“資本主義炸彈”

尹瑞濤

“諾頓灣”號驅逐艦是美軍功勛卓菩的導彈試驗艦

對輻射反導的探索

20世紀50年代后期，蘇聯成功發射了洲際彈道導彈和第一顆人造衛星“斯普特尼克1號”，這表明其擁有了把核武器投擲到美國本土的更有效的運載工具，這不僅大大提高了蘇聯的世界地位，而且也對美國構成了嚴重的核威懾。美國將這視為“在一場比珍珠港事件更重要、更偉大的戰爭中失敗了”。于是，美國在此后進行了多次高空核試驗，以研究核爆炸產生的射線對導彈的影響，研究反彈道導彈問題以及研究并解決核彈頭的突防問題。1958年8月27日至9月6日，美國在南非開普敦市西南1800千米的南大西洋海域進行了“阿爾戈斯行動”系列核試驗，該試驗由勞倫斯輻射實驗室主導，具體由美軍TF-88特混艦隊（該艦隊由9艘軍艦組成）在絕密狀態下實施?！鞍柛晁剐袆印惫策M行了三次核試驗，8月27日、8月30日和9月6日，美軍從“諾頓灣”號驅逐艦（舷號：AVM-1）上先后發射了三枚改裝的X-17A導彈，該導彈由洛克希德公司制造，為三級導彈，長13.1米，直徑2.31米，導彈各自搭載一枚當量為1700噸TNT的W-25核彈頭（重98.9千克，長0.655米，寬0.442米，由洛斯·阿拉莫斯國家實驗室研制），分別在170千米、309千米、794千米的超高空引爆。核彈在高空爆炸后釋放出巨量的×射線和β射線影響地球大氣層，在數百英里內造成短時間的帶電粒子雨，形成了“范·阿倫輻射帶”。這些帶電粒子在地球磁場中運動時，會造成能量巨大的電磁脈沖，在任何導體內造成巨大的電流，以此來損傷甚至摧毀洲際彈道導彈中的電路，使導彈的引爆系統與制導系統失靈。此外，輻射帶也能影響電波與雷達的傳輸，對近地軌道的航天器也有一定威脅。這些核試驗證實了核爆炸所產生的能量輻射、塵埃擴散、自由電子和裂變產物的輻射對于導彈、衛星及其電子元件具有強大的破壞能力。

中子彈反導

在反導方面，中子彈也有著獨特優勢，它是極好的反導攔截手段。理想的反導彈核武器應能在本國邊界附近的高空摧毀敵人發射來的導彈核武器，而對自己國土上的建筑設施和人民生命財產基本上不產生破壞與殺傷作用。這就要求反導彈核武器的沖擊波和熱輻射的破壞作用很小并且產生的放射性沉降物也很少。只有中子彈才能做到這一點。1958年夏天，美國在太平洋約翰斯頓島進行的高空核試驗中曾研究過用中子輻射破壞彈頭是否比用反彈道導彈的熱效應更加有效，結果證明確實有效。由于中、高空的空氣密度小，空氣極為稀薄，對中子的衰減能力減弱，中子可以傳播到相當遠的距離，故中子彈反導的毀傷距離很大。中子彈在高空爆炸既能摧毀導彈的核彈頭又能對導彈的電子元器件和線路造成損傷。

中子彈產生的高能中子對來襲核彈頭的破壞作用主要體現在以下兩方面。

一是引起來襲導彈內核裝置過早點火。由于原子彈的威力與核材料的臨界度是成正比的，而臨界度又是強烈依賴于時間的變量，所以中子點火必須適時，以確保在臨界度基本達到最大值時釋放出大量的中子。過早或過遲點火都會使扳機的威力下降，而如果威力下降到一定程度就可能引爆不了氫彈，造成核爆的失敗。中子彈發射出來的密集“中子雨”可以穿透導彈的外殼，射入來襲導彈的核材料中，使核彈頭中的核炸藥發生“過早點火”提前裂變。所謂“過早點火”是指來襲彈頭的核材料在未被壓縮得很好時，即超臨界度不大時，由于反導核爆射進去的過量的瞬發中子和緩發中子的作用，使來襲核裝置過早裂變，核裂變不能在最佳時間進行，導致當量大大下降，近乎“啞彈”，造成很強失效，從而使進攻失敗。

