战略导弹发射井“密集部署”的秘密

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发射出井的MX 导弹,可见其发射井盖为平滑式

  美国媒体炒作的中国战略导弹发射井“密集部署”模式,究竟有什么的特点?真的是战略导弹防御的高招吗?这需要从“密集部署”模式的防御基本原理讲起。

战略导弹“密集部署”的防御原理


  美国为MX导弹拟定的密集加固地下井阵地部署方案,是把100枚MX导弹置于相互间隔仅550米的地下井内,每口井都加固至抗34.5MPa超压,井盖能经受住69MPa超压,密集地下井沿南北方向以长纵列形式排列在大约36平方千米区域内。这种“密集部署”方案通过来袭弹头的“自杀伤”、反导系统重点防御和加固发射井等措施,来提高井内导弹的生存性。
  弹头“自杀伤”
  “密集部署”的主要理论基础就是来袭弹头的“自杀伤”或“自相摧毁”效应,实际就是前一个核弹头爆炸产生的中子流、电磁脉冲、冲击波、热辐射和碎片等,能使随后打来的核弹头失效。对“密集部署”的MX导弹地下发射井群来说,攻击某一个发射井的弹头的爆炸,能破坏或摧毁攻击邻近发射井的弹头。要避免自相摧毁,每个来袭弹头必须在另一個弹头爆炸后几微秒的时间内爆炸,这是很难做到的。或是等前一个弹头的核爆炸效应消失后再进行第二轮攻击,但这要等15~60分钟。在这段时间里,生存下来的MX导弹可发射出去进行反击。弹头的互毁效应按时间顺序大体可分成3类:一是瞬时效应,从10微秒至几毫秒,包括中子通量、电磁脉冲、电磁辐射;二是近瞬时效应,从几毫秒至大约1分钟,包括冲击波、热辐射、火球和γ辐射;三是长期效应,从1分钟至20分钟,包括抛起的碎片、尘埃。
美国“民兵”导弹地下发射井及控制中心设计方案图

  集中反导
  “密集部署”带来的另一个优势,就是会迫使来袭弹头飞向集群目标的通道变窄,从而有利于反导系统进行集中防御。“密集部署”让数百个导弹井集中在26~39平方千米这样狭小的范围内,使敌方多枚进攻导弹的飞行路线最终在发射场上空汇成“漏斗”形,在这附近集中部署的多层导弹防御系统就可以达到事半功倍的效果。与“密集部署”配套的是计划在MX导弹阵地周围配置低空和高空反导系统。低空反导由“警卫”系统承担,它的拦截导弹发射井以方阵形式部署在MX导弹阵地附近;高空拦截来袭弹头的任务由“斯帕坦”导弹完成,其发射阵地配置在距MX导弹阵地较远的外层。“斯帕坦”导弹射程可达740千米,在远程雷达和机载光学探测系统的配合下,能在数百千米外的空间摧毁来袭弹头。
  发射井加固
  要产生来袭弹头的“自杀伤”效果,就必须迫使弹头在较近距离爆炸,这要求敌方对每个发射井至少分配1个弹头。而要让敌方不得不对每个发射井分配1个弹头,发射井就需要有足够的强度,否则1个弹头爆炸就可同时摧毁附近的多个发射井,因此加固发射井是产生自摧毁效果的基础。通常,破坏导弹发射井有两种方式。一种是核弹触地爆炸后产生极强的震动和应力波,直接对发射井的筒体产生撕裂。核爆时产生的地形变化也会使发射井倾斜沉降,或者让导弹受到震动而损坏。例如,1968年4月26日在美国内华达地下进行的当量为120万吨的“方形轿车”(Boxcar)核试验中,距离爆心6100米处的地表出现了最大垂直位移达1米的断层破裂。另一种是通过爆炸产生的超压,从垂直方向破坏发射井井口结构。爆炸时即使未能摧毁发射井,其产生的放射性物质也会损坏导弹,扬起的尘土可能会直接掩埋井口,空中的灰尘也会损害发射的导弹。如果核爆炸距离发射井较近,其产生的超压会垂直作用于井盖,使发射井结构受损甚至破坏弹体。早期的发射井抗压能力较低,如“大力神”的抗力为38.76千克/厘米2。经过1971~1979年耗资10亿美元的加固后,原本厚90厘米的井盖被加厚到115.4厘米(此时井盖重107吨)。“民兵”3的抗力可达140千克/厘米2,这足以抵御100万吨当量核弹头在366米外的触地爆炸。但随着战略导弹打击精度的提升,“民兵”3的140千克/厘米2的抗力也不够了。这是因为对摧毁发射井而言,精度提升10倍,摧毁能力就会提升100倍。根据理论计算,1个当量50万吨、可靠率80%、命中精度370米的弹头对“民兵”3的摧毁概率为29.7%,但如果当量不变,精度提升到185米时,摧毁概率就能增长到75.2%。出于对苏联高精度洲际导弹的担心,美开始研究进一步提高发射井强度的方案。在1981年的试验中,美国空军对外技术部和国防核武器局共同进行了超加固技术缩比模型的抗冲击试验,试验证明了可以在“民兵”3的基础上提升25倍,也就是3515千克/厘米2的抗力。但由于其成本过高且对岩层环境有较高要求,而成为“密集部署”的一个软肋。为此,在后续MX导弹沿用“民兵”3导弹发射井的方案中,发射井强度仍为140千克/厘米2,直到现在。
美国为“大力神”洲际导弹设计的地下发射井和控制中心结构图

