杂志汇兵器知识

20世纪50年代后期，苏联成功发射了洲际弹道导弹和第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”，这表明其拥有了把核武器投掷到美国本土的更有效的运载工具，这不仅大大提高了苏联的世界地位，而且也对美国构成了严重的核威慑。美国将这视为“在一场比珍珠港事件更重要、更伟大的战争中失败了”。于是，美国在此后进行了多次高空核试验，以研究核爆炸产生的射线对导弹的影响，研究反弹道导弹问题以及研究并解决核弹头的突防问题。1958年8月27日至9月6日，美国在南非开普敦市西南1 800千米的南大西洋海域进行了“阿尔戈斯行动”系列核试验，该试验由劳伦斯辐射实验室主导，具体由美军TF-88特混舰队（该舰队由9艘军舰组成）在绝密状态下实施。“阿尔戈斯行动”共进行了三次核试验，8月27日、8月30日和9月6日，美军从“诺顿湾”号驱逐舰(舷号：AVM-1)上先后发射了三枚改装的X-17A导弹，该导弹由洛克希德公司制造，为三级导弹，长13.1米，直径2.31米，导弹各自搭载一枚当量为1 700吨TNT的W-25核弹头（重98.9千克，长0.655米，宽0.442米，由洛斯•阿拉莫斯国家实验室研制），分别在170千米、309千米、794千米的超高空引爆。核弹在高空爆炸后释放出巨量的X射线和β射线影响地球大气层，在数百英里内造成短时间的带电粒子雨，形成了“范•阿伦辐射带”。这些带电粒子在地球磁场中运动时，会造成能量巨大的电磁脉冲，在任何导体内造成巨大的电流，以此来损伤甚至摧毁洲际弹道导弹中的电路，使导弹的引爆系统与制导系统失灵。此外，辐射带也能影响电波与雷达的传输，对近地轨道的航天器也有一定威胁。这些核试验证实了核爆炸所产生的能量辐射、尘埃扩散、自由电子和裂变产物的辐射对于导弹、卫星及其电子元件具有强大的破坏能力。

中子弹反导

在反导方面，中子弹也有着独特优势，它是极好的反导拦截手段。理想的反导弹核武器应能在本国边界附近的高空摧毁敌人发射来的导弹核武器，而对自己国土上的建筑设施和人民生命财产基本上不产生破坏与杀伤作用。这就要求反导弹核武器的冲击波和热辐射的破坏作用很小并且产生的放射性沉降物也很少。只有中子弹才能做到这一点。1958年夏天，美国在太平洋约翰斯顿岛进行的高空核试验中曾研究过用中子辐射破坏弹头是否比用反弹道导弹的热效应更加有效，结果证明确实有效。由于中、高空的空气密度小，空气极为稀薄，对中子的衰减能力减弱，中子可以传播到相当远的距离，故中子弹反导的毁伤距离很大。中子弹在高空爆炸既能摧毁导弹的核弹头又能对导弹的电子元器件和线路造成损伤。

中子弹产生的高能中子对来袭核弹头的破坏作用主要体现在以下两方面。

一是引起来袭导弹内核装置过早点火。由于原子弹的威力与核材料的临界度是成正比的，而临界度又是强烈依赖于时间的变量，所以中子点火必须适时，以确保在临界度基本达到最大值时释放出大量的中子。过早或过迟点火都会使扳机的威力下降，而如果威力下降到一定程度就可能引爆不了氢弹，造成核爆的失败。中子弹发射出来的密集“中子雨”可以穿透导弹的外壳，射入来袭导弹的核材料中，使核弹头中的核炸药发生“过早点火”提前裂变。所谓“过早点火”是指来袭弹头的核材料在未被压缩得很好时，即超临界度不大时，由于反导核爆射进去的过量的瞬发中子和缓发中子的作用，使来袭核装置过早裂变，核裂变不能在最佳时间进行，导致当量大大下降，近乎“哑弹”，造成很强失效，从而使进攻失败。