從“諾頓灣”號驅逐艦甲板上發射的X-17A導彈

“范·阿倫輻射帶”對導彈的影響示意圖

二是中子引起核材料熔化或變形從而使核武器失靈。中子打到來襲彈頭的活性區，由于引起裂變和其本身所攜帶的大量能量，可使活性區的溫度升高很多，從而使核材料熔化，致使彈頭不能爆炸。據估計，一枚2 000噸TNT當量的中子彈爆炸后在500米處的中子注量達8×10¹⁴中子/厘米²，可使約4×10¹³個原子核發生裂變，并能產生350℃的高溫而使核裝料變形。

中子可以穿過導彈殼體，直接作用在導彈內的電子元件、電子線路、電纜網、慣性器件、金屬材料及油料等部件上，使它們承受很強的電磁場和大量的粒子輻射，造成輻照損傷。輕則使其電參數或物理性能變壞，重則造成永久性損傷，甚至導致制導系統失靈，從而使導彈失去控制，導致導彈飛行失常。對于未加固的導彈系統，中子對它的破壞半徑約為幾十千米，例如，美國1980年要求非工作狀態的電子系統達到的輻射容限為中子通量10¹⁴個中子/厘米²。據估計，一枚2000噸TNT當量的中子彈爆炸后在500米處的中子注量可達8×10¹⁴個中子/厘米²，電子元件受到這么大的中子注量照射會引起性能改變，甚至是永久性破壞。

高能中子（快中子）是與質子質量接近的粒子，但沒有電荷，大部分快中子是在1微秒的裂變過程中釋放出來的。當中子撞擊到一種材料上時，中子就像高速彈丸一樣引起材料內部結構的物理位錯，通常能產生永久損傷，尤其是在半導體中，半導體器件的有效工作依賴于已有的有序的晶體點陣結構。照射到半導體器件上的中子，將與靶材料原子產生彈性散射或非彈性散射等作用而使其離開晶格位置，在半導體內產生永久性損傷。中子造成導彈上電子元器件永久損傷的機制是中子與原子核作用會形成反沖核，因而導致出現了下列效應：（1）在晶格結構中產生大量晶格空穴，一個高能中子能置換出幾千個原子核;（2）產生空隙原子，即停在晶體晶格中正常原子位置之間空隙中的位移原子，引起晶體晶格結構的畸變。中子與晶體中的原子發生碰撞，通過碰撞，晶體原子得到能量。當得到的能量大于位移所需要的能量（對于大多數材料約為25eV），品格原子就可以離開原來平衡位置進入填隙，在晶體中產生空穴與填隙原子，產生“位移效應”：（3）形成所謂的“熱釘子”，即快中子在非常小的體積中損耗其大部分能量，形成小范圍的高溫，這個“釘子”將包括5000-10000個原子，并且在10^-4微秒左右的時間內達到1200℃的高溫;（4）中子被某些核素俘獲后形成復合核，并處于激發態。當激發能量超過原子核的最小結合能時，原子核就會發射別的粒子，如質子、α粒子或β射線，產生感生放射性，經過蛻變產生了新元素，結果等于在晶體晶格中引入了“雜質”原子造成缺陷：（5）對于含氫化合物，中子打擊分子結構中的氫核，從而導致材料中產生氫氣。

反導示意圖，左邊為來襲導彈，右邊為反導導彈及雷達設施

左邊為“斯普林特”導彈，右邊為“斯帕坦”導彈

“斯普林特”導彈

為了保衛美國的洲際導彈發射基地，防御蘇聯對美國洲際導彈基地發起“先發制人的攻擊”，保證這些基地能夠有效完成核反擊任務，美國開發了“衛兵”反導系統，它是美國唯一部署過的反彈道導彈系統，位于北達科他州大福克斯反導基地?！靶l兵”系統于1969年8月起動工建造，1975年10月工程完工，基地配備1部遠程搜索雷達，1部導彈陣地雷達和4個遙控發射場。遙控發射場包括地下控制室和導彈圓筒形垂直發射井，共部署70枚“斯普林特”導彈和30枚“斯帕坦”導彈?！八古撂埂焙汀八蛊樟痔亍眱煞N攔截彈分別負責大氣層外高層攔截和大氣層內低空攔截。如果“斯帕坦”攔截失敗，射程較近的“斯普林特”導彈將在大氣層內進行第二次攔截。以今天的術語來說，兩種導彈分別負責中段攔截與末端攔截。