  与“密集部署”方案中加固发射井类似的一个废弃方案是“扬尘防御”。这种设想是在发射井之间预先埋入核弹头,当对方弹头即将落地时起爆,掀起巨量的尘土直接屏蔽接近发射井的弹头,也可以增加发射井覆土,抗击空爆,同时爆炸产生的冲击波、火球和超强的瞬间辐照,对来袭弹头也有极强的毁伤能力。这不得不说是一种比较另类的发射井加固方案。

战略导弹“密集部署”的特点


  战略导弹“密集部署”模式可以说是对传统导弹部署方式的逆向思维结果,也是现代发射井建造和反导防御技术发展的必然结果。
  生存能力强,但技术有缺陷
  通常,地下井中部署的洲际导弹能在接到命令后30~120秒内完成发射起飞。地下井部署这个突出优点使其非常有利于发起首先核攻击,或在接到预警后发起快速核反击,在敌方核弹落地前完成发射,报复敌人。因此,冷战时苏美均将地下井部署的战略导弹作为发展重点,以期先发制人一举击败对手,而在冷战之后的核裁军中,又都将地下井导弹作为重点裁撤对象,规定各自只能保有500枚井基导弹且只能是单弹头。不过,固定部署方式最大的问题就是阵地坐标固定,易被侦察锁定。为解决这一问题,美国卡特政府曾计划采用“猜豆游戏”式的分散机动掩体方案,将200枚MX导弹部署在犹他和内华达两州4600个以道路相连的掩体内,导弹在各掩体间可不断机动。但这种部署方式占地太多,花费太高,因而遭到各方反对。
美国MX和“民兵”导弹采用平滑式发射井盖设计

