地球的核武时代,中国核弹的五个成就:第一梯队,中美之间掰手腕

1964年10月16日,我国第一颗原子弹在新疆罗布泊爆炸成功。50年过去了,我国核武器研制取得了巨大进步,为我国大国地位打下了坚定的基石。回顾我国核武器50年来的发展,其中一些成就就是放在世界范围内来说,也光彩耀人。

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我国首颗原子弹爆炸画面

50年前,1964年10月16日下午3时,我国第一颗原子弹在新疆罗布泊爆炸成功。拥有原子弹,对于我国这个刚刚经历惨烈的抗日战争和抗美援朝,此后又长期受到超级大国核讹诈的国家有着异乎寻常的意义。罗布泊上的一声巨响震惊了世界,振奋了我们的民族精神,有力地保卫了国家安全,并为我国的大国地位打下最坚硬的基石。

从1958年毛主席决策发展"两弹一星"到首颗原子弹爆炸成功,我国花费了6年时间,随后实用化的原子弹、两弹结合试验、氢弹、人造卫星先后研制成功,"两弹一星"的成就,极大提高了中国的国际威望。我国第二代领导人邓小平就专门说"如果六十年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。"

我国核武器50年的发展中,颇多可圈可点之处。"两弹一星"成功后,我国战略核武器又先后跨过了小型化核弹头、潜射弹道导弹、中子弹、新一代固体战略导弹等一系列关键门槛,取得了举世瞩目的成就,其中有些方面尤其引人注目。

一、第一颗原子弹即为内爆式铀弹

1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功,经过反复确认后,当晚周总理在人民大会堂宣布喜讯,《人民日报》刊发号外《加强国防建设的重大成就,对保卫世界的重大贡献--我国第一颗原子弹爆炸成功》。这个代号596的原子弹爆炸成功后,美苏欧等多国媒体纷纷进行了报道,并对事件进行了解读和评论。

美国情报机关根据对我国核爆放射性尘埃等证据的搜集,惊讶地发现我国的第一颗原子弹远比他们想象要先进--596是一颗内爆式铀弹,这比其他国家的第一颗原子弹难度都高得多。

原子弹一般是指裂变式核弹,铀235和钚239都可以作为原子弹的核装药,根据装药不同,一般把原子弹分为铀弹和钚弹。根据原子弹的引爆方式,又可以将原子弹分为枪式和内爆式。由于分离出来的钚239中都含有一定的钚240,而且使用枪式设计也更容易诱发过早点火,枪式设计只能用铀装药,而内爆式原子弹则可以选用钚和铀两种核装药。

枪式原子弹的设计和制造都比内爆式原子弹要求低,但枪式设计对核装药材料的浪费太大。美国空投广岛的"小男孩"就是一颗枪式铀弹,约60千克的铀235装药只有约1千克发生了核裂变,也就是不过1.7%的装药材料发生核裂变,效率极低。内爆式设计的核装药利用效率要高得多,内爆式核弹又有钚239、铀235两种材料的选择问题。用钚239作装药的核弹存在寿命较短的缺点,但钚239分离难度要比铀235浓缩的难度低得多,钚239还有反应截面大,临界质量更小的优势,例如无中子反射层时球形铀235的临界质量是52千克,而钚239只需10千克。由于临界质量更小,内爆式钚弹的弹芯研制起来就更容易些,美国的第一次核试验(也是世界上第一颗原子弹)就是内爆式钚弹,投向长崎的"胖子"也是内爆式钚弹。而数年后的朝鲜,其首颗原子弹也是钚弹。

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美国、朝鲜首颗原子弹都是内爆式钚弹

美国情报部门曾认为,中国的第一颗原子弹肯定也会是一颗内爆式钚弹,他们花费大量时间精力去寻找中国的钚239分离装置,从而低估了中国原子弹的研制进度。

我国的第一颗原子弹不是内爆式钚弹,也不是设计更简单的枪式铀弹,而是一颗内爆式铀弹,这实际上相当于把内爆式钚弹的技术应用在铀弹上,具有极大的技术难度和风险。

我国选用了这样的高难度设计也有自己的苦衷--我国研制第一颗原子弹正值国民经济困难时期,枪式铀弹需要太多的铀235核材料,我国刚刚起步的铀浓缩工业暂时无法满足这一需求,因此借鉴钚弹内爆式的设计,为首次核爆研制了先进内爆设计的铀弹。

