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云爆弹的真相:真是亚核武器吗?

云爆弹,常被冠以“亚核武器”的骇人头衔,在传闻中拥有毁天灭地的力量。按说这种“国之重器”当秘不示人方有威慑力。但进入新世

云爆弹,常被冠以“亚核武器”的骇人头衔,在传闻中拥有毁天灭地的力量。按说这种“国之重器”当秘不示人方有威慑力。但进入新世纪后,这种弹药却渐有普及之势,从航空炸弹到大口径火箭弹,从反坦克导弹到火箭筒,甚至就连普及程度最高的手榴弹,都出现了用其作战斗部的型号。我们不禁要问:其威力是确有其事,还是精心编织的现代军事神话?

原理拆解

20世纪80年代,曾有媒体报道称美军在1967年的越南战场上使用了一款颇为神秘的炸弹。爆炸后,半径300米的范围内尽成焦土。遍地的越军尸体保存完整,不仅找不到一点血迹,甚至没有一点弹片刮伤的痕迹,但几乎每具尸体都张大嘴巴,有些甚至掐着自己的喉咙,似乎在死亡前遭遇到了呼吸困难。后经调查证实,这是美军将越南当成新式武器试验场的结果。造成如此诡异爆炸现场的,是当时美国尚未定型的CBU-55B燃料空气航空子母弹。其弹箱内装有3枚45.4千克重的BLU-73B燃料空气炸弹。这款武器于1971年正式服役,坊间受媒体报道影响,也称该弹为“窒息弹”或“真空弹”。

C-130装载的CBU-55B燃料空气航空子母弹

实际上,这类炸弹早在1943年便已出现雏形。当时,德国科学家提出设想:以煤油为主要原料制造液体炸弹。具体方法是,在巨型容器内灌入煤油和少量炸药,从高空投掷到地面后引爆炸药,点燃煤油使之迅速与空气混合,形成爆炸性气体云,从而产生更大的破坏效果。

1967年在越南战场上产生恐怖宣传效果的CBU-55B,便属于战后第一代燃料空气炸弹。之所以被冠以“燃料空气”之名,核心在于其独特的结构设计:弹体是薄壁容器,里面灌装了大量特殊燃料、少量炸药及颇为复杂的二次起爆装置。其中,特殊燃料的主要成分是环氧乙烷、乙烯基乙炔等具有高挥发性的易燃液体,这也是其实现特殊杀伤效果的关键。

与其他弹药不同的是,早年间的燃料空气炸弹若想发挥威力,需要经过一个二次起爆的过程:第一次起爆后,薄壁弹体破裂,爆炸冲击波将特殊燃料散布到周边的空气中,这些燃料迅速形成极细小的颗粒,并与空气混合形成具有一定浓度的气溶胶云团。由于该气溶胶比重大于空气,因此形成的云团会向低洼处漂移,且无缝不钻。接下来,起爆装置控制二次起爆,引爆气溶胶云团,迅速形成2500摄氏度左右的高温火球,并产生爆速2000~2500米/秒、具备一定压力的爆轰波。在爆轰波推动下,其周围一圈空气向四周扩散,形成一堵球形“气墙”,从爆心一直扩散到远处。在没有障碍的开阔平坦地域,这堵“气墙”会呈现出一个完美的半圆球形状,在爆轰波向周边扩散的过程中,其温度和压力不断下降。

从作用原理不难看出,这种弹药二次爆炸时的爆速实际上并不高,大体只相当于TNT炸药爆速的一半左右,其爆轰波压力也不及普通炸药。但关键差异在于:正因为爆速低,所以爆轰波压力衰减的速度也相对较低。从二次爆炸瞬间开始计算,其爆轰波压力维持在“可对人体产生致命伤害”的时间,较普通炸药高出数十倍。但需要强调的是,这个数十倍的时间差距,实际仅为数百毫秒级,人体是很难感觉出差异来的,但其对杀伤效果的影响却极为显著。