  采用“密集部署”方式的技術背景,是当时苏联尚未掌握百万分之一秒内同时引爆弹头的技术。因此苏联发动核袭击,弹头在目标上空必须逐枚爆炸,而且前后相距需半小时以上,才能避免弹头间“自相摧毁”,或使制导系统产生偏差而降低命中精度。科研人员计算后发现,以当时苏联的技术,这种部署模式可以保存70%以上的MX导弹幸存。
  但这种前提是苏联在上世纪80年代的技术水平,而随着苏联导弹技术的提高,这种前提可能就不存在了。学术人员计算也发现,由于预警能力、警戒等级、最高当局核战决心等多方面因素,部署在发射井中的导弹一旦受到对方大当量的多次核突击,通常只有6%~10% 的导弹能够存活。而对方采用千万吨级的超大当量核弹发动攻击,仍然会出现1 枚核弹即摧毁几十个发射井、消灭几百枚核弹头的情况,这种情况下只可能有1% 的导弹能够发起反击,近乎于全军覆灭。事实也证明苏联技术人员当时也在研究打击此类部署方式的技术和战术。
  建设成本低,但技术门槛高
  “密集部署”方案被里根政府接受的一个重要原因就是其建设规模较小,占地较少,耗资也较少。当时美国国会估计,“密集部署”的费用虽然高达250亿美元,美国政府将要求本国人民每年为MX的短期或临时计划负担近50亿美元的费用,但比前任的方案仍缩小了数倍,再加上“自我摧毁”这个貌似科学的幌子,使“密集部署”方案毫无悬念的胜出。
美国洲际导弹发射井井盖机构,可见开启井盖的3根导轨

  需要指出的是,“密集部署”方案建设成本低是相对于里根前任卡特的掩体机动方案的对比结果,其实际建设的资金相对于以后斯考克罗夫特小组提出的“民兵”发射井再利用的方案仍要高很多,而且加固发射井的建造也有较高的技术门槛。为防止敌方1 个弹头就打掉多个紧密部署的发射井,因此需要大大加强发射井的抗压能力,这意味着发射井成本大幅提高。现代地下井发射的导弹主要采用热发射或冷发射技术,对发射井的结构及附加设施的技术要求很高。热发射技术需要修建复杂的导流槽以便在导弹发射时排放导弹的尾焰,如稍有偏差导弹就会在井内爆炸。冷发射则要求在发射井中建立配套的燃气弹射系统,技术要求也很复杂。由于导弹发射井都采用昂贵的抗核加固设计,不仅发射井自身要加固,还要对周边大面积地基进行强化加固(近地空爆的核弹会炸出一个直径超过百米的大坑),这极大地增加了发射井的工艺难度和成本。通常,美国导弹发射井抗核加固措施主要有:增大井筒和井盖钢筋混凝土的强度和厚度,以加强对冲击波超压的防护;将导弹弹性悬吊在井内,将整个发射控制设备室放在减震平台上,将应急发电机和电池组悬挂在发射控制设备室的减震平台下面,以加强对地震波的防护;内井壁采用钢板进行整体屏蔽,发射井可靠接地,加固电路,选用加固的电子元件,设置高灵敏度电磁脉冲检测器和传感器,在强电磁脉冲到来之前瞬时断开关键电路进行防护;在井盖边沿设置碎片收集器,用来清除核爆炸后沉积在井盖上的碎片等,以加强对弹坑效应的防护。这些使“密集部署”的发射井加固成本和技术难度大幅上升。例如,美国早期的战略导弹成本在300~500万美元左右,其同期的加固型发射井造价也超过数百万美元,两者相差无几。而为了应对现代大威力核弹头的威胁,发射井加固能力和需要的资金水平更是水涨船高。是通过加固发射井来提高反击能力,还是花几乎同样的钱来增加导弹数量提高反击能力,这成为了新的争论焦点。
美国为MX导弹设计的地下发射井接收导弹的方案图
美国正在建设的洲际导弹发射井
正在填埋洲际导弹发射井
  维护更便捷,但方案配套难
  采用“密集部署”的另一个显著优势就是,发射井系统的日常维护更加便捷,资金和人力成本也更低。这与以往的部署方式有很大差别。例如,MX导弹之前的美国“民兵”1导弹地下井为简易井,尾焰直接从导弹周围排出。地下井是钢筋混凝土结构,直径3.66米,深25米,上部为两层环形设备室,装有防震地板。井盖厚1.22米,重85吨,在发射前12~15秒打开。相邻发射井距离约为9~16千米,井与发射控制中心之间至少相距5.5千米,这使1个核弹头不能同时摧毁两口井。地下井的后勤供应室内有环境控制系统,保证井内温度为24℃左右,相对湿度不大于60%。另外还有一组备用柴油发电机。发射控制中心对发射井中的导弹战备状态进行连续监测,这需借助两者之间可靠的通信系统来完成,一条无线电线路和一条电缆线路提供双重数据通道。各种指令和询问信息都由发射控制中心的相应控制台控制。为了确保可靠地指挥通信,绝对防止未经授权的发射,发射控制网中安装了保险装置。每个发射控制中心都设有1组10个安全开关,每个开关控制1枚导弹。由于发射井之间距离较大,发射场的警卫、维护和控制,不但需要大量设备和人力,而且需要大量资金进行维护。如果这些发射井分布在较小的区域内,不但减少了建设成本,而且警卫和保障设备都可就近部署和使用,大大减少了维护费用。
  从“密集部署”的原理可以看出,这种方式之所以可以保证发射井有较高生存性,并不是单纯依靠“自我摧毁”效应,而是结合了部署在发射场周围的多层弹道导弹防御系统和加固发射井等措施。这对当时的美国政府来说无论是所需资金还是技术,都是另外一个高难度的问题。
美国正在建设的洲际导弹发射井,可见其发射管已在地面预制好,然后再放入地下井中
美国正在建设的洲际导弹发射控制中心,作为发射控制室的钢制方舱已经预先放置在地下,然后覆土掩盖

