于核爆炸的沖擊波作用對水下潛艇產(chǎn)生毀傷。

4.1 潛射+水面爆炸

美國可用于水面爆炸對潛攻擊的戰(zhàn)術(shù)核武器包括W76-2和W80-4。目前，W76-2型核彈頭應(yīng)用已經(jīng)成熟。該型彈頭的發(fā)射載體為三叉戟Ⅱ-D5潛射彈道導(dǎo)彈，發(fā)射平臺為“俄亥俄”級戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇。W80-4型核彈頭尚處于遠期計劃中，其發(fā)射載體推測為再造的戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈，發(fā)射平臺為“俄亥俄”級巡航導(dǎo)彈核潛艇。二者發(fā)射平臺和發(fā)射載體的技術(shù)性能和可靠性都已得到充分驗證。就落點精度方面來說，W76-2型可達到CEP 90m的量級，而W80-4則可達到3m以內(nèi)，都足以打擊潛艇級別的點目標(biāo)。

由于彈頭不具備“鉆地”功能，二者的爆炸方式不可能為水下爆炸，而空爆方式又不利于核爆炸的沖擊波作用對水下潛艇產(chǎn)生毀傷。因此，W76-2和W80-4型核彈頭在對潛攻擊時的爆炸方式最有可能為水面爆炸，這樣可以最大限度地發(fā)揮核爆炸的沖擊波毀傷作用。

4.2 空投+水下爆炸

為了能從戰(zhàn)斗機和轟炸機上投擲打擊位于地下深處（最大100m）的目標(biāo)，美國對原B61進行改進設(shè)計，從而形成了B61-12核彈頭。作為具有“鉆地”能力的重力核炸彈，B61-12核彈頭顯然也可以實現(xiàn)水下爆炸。其投擲平臺包括F-15E、F-16C/D、F-35、B-1B、B-2A，B-52，B-21等眾多戰(zhàn)斗機和轟炸機，作戰(zhàn)使用靈活性高。其落點精度可達到5m以內(nèi)，足以打擊點目標(biāo)。水下爆炸方式產(chǎn)生的沖擊波對潛艇威脅極大，加上足夠高的落點精度，使得B61-12核彈頭能夠最大程度殺傷水下潛艇，其量產(chǎn)服役后極有可能成為美國利用戰(zhàn)術(shù)核武器實施對潛攻擊的主要武器。

5 毀傷效能初步計算

打擊效果指標(biāo)是衡量作戰(zhàn)行動效果的一個數(shù)量指標(biāo)。目標(biāo)類型不同，打擊效果的表示方法也不相同。戰(zhàn)術(shù)核武器對潛艇實施攻擊，可以將潛艇視為點目標(biāo)。導(dǎo)彈對點目標(biāo)打擊，以其對點目標(biāo)的毀傷概率值為其打擊效果指標(biāo)。

5.1 打擊固定點目標(biāo)時的毀傷效能

對點狀目標(biāo)打擊，導(dǎo)彈不一定直接落在點狀目標(biāo)上，只要落在以目標(biāo)為中心，以導(dǎo)彈的毀傷半徑為圓的區(qū)域內(nèi)，就可以達到對目標(biāo)的毀傷目的。所以，計算點狀目標(biāo)的命中概率時，實質(zhì)上就是計算導(dǎo)彈落在以目標(biāo)為中心，以毀傷半徑為圓的范圍內(nèi)的概率，則單枚導(dǎo)彈對點目標(biāo)的毀傷概率為

式中：p為命中1枚導(dǎo)彈對點目標(biāo)的毀傷概率；K=R毀傷/E；ρ=0.4768；R毀傷為導(dǎo)彈對目標(biāo)的毀傷半徑；E為導(dǎo)彈落點的概率偏差；E橫為導(dǎo)彈落點的橫向概率偏差；E縱為導(dǎo)彈落點的縱向概率偏差。