这种以高超设计来弥补工业能力不足的中国特色,在我国核武器的发展中很多时候反而是常态,比如后来氢弹的研制也是如此。值得一提的是,我国首颗原子弹"596"这个代号是为了记住苏联在1959年6月撕毁协议,停止对我国核武器项目的援助。

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我国首颗原子弹影像资料

二、从原子弹到氢弹只用2年零8个月

我国核武器的研制历史上,有一项纪录是不得不提的,那就是从原子弹到氢弹的突破速度是五个核大国中最快的。美国作为先行者,从第一颗原子弹到第一颗氢弹用了7年零3个月(1945.7.15-1952.11.1),它的冷战对手苏联用了约4年时间(1949.8.29-1953.8.12),美国的坚定盟友英国用了4年零7个月(1952.10.3-1957.5.15),独立特行的法国用了8年零6个月(1960.2.13-1968.8.24)。1967年6月17日,我国第一颗氢弹爆炸成功,距离第一颗原子弹爆炸成功仅仅有2年零8个月。

现在网上有人认为我国时间短是"后发优势",但20世纪50、60年代美苏英等核大国对氢弹的研制高度保密,我国没法学习借鉴其他国家的成功经验和数据,同为西方国家一员的法国从原子弹到氢弹的跨越耗时8年,本身就是对脑补的"后发优势"的最大否定。如果一定要说外国经验对我国有什么帮助,那就是美苏英三国作为先行者,他们告知了全世界还有氢弹这么一种威力比原子弹要强大得多的、采用核聚变原理的核武器,仅此而已。

从原子弹到氢弹,美苏等超级大国耗时日久,最主要的原因是技术路线不明,还有计算量的繁复。虽然1948年英国科学家Klaus Fuchs就最早提出了辐射内爆压缩热核装药的想法,但这一想法美国人1951年才重新发现,这就是著名的氢弹Teller-Ulam构型的核心要素。苏联直到1954年才认识到辐射内爆这一关键因素,并在1955年11月22日成功进行了辐射内爆氢弹的爆炸。另外需要特意指出的是,苏联1953年8月12日爆炸的氢弹使用"千层饼"构型,与其说它是氢弹,不如说是增强型原子弹。如果这颗RDS-6S算氢弹的话,那么美国早在1951年就成功爆炸了这种含有聚变热核材料的助爆增强型原子弹,而我国第一颗氢弹成功的时间,也可以认为是提前到1966年了。

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氢弹的Teller-Ulam构型,利用原子弹爆炸去压缩核聚变装药。

我国氢弹的研制,在第一颗原子弹爆炸之前就开始了。1960年底在钱三强的领导下,我国开始氢弹理论探索,在原子能研究所内设立了"轻核反应装置理论探索组",黄祖洽担任组长,组员包括蔡少辉、刘宪辉和萨本豪,后来何祚庥也加入。为了增强轻核理论组的研究力量,组长黄祖洽多次向钱三强建议,调来了理论专家于敏。1961年1月12日经钱三强约谈后,于敏加入轻核理论组并担任副组长。

当时全组只有十一二个人,而且当时我国核武器研究重心是突破原子弹的工作,国内唯一的一台万次电子管计算机95%的工作量也用于原子弹理论计算,连组长黄祖洽主要精力都在原子弹上,于敏承担了轻核理论组的主要研究和组织工作。由于电子计算机主要用于原子弹的研制,于敏和组内成员不得不主要使用计算尺进行计算,在数年的工作中解决了大量的基础理论问题。于敏以他超乎寻常的物理直觉,能在复杂纷乱的现象和数据中理出头绪找到关键,在氢弹研制许多关键性问题上,于敏都做出了最主要的贡献,是我国当之无愧的"氢弹之父"。

