關於核武器對城市的摧毀力 即核戰略術語中的打擊社會財富(counter-value attack)

很多人對核武威力缺乏概念,也不理解目前維繫世界半個多世紀大體和平的世界各大國間核平衡中的相互毀滅是怎樣一種機制。

這裡po一篇文章為大家介紹下核武器對人員及城市會造成多大範圍的損傷,以及為何中國目前僅擁有數百枚熱核武器但也能實質擁有針對美俄等大國的“滅國”能力。

(目前世界上僅有五大常任理事國擁有熱核武器,其中美俄各自擁有現役核武約2000枚左右,當量從十數萬噸到百萬噸級;中國擁有據估計大於300枚的現役核武,當量從十數萬噸到數百萬噸級;英法現役核武不超過百枚,當量為數十萬噸級。可以說 美俄中的核武數量都足以滅國能造成數億甚至超十億的人員傷亡,而英法的核武數量也能摧毀數個世界級都市能造成千萬級的人員傷亡 )


原標題:打擊社會財富counter-value(從大型城市說開去)
http://bbs.9ifly.cn/thread-13721-1-1.html


在核戰略研究的術語中,所討論這種的打擊叫做「打擊社會財富(counter-value attack)」,與其對應的叫「打擊軍事力量(counter-force attack)」,因為我們討論的是核武器對城市的摧毀力,所以是前者。在正式開始前,有幾點必須要澄清一下。

1,核爆炸的高度很重要,一般來說觸地爆炸式用來對付加固目標/點目標的,空爆是用來對付軟目標/面目標的。
2,對於不同當量的核武器,可以選擇一個「最優核爆炸高度」(optimum height of burst)來最大化某衝擊波壓力水平(比如說針對1.5萬噸當量的廣島「小男孩」,我們想讓某psi的壓力面積最大,則可以選一個相應的高度;美軍1945年選了580米左右的爆炸高度,這個高度是9psi,10psi的最佳爆高)
3,如果高度足夠高,則核爆炸的火球不會吸入大量地面塵土,則其放射性沈降(輻射落塵,fallout)的程度可以忽略不計(因為輕小粒子最後沈降下來時放射性已經大大衰減)。如果火球觸地,則會有大量的放射產物以大體積粒子的形式,在短時間內飄落。(觸地核爆炸自然會形成很大的放射性沈降)
4,1945年8月對廣島和長崎的兩顆原子彈(2萬噸當量左右),在當年年底就造成了共計21萬人的死亡。值得注意的是,廣島和長崎的核打擊都是採用了空爆的形式,所以基本沒有本地輻射落塵(local fallout)。

接下來要澄清的問題是關於關鍵詞「破壞性」和「毀滅」,如何定義它們呢?先來定義「破壞性」,也就是核爆炸的殺傷機制。在核武器瞄准與打擊方案制定中,已知的途徑有以下幾種。

1,瞬時摧毀與殺傷:衝擊波。

但是衝擊波超壓(單位是我們這裡為了方便用NUKEMAP,統一用psi)的值取多少才合適呢?一般在使用衝擊波超壓來做殺傷面積指標時,人員的死傷已經不是很重要,建築物與基礎設施的直接摧毀才是關鍵。不管如何,對於這個值,眾說紛紜。

比如說1979年技術評估辦公室(Office of Technology Assessment )的報告《核戰爭的效應The Effects of Nuclear War》 裡面取的是5psi以上(50%死亡),而12psi以上則是近100%死亡。注意,這裡指的是城市環境中的樓房倒塌,進而導致人員傷亡;直接使用衝擊波在空曠平地進行人員殺傷需要30psi左右
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但是同樣是1979年,美國國家情報評估NIE11-3/8-78裡面對「軟目標/面目標」的摧毀標準是——15psi——「足以摧毀一座鋼筋混凝土建築物」。這高於技術評估辦公室的標準,可以認為是確保毀傷的衝擊波取值,所謂「上限」
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又是1979年,美國防務承包商的一份報告《打擊人口策略的可行性》中指出,蘇聯人防規劃中,城市周邊的疏散「緩衝區」目的是防止人口受到1.4psi的衝擊波,這個又大大低於了技術評估辦公室的標準,可以認為是「下限」。
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在下面我們會看到不同標準選取的後果。