二是中子引起核材料熔化或变形从而使核武器失灵。中子打到来袭弹头的活性区，由于引起裂变和其本身所携带的大量能量，可使活性区的温度升高很多，从而使核材料熔化，致使弹头不能爆炸。据估计，一枚2 000吨TNT当量的中子弹爆炸后在500米处的中子注量达8×1014中子/厘米2，可使约4×1013个原子核发生裂变，并能产生350℃的高温而使核装料变形。

中子可以穿过导弹壳体，直接作用在导弹内的电子元件、电子线路、电缆网、惯性器件、金属材料及油料等部件上，使它们承受很强的电磁场和大量的粒子辐射，造成辐照损伤。轻则使其电参数或物理性能变坏，重则造成永久性损伤，甚至导致制导系统失灵，从而使导弹失去控制，导致导弹飞行失常。对于未加固的导弹系统，中子对它的破坏半径约为几十千米，例如，美国1980年要求非工作状态的电子系统达到的辐射容限为中子通量1 014个中子/厘米2。据估计，一枚2 000吨TNT当量的中子弹爆炸后在500米处的中子注量可达8×1 014个中子/厘米2，电子元件受到这么大的中子注量照射会引起性能改变，甚至是永久性破坏。

高能中子(快中子)是与质子质量接近的粒子，但没有电荷，大部分快中子是在1微秒的裂变过程中释放出来的。当中子撞击到一种材料上时，中子就像高速弹丸一样引起材料内部结构的物理位错，通常能产生永久损伤，尤其是在半导体中，半导体器件的有效工作依赖于已有的有序的晶体点阵结构。照射到半导体器件上的中子，将与靶材料原子产生弹性散射或非弹性散射等作用而使其离开晶格位置，在半导体内产生永久性损伤。中子造成导弹上电子元器件永久损伤的机制是中子与原子核作用会形成反冲核，因而导致出现了下列效应：（1）在晶格结构中产生大量晶格空穴，一个高能中子能置换出几千个原子核；（2）产生空隙原子，即停在晶体晶格中正常原子位置之间空隙中的位移原子，引起晶体晶格结构的畸变。中子与晶体中的原子发生碰撞，通过碰撞，晶体原子得到能量。当得到的能量大于位移所需要的能量（对于大多数材料约为25eV），晶格原子就可以离开原来平衡位置进入填隙，在晶体中产生空穴与填隙原子，产生“位移效应”；（3）形成所谓的“热钉子”，即快中子在非常小的体积中损耗其大部分能量，形成小范围的高温，这个“钉子”将包括5 000~10 000个原子，并且在10-4微秒左右的时间内达到1 200℃的高温；（4）中子被某些核素俘获后形成复合核，并处于激发态。当激发能量超过原子核的最小结合能时，原子核就会发射别的粒子，如质子、α粒子或β射线，产生感生放射性，经过蜕变产生了新元素，结果等于在晶体晶格中引入了“杂质”原子造成缺陷；（5）对于含氢化合物，中子打击分子结构中的氢核，从而导致材料中产生氢气。

从“诺顿湾”号驱逐舰甲板上发射的X-17A导弹

“范•阿伦辐射带”对导弹的影响示意图

反导示意图，左边为来袭导弹，右边为反导导弹及雷达设施

左边为“斯普林特”导弹，右边为“斯帕坦”导弹

“斯普林特”拦截弹粗大的第一级提供足够强大的动力

运输车上的“斯普林特”导弹“斯普林特”导弹

为了保卫美国的洲际导弹发射基地，防御苏联对美国洲际导弹基地发起“先发制人的攻击”，保证这些基地能够有效完成核反击任务，美国开发了“卫兵”反导系统，它是美国唯一部署过的反弹道导弹系统，位于北达科他州大福克斯反导基地。“卫兵”系统于1969年8月起动工建造，1975年10月工程完工，基地配备1部远程搜索雷达，1部导弹阵地雷达和4个遥控发射场。遥控发射场包括地下控制室和导弹圆筒形垂直发射井，共部署70枚“斯普林特”导弹和30枚“斯帕坦”导弹。“斯帕坦”和“斯普林特”两种拦截弹分别负责大气层外高层拦截和大气层内低空拦截。如果“斯帕坦”拦截失败，射程较近的“斯普林特”导弹将在大气层内进行第二次拦截。以今天的术语来说，两种导弹分别负责中段拦截与末端拦截。

