【軍事博評】William:普京國情咨文與俄國核武發展方向(下)

2018-03-14 11:48:44
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

承上篇,相對於較傳統的RS-28及MARV機動彈頭,兩種相信仍處於原型系統測試階段的戰略武器—狀況6及核動力巡航導彈就很出人意料,其令人詫異之處不單在性能及運用上的獨特(甚至是史上首次投入測試的),更在於兩種武器違反傳統核戰略的應用原則,甚至在俄國核戰略中也找不到應有的位置。

 1. 狀況6

前蘇聯第一種核潛艇627型,即北約的十一月級。中圖為裝備戰略魚雷的內構圖。圖片來自網絡

狀況6型海洋多用途系統(核動力魚雷)是2015年11月某國營電視新聞頻道中「被洩露」的潛射武器,因為片段中的報告板只出現一秒,很多專家都認為這是欺敵手段,直至年初五角大廈才證實這武器已開始試射,今次則是俄國官方首次承認。其可追溯至65年前蘇聯為首艘核動力潛艇規劃的T-15型戰略核魚雷。當時由於SLBM尚未成熟,蘇聯國防部要求新核潛艇11月級需具備戰略打擊能力,故海軍「被迫」發展搭載大型核彈頭及40公里射程超重型魚雷,作為戰略打擊手段。然而計劃剛進入詳細設計階段,就被取消了。

H I Sutton 網站依據新聞片段製作的的狀況6型結構簡圖

狀況6的直徑可能有1.6米,長24米,使用未知型號的超小型核動力裝置推動渦輪機前進,航程超過10000公里,潛深可達1000米或以上,而且似乎可以搭載非常重型的彈頭。如無意外,這是史上最小型的核動力水中載具。由於體積巨大,要使用專用魚雷發射管,現時只有兩艘經過改裝的核動力特殊任務潛艇(1)可以搭載。片段中除展示CG攻擊片段外,只有一段片段和魚雷可能有關,就是柴油機車拖著的那個圓筒(可能是連同反應堆的推進模組)。

(片段來自Youtube網站)

魚雷主要以自航形式貼著海底航行,到達目標區後像水雷般沉底埋伏,等待目標經過,然後重新啟動引擎衝過去;又或者在近岸城市附近的水下待命,在超長波段訊號啟動下航向指定地點引爆,嚴重破壞沿岸設施,或在小範圍內制造海嘯。狀況6特別之處,在於繞開美國較有把握的導彈攔截系統,利用深水/海底更易隱匿(就算海洋聲納陣列亦較難發現)、現時反魚雷系統成功率不高,以及幾乎無法攻擊1000米深海下小型目標等特點,更容易發動攻擊。

2. 核動力巡航導彈

這是今次武器展示中最具爭議的東西,因為若普京所言屬實,這很可能是已知人類史上首個飛起來的核動力飛行器(美蘇過去的型號,最多只維持在引擎地面測試階段)。此消息剛出現時,幾乎所有媒體都嚏之以鼻,但五角大廈隨後發佈於2017年2月監測到北極地區不尋常輻射擴散,以及年中一次可能的試射失敗時,眾人就不得不認真看待此事了。

1950年代蘇聯的風暴400型巡航導彈,航程達4000公里以上,最後因為過份巨大而停止研發

在了解這東西的「驚嚇性」時,我們須先了解核動力飛行器研究的沿革:1940年代後期,當噴射引擎開始實用化,科學家們已積極考慮將核反應堆裝進噴射引摮,以求在不耗用燃料的情況下為戰略轟炸機取得接近無限的航程。50年代時,進一步小型化但傳熱率大幅提高的溶鹽堆及液態金屬堆出現,令核反應堆裝進飛機或大型飛彈成為可能。

蘇聯一種開式核噴射引擎的結構,照片來自網絡

當時的核動力引擎,形式上可分為兩類,即核渦輪噴射引擎與核沖壓引擎,至於引擎如何傳熱給空氣上則可分為開式(直接循環)及閉式(非直接循環)。核沖壓引擎其實就是在沖壓涵道中加設一個非完整保護殼的反應堆,飛行器發射並以助推火箭加速至超音速後,空氣經涵度加壓後直接流進反應堆的管道中加熱,再由排氣道排出,以產生持續推力;

(美國50年代三種核渦輪噴射引擎v網絡圖片)

