【軍事博評】William:北韓「氫彈」試驗透露什麼訊息?

2017-09-06 10:00:39
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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金正日父子似乎十分擅於制造突發危機,這點尤以金正恩最為厲害,幾乎達到「亂出牌」、「估佢唔到」的地步。

正如今次核試前,北韓幾乎毫無動靜整整一個月,然後上星期先來短程導彈測試,繼而赴海自沒有任何反導神盾艦在日本北部時,試射中程彈道導彈飛越日本上空的宇宙空間。然後就是今次幾無預警可言的熱核武器試驗,之前似美軍似乎都未留意到任何核試準備,唯一不明顯的預兆就是前一天朝中社發報金正恩視察核研究中心的消息,繼而展示所謂「氫彈核心部件」的照片。

至於北韓與美國,以至六方之間有什麼枱底較勁,才導致金正恩有此舉動,可能要等歷史檔案公開時,才能知曉了。不過,透過核試本身及金正恩巡視研究中心時所反映的一些訊息,我們反而可以得出一些北韓核武最新發展情況:

一、現時北韓所造的似非純粹定義上的氫彈,而是更具實用性的核子武器:

北韓一直聲稱自己擁有的是氫彈,而普遍西方媒體都已定性其為熱核武器,大部分中文媒體甚至直接使用氫彈這個名詞。然而,參考金正恩巡視核能研究所所發放的照片及資料,會發現所謂氫彈核心是個棗形 / 花生型架構,這結構和今日所知的各國戰略核彈頭的核心組件非常類似,只是尺寸大一點而已,而且資料亦聲稱該彈可隨意改變爆炸威力。

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要了解以上訊息的意義,我們要先了解傳統核武器基本原理。傳統氫彈其實都是二次起爆武器,即是要先引爆一個小型核分裂彈頭,利用最初發出的X光將周圍的充填物(多是類似發泡膠的物質)溶成高熱高壓等離子體,並壓向以氘化鋰為主體、以鈈為核心的彈芯部分。其彈殼多以鉛為外殼,以約束X光及已等離子化的充填物,壓向彈芯。在巨大的X光輻射壓及高熱等離子體壓力下,鈈亦開始裂變,氘化鋰中的氘(氫的同位素)會因為內外超高熱及超高壓而發生核聚變,形成巨大爆炸。在這爆炸中,核聚變佔了大部分能量(85至97%)。

然而,這種氫彈的體積及重量不會小得到哪裏,早年為進一步提高爆炸力,會把彈芯及彈體外殼換上貧鈾,一來提高保護性,二來在強烈X光下貧鈾彈芯外層會有高熱燒蝕效果,進一步提高壓力,三來貧鈾在撞上聚變發射出的極高能中子時,也會發生裂變,進一步加大爆炸能量,而成為所謂「三相彈」,當然,這種彈只會更重。

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今日各軍事大國戰略核彈頭,其結構及靈感均來自三相彈,只是作為次級聚變彈芯的聚變物料分量少得多,聚變能量只相當於總爆炸力的15-20%,而且聚變主要作為高能中子源,使彈頭內更多裂變物質參與裂變而已。這種構造的優點在於核彈只需做到200至300公斤重,所需裂變物質份量少,但爆炸力可達20-50萬噸黃色炸葯,打擊力已非常足夠。

無獨有偶,這種以裂變能量為主的「熱核武器」(註) 現時都是將起爆彈及聚變彈芯都造成小球型,包在貧鈾金屬殼內,外觀看上去的確有點像花生。加上彈頭可透過事前放入份量不等的氘化鋰以調整爆炸當量,這些都與北韓放出的資料吻合,而北韓所發佈的訊息表明該「氫彈」已縮小到可裝進戰略導彈中,同時部分科學機構亦評估核試爆炸威力可能在10至20萬噸黃色炸葯之間,符合這種武器的大小與威力範圍描述。

更有甚者,北韓今次幾乎是在美國眼皮底下毫無動靜地把彈頭送到試驗場引爆,種種跡象表明,北韓今次研發的,是一種實用價值極高且適合其現時打擊手段(小型而載荷較輕的洲際彈道導彈)的現代化核武器。

二、北韓似乎已在多彈頭洲際彈道導彈上邁出重要一步:

此前西方幾乎所有軍事情報研究機構都認定北韓需要至少一年或以上的時間,才能把核彈小型化並裝進他們那些小型洲際彈道導彈上。然而,今次的跡象表明眾專家似乎都錯了!

實驗室中出現了火星14型彈道導彈的彈頭外罩,而該核心組件可放進彈頭頂端且尚有相當空間,只要再造得緊湊一點,似乎可以搭載大約兩至三個分導彈頭。

 

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現時五強的陸基 / 潛射洲際彈道導彈都載有多目標重返大氣層載具 (MIRV),一枚導彈可搭載3至10個分彈頭,以打擊多個戰略目標(或者由不同角度打擊同一目標),增加核打擊效率,而具備多目標重返大氣層打擊能力的一個重要先決條件,便是核彈要造得足夠緊湊,使導彈頂艙能塞進更多分彈頭。

北韓現時的「核心零件」直徑似乎只有60厘米左右,火星14型的彈頭闊度大約1.5至1.7米,塞進2至3個分彈頭至少在尺寸上似乎不是一個大問題,如果仿照60-70年代蘇聯的做法(例如彈頭倒放或串列式),甚至塞進4個都有可能。