“斯普林特”导弹(SPRINT)名称来源于“固体推进剂火箭拦截器”(Solid Propellant Rocket INTerceptor)的缩写，它是美军开发的一种低空拦截近程反导导弹，对付目标为洲际弹道导弹再入大气层的核弹头。“斯普林特”导弹项目源于1959年的一项研究，当时需要一种能快速反应拦截再入段弹头的点防御反弹道导弹，特别是拦截海基发射的弹道导弹或突破高层防御系统的再入段弹头。初期的基础研究持续了3年，在相控阵雷达、实用防烧蚀罩等相关技术成熟后，终极防御导弹被证明在技术上是可行的。当时道格拉斯公司研制的“奈基-X”反导系统存在着不能分辨真假目标、也不能对付分导多弹头和机动目标的问题，而苏联的洲际导弹突防技术不断提高，所以需要引入低空拦截导弹。美国通过“防御者”计划的研究，提出大气过滤识别真假弹头的有效方法。当时导弹主要靠施放大量雷达轻诱饵和假目标来突防，反导雷达将很难在目标云中识别出真弹头，但进入大气层后，由于阻力大、重量轻，那些诱饵和假目标落在后面，从而能识别出来。为了充分利用大气过滤，将拦截高度降低势在必行，于是美国陆军在1961年把“低空防御”概念引入反导系统，决定研制第一代低空拦截导弹“斯普林特”。1962年11月，陆军向道格拉斯飞机公司、马丁•马丽埃塔公司和北美航空公司哥伦布分公司进行招标，通过对这3家公司方案的比较，决定由马丁•马丽埃塔公司奥兰多分公司研究“斯普林特”导弹方案。1963年3月，陆军正式选定马丁•马丽埃塔公司为主承包商，同年5月波音公司开始研制高加速助推器。

“斯普林特”导弹重3 500千克，弹长8.2米，其中一级长3.2米，二级长5米。弹体呈圆锥形，由两个锥度不同的锥体组成，其外壁就是导弹的光滑圆外表面。这种锥形弹体曾一度非常流行，比如苏联的53T6拦截弹也采用了类似的设计。导弹最大弹径1.37米，作战半径最大48千米，最小32千米；作战高度最大30千米，最小为15千米；杀伤概率为75%；制导方式为无线电指令制导；发射方式为地下井垂直发射；动力装置为两级固体火箭发动机，命中精度为24~27米。由于洲际导弹末端飞行速度在7 000米/秒左右，拦截窗口很短，因此“斯普林特”反导导弹的反应时间非常短，其末端速度可达12马赫，进行拦截所需的飞行时间预期不超过15秒。

“斯普林特”导弹的第一级采用流体二次喷射的推力矢量控制系统，使用流体注入喷气舵进行控制，故第一级无气动控制面。第二级采用4片小型可动控制面，位于第二级的后部。第一级发动机为“赫尔克斯”X-265固体燃料火箭发动机，装药质量为2 020千克，推力2 998千牛，工作时间为1.2秒。第二级发动机为“赫尔克斯”X-271固体燃料火箭发动机，装药质量为420千克。两级发动机的推进剂均为高燃速、高级固体推进剂。导弹的机动飞行能力依赖于它的基本气动外形和控制系统，在第二级发动机和弹头之间装有制导与控制装置。由于导弹飞行的速度极高，在气动加热作用下，“斯普林特”极高的加速度使得表面温度急剧升高，产生3 400℃的高温，导弹发射后的第一秒弹头就已被烧红，因此需要一个十分复杂的防烧蚀层。由于表面温度超过了乙炔火炬的温度，导弹的第二级即使在白天也闪耀着夺目的光芒。严重的热状态也造成导弹表面附近的振动层流成为部分电离的等离子体。