“斯普林特”導彈（SPRINT）名稱來源于“固體推進劑火箭攔截器”（Solid Propellant Rocket INTerceptor）的縮寫，它是美軍開發的一種低空攔截近程反導導彈，對付目標為洲際彈道導彈再入大氣層的核彈頭?！八蛊樟痔亍睂楉椖吭从?959年的一項研究，當時需要一種能快速反應攔截再入段彈頭的點防御反彈道導彈，特別是攔截?；l射的彈道導彈或突破高層防御系統的再入段彈頭。初期的基礎研究持續了3年，在相控陣雷達、實用防燒蝕罩等相關技術成熟后，終極防御導彈被證明在技術上是可行的。當時道格拉斯公司研制的“奈基-X”反導系統存在著不能分辨真假目標、也不能對付分導多彈頭和機動目標的問題，而蘇聯的洲際導彈突防技術不斷提高，所以需要引入低空攔截導彈。美國通過“防御者”計劃的研究，提出大氣過濾識別真假彈頭的有效方法。當時導彈主要靠施放大量雷達輕誘餌和假目標來突防，反導雷達將很難在目標云中識別出真彈頭，但進入大氣層后，由于阻力大、重量輕，那些誘餌和假目標落在后面，從而能識別出來。為了充分利用大氣過濾，將攔截高度降低勢在必行，于是美國陸軍在1961年把“低空防御”概念引入反導系統，決定研制第一代低空攔截導彈“斯普林特”。1962年11月，陸軍向道格拉斯飛機公司、馬丁·馬麗埃塔公司和北美航空公司哥倫布分公司進行招標，通過對這3家公司方案的比較，決定由馬丁·馬麗埃塔公司奧蘭多分公司研究“斯普林特”導彈方案。1963年3月，陸軍正式選定馬丁·馬麗埃塔公司為主承包商，同年5月波音公司開始研制高加速助推器。

“斯普林特”攔截彈粗大的第一級提供足夠強大的動力

運輸車上的“斯普林特”導彈

“斯普林特”導彈重3500千克，彈長8.2米，其中一級長3.2米，二級長5米。彈體呈圓錐形，由兩個錐度不同的錐體組成，其外壁就是導彈的光滑圓外表面。這種錐形彈體曾一度非常流行，比如蘇聯的53T6攔截彈也采用了類似的設計。導彈最大彈徑1.37米，作戰半徑最大48千米，最小32千米;作戰高度最大30千米，最小為15千米：殺傷概率為75%;制導方式為無線電指令制導;發射方式為地下井垂直發射;動力裝置為兩級固體火箭發動機，命中精度為24-27米。由于洲際導彈末端飛行速度在7000米/秒左右，攔截窗口很短，因此“斯普林特”反導導彈的反應時間非常短，其末端速度可達12馬赫，進行攔截所需的飛行時間預期不超過15秒。

“斯普林特”導彈陣地雷達的內部配置圖

“斯普林特”導彈的導彈陣地雷達（右）及發電站（左）

環形搜索雷達

環形搜索雷達的橫截面透視圖，整個陣面由24個子陣列構成

“斯普林特”導彈的第一級采用流體二次噴射的推力矢量控制系統，使用流體注入噴氣舵進行控制，故第一級無氣動控制面。第二級采用4片小型可動控制面，位于第二級的后部。第一級發動機為“赫爾克斯”X-265固體燃料火箭發動機，裝藥質量為2020千克，推力2998千牛，工作時間為1.2秒。第二級發動機為“赫爾克斯”X-271固體燃料火箭發動機，裝藥質量為420千克。兩級發動機的推進劑均為高燃速、高級固體推進劑。導彈的機動飛行能力依賴于它的基本氣動外形和控制系統，在第二級發動機和彈頭之間裝有制導與控制裝置。由于導彈飛行的速度極高，在氣動加熱作用下，“斯普林特”極高的加速度使得表面溫度急劇升高，產生3400℃的高溫，導彈發射后的第一秒彈頭就已被燒紅，因此需要一個十分復雜的防燒蝕層。由于表面溫度超過了乙炔火炬的溫度，導彈的第二級即使在白天也閃耀著奪目的光芒。嚴重的熱狀態也造成導彈表面附近的振動層流成為部分電離的等離子體。