三、北韓「可能」現有的技術困難:

現時北韓在彈芯上似乎已可做到小型化,而且能造出標準破壞力(10至40萬噸當量)的現代化「熱核武器」。不過資料及地震訊息中仍可看出北韓的彈頭及導彈技術似乎仍存在一些以其現時工業工藝水平仍難以突破的問題。

首先,是高威力核彈的製造能力。與原子彈不同,無論是傳統氫彈還是今天的熱核武器,均需充分利用初級核彈的爆炸能量,為次級彈芯製造極端高溫高壓,以讓更多氘進行聚變,故無論是初級彈起爆裝置,提供等離子體的充填物還是反射X射線 / 等離子體的鉛殼 / 貧鈾殼都要造得極精密,這也要經電腦精密設計及計算。單由彈芯(或其模型)所顯示,彈芯底部主要用以準確引爆初級彈頭的控制元件似乎造得較大(當然,這未必對於準確引爆有所影響)。

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不過更大的問題可能在於貧鈾殼。為集中能量,大部分核子強國的氫彈 / 熱核武器的外殼都會使用整體鑄造的貧鈾外殼容器(內部可能還加以切削整形),這樣能使內部質量分布均等,X光及等離子體的慣性約束更均勻,然而北韓的貧鈾外殼似乎是以五件大鑄件組合而成,並以螺絲釘加以固定,這似乎顯示北韓的貧鈾熔鑄加工能力仍有待改進,而這可能造成腔內質量不均,在初級核彈爆炸後,無法有效集中所有能量與等離子體壓向次級彈芯,並減少核聚變的規模與高能中子。看看核試情況,此彈至少應該能做到20至30萬噸當量的爆炸力,而且由於北韓無法經常進行核試,所以單次實驗的數據十分寶貴,北韓理應測試其最大爆炸力。但實情是,作為加強型核彈,其爆炸力似乎仍然偏低,共同社甚至估計只有7萬噸當量。這究竟是北韓在設計上出現問題,還是貧鈾殼體未十分成功的約束X光與等離子體,暫時仍是未知之數。

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其次,是導彈搭載能力。彈頭的問題可能還小,最大的問題還是載具。現時北韓的遠程 / 洲際彈道導彈火星12型及14型,在大小上十分類似六十年代蘇聯的小型洲際彈道導彈UR-100(北約代號SS-11),但直徑比其還小30CM,燃料容量有可能比UR-100更少。加上引擎似乎只是單噴嘴版的RD-250系列(如果早前的情報無誤),推力比UR-100還要小一截。在這情況下,為換取原有射程,彈頭可能要變得更輕。回看研究所的結構圖,火星14型雖然有比較大的外罩,但彈頭所佔空間甚小,其餘空間空空如也,空間利用率似乎很低,似乎從側面印證火星12 / 14型犧牲了載荷,著名軍事研究網站Global Security更認為這東西只有500公斤載荷。如果引擎沒有改進的話,這載荷莫講裝上MIRV (MIRV需要一個較重且具備多個噴嘴,以調節彈頭投放姿勢的基座), 甚至搭載真正氫彈的大型單彈頭或者加裝反彈道導彈誘餌都十分困難。

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最後,是重返大氣層載具的研發能力。北韓近年的中遠程及洲際彈道導彈(如上圖的火星12型)都有個特殊的共通點,就是體積大得有點不成比例的單彈頭/重返大氣層部分。前面已提過,北韓彈道導彈載荷似乎很小,為何仍要造那麼大的彈頭?其中一個原因可能是需要一個足夠大的重返大氣層段,以確保順利到達目標。

鑑於北韓的導彈技術可能仍處於蘇聯60年代時的水平,他們可能仍無法設計或製作一個足夠小、氣動上保持穩定而燒蝕層足夠的再入彈頭,而一個大而結構強度較好、燒蝕層較厚的彈頭,可保證彈頭能以高然速穿越大氣層,並在落地前不會被燒毀。不過問題是,如果彈頭過大,不但不利MIRV與及更小型的彈道導彈的發展,而且重返大氣層時,無論熱力還是雷達訊跡都可能十分明顯,進一步增加被定位及攔截的機會。 .

必須指出的是,現時以上的觀察,基本上是以核試地震、北韓現有放出的片段及其他二手資料作出評估,我們無法肯定北韓放出的資料是否有任何誤導成份,甚至也不肯定那個「花生核芯」和試爆的東西是否同一設計,而且,以金家擅玩突然性的「傳統」,你很難肯定他們還有什麼底牌來「嚇你一跳」。

 

註: 現時「熱核武器」的定義其實較廣泛,凡涉及兩級爆炸的核武器,不理主要作用是裂變或聚變,都稱為熱核武器,包括傳統氫彈、「三相彈」及以裂變能量為主的小型「熱核武器」。現時裂變能量為主的小型「熱核武器」,原理和「加強型核彈」一樣,都是以少量核聚變作為中子源,但由於加強型核彈只有單級,聚變物質只加在單級核彈的夾層中,故並沒有被歸入熱核武器的範疇。

發佈於 軍事博評
By 2017-09-06

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