“斯普林特”导弹上的机电和电子设备都采用了抗震设计，以应对飞行中的极端震动、抖动以及加速环境。此外，为承受剧烈压力和核弹头爆炸时产生的电磁脉冲，导弹也进行了加固。“斯普林特”导弹极其坚固，其结构设计可经得住25 000G的振动，这意味着在核爆炸附近或核爆炸引起的冲击波中，导弹仍然可控。

“斯普林特”导弹的导弹阵地雷达(右)及发电站(左)

“斯普林特”导弹阵地雷达的内部配置图“斯普林特”导弹系统的探测与跟踪系统通常由环形搜索雷达(PAR)、导弹阵地雷达(MSR)、数据处理系统、指令系统和相应的显示、通信设备组成。导弹阵地雷达位于北达科他州尼科马市，雷达地上部分高24米，地下部分深13.1米，外形近似金字塔，能够扫描可能从各个方向袭来的导弹的踪迹，可以分辨来袭弹头，选择目标，精确跟踪敌方弹头并引导己方反导导弹拦截目标。由于考虑到敌人对反导阵地打击的问题，因此采取了抗核加固措施，采用了1.2米厚的混凝土墙。该雷达为一款S波段的无源相控阵雷达，采用直径为4米的圆形天线，它的最大探测距离达到了1 280千米。该雷达设施属于“斯坦利•R•麦克森防卫综合体”的一部分。40千米之外，配备有环形搜索雷达，它是一座高达39米的大楼，基座宽61米，巨大的八角形阵面装在一个39.6米左右的巨大基座中，天线最宽处大约为30米。这款雷达仍是相控阵体制，工作在UHF波段，整个阵面有6 888个T/R组件，它的最大搜索距离达到了3 300千米，这款强大的雷达同样采取了抗核加固，基座厚度达到了3.35米。其作用为对目标进行搜索、发现和初步跟踪，确定轨道和拦截点，提供早期预警，为导弹阵地雷达提供支持，其方向面向北方，以防范苏联的导弹袭击。导弹阵地雷达和环形搜索雷达可对多目标（上百个）进行跟踪，引导20枚导弹拦截目标。

“斯普林特”导弹平时贮存于圆筒形垂直发射井内，采用地下井气体弹射方式发射。井直径为2.7米，深9.3米。井中间安放导弹发射管，直径为1.53米，长3.67米。发射管底部为活塞，其下为燃气发生器。当高速相控阵导弹阵地雷达（MSR）测得目标数据后，通过数据处理系统预测目标弹道及落点、计算射击诸元、分配火力单元并进行引导计算、给出导弹发射指令。接到发射命令后，燃气发生器点火，将高压燃气喷到活塞下部的小腔室中，在其推动下，活塞及导弹迅速上升，导弹顶破井口处的薄膜。当活塞上升的距离为3.05米时，其上升加速度达到最大值。当活塞在井口停止工作和导弹分离时可使导弹获得640~720千米/小时的初速，但也有报道说刚离开发射井就已达到了超音速。随后，当导弹刚离开发射井口时，助推器开始点火(与燃气发生器的点火前后间隔约0.5秒)。约2秒后第一级脱落，主发动机开始工作。根据导弹阵地雷达指令，导弹进行轨迹校正，待进入杀伤范围时，由导弹阵地雷达发出引信解锁、战斗部起爆指令，并通过核爆炸杀伤目标，整个飞行时间约为6.5秒。

“斯普林特”导弹通过冷发射被弹射到空中后，火箭发动机启动，导弹的过载很快超过100g。该导弹拥有非常高的加速度，这点在末端拦截时非常重要，在发射后5秒内导弹的速度就可达到10马赫以上，这一极大的加速度相当于一辆汽车在0.3米的距离上由静止加速到80千米/小时。当第一级火箭发动机点燃后1秒，导弹就已经离开发射地点1 600米。“斯普林特”导弹通过地面控制站进行无线电指令制导，地面站通过高速相控阵雷达来跟踪来袭洲际弹道导弹的再入载具。上行指令信号必须能够通过导弹外的喷焰和等离子体屏障，这是通过极高的导弹阵地雷达功率来实现的，导弹阵地雷达的工作功率大于1MW，峰值功率达12MW。