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我国“氢弹之父”于敏

1964年我国第一颗原子弹爆炸成功后,氢弹的工程研制迅速在1965年初提上日程,代号"1100"工程,这个代号意义是1吨左右、100万吨当量的氢弹。不过氢弹研究毕竟十分复杂,虽然早在1963年我国已经突破了助爆增强型原子弹的原理,但氢弹原理直到1965年7月仍然没有获得关键突破。为此不得不计划先进行一次或多次助爆型原子弹的爆炸,根据试验反馈增强对热核聚变的了解。

1965年10月于敏在做学术报告的过程中,理顺思路认定提高热核聚变材料的密度是氢弹研制的关键。提高密度靠炸药是远远不够的,只能靠原子能,他经过几天的分析和思考,想出了减少原子弹爆炸能量损失,提高压缩能量利用率的精巧设计结构,并进一步提出了两个模型。11月初,于敏等人经过计算验证了理论模型的正确性,于敏等人提出的氢弹原理基本思路,使用原子弹维持热核材料自持聚变的条件,为此氢弹包含初级和次级两个部分,原子弹引爆部分称为初级、扳机或引爆级,而热核材料发生巨变的部分称为次级、被扳机或氢弹主体。

从此我国氢弹研制走上快车道,1966年5月9日我国第一颗助爆增强型原子弹爆炸成功,为氢弹理论研究提供了实测数据,用于改进氢弹扳机的设计。1966年底,我国首颗氢弹核扳机和被扳机设计冻结,进入制造阶段。1966年11月28日我国进行了一次氢弹原理试验,爆炸当量12.2万吨TNT,其实较真的说它从原理、材料和构型上看,都是一次成功的氢弹试验,只不过它只是作为氢弹原理的验证试验而不是正式准备的第一颗氢弹,并特意限制了爆炸当量而已。1967年6月17日,我国使用图16轰炸机空投完成首颗氢弹的爆炸,爆炸当量330万吨,标志着"1100"工程最终获得圆满成功。

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我国首颗氢弹影像资料

三、两弹结合试验与核武实用化

我国的第一颗原子弹和第一颗氢弹都存在质量巨大的问题,实际威慑能力很有限。我国第一颗原子弹爆炸成功后,就曾被西方媒体戏称为"有弹无枪"。为了尽快实现核武器的实战化,我国也付出了极大的努力,其速度和成就同样惊人。

1965年春节刚过,党中央和中央军委就下达了空投原子弹的试验任务,由于原子弹质量很大,当时只能使用图16轰炸机进行。2月18日,空军独立四团进驻西北机场,开始用水泥训练弹代替原子弹进行空投试验,按照要求空投的原子弹必须突破100米大关,而在第一个月训练的最后一次空投中,机组就意外达到了35米的精度。后来虽然出现试验弹投偏的问题,但机组成员找到了偏差原因并解决了这一问题,4月份的空投试验中达到了96米精度。5月14日图16机组携带空投的圆形原子弹,上午9时59分空投成功,雷达测量显示原子弹距离靶心只有40米,顺利完成了我国首次原子弹空投试验。

图16空投原子弹突防能力并不强,威慑能力同样有所不足,而核弹道导弹到今天仍然有足够的威慑能力,主要核大国的核威慑,都是建立在核弹道导弹的基础上。不过出人意料的是,由于安全性等考虑,实际的核导弹试射很少,多数国家都是导弹和核弹分开进行试验,装载真正核弹头的弹道导弹飞行试验,有且仅有两次,其中一次就是我国的"两弹结合试验"。

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装载着真正原子弹弹头的东风2A中程弹道导弹

1966年10月27日,我国在酒泉卫星发射中心进行了著名的弹道导弹原子弹结合试验。这次试验也是我国历次核试验保密性最高的一次,我国使用东风二号甲中程弹道导弹携带原子弹弹头从酒泉发射中心发射,目标为新疆罗布泊试验场。两弹结合试验携带了真实的原子弹弹头,虽然飞行全程不太远,但都位于我国国土上空,试验压力极大。为了进行两弹结合实验,兰新铁路停运,导弹飞行沿线河西走廊数百万居民紧急疏散,而酒泉发射中心的发射阵地上也只剩下7个人。上午9时导弹成功发射,经过9分多种的飞行,原子弹弹头准确在罗布泊的靶标上空爆炸,我国两弹结合试验获得了空前的成功。