核渦輪噴射引擎則分成兩類,第一類為開式引擎,即在一般渦輪噴射引擎原燃燒室的位置布置非完整保護殼反應堆,空氣經渦輪壓縮後在這裏被加熱並排出機外;第二類為閉式引擎,反應堆具相對完整的防護、且堆芯不會與空氣直接接觸。反應堆通常布置於引擎中央或機身內,熱交換器則佈置在燃燒室,反應堆的液態金屬冷卻劑經管道流向熱交換器,加熱流過的空氣,然後又流回堆芯帶走熱能,為引擎提供持續的熱源與推力。

由於開式較輕且較簡單,而核噴射引擎更適合用於飛機上,故美國早期集中精力於這類方案。然而,所造出的幾種發動機都僅止於地面測試,沒有一架裝上飛機。無他,反應堆直接暴露在高速高壓的空氣中,有機會損害反應堆結構,而且放射性物質會隨熱空氣直接排出機外,造成航道上的放射性污染,且對飛行員及地勤而言也是極大的危險;相對地,閉式其實等於核電廠的循環機制,反應堆防護相對完善,噴輻射的問題遠小於開式,但重量急升抵消了核推動帶來的大部分優勢-持續而足夠的單位推力,故到1965年時,還未造出原型引擎。最後,由於結構過份複雜且ICBM的巨大優勢,作為戰略武器的美國核動力飛機計劃於1965年劃上休止符。

(左為TU-119型的設計,右為只搭載了一個試驗核動力爐的TU-95LAL型,引擎仍是傳統動力。網絡圖片)

蘇聯的進度較美國還慢,1960年代的研究似乎集中在閉式循環反應堆上,其成果体現在TU-95 LAL / TU-119上。蘇聯這方面的研究也大約在1960年代中期停擺,後續發展幾乎變成黑歷史,就算是蘇聯解體後,公開提及的資料也極少。

(對片段中巡航導彈基本氣動外型的分析,網絡圖片)

說回巡航導彈本身,普京指有效射程為一般巡航導彈10倍(大約15000至30000公里),而且全程低空高次音速飛行,足夠的航程可供其至少20小時以上的巡航或用更為迂迴的飛行路徑奔襲目標,且能利用低空及繞飛優勢避開高設防地區,以意想不到的方向滲透攻擊敵人的中心地帶。

(試射片段截圖,發射管的位置似乎比左邊的建築稍遠。)

由現時唯一的試射片段所見,彈體頗粗,直徑約1.4至1.5米,長大約12至15米,和第一代大型巡航導彈不相上下,比較離奇的是和狀況6的直徑接近。氣動外形上,照片和CG圖似有很大分別,照片中的彈體似乎具相當長但後掠角度較小的彈翼,以及下垂尾更長的上下垂尾設計,和一般次音速巡航導彈十分相似。它有三枝助推火箭,裝在彈尾的應該是升空加速用,之後由兩側的助推火箭接手再推進一段時間。之所以有這種配置,可能是因為反應堆啟動後要預熱一段時間,直到溫度足夠讓空氣進入並產生足夠推力為止。

至於這東西究竟是用開式還是閉式反應堆,目前還沒有定論,一來公開資料欠奉,二來美國所探測到的輻射也可能是導彈墜毀時所散發的。不過,考慮造價、複雜度及用途,由於開式沒有一次循環系統,重量較輕,單位功率可以更高,而且巡航導彈本來就「只飛一次」,根本沒必要耐操,故採用開式反應堆的機會應該更高。

 

這兩種尚在研制階段的新型戰略武器,可說是將50至60年代的構想進一步改良並「嘗試」實用化。然而,單就目前訊息來看,它們似乎仍存在很多應用上的問題:

1. 技術雖新穎,但應用並不容易:

(前蘇聯於1960年代晚期發展的高集成鉛鉍液態金屬反應堆,雖然大約只有2.5米*3米的大小,但熱功率 / 動力功率輸出可達155MW / 30MW(40000匹馬力),不過可靠度很差。右方是輻射衰變得差不多的合金冷卻液。網絡圖片)

兩種技術均涉及超小型核動力反應堆,而小體積但有足夠能量密度提供20噸以上的魚雷以60節時速潛航,或大型巡航導彈以700-900公里/時速度飛行,且具備良好熱傳導效率的反應堆,大概只有熔鹽堆或液態金屬冷卻堆而已。俄國對兩種反應堆的研究已有多年,算是這門核技術的佼佼者,現時雖然沒有反應堆的任何資料,但俄國研究出超小型高功率熔鹽堆或液態金屬堆,並不是無法想像的事。