2,短時摧毀與殺傷:火風暴。

由於核武器爆炸還能以極強的熱輻射的形式放出能量,還有一種毀傷方式是城市的大規模火災,加上消防隊無法救火,還有衝擊波的幫助,可以在巨大範圍內形成一片火海。10卡/平方釐米的熱輻射能量被認為是點燃大面積火災的標準(也就是初始的火風暴範圍,當然火災是會蔓延的)。10卡/平方釐米到12卡/平方釐米的熱輻射足以導致三度燒傷。

這就出現了與衝擊波毀傷不同的現象,比如說如果按照5psi和12psi的標準,則單枚一百萬噸當量的核武器(爆高2000米)在紐約中央公園上空爆炸,將會出現如下情況:
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各個同心圓對應著1psi,2psi,5psi與12psi的衝擊波範圍,而紅色的虛線則代表著初始火風暴的範圍。由於處於這場超級大火狀態下的人口基本不可能生存下來,所以計算衝擊波殺傷效果跟計算火風暴殺傷效果是有巨大的差距的:技術評估辦公室(衝擊波)模型的結果是瞬時效應導致125萬人死亡,265萬人受傷,而火風暴模型造成的死亡人數是439萬人。我們用NUKEMAP可以基本還原這兩種殺傷機制的景象:
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NUKEMAP這裡使用的殺傷機制是衝擊波(跟技術評估辦公室的一樣),191萬人死亡,244萬人受傷。所以熱輻射導致的大面積火災同衝擊波都可以說是瞬時殺傷機制,但其覆蓋範圍可能存在很大的不同。

3,短期摧毀和殺傷:放射性沈降(輻射落塵,fallout)。

雖然有很多普遍流傳的觀念支持,但是在實際的核打擊瞄准中,放射性沈降造成的人口傷亡一直處於一個極其邊緣的地位,也就是說瞬時殺傷機制(特別是衝擊波)才是主要關注點。例如,前述的1979年報告《打擊人口策略的可行性》:
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「人口死亡主要(大約有80%—90%)是由瞬時核效應造成的;考慮到,在本研究中討論的是以核武器直接打擊人口中心為主要目標的一種瞄准策略,所以在研究該策略的可行性時,忽略輻射落塵導致的傷亡並不會引入顯著的誤差。」

雖然如此,仍然需要考慮放射性沈降這種「短期」殺傷效應;說它是短期,是因為在48小時以後,其輻射強度對降低到原來的百分之一。所以如果能在頭48個小時內獲得防核/防輻射掩體和清潔水源食品的保護,死亡率可以大大下降。當然核爆炸與其放射產物是會帶來很多長期後果的(這個我們最後談)。
不過這就要求「有輻射落塵產生」,也就是要求有足夠低的爆炸高度,吸起地表土壤。這實際上與「優化衝擊波範圍的爆高選擇」是存在衝突的。比如說美國三叉戟D-5潛射彈道導彈上裝載的W-88核彈頭,當量是455kt(45.5萬噸),假設要最大化一個10psi衝擊波的覆蓋面積,它的最優爆高應該是1700米,可是一旦爆高大於645米,W-88核彈頭將無法製造放射性沈降,這項殺傷機制可以忽略不計。

但是在觸地核爆炸的情況下,放射性沈降完全可能會變成最重要的殺傷機理,特別是目標本身處於偏遠地區的時候。2006年,美國兩家智庫出版的《中國核力量與美國核戰計劃》Chinese Nuclear Forces and U.S. Nuclear War Planning一般認為是比較翔實的,其中假想中方使用20枚4百萬噸當量核彈頭打擊美國(空爆,高度過高導致沒有輻射落塵),造成四千萬人口傷亡(瞬時殺傷機制)。