  防御效率高,但易战略失稳
  应该说“密集部署”中的三项防御措施相结合后的效率较高。例如,其利用大量聚集的目标将来自多个方向的攻击弹头最终汇集到了一个狭长的通道内,当它们击中MX 导弹基地时,不但爆炸所产生的高温和强辐射将摧毁那些接踵而来汇聚到“漏斗”底部的进攻弹头,使进攻弹头自相摧毁,而且在这个狭长通道周边“守株待兔”的高低空导弹防御系统还可以依次拦截和摧毁来袭弹头。需要指出的是,“密集部署”仰仗的反弹道导弹系统不符合美俄此前签署的反弹道导弹条约的基本思想,同时也违反了第一、第二次限制战略武器会谈协议。这将刺激苏联方面要求重新谈判或者废除1972年的反弹道导弹条约。苏联也可能因此建造自己的弹道导弹防御系统来应对,这将挑起两个超级大国之间新的军备竞赛,从而破坏当时已对美国有利的战略稳定态势。此外,建造100个新的地下井本身就违反了第一、第二次限制战略武器会谈协议,协议明确规定禁止建造任何更多的“固定”洲际弹道导弹发射装置(或地下井)。为了绕开这种禁止增建的规定,美国把装入弹筒的MX导弹硬说成是机动系统,这种自欺欺人的说法当然无法蒙骗苏联,最终将引起反弹,从而造成战略失稳。