环形搜索雷达

环形搜索雷达的横截面透视图，整个阵面由24个子阵列构成

发射井中的“斯普林特”导弹

“斯普林特”导弹发射井剖面图

“斯普林特”导弹发射场景W66 中子弹

“斯普林特”导弹装备一枚W66型增强辐射热核战斗部（中子弹），该战斗部专门为在大气层内拦截而设计，由洛斯•阿拉莫斯国家实验室研制。W66是美军开发的第一种中子弹，其理论研究开始于科恩在1958年的中子弹探索。为给“斯普林特”导弹配备中子弹战斗部，劳伦斯•利弗莫尔国家实验室和洛斯•阿拉莫斯国家实验室两家进行竞争，两者分别负责W65和W66核弹头，1965年10月进入了第三阶段的测试环节，但1968年11月W65被取消。60年代末在内华达州核试验场进行了地下核试验，但其批量生产技术的研究工作直到1972年1月才开始。1974年6月制造出第一枚W66核弹头。该核弹头长0.89米，直径457毫米，重68千克，爆炸威力为1 000吨TNT，杀伤半径为400米。W66核弹头在15 000~30 000米高度由地面指令引爆，其爆炸产生的能量以中子居多，主要通过高能中子流来杀伤目标，对电子设备有强大的破坏作用。此外它还能通过核爆炸产生的冲击波以及少量的X射线来实现对再入段目标的破坏。由于“斯普林特”导弹不论是射程还是射高都有限，因此爆炸产生的中子流对己方也有影响，所以曾引起许多争议。W66在1974年6月到1975年3月间制造了70枚，但它仅仅服役了几个月就于1975年8月退役，而在1985年彻底退出储存状态。

试验与服役

“斯普林特”导弹的部分组件测试开始于1964年初，在“Squirt”实验导弹上测试了推进技术。整枚导弹的飞行试验工作从1965年3月开始，试验场地包括白沙导弹试验场和太平洋夸贾林环礁靶场，两地分别进行了42次和34次发射试验。整个试验包括两个阶段：第一阶段为导弹飞行试验阶段，从1965年3月到1970年12月，包括在白沙导弹试验场试验早期发展型和尔后在夸贾林环礁进行的系统和实用性的试验。这期间总共试验了10枚弹，分两批进行，第一批的4枚弹主要测试导弹的结构和推进系统。第二批加上第二级，测试制导和控制系统。其余3年的时间用于对导弹进行闭合回路试验。1967年10月，“斯普林特”导弹对模拟目标进行了拦截试验，至1970年8月共进行了42次试验，其中23次成功，10次失败，其余9次部分成功。在夸贾林环礁试验场，梅克岛发射阵地上配有一个单相控阵导弹阵地雷达，但是在作战情况下“斯普林特”也能从不配备导弹阵地雷达的地点发射。第二阶段，1970年8月至1974年8月为“卫兵”系统实用性拦截试验阶段，在此期间，“斯普林特”导弹共进行了50多次单发、齐发以及拦截各种目标的试验，大部分都是成功的。几个标志性拦截试验如下。

1970年12月23日，在夸贾林环礁试验场上空第一次成功进行了低空拦截试验，拦截了一枚从加利福尼亚州范登堡空军基地发射的洲际导弹的再入弹头。范登堡空军基地距离夸贾林环礁试验场约7 700千米。试验中的拦截导弹和目标均未装核弹头，通过地面测量证明制导精度符合要求，足以摧毁来袭弹头。

1971年3月17日，美军首次用2枚“斯普林特”齐射，拦截了一枚从范登堡空军基地发射的“民兵”I导弹的弹头。两枚“斯普林特”导弹FLA-49 和FLA-50自梅克岛（位于夸贾林环礁东侧边缘）以不到一秒的间隔相继发射，第一枚导弹在距离拦截点约27米处（地面投影点）拦截了目标。