即使是美國精確的「解除武裝」核打擊(也就是極端的打擊軍事力量/counter-force attack)——僅僅針對中國的20個導彈發射井——也會造成一千萬人以上的傷亡。這後者便是輻射塵的一個可能案例:20枚W-88核彈頭打擊山區里的20個東風-5導彈井,採取觸地核爆炸來摧毀加固導彈井與地下設施,瞬時效應造成了10萬人左右的死亡,而剩下的近千萬傷亡完全來自48小時內,放射產物向東南方向的飄散。

這是12月份風向的模擬。
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這是6月份風向的模擬。
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但是這也會讓防護掩體的作用變得極其重要,如果中國完全沒有人防掩體,則美國這次20枚彈頭的打擊造成平均傷亡是1800萬,如果完全實現防核掩體的隱蔽,則傷亡降低到470萬。

從某種程度上說,放射性沈降導致極小規模核武庫有能力在僅僅打擊幾座城市的基礎上,對敵國廣袤的國土與大量人口進行殺傷。比如說中國20枚東風-5對美國城市的反擊(400萬噸當量,完全採用觸地核爆炸以增加輻射落塵):
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結果是這比上述的空爆(優化10psi衝擊波範圍)造成的「4000萬傷亡」還要高出兩到四倍,也就是可能導致上億人的傷亡(其中有超過5000萬人死亡)。


這裡,我們對(打擊社會財富條件下)核武器「破壞性」的定義做一個小總計。

A,要使用衝擊波/熱輻射進行瞬時殺傷,必須要有足夠的爆炸高度;要使用放射性沈降進行短期(48小時)殺傷,則最好實施觸地核爆炸,可以沾染大片國土。例如美國1956年5月21日在比基尼環礁空投的TX-15-X1試驗裝置(試驗代號:Cherokee,試驗系列:紅翼行動Operation Redwing),當量380萬噸,沒有產生任何輻射落塵。
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B,衝擊波/熱輻射對城市的破壞,是基本不可能防護的,也就從硬件摧毀的方向上實現了「打擊社會財富」。相反地,輻射落塵可以通過進入掩體隱蔽和洗消等手段實現防護,而且在48小時以後會大大消解。這也就是為什麼核武器打擊方案中往往都是使用衝擊波和超壓面積來定義毀傷指標。例如說上述2006年的報告中,(打擊美國人口最多的前20個城市)中方每一顆400萬噸當量東風-5彈頭平均能導致80萬人死亡,200萬人死傷。這都是空爆+衝擊波的粗略計算結果。

C,這並不意味這核爆炸的長期生態效果/環境後果/社會學後果可以忽略,它們很有可能是極其嚴重甚至不可逆轉的,但是由於沒有確定的機理和模型解釋,往往被邊緣化了。比如說「核冬天」之類的理論推導,就一直沒有能進入核武器打擊方案之中。
2017-12-12 1:28 發佈

接下來就是定義「毀滅」,定義「毀滅大城市」。

與普通民眾所想的粗略概念不同,關於毀滅城市的指標與要求,核武器打擊方案中也是有嚴格的規定的。比如說1978年的英國某文件《附錄A:不可承受的損失》:


它比較詳細地討論了如何定義「不可承受的損失(unacceptable damage)」,其中有這樣一段:


「當前,在用已有核武器打擊蘇聯城市的方案中,我們使用的毀傷指標不是摧毀整個城市,也不是去殺傷某一數量的人口。它是要通過製造足夠的破壞,導致城市崩潰而不能實現其社區功能。目前的方案要求,40%的目標區域要受到嚴重結構性毀傷(severe structural damage,SSD)——也就是未加固的建築物要被徹底破化,以至於不完全重建就無法使用。這種規模的打擊還要確保,另有15%的目標城市建築物不經過大規模維修就無法使用。只有15%的目標區域是可以毫髮無損的。」

既然這個問題是關於毀傷城市的,英國的這個方法是有借鑒意義的。因為英國核力量的運用原則長期以來實施「莫斯科標準」,即以摧毀莫斯科這一座城市為目的,希望能以此導致整個蘇聯的崩潰。當然,歷史案例也給出了很多其他的答案。二戰時期的持續戰略轟炸,使得德國和日本的很多城市都有30%到50%的面積被完全摧毀,例如盟軍3天對漢堡市的連續夜間轟炸,摧毀了市內50%的建築物,但是在五個月左右的時間里,該市80%的工業產能又恢復了過來。長崎和廣島分別有超過60%,80%的建築物被一次核攻擊摧毀。但我們可以說40%的面積SSD將摧毀一座城市,以英國的實例為依據。

於是接下來就是要問,多大的衝擊波超壓可以導致城市建築物出現SSD呢?也就是說,要徹底摧毀城市街區,需要多大的psi?