“斯普林特”導彈上的機電和電子設備都采用了抗震設計，以應對飛行中的極端震動、抖動以及加速環境。此外，為承受劇烈壓力和核彈頭爆炸時產生的電磁脈沖，導彈也進行了加固?！八蛊樟痔亍睂棙O其堅固，其結構設計可經得住25000G的振動，這意味著在核爆炸附近或核爆炸引起的沖擊波中，導彈仍然可控。

“斯普林特”導彈系統的探測與跟蹤系統通常由環形搜索雷達（PAR）、導彈陣地雷達（MSR）、數據處理系統、指令系統和相應的顯示、通信設備組成。導彈陣地雷達位于北達科他州尼科馬市，雷達地上部分高24米，地下部分深13.1米，外形近似金字塔，能夠掃描可能從各個方向襲來的導彈的蹤跡，可以分辨來襲彈頭，選擇目標，精確跟蹤敵方彈頭并引導己方反導導彈攔截目標。由于考慮到敵人對反導陣地打擊的問題，因此采取了抗核加固措施，采用了1.2米厚的混凝土墻。該雷達為一款S波段的無源相控陣雷達，采用直徑為4米的圓形天線，它的最大探測距離達到了1280千米。該雷達設施屬于“斯坦利·R·麥克森防衛綜合體”的一部分。40千米之外，配備有環形搜索雷達，它是一座高達39米的大樓，基座寬61米，巨大的八角形陣面裝在一個39.6米左右的巨大基座中，天線最寬處大約為30米。這款雷達仍是相控陣體制，工作在UHF波段，整個陣面有6888個T/R組件，它的最大搜索距離達到了3300千米，這款強大的雷達同樣采取了抗核加固，基座厚度達到了3.35米。其作用為對目標進行搜索、發現和初步跟蹤，確定軌道和攔截點，提供早期預警，為導彈陣地雷達提供支持，其方向面向北方，以防范蘇聯的導彈襲擊。導彈陣地雷達和環形搜索雷達可對多目標（上百個）進行跟蹤，引導20枚導彈攔截目標。

發射井中的“斯普林特”導彈

“斯普林特”導彈平時貯存于圓筒形垂直發射井內，采用地下井氣體彈射方式發射。井直徑為2.7米，深9.3米。井中間安放導彈發射管，直徑為1.53米，長3.67米。發射管底部為活塞，其下為燃氣發生器。當高速相控陣導彈陣地雷達（MSR）測得目標數據后，通過數據處理系統預測目標彈道及落點、計算射擊諸元、分配火力單元并進行引導計算、給出導彈發射指令。接到發射命令后，燃氣發生器點火，將高壓燃氣噴到活塞下部的小腔室中，在其推動下，活塞及導彈迅速上升，導彈頂破井口處的薄膜。當活塞上升的距離為3.05米時，其上升加速度達到最大值。當活塞在井口停止工作和導彈分離時可使導彈獲得640-720千米/小時的初速，但也有報道說剛離開發射井就已達到了超音速。隨后，當導彈剛離開發射井口時，助推器開始點火（與燃氣發生器的點火前后間隔約0.5秒）。約2秒后第一級脫落，主發動機開始工作。根據導彈陣地雷達指令，導彈進行軌跡校正，待進入殺傷范圍時，由導彈陣地雷達發出引信解鎖、戰斗部起爆指令，并通過核爆炸殺傷目標，整個飛行時間約為6.5秒。