美军BLU-82燃烧空气炸弹

本质上,燃料空气炸弹正是依靠这“相对超长”的爆轰波压力,以杀伤有生力量及摧毁装备或障碍物的。对人类来说,正常情况下身体内外都承受了约100千帕的大气压强,故达到压力平衡状态。如果身体外部突然受到超出大气压约400~500千帕的压力,就足以瞬间致命。而第一代燃料空气炸弹二次爆炸时,爆轰波压力达到2到3兆帕并非难事,其杀伤威力由此可见一斑。

坊间流传的“窒息致死”说法,其实存在认知偏差。诚然,气溶胶云团的爆炸,本质上是一种猛烈的氧化反应,会迅速消耗在空气中占比约21%的氧气。但是,空气是流动的。气溶胶云团二次爆炸产生的高温火球密度较低,在火球膨胀上升的同时,周边新鲜的空气会迅速回补。因此二次爆炸后,爆心附近的含氧量会在数秒内恢复到正常水平。医学研究表明,正常人处于完全缺氧环境中,一般5分钟左右才会造成生命危险。所以,燃料空气炸弹爆炸瞬间,处于其威力波及范围内的有生力量实际是因承受不住瞬间高压而死亡,此后持续短短数秒时间的缺氧已无关紧要。

既然如此,那么1967年越南战场上尸体“张大嘴巴”“掐住喉咙”的报道又当作何解释?笔者认为,人类对于未知事物具有一种本能的恐惧感,很容易产生扭曲的认知,并且三人成虎。加之美国一直牢牢掌控着舆论场,有意放大这种“恐怖印象”-站在美国角度,这既是实施“心理战”、摧毁越南军民抵抗意志的手段,也是向“敢于对美国说不”的力量“扬刀立威”的大好机会,自然不会主动澄清真相。但科学毕竟是要有客观依据作支撑的。从医学角度讲,即便燃料空气炸弹爆炸现场真有尸体呈现“呼吸困难”的姿态,也大概率是其呼吸道被高温灼伤后,神经系统的下意识反应。

技术进步

燃料空气炸弹的杀伤与破坏能力因场景不同而存在明显差异。由于其二次爆炸产生的爆轰波压力相对较低,决定了它摧毁硬目标的能力并不突出;但若在相对封闭的空间内爆炸,情况则截然不同-封闭环境不仅会延缓爆轰波压力的衰减速度,而且爆轰波在扩散过程中,若不能第一时间摧毁阻碍其扩散的障碍物,便会产生反射,继而出现波形干涉现象。在爆轰波总体压力下降至大气压前,往往会形成多个超过平均压力的超压峰值,前赴后继地反复冲击阻碍其扩散的障碍物,从而大幅提升其破坏效果。因此,燃料空气炸弹在洞穴、坑道、建筑物内部等封闭空间使用时,效果会显著优于开阔地带。

从二战末期初现雏形到1967年“一鸣惊人”,第一代燃料空气炸弹的技术成熟之路长达20余载。这说明其间需要解决不少技术难题。首要难题在于,燃料空气炸弹威力大小在很大程度上取决于三个关键环节:

第一次起爆时对液体燃料的抛撒均匀程度、形成的气溶胶云团形状和第二次起爆时间控制的准确性。这三个问题都很不好解决。尤其是第一次起爆和第二次起爆的间隔极为短暂,要想让炸弹发挥最大威力,起爆间隔的误差需要精确控制在毫秒级,技术难度不是一般地大。即便勉强达到精度要求,也无法确保批量生产的炸弹每次都能达到理想的爆炸效果-战场环境的变化,比如气温、气压的波动,降雨、起雾的影响,以及风速大小,均会影响第一次起爆后气溶胶云团的形成速度及云团形状。而两次起爆的间隔时间是基于理想状态下的理论计算,实际使用中很可能出现气溶胶云团尚未达到理想起爆状态时就被引爆的情况,导致威力大打折扣。

美军装备的GBU-43“炸弹之母”