然而,以現時技術而言,要讓大功率小型反應堆減重並塞進高速載具的唯一方法,就是減少甚至取消能阻隔輻射的圍阻體;另方面,反應堆由起動到具備足夠能量,需要較長的時間,而且達到臨界後,也不能隨便關爐,要等插入控制棒後持續用冷卻媒冷卻,過程需要較長時間。在這情況下,無論部署、維修還是進行測試,都會十分困難甚至不可行,存放上也需要更多額外防護措施,以阻隔輻射對操作員的傷害。

(H I Sutton 網站在網絡及衛星地圖上發現的巨型魚雷發射管及相關分析)

另外,核技術帶來的「無限航程」其實反而令武器的運用變得更困難。俄系武器一向被蔑稱「傻大黑粗」,但多年來在小型化及規格化上其實已有相當成績,亦減少後勤壓力。然而,這兩種新型戰略武器為追求「無限航程」及巨大威力而使用上核推進裝置。即使反應堆已比過去大幅縮小,但體積仍然非常龐大,結果兩種武器又走回「巨大化、複雜化」的回頭路,這不但令能搭載的載具大為減少,且部署及後勤限制也更多,是否得不償失,真是未知之數。

 

2. 雖接近二次反擊用武器,但反應速度不足,難勝大任:

(80年中期代開始,美蘇兩國核反擊的速度已大幅提高至15-20分鐘之內,圖片截自電影"Wargames(1983))

有一點要留意,兩種戰略武器雖然能以敵方意想不到的方向進行打擊,但它們的打擊速度並不快:狀況6必須經核潛艇發射,到達預定地點後埋伏並等候指令,如果並非預先埋伏,反應速度會非常慢(能打擊的目標同樣有局限);核動力巡航導彈由於並非超音速,由歐俄地區發射後到達目標,也需至少8小時以上,根本達不到突然與快速攻擊的效果,故它們在本質上更像「二次打擊」或「核報復」的兵器。然而,以核子戰爭一個上午就可分「勝負」而言,這類戰略武器作為反擊武器還是太慢,實用價值太低,到擊中目標時隨時起不了作用(因為已沒有目標給你炸了)。

3. 違反核武使用常規,而且人在迴路因素低,風險大幅提高:

這可能才是兩種新戰略武器的最大問題。核戰略及其決策模式,除建基於核武的破壞力及其帶來的阻嚇性,還建基於相關武器的發展。1980年代時,美蘇雙方為避免一旦發生核衝突便進入全面核戰的最惡劣狀態,都開始考慮在核衝突發生時使用更靈活的攻防手段,例如美軍的SIOP-5及6計劃中,將威嚇手段、打擊目標、範圍及手段分成多級,並透過不同級別武器的使用(由小型核炸彈到ICBM),令核衝突維持在一個可控的水平,對方在意識到不利時也有轉彎和談的餘地(2),這就是核戰略中的「靈活應對」。

然而,俄國這兩種新型戰略武器,由於威力大但部署速度受限制,不能隨狀況改變而立即部署,適時發揮阻嚇力,必須預先部署,靈活性及戰時狀況的針對性已經降低;更有甚者,若給對方得知部署(3),更可能誤判戰略企圖,被迫提升應對手段,可能令核衝突迅速惡化至無法控制的地步。

《未來戰士》系列,可說是冷戰時代對戰爭指揮電腦化 / AI化恐懼的反映。圖片來自網絡

至於人在迴路這問題上,電腦化,自動化甚至AI化一直是各國常規武器的走向,前蘇聯及俄國更一直追求高度自動化。然而,在核武運用上,各國不約而同的仍依靠人手輸入啟動密碼甚至「扭發射鎖匙」(註4)。這無非是因為核武破壞力太大且能引發毀滅文明的核戰爭,必須有人在整個決策及發射程序中把關,作為一種「失效安全」的保險措施。

潛艇可以用長線纜把通訊浮標升到淺水區接收訊號,但巨型魚雷明顯沒能拖那麼長的通訊浮標。網絡圖片

然而,這兩種武器由於部署方式特別,不但啟動工作困難(例如狀況6於海底待機,接收長波段通訊及啟動命令上會非常困難,因為潛艇慣用的長波通訊最佳狀態下也只能達400米深度),而且幾乎只能依靠遙距傳輸指令,讓機載電腦確認攻擊命令及啟動攻擊程序;這一來可能增加被電腦病毒攻擊並無效化,甚至被控制而「反咬自己」的機會,但更重要的是增加電腦因誤判等問題而自動發動攻擊的風險,而這風險隨時是人類難以承受的。

小結:

總括而言,不計算技術是否成熟到能穩定操作,這兩種戰略武器其實已將人類核技術應用推到一個新階段,即超小型核動力技術的首次海上應用及首個升空的核動力飛行器。而單就核戰略而言,這兩種二次打擊型戰略武器確實也依循「避實擊虛」的策略,避開美軍在導彈防禦的優勢。

然而,如果真的當成戰略武器用,似乎會出現很多後勤及整備安全問題,啟動上更多依靠電腦也有可能增加電腦誤判指令的風險(更重要的是人的心理障礙:我們沒理由將危險及影響深遠的事完全交給電腦執行);另外相對於其他戰略,現代核戰略更重視「阻嚇」、「阻止對方使用核武」。這個概念不要求「超殺」的過大威力,而是迅速及有效的回應,讓對手意識到發動先制核攻擊不會為自己帶來優勢,就算擊潰對方,亦會受到同樣無可挽回的重創。核魚雷及核巡航導彈雖然有「近無限射程」及「迴避敵人優勢」的優點,但部署不便,必須預先作境外部署(反令對手減少迴轉空間),反應上更「慢人一拍」,其實更是二次反擊戰略的大忌。

普京為何展示一些不太合常規且近期難以實用化的戰略武器發展?我不是普京,不可能知道。但這方面更像純粹展示技術優勢(我們有,美國佬沒有)多點,似乎也契合國情咨文的原有目的--增加普京的威望。至於會否引來美國進一步猜忌?老實說,俄國方面可能認為就算擺出和善的態度,特朗普仍然會我行我素,既是這樣,又何必熱面貼著冷屁股呢?

 

 

 

註1:即仍在施工中的09851型哈巴羅夫斯克號及09852型別列哥羅德號(另外武器試驗艇薩羅夫號也可發射)。前者似乎是955型戰略導彈核潛艇刪減導彈艙的縮短版,而09852的前身是一艘未完成的949A型(奧斯卡2型)巡航導彈核潛艇,去年已服役。有趣的是,雖然CG是09852型,但片段中的核潛艇遠沒有949A型巡航導彈核潛艇闊,故更可能是施工中的哈巴羅夫斯克號。

別列哥羅德號裝備分析圖,H I Sutton 網站制作

至於片段中出現,直徑大約7至8米的耐壓殼,以及小型無人潛艇,則是兩型的共同裝備,前者是小型核反應堆(STELF ATUG),為海底監聽網供電,後者是大鍵琴(Harpsichord)-2P-PM型水下無人載具;兩艘艇也可搭載18511型核動力水下工作艇(小型工作潛艇)。

註2:狄彥武﹤美國核實戰計劃﹥,《海陸空天慣性世界》第39期,2004年9月號。

註3:美國的海底聲納陣列並非不可能偵測到這核動力魚雷的噪音,另外由於搭載艦少,只要留意兩艦行踪即可;核動力巡航導彈由於巡航途中也會噴出強烈輻射,尤其伽瑪射線,大氣監察系統及衛星也有機會發現。

註4:這點甚至是前蘇聯都極為謹慎:1980年代,美國發展出快速核突擊的能力,甚至可以在15分鐘內將莫斯科炸過稀爛,軍政領導層連逃往地下核掩體或撤離莫斯科的機會都未有就可能給「一鍋端」。蘇軍首腦希望即使自己全滅,蘇聯仍有全面反擊、與美國同歸於盡的能力,從而令美國不敢輕舉妄動,故發展了所謂「死手」(正式代號「周界」)的戰時緊急通訊系統:當設在烏拉爾山的自動指揮設施一經啟動,若探測到大量輻射塵,或者持續一段時間也接收不到總參謀部指揮中心 / 紅牆的定時通訊,便會指令附近山區中的重防護發射井發射MR-UR-100型(SS-17型)ICBM。這批導彈彈頭全換成通訊載荷,進入軌道後將與所有殘餘的發射井及停在港口/偏遠狹灣中的彈道導彈核潛艇通訊,啟動發射準備程序。原系統設計具備全自動模式,一旦啟動,通訊載荷即可指令飛彈改變目標並自動發射。

布里茲尼夫與國防部長烏斯季洛夫(帶眼鏡的)參觀某設施,傳聞這是當時未服役的死手系統其中一個控制台。網絡照片

然而,蘇聯軍政領導最後否決這個設計,改為由殘存指揮中心的值班長官決定是否還擊,再將發射指令經通訊載荷傳給各發射單位。死手系統也變成一個「緊急時」可自動將反擊權轉移到倖存者的指揮系統。

發佈於 軍事博評
By 2018-03-14

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