两弹结合试验不仅有力的反击了外国"有弹无枪"的嘲笑,也在60年代恶劣的国际环境下,表达了我国使用核武器捍卫国家安全的坚定决心。当年西方媒体时不时传出消息,苏联密邀美国一起对我国核武研制基地进行核打击。

我国第一颗氢弹爆炸成功后,氢弹的实用化也迅速获得突破。虽然东风二号甲使用的还是原子弹弹头,但东风三号中程弹道导弹计划使用的就是新的氢弹弹头了。1969年到1970年,我国进行东风三号的"两弹结合冷试验",即使用惰性材料代替氢弹初级的裂变材料,它可以模拟导弹携带氢弹弹头的飞行再入和初级爆炸,试验的成功标志着东风三号导弹具备作战能力。携带百万吨级当量氢弹弹头、射程2500千米的东风三号导弹研制成功,大大提高了我国第二炮兵的打击范围和威慑能力,是我国氢弹具备实战能力的标志。

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东风2A导弹发射,进行两弹结合试验

四、弹头小型化技术接近美国最先进水平

根据《中国军事百科全书》的数据,我国首颗原子弹质量为1550千克,而东风二号导弹的原子弹弹头质量据推测也有500千克,至于某型号氢弹弹头重量更是高达2吨多,这也意味着只用使用图16/轰6等大型轰炸机或是使用大型弹道导弹才能投掷这样的核弹头。东风四号和东风五号作为大型远程洲际导弹,投掷大当量热核弹头也没有问题,但我国正在研制中的第一代潜射弹道导弹巨浪一号就实在无能为力了。随着巨浪一号的研制,我国核武器的小型化,在20世纪70年代也提上了日程,并陆续取得辉煌的成就。

我国第二代战略导弹配套的第二代核弹头使用了先进的气体助爆技术。根据上文氢弹实际上都包括一个原子弹扳机,而这个原子弹当量一般要数千甚至上万吨,自然质量很大。氢弹的小型化关键是初级的小型化,现代氢弹的初级使用的是助爆增强原子弹的方式,增加了少量聚变材料助爆。助爆方式分为固体助爆和气体助爆,我国的东风五号等第一代氢弹使用固体助爆,美国情报机构猜测其质量达到3吨。1976年9月26日我国固体助爆初级试验获得成功,同年11月17日,东风五号氢弹弹头的全当量爆炸试验成功,这次500万吨当量的核试验也是我国当量最大的核试验。我国巨浪一号导弹的弹头同样使用固体助爆方式,但由于质量低于1吨,其爆炸当量也较低。在此基础上我国进行核弹头小型化的研究,第二代核弹头通过使用气体助爆技术,进一步降低了核弹头的体积和质量。

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核武器必须小到可以装载在弹道导弹上才具有实战能力。图为美国民兵3导弹的弹头。

我国在美苏核武器设计接近极限,积极推进全面禁止核试验的阴影下,1986年由邓稼先等两弹元勋起草报告,并得到中央批准,决定在国际社会压力加大前,加快核武器的发展。

20世纪80年代和90年代,我国研制了非球形构型的气体助爆初级,非球形构型可以令洲际导弹的圆锥形弹头质量降到最低。根据美国洛斯阿拉莫斯国家实验室技术情报部门的主管Danny Stillman和考克斯报告的说法,我国的非球形气体助爆初级设计水平很高,接近了美国最先进的W88核弹头的水平,这也是1999年美国抛出的考克斯报告中指责我国偷窃美国技术的"重要依据"。

考克斯报告还认为中国偷窃了中子弹的技术,事实上20世纪80年代我国就成功进行了中子弹的爆炸试验。考克斯报告发布后,中国国务院新闻办称,我国已经掌握了中子弹技术。根据官方媒体更晚的报道,1984年12月19日我国进行了第一次中子弹原理试验,1988年9月29日最终完成了中子弹试验。

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美国W88核弹头结构猜测,它的氢弹采用了非球形构型设计,契合圆锥形弹头。