“斯普林特”導彈發射井剖面圖

“斯普林特”導彈發射場景

“斯普林特”導彈通過冷發射被彈射到空中后，火箭發動機啟動，導彈的過載很快超過100g。該導彈擁有非常高的加速度，這點在末端攔截時非常重要，在發射后5秒內導彈的速度就可達到10馬赫以上，這一極大的加速度相當于一輛汽車在0.3米的距離上由靜止加速到80千米/小時。當第一級火箭發動機點燃后1秒，導彈就已經離開發射地點1600米?！八蛊樟痔亍睂椡ㄟ^地面控制站進行無線電指令制導，地面站通過高速相控陣雷達來跟蹤來襲洲際彈道導彈的再入載具。上行指令信號必須能夠通過導彈外的噴焰和等離子體屏障，這是通過極高的導彈陣地雷達功率來實現的，導彈陣地雷達的工作功率大于1MW，峰值功率達12MW。

W66中子彈

“斯普林特”導彈裝備一枚W66型增強輻射熱核戰斗部（中子彈），該戰斗部專門為在大氣層內攔截而設計，由洛斯·阿拉莫斯國家實驗室研制。W66是美軍開發的第一種中子彈，其理論研究開始于科恩在1958年的中子彈探索。為給“斯普林特”導彈配備中子彈戰斗部，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室和洛斯·阿拉莫斯國家實驗室兩家進行競爭，兩者分別負責W65和W66核彈頭，1965年10月進入了第三階段的測試環節，但1968年11月W65被取消。60年代末在內華達州核試驗場進行了地下核試驗，但其批量生產技術的研究工作直到1972年1月才開始。1974年6月制造出第一枚W66核彈頭。該核彈頭長0.89米，直徑457毫米，重68千克，爆炸威力為1000噸TNT，殺傷半徑為400米。W66核彈頭在15000-30 000米高度由地面指令引爆，其爆炸產生的能量以中子居多，主要通過高能中子流來殺傷目標，對電子設備有強大的破壞作用。此外它還能通過核爆炸產生的沖擊波以及少量的×射線來實現對再入段目標的破壞。由于“斯普林特”導彈不論是射程還是射高都有限，因此爆炸產生的中子流對己方也有影響，所以曾引起許多爭議。W66在1974年6月到1975年3月間制造了70枚，但它僅僅服役了幾個月就于1975年8月退役，而在1985年徹底退出儲存狀態。

試驗與服役

“斯普林特”導彈的部分組件測試開始于1964年初，在“Squirt”實驗導彈上測試了推進技術。整枚導彈的飛行試驗工作從1965年3月開始，試驗場地包括白沙導彈試驗場和太平洋夸賈林環礁靶場，兩地分別進行了42次和34次發射試驗。整個試驗包括兩個階段：第一階段為導彈飛行試驗階段，從1965年3月到1970年12月，包括在白沙導彈試驗場試驗早期發展型和爾后在夸賈林環礁進行的系統和實用性的試驗。這期間總共試驗了10枚彈，分兩批進行，第一批的4枚彈主要測試導彈的結構和推進系統。第二批加上第二級，測試制導和控制系統。其余3年的時間用于對導彈進行閉合回路試驗。1967年10月，“斯普林特”導彈對模擬目標進行了攔截試驗，至1970年8月共進行了42次試驗，其中23次成功，10次失敗，其余9次部分成功。在夸賈林環礁試驗場，梅克島發射陣地上配有一個單相控陣導彈陣地雷達，但是在作戰情況下“斯普林特”也能從不配備導彈陣地雷達的地點發射。第二階段，1970年8月至1974年8月為“衛兵”系統實用性攔截試驗階段，在此期間，“斯普林特”導彈共進行了50多次單發、齊發以及攔截各種目標的試驗，大部分都是成功的。幾個標志性攔截試驗如下。

夸賈林環礁上試射前的“斯普林特”導彈

白沙導彈靶場的“斯普林特”導彈正在做發射前的準備

1970年12月23日，在夸賈林環礁試驗場上空第一次成功進行了低空攔截試驗，攔截了一枚從加利福尼亞州范登堡空軍基地發射的洲際導彈的再入彈頭。范登堡空軍基地距離夸賈林環礁試驗場約7700千米。試驗中的攔截導彈和目標均未裝核彈頭，通過地面測量證明制導精度符合要求，足以摧毀來襲彈頭。

1971年3月17日，美軍首次用2枚“斯普林特”齊射，攔截了一枚從范登堡空軍基地發射的“民兵”Ⅰ導彈的彈頭。兩枚“斯普林特”導彈FLA-49和FLA-50自梅克島（位于夸賈林環礁東側邊緣）以不到一秒的間隔相繼發射，第一枚導彈在距離攔截點約27米處（地面投影點）攔截了目標。