根據冷戰時期的《北約目標數據庫手冊NATO Target Data Inventory (NTDI) Handbook》,不同的目標建築物能承受不同等級的衝擊波超壓,要造成嚴重結構性毀傷(SSD),必須針對性地選址核打擊爆炸高度。例如,W-88彈頭在2000米高度空爆,優化的衝擊波超壓值是8psi,可導致「三到五層,磚混結構承重牆」嚴重結構性毀傷(SSD),其覆蓋面積是51平方千米。

相應地,我們可以看看北約關於城市建築物毀傷標準的要求,下列的衝擊波超壓值都是以達到嚴重結構性毀傷SSD為目的。

「四層以下/紀念性建築物,磚混結構承重牆」:9psi左右(W-88於2000米空爆可覆蓋43平方千米)

「二到十層,鋼筋混凝土框架結構」:11psi左右(16平方千米)

「二到十層,鋼結構建築」/「二到十層,鋼筋混凝土框架結構,抗震建築」:16psi左右(5平方千米)
「二到十層,鋼結構,抗震建築」:21psi左右(2平方千米)20psi的衝擊波已經可以把美國國會大樓這樣的建築物完全摧毀。

有了這些歷史資料,再依賴NUKEMAP的各種選項,我們可以大致給出一些結論了(其實結論明顯是「不止一枚」。



在正式開始解答之前,我們先設定北京/上海的城市面積大約是600平方千米(五環以內,城區面積/外環線以內,主城區面積),按照40%的SSD覆蓋面積,需要完全摧毀240平方千米。

還有幾個重要的前提:我們將不使用現實中已經不存在的、已經退役的、本國的核彈頭型號。

選擇了美國3種型號的核彈頭:B-83,W-88,W-80(兼顧其突防能力與當量代表性)

B-83:美國現役最大當量的核武器,核航彈,120萬噸當量,可由B-2投送

W-88:美國現役最大當量彈道導彈核彈頭,高精度,45.5萬噸當量,由潛艇中發射的三叉戟D-5導彈投送

W-80:空射巡航導彈,由B-52發射,防區外突破,低空飛行;當量15萬噸,可由B-52投送

首先是衝擊波的瞬時毀傷機制:下表中行表示需要的衝擊波超壓值,列表示武器型號,數字是覆蓋240平方千米所需要的彈頭數量(均進行了核爆炸高度的優化,不產生放射性沈降)這可能比較接近核武器打擊方案中的要求。


按照「廣島標準」——9psi左右——可以得出需要5枚左右的大型/中型核武器,10枚以上的小型核武器。

然後是火風暴與大規模火災,這裡取「10卡/平方釐米」。(優化熱輻射覆蓋,不產生放射性沈降)

B-83:1枚
W-88:1枚
W-80:3枚

這裡我們可以看看衝擊波與火災效應的巨大差異:對應著9psi的最優核爆炸高度,採用了廣島的衝擊波標準,需要6枚W-88,但是如果考慮大規模火災,只需要一顆。


最後就是輻射落塵fallout,由於前述的原因,fallout需要的觸地核爆炸一般不會對城市目標使用(因為放射性沈降有可防護性,衝擊波殺傷更直接,更確定),主要是對加固點目標(比如說導彈發射井或者是地下指揮掩體)使用。但是我們這裡仍然考慮一下:回答是一枚位於遠郊的核彈爆炸,風向配合的話,完全可以通過放射性沈降覆蓋上述的240平方千米的面積。城市人口可以實施人防掩體的隱蔽,通過堅守等待裂變產物逐漸衰變掉。




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