多枚導(dǎo)彈對點目標(biāo)的毀傷概率為

式中：N為發(fā)射導(dǎo)彈的數(shù)量。

分析式（1）可知，毀傷概率p主要取決于K值，即導(dǎo)彈對目標(biāo)的毀傷半徑R毀傷與導(dǎo)彈落點概率偏差E的比值。K值越大，則毀傷概率p越大；反之，K值越小，則p越小。進一步，由于R毀傷通常為一定值，則毀傷概率p主要取決于導(dǎo)彈落點概率偏差E。E值越大，則毀傷概率p越??；反之，E值越小，則p越大。

關(guān)于核爆炸對目標(biāo)的毀傷半徑，目前主要參考相應(yīng)的毀傷半徑表。

5.2 打擊水下潛艇時的毀傷效能

毀傷半徑表中并未給出核爆炸對水下潛艇的毀傷半徑，文獻中也未見相關(guān)研究。參考表中重型航空母艦一欄，結(jié)合前述關(guān)于攻擊方式的結(jié)論，選擇比高為0，查表得50kt TNT當(dāng)量對于航空母艦的毀傷半徑為0.7km。為得到千噸級TNT當(dāng)量的核武器對應(yīng)的毀傷半徑，利用多項式擬合預(yù)測方法，得到0.3kt、5kt和10kt對應(yīng)的毀傷半徑分別為535m、540m和550m。根據(jù)水下核爆炸毀傷機理，水中核爆炸所產(chǎn)生的破壞作用要比在空氣中爆炸強烈得多，且水中沖擊波隨距離增加時哀減相對較慢，因此核爆炸對水下潛艇的毀傷半徑應(yīng)偏大，后續(xù)計算時均取為600m。

根據(jù)前述分析，美國戰(zhàn)術(shù)核武器的落點精度已達百米甚至米級，遠遠小于其對水下潛艇的毀傷半徑。若水下潛艇位置已知且不機動，則根據(jù)式（1）計算的毀傷概率p幾近于1。具體結(jié)算結(jié)果見表2。

表2 美國戰(zhàn)術(shù)核武器對位置已知水下潛艇的毀傷概率

需要注意的是，上述計算是以水下潛艇位置已知且不機動為前提的。但水下潛艇與已知位置的固定點目標(biāo)具有兩方面差異：一是敵對我潛艇定位本身可能存在誤差，記為δ，單位為m；二是潛艇在水下可以機動，假設(shè)在敵對我潛艇進行最后定位到敵導(dǎo)彈到達我潛艇上方爆炸的時間段內(nèi)潛艇機動的距離，記為L，單位為m。

上述定位誤差和機動距離，實際上相當(dāng)于增大了戰(zhàn)術(shù)核武器的落點誤差，即導(dǎo)彈落點的概率偏差E。設(shè)導(dǎo)彈落點的概率偏差增大量為△E，并假設(shè)原導(dǎo)彈落點概率偏差為100m，則可計算相應(yīng)毀傷概率，見表3。

表3 美國戰(zhàn)術(shù)核武器對水下機動潛艇的毀傷概率

上述計算結(jié)果表明，增大實際落點概率偏差可有效降低美國戰(zhàn)術(shù)核武器對潛艇毀傷概率。

在美國戰(zhàn)術(shù)核武器自身落點偏差不變的前提下，要增大實際落點概率偏差，就要增大定位誤差δ和機動距離L。因此潛艇在應(yīng)對美國戰(zhàn)術(shù)核武器攻擊時，為降低敵戰(zhàn)術(shù)核武器對潛艇毀傷概率，一方面應(yīng)注意保持隱蔽性，采取一定的隱蔽性保持措施和水聲對抗手段，增大敵方對潛艇的定位誤差，另一方面在確知敵方將對潛艇實施戰(zhàn)術(shù)核武器攻擊時，應(yīng)采取高速機動，盡量增大機動距離，遠離敵戰(zhàn)術(shù)核武器瞄準(zhǔn)點。

6 結(jié)語

隨著美國戰(zhàn)術(shù)核武器的逐步發(fā)展成熟，美國將其用于特定戰(zhàn)術(shù)行動的意欲不容樂觀，用于攻擊潛艇的可能性也不容忽視。應(yīng)進一步深入研究美國戰(zhàn)術(shù)核武器攻擊潛艇的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)方面的理論問題，為科學(xué)合理有效地應(yīng)對提供理論支撐。