1971年5月7日，“斯普林特”導彈試驗了攔截?；揠H導彈的能力。它攔截了一枚“觀察島”號實驗艦發射的“北極星”潛射洲際彈道導彈。同年11月，首次成功攔截了隱藏在許多誘餌中的真實彈頭，主要試驗識別能力。

1972年5月，“斯普林特”導彈試驗了攔截多彈頭的能力。

“斯普林特”導彈從1963年開始研制，到1970年12月開始進行攔截試驗，歷時7年半，生產承包經費和研制經費達7.8億美元。美國共生產了150枚“斯普林特”導彈（包括試驗型）用于飛行測試和戰備部署，其中70枚配備了W66核彈頭。按照原計劃，“衛兵”系統應部署在密蘇里州的懷特曼空軍基地、蒙大拿州的馬爾姆斯特羅姆空軍基地和北達科他州的大?？怂箍哲娀兀员Ｐl美國的“民兵”洲際彈道導彈基地。1972年5月，美蘇簽訂了《美國和蘇聯之間關于限制反彈道導彈系統的條約》，條約規定雙方都可以建設兩個反導系統，一個建在以首都為中心的150千米半徑圓圈內，另一個建在包含洲際彈道導彈發射場的150千米半徑圓圈內。每個發射場都只許部署不超過100枚反導攔截器和若干部配套的雷達和計算機等設備。試驗靶場所需的設備則不受這項規定的限制。1974年兩國又簽署了這個條約的一項議定書，規定雙方都只保留已建的一個反導系統，另外還沒建的一個就不建了，即蘇聯只保留莫斯科的反導系統，而美國只保留導彈發射場的那一個。條約還規定雙方都不得從事?；?、空基、天基或移動陸基的反導系統的開發、試驗或部署。

“斯普林特”導彈在夸賈林環礁雙發齊射的壯觀場景

“斯普林特”導彈發射后的彈道軌跡

“衛兵”系統陣地布防圖，圖片上部為導彈陣地雷達，下部為30枚“斯帕坦”導彈和16枚“斯普林特”導彈

1975年，美國建成了配備70枚“斯普林特”導彈與30枚“斯帕坦”高空攔截彈的“衛兵”系統，部署于北達科他州的大?？怂箍哲娀兀到y代號為“斯坦利·R·麥克森防衛綜合體”。該綜合體的總預算經費達60億美元，而金字塔只是這個基地的一部分。這座龐然大物采用最堅硬、最密集的鋼材建造，隸屬于美國防空司令部，以金字塔整個基地為核心，設有當時最先進的雷達，足以掃描所有威脅美國境內的可疑空中物體。除此之外，金字塔本身設置有地下發射臺，配備30枚“斯帕坦”攔截導彈和16枚“斯普林特”反導導彈，整個金字塔周邊共配備49枚“斯帕坦”攔截導彈及70枚“斯普林特”反導導彈。利用“斯普林特”導彈進行末端防御要求其能抵近攔截。為盡量縮短發射與攔截之間的時間，它的發射陣地分布在很大的地理區域范圍內。除了綜合體，周圍還有四個發射陣地，彼此間隔為16-32千米，分別有12枚、12枚、16枚、14枚“斯普林特”導彈。1975年4月1日，反導系統具備了部分作戰能力，配備了28枚“斯普林特”導彈與8枚“斯帕坦”導彈。同年10月1日，該系統開始進入戰備狀態。由于“衛兵”系統只部署了一個地點，其防衛效果十分有限，一旦蘇聯發射大量多彈頭導彈襲擊，該系統的攔截能力很容易飽和，而且固定的反導雷達容易遭到攻擊，暴露的雷達天線不太堅固，在核爆炸下很難保全。另外，其維護保養的開銷巨大，效費比太低。于是，在正式服役的第二天，美國國會就決定撤銷“衛兵”系統。11月，國會通過了一項法案，要求環形搜索雷達繼續服役，導彈陣地雷達關閉，反導導彈也要拆除。1976年2月10日，美國國防部正式宣布“衛兵”系統封閉。