五、我国核试验总体费效比最高

中国核武器的发展中,还有一个或许不那么引人注目的细节,那就是我国是五个核大国中核试验次数最少的国家。截至1998年5月底,美国进行了1032次核试验,苏联和俄罗斯进行了715次核试验,法国进行了210次核试验,英国进行了45次核试验,而中国也仅进行了45次核试验。考虑到英国后来核武器完全依赖美国,我国核试验的费效比当之无愧是最高的。

我国的45次核试验,其中包括23次地上核试验和22次地下核试验。根据Danny Stillman的说法,尽管中国并未加入《部分禁止核试验条约》,但我国在历次地上核试验中一直尽力减少核试验产生的辐射尘埃。1980年10月16日我国进行最后一次大气层内核试验后,彻底转向地下核试验方式,此时我国已经通过二十余次核试验完成了从第一颗原子弹到第一颗氢弹,从东风二号导弹到东风五号导弹等第一代核武器的研制。20世纪80年代开始,我国用了不到20次核试验,就突破了核弹头小型化的关键技术,在核武器设计的核心技术上达到了世界先进水平,并确保了《全面禁止核试验条约》签订后我国核威慑力量的有效性和可靠性。

不过话说回来,我国核试验次数最少也带来一些隐忧。我国核武器的中后期发展最慢,核武器技术不仅远远落后于美苏,也很快被法国后来居上,突出表现在我国是最晚突破核武器小型化技术的国家,也是最晚研制分导式多弹头技术的国家。美苏两国数百上千次核试验中,主要是为了满足种类繁多的从战术核武器到战略核武器的各种核弹头的研制,其中既有数吨重的百万吨级到千万吨级大当量核弹头,也有数千克的核炮弹或核空空火箭,美苏大量核试验还用于摸清核武器设计的"极限",这些试验数据对日后展开计算机模拟核试验是至关重要的。

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全世界核爆试验统计,大部分为美国和苏联的核试验。

而我国数量有限的核试验主要用于研制很少的几种战略导弹核弹头,计算机模拟核试验可能缺乏足够的数据。还有一个问题是,在老一代参加核试验的科学家们老去后,可能会缺乏设计全新核弹头的经验和能力。当然即便是美国,在签订《全面禁止核试验条约》,也发现计算机模拟有无法代替实际核试的地方,也缺少能够研制新型核弹头的年轻人,中国存在的问题其它国家也同样面临。

《全面禁止核试验条约》签订后,美俄等国家开始进行亚临界试验,这种核试验中并没有实际核爆炸,因此规避了禁止核试验的条约。此外主要核大国还纷纷发展各种核试验模拟设施,如美国的国家点火装置,中国的神光等激光核聚变研究装置。美国还在圣地亚实验室建立了专门的Z装置用于核武器研究,中国九院去年刚刚通过鉴定的聚龙一号装置也有同样的用途。未来核武器研究和发展的道路上,中国的科学家们仍然奋勇直前。

结语

2008年美国核武器专家Tom Reed在科普杂志《今日物理》上发表《中国核试验,1964-1996》一文,文章结尾写到:15年过去了,在核武器设计和对地下核试验的理解认识上,才华横溢的中国远远超过了它的亚洲同行,达到了与西方(核大国)同等的水平。中国现在位于第一梯队的核大国之列。

美国同行略显苛刻的注视下无可奈何的赞许,是对我国核武器研究水平和成绩最好的认可。已有的50年、以及未来更久的和平,更是我国核武器带来的最大红利。和平不是无代价的,我国在发展核武器的过程中付出了巨额的资金,很多人的汗水、鲜血甚至生命。这其中既有邓稼先这样的两弹元勋,还有大量默默无名的导弹和核武器研制、生产和试验的人员,很多人现在还在忍受着过量核辐射带来的痛苦。

但对比并不遥远、伤亡3500万军民的抗日战争,我国核武器研究人员作出的牺牲绝对物超所值。在此,谨向为中国核武器研制、为国家安全付出青春和鲜血的前辈们致以最真诚的敬意和谢意!

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核武器的巨大杀伤力尽快令人生畏,但也正是核恐怖平衡令我们人类数十年来免受大规模战争之苦。


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