1971年5月7日，“斯普林特”导弹试验了拦截海基洲际导弹的能力。它拦截了一枚“观察岛”号实验舰发射的“北极星”潜射洲际弹道导弹。同年11月，首次成功拦截了隐藏在许多诱饵中的真实弹头，主要试验识别能力。

1972年5月，“斯普林特”导弹试验了拦截多弹头的能力。

“斯普林特”导弹从1963年开始研制，到1970年12月开始进行拦截试验，历时7年半，生产承包经费和研制经费达7.8亿美元。美国共生产了150枚“斯普林特”导弹(包括试验型)用于飞行测试和战备部署，其中70枚配备了W66核弹头。按照原计划，“卫兵”系统应部署在密苏里州的怀特曼空军基地、蒙大拿州的马尔姆斯特罗姆空军基地和北达科他州的大福克斯空军基地，以保卫美国的“民兵”洲际弹道导弹基地。1972年5月，美苏签订了《美国和苏联之间关于限制反弹道导弹系统的条约》，条约规定双方都可以建设两个反导系统，一个建在以首都为中心的150千米半径圆圈内，另一个建在包含洲际弹道导弹发射场的150千米半径圆圈内。每个发射场都只许部署不超过100枚反导拦截器和若干部配套的雷达和计算机等设备。试验靶场所需的设备则不受这项规定的限制。1974年两国又签署了这个条约的一项议定书，规定双方都只保留已建的一个反导系统，另外还没建的一个就不建了，即苏联只保留莫斯科的反导系统，而美国只保留导弹发射场的那一个。条约还规定双方都不得从事海基、空基、天基或移动陆基的反导系统的开发、试验或部署。

夸贾林环礁上试射前的“斯普林特”导弹

白沙导弹靶场的“斯普林特”导弹正在做发射前的准备

“斯普林特”导弹在夸贾林环礁双发齐射的壮观场景

“斯普林特”导弹发射后的弹道轨迹1975年，美国建成了配备70枚“斯普林特”导弹与30枚“斯帕坦”高空拦截弹的“卫兵”系统，部署于北达科他州的大福克斯空军基地，系统代号为“斯坦利•R•麦克森防卫综合体”。该综合体的总预算经费达60亿美元，而金字塔只是这个基地的一部分。这座庞然大物采用最坚硬、最密集的钢材建造，隶属于美国防空司令部，以金字塔整个基地为核心，设有当时最先进的雷达，足以扫描所有威胁美国境内的可疑空中物体。除此之外，金字塔本身设置有地下发射台，配备30枚“斯帕坦”拦截导弹和16枚“斯普林特”反导导弹，整个金字塔周边共配备49枚“斯帕坦”拦截导弹及70枚“斯普林特”反导导弹。利用“斯普林特”导弹进行末端防御要求其能抵近拦截。为尽量缩短发射与拦截之间的时间，它的发射阵地分布在很大的地理区域范围内。除了综合体，周围还有四个发射阵地，彼此间隔为16~32千米，分别有12枚、12枚、16枚、14枚“斯普林特”导弹。1975年4月1日，反导系统具备了部分作战能力，配备了28枚“斯普林特”导弹与8枚“斯帕坦”导弹。同年10月1日，该系统开始进入战备状态。由于“卫兵”系统只部署了一个地点，其防卫效果十分有限，一旦苏联发射大量多弹头导弹袭击，该系统的拦截能力很容易饱和，而且固定的反导雷达容易遭到攻击，暴露的雷达天线不太坚固，在核爆炸下很难保全。另外，其维护保养的开销巨大，效费比太低。于是，在正式服役的第二天，美国国会就决定撤销“卫兵”系统。11月，国会通过了一项法案，要求环形搜索雷达继续服役，导弹阵地雷达关闭，反导导弹也要拆除。1976年2月10日，美国国防部正式宣布“卫兵”系统封闭。

“卫兵”系统阵地布防图，图片上部为导弹阵地雷达，下部为30枚“斯帕坦”导弹和16枚“斯普林特”导弹