第二个难题则关于勤务性能。薄壁弹体内灌装有大量特殊的液体燃料,这对弹药存储和运输提出了特殊要求:既要防止燃料泄漏,又要避免高温、震动等因素引发意外,这无疑增加了弹药保障的复杂度,也限制了其战场部署的灵活性。

为解决第一代产品的这些不足,科研人员经长期攻关,成功研发出第二代产品。第二代产品采用固体混合物或固液混合物作为装填物,核心技术突破在于起爆方式的革新:通过化学催化法或光化学起爆法直接引爆,即将二次起爆改为一次起爆,从而一举解决了二次起爆时机不好掌握这一难题。鉴于其与第一代特性差别较大,再称其为“燃料空气炸弹”便有些不太准确。美国将其改称“温压炸药”,“温压”二字精准概括了其杀伤机制-主要依靠爆炸形成的高温与爆轰波压力杀伤或摧毁目标;俄罗斯则改称其为“具有体积膨胀爆炸效应的爆轰混合物”;在我国,这类装填物的规范名称叫“云爆剂”,相应地,战斗部内装填云爆剂的弹药也就被称为“云爆弹”。

各国研发的云爆剂成分各不相同,且会随着技术进步及武器的特殊要求而不断升级。虽然其爆速仍低于高爆炸药,但却比第一代燃料空气炸药的爆速高得多,能达到3000~4000米/秒的级别乃至更高。不仅如此,研发人员还会往云爆剂中添加铝、硼、硅、钛、镁、锆等粉末。这些粉末在高温下会剧烈燃烧并释放大量能量,从而进一步增强了云爆剂的纵火效应和爆轰波压力。

那么,云爆剂一次起爆的“神奇”效果是如何实现的呢?一般而言,云爆剂在起爆后的数百万分之一秒内,首先发生氧化还原反应,生成大量可燃物质,此阶段释放的能量相对较少;随后的数万分之一秒内,这些可燃物质颗粒迅速扩散,同时进行无氧燃烧,释放的能量较第一阶段更多;待可燃物质颗粒与周边空气充分混合后,便进入有氧燃烧阶段,在千分之一秒的时间里释放大量能量,不仅生成一个蔚为壮观的火球,还能产生持续时间相对较长的爆轰波。

性能局限

当代最著名的云爆弹,当数美军装备的GBU-43“炸弹之母”。其弹长9.19米,弹径1.03米,全重9.85吨,弹体内装填了8.5吨云爆剂。由于该弹过于庞大笨重,美军现役各型战术飞机均无力挂载,故只能装入MC-130特战运输机货舱中,待飞临目标上空时,顺着放下的尾舱门兼装卸坡道投放。

无独有偶,俄罗斯于2007年试验了一款名为“炸弹之父”的燃料空气炸弹,个中较劲的意味明显。据悉,“炸弹之父”装药量约7.8吨,低于美军的“炸弹之母”,但俄罗斯宣称其配方先进,爆炸当量相当于44吨TNT当量,有效作用半径达330米,几乎是“炸弹之母”的2倍。不过,“炸弹之父”仍采用二次起爆原理,因此其实际技术水平并不算高。更关键的是,“炸弹之父”和“炸弹之母”一样,无法挂载在战术飞机上,只能装入图-160战略轰炸机的机内弹舱投放。

众所周知,俄空天军远程航空兵装备的图-160数量有限,且补充困难,用这款宝贵的战略轰炸机飞临目标上空投掷自由落体炸弹,简直是暴殄天物,作战思想还停留在二战时代,其实战价值极低。而美军面临同样的问题:让一款特战运输机去投掷体积与重量惊人的“炸弹之母”,除非美军具备碾压性的战场优势,掌握了绝对制空权和制电磁权,否则对方但凡有还手之力,这种作战样式就是自取灭亡。因此,美军也仅于2017年在阿富汗战场上动用了“炸弹之母”,而且实际作战效果至今不明。