战略导弹“密集部署”的对策


  在“密集部署”方案提出伊始就有很多反对者,甚至参谋长联席会议的5个成员中就有3个人持反对态度。实际上对于美国的“密集部署”,苏联和美国科研人员都曾在理论上论证过多种应对方式。
  大当量近地爆
  科研人员以苏联当时装备的SS-19“匕首”和SS-18“撒旦”采用的50万吨当量的弹头和500万吨当量的弹头为例计算,发现这些弹头都无法对拟议中的MX导弹加固发射井造成实质性破坏,而最适合进攻密集地下井目标的弹头为近地爆炸的2500万吨当量弹头,达到34.5兆帕超压的毁伤半径约为790米。按照美国密集井间隔550米计算,如果把最不利的瞄准点选择在4口井为顶角的矩形区域中心,则1个弹头可以摧毁4口发射井。而如果以发射场中心任意发射井为瞄准点,则1个2500万吨当量弹头能摧毁7~8口井。而且,大部分不精确命中的弹头同精确命中的弹头一样,也能摧毁8口井。为避免或减少互毁效应,对密集地下井阵地的攻击必须在瞬时效应发生之前或长期效应衰减之后同时引爆所有来袭弹头。前者可利用计时器在1秒以内引爆所有弹头来实现,后者则需安排两波次进攻。为提高摧毁概率,可以合理规划分配弹头数。
  软着陆齐爆
  用软着陆弹头进攻,着陆时不受损坏,着陆后所有弹头在1秒内引爆,以免互毁。这种弹头软着陆方式类似载人飞船返回地面返回舱,其可以利用大型降落伞配合反推火箭,实现核弹头的软着陆,然后定时一块儿起爆。最适合这种地爆方式的仍是2500万吨当量弹头。
  精确触地爆
  当弹头命中精度较低时,对发射井的加固能显著提升其生存能力,可是一旦精度得到了提升,再加固发射井的意义就不大了。这也是“发射井生存能力极低”观点的早期由来。随着制导技术的提高,洲际导弹已经具备对点目标的精确打击,在这种情况下即使采用SS-18导弹较为标准的25万吨或50万吨当量弹头,也可以严重破坏发射井。基于此认识,苏联在20世纪70年代就把SS-18导弹发射井的抗力提高到了422千克/厘米2,约为“民兵”3的3倍,这提升的发射井的生存能力还是非常可观的。根据计算,1个100万吨当量、可靠率80%、命中精度185米的弹头对SS-18发射井的毁伤概率下降到了22%。反过来,苏联以55万吨当量弹头进行模拟时,单弹头触地爆对“民兵”3的毁伤概率为77%,对加固的MX发射井摧毁概率也在50%以上,如果用2~3个弹头打击1口发射井,则可将摧毁概率提高到85%以上。理论计算表明,即使发射井采用了超加固技术建造,使用“战斧”导弹搭载20万吨弹头,以30米(CEP)精度命中,能确保高达90%的毁伤概率。可见,提高命中精度对打击发射井至关重要。
美国马姆斯特罗姆空军基地建成的“民兵”导弹发射井阵地外观

  钻地深爆
  这是专门打击地下坚固目标的方式,冷战中美苏都曾有类似的计划,即利用弹头再入时的较高速度和较大质量,加上专门开发的坚固钻地头锥,将核装置送入发射井或周边地下一定深度起爆,利用地震波挤压和撕裂发射井设施。这种地震波对钢筋混凝土加固的发射井的切断摧毁效果更好。为了对抗这种破坏方式,需要将发射井抗力加固到“民兵”3发射井的25倍以上,也就是3515千克/厘米2。这无论是在资金上还是技术上,几乎都是不可能的。
  波次打击
  以上应对方法基本都是针对MX导弹加固型發射井的,而对于“自相摧毁”效应,除了前面提到的齐爆之外就是波次打击,这两者也可以结合起来使用。在多波次攻击方式中,相邻两波次进攻的时间间隔可以是20分钟(第1波次进攻为近地爆炸)或10分钟(第1波次进攻为爆高大于2400米的空中爆炸)。科研人员计算发现,针对美国的MX密集部署方案,可以用33个2500万吨弹头,瞄准11个目标,分两波次进攻,即能摧毁大部分MX导弹密集发射井。
  高空核爆封锁
  美科研人员设想,苏联可能按每分钟1个的速度向MX导弹发射场数十千米的高空发射一系列小当量弹头,发射时间持续数小时。这样任何一枚从发射井发射升空后,试图通过发射场上空的美国导弹都将被摧毁。这种先发制人的高空攻击可以封锁美国的导弹发射场。在这种保护屏障下,苏联可能按细致计算确定的时间顺序在地下井群周边数百米范围内引爆多枚的大当量核弹头,在较短时间内就可以分批摧毁全部100枚MX导弹。
  可见,世界上有矛就会有盾,即使现在没有将来也会有。
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