俄罗斯于2007年试验了一款名为“炸弹之父”的燃料空气炸弹

既然实际使用时受限颇多,为什么美国和俄罗斯均竞相将该弹种做大,给人一种意欲争取吉尼斯纪录的观感呢?首先,第一代燃料空气炸弹也好,第二代的云爆弹也罢,其爆炸原理决定了这款弹药不仅适宜在相对封闭空间内使用,而且其持续时间相对“超长”的爆轰波压力,也非常适宜摧毁开放空间的各类软目标。根据测算,装药量越大,折算当量越高,云爆剂/燃料空气炸药成本较低的优势就越凸显。当年在越南战场上一鸣惊人的CBU-55B燃料空气航空子母弹,其设计初衷是在热带丛林中开辟机场,所谓杀伤暴露人员不过是其附带功能。其次,通过媒体夸大其词,极力在对方民众中传播恐怖情绪,是宣传战的重要组成部分。创造“吉尼斯纪录”能更好地吸引民众关注,在潜移默化中给民众灌输“创纪录者不可战胜”的意识。其实,“炸弹之母”和“炸弹之父”均采用自由落体投掷方式,即便有GPS修正误差,在无火箭助推器加速,亦无厚壁高强度穿甲体在前面开路的情况下,它们均无法贯穿地下洞穴或工事,所以实际用途应与CBU-55B相仿。这类针对特定环境的特异化武器,适用范围很窄,因此产量不高。

当然,除越造越大的“炸弹之母”和“炸弹之父”,如今很多型号的反坦克导弹、火箭炮、火箭筒都推出了配套的云爆弹,俄罗斯和美国还分别推出了RG-60TB型和SOHG型云爆手榴弹。有媒体宣称,“云爆手榴弹1枚顶10枚常规手榴弹”。甚至还有媒体鼓吹,称云爆弹可以让坦克集群大面积熄火、拦截鱼雷和洲际弹道导弹“事半功倍”等。

不过,只要弄清楚云爆弹的工作原理及其特性,就能明白这些说辞是多么地荒诞不经。用燃料空气炸弹/云爆弹作战斗部遂行在开放空间内摧毁软目标任务,是需要有足够当量的。如果用它对付地下洞穴、工事、掩体,前提条件是必须贯穿这些目标,将云爆战斗部送至其内部引爆才行。云爆手榴弹装药量仅为几十克,顶天也不过百余克,作用范围实际极其有限,何来“1枚顶10枚常规手榴弹”之理?

云爆弹的爆速和爆轰波压力均低于常规炸弹,对付坦克这类硬目标的效果十分有限,即使命中坦克,产生的爆轰波压力也难以摧毁装甲,最多只能损坏坦克表面外露的各种传感器和光学镜头。但这一效果也并非云爆弹的专利,常规装药榴弹亦能实现。至于云爆弹靠制造“真空”环境令坦克熄火,则更是荒唐。退一万步说,就算坦克发动机受爆轰波冲击当真熄火了,但只要未“伤筋动骨”,也就是重按一下“启动”键的事儿。

水的密度是空气密度的800倍左右,而且水越深,水压越大,这让云爆剂如何能在水下充分散开形成“云团”,继而拦截鱼雷?至于拦截洲际弹道导弹,更是痴人说梦。目前的拦截方式主要有中段拦截和末段拦截两种。中段拦截发生在几近真空的太空中,无氧气襄助,云爆弹非哑火不可。末段拦截发生在大气层中,虽有氧气助力,但洲际弹道导弹末段速度几近24马赫,云爆弹需要一定时间才能充分爆炸,极有可能“差之毫厘,谬以千里”。事实上,无论是理论计算还是模拟试验均证明,硬碰硬地直接撞击才是令洲际弹道导弹失效的最有效的作战方式。

俄罗斯RG-60TB型云饱手榴弹

综上所述,作为一种特异化的弹药,云爆弹优缺点均很突出,只有在特定使用环境下方有性能优势,绝对达不到“亚核武器”那般夸张。