安全生產美國核武器安全技術與安全控制概述

1、美國核武器安全技術與安全控制概述核武器的安全性是保持戰(zhàn)略威懾力的基石和有核國家的最高利 益所在。美國作為世界上最早擁有核武器且擁有數(shù)量最多的國家，高度重視核武器的安全問題，在發(fā)展新的核武器技術的同時，不斷對現(xiàn) 有核武庫進行安全性改造，將安全思想貫穿于武器設計、貯存管理和 作戰(zhàn)使用中，已在設計技術、管理機制、保衛(wèi)措施、指揮程序以及安 全制度上形成了一套嚴密的安全體系。1采用多重技術手段，從系統(tǒng)設計上確保核武器的內在安全核武器是一種高風險武器，在撞擊、著火或槍擊等意外事件下容 易發(fā)生核爆炸與放射性事故，污染環(huán)境，危害人身。因此，安全性是 核武器最重要、最嚴格的一項技術性能。提高安全性最簡單的方法是

2、 實施核部件與非核部件的分開放置，美國在20世紀50年代對核航彈即采用此種方法，但分儲不利于戰(zhàn)備。為此美國從 20世紀60年 代開始注重從系統(tǒng)設計上提高核武器的安全性，為保障核武器的核爆 安全與化爆安全采取了一系列有效的技術措施。增強核爆安全裝置為防止核武器在異常環(huán)境或事故狀態(tài)下過早解除保險而啟動引 爆系統(tǒng)，美國桑迪亞實驗室 20世紀70年代初研制出增強核爆安全 裝置。該系統(tǒng)將核武器引爆控制系統(tǒng)的關鍵電氣部件隔離在一個“禁區(qū)”內，用結構殼體和絕緣壁使該區(qū)域和各種意外 “能量源”隔離開。 控制正常解保和點火電能進入禁區(qū)的唯一通道是強鏈接開關。目前， 美國部署的核武器中已有3/4裝備了這種安全裝置

3、。為了提高核武器 指揮與控制的可靠性，防止非授權使用核武器，美國還采用了將增強 核爆安全裝置與密碼鎖結合起來的更先進的技術設計。鈍感高能炸藥鈍感高能炸藥是為防止核武器意外核爆而研制的新型炸藥， 對提 高核武器儲存安全，防止缽污染是一種有效的方法。與早期采用的高 爆速、大能量炸藥相比，該種炸藥具有獨特的鈍感性，在火燒、碰撞、 跌落或槍擊等情況下發(fā)生爆炸的概率很低，有利于實現(xiàn)化爆安全。美 國參議院軍事委員會1978年提議對“今后所有核武器均采用鈍感高 能炸藥”。到20世紀90年代初期，美國部署的核武器大約有1/3采 用了這種炸藥。因而，采用鈍感高能炸藥如 TATB代替常規(guī)炸藥，是 未來的一種發(fā)展趨

4、勢。耐火彈芯耐火彈芯是為了防止缽在高溫下汽化散落造成大面積污染而采 取的安全措施。基本設計思想是在初級缽球外設計包覆一層耐高溫、 抗缽腐蝕的材料，使缽芯能夠承受大約1000 C的高溫，并保證在幾 個小時內不會受到破壞，即使其中缽球熔化，也不會因其侵蝕作用而 破裂，這樣就防止了缽的污染。美國核武庫約10%的核彈頭采用了耐火彈芯。鈍感高能炸藥和耐火彈芯是核武器最關鍵的兩項安全特征裝置， 也是在設計時需要進行全當量核試驗的裝置， 這對已簽署禁核試條約 的國家來說構成了技術挑戰(zhàn)。一點安全一點安全是從系統(tǒng)設計上保障核武器安全核爆的固有性能。 美國 國防部1968年開始將其制定為核武器安全技術標準。 一點

5、安全對設 計的要求非常高，即通過理論設計保證在發(fā)生事故時， 初級高能炸藥 在某點起爆時所產生的核爆威力在 1.8千克TNT當量以上的機率不 超過百萬分之一，并無需其它安全措施。機械安全裝置機械安全裝置是為防止事故情況下初級高能炸藥部件爆炸后（特 別是多點起爆）產生較大的核當量而設計的，目的主要是破壞聚合爆 轟或沖擊波的對稱性或球面性。分離部件設計分離部件的早期設計思想是在核武器解除保險前，使核部件（如 缽芯）和炸藥部件分開一定距離，或在二者之間設置屏障，從而防止 因炸藥球爆炸而引發(fā)核爆炸。但由于美國自20世紀50年代中期以后開始采用封閉彈芯，這種分隔概念變得難以實現(xiàn)。勞倫斯利弗莫 爾國家實驗室

6、的科學家為此在 20世紀80年代末提出研究新的彈頭 設計結構，如移動炸藥球、移動缽球或采用灌注等方法，以便在現(xiàn)代 化核彈頭中實現(xiàn)這種分離。2建立系統(tǒng)的安全機制，從防范措施和防護制度入手抓好外圍管理 除通過優(yōu)化系統(tǒng)設計改善核武器的安全性外， 美國還建立了自上 而下的管理機構和嚴格的保衛(wèi)措施和管理制度。核武器安全管理機構美國核武器的安全管理實行的是由總統(tǒng)決策、 國防部和能源部共 同負責，核武器委員會直接參與的管理機制。國防部和能源部為美國核武器安全的主管部門， 共同負責在核武 器研究、發(fā)展、庫存和退役工作中的職責。兩個部門在許多方面聯(lián)合 向總統(tǒng)提出咨詢并執(zhí)行國家核武器計劃。 其中，總統(tǒng)掌握核武器的

7、規(guī) 模、部署、使用等決策權。國防部負責提出軍事需求，運載系統(tǒng)、指 揮控制系統(tǒng)、作戰(zhàn)力量的部署與規(guī)劃，部隊訓練，威脅評估等工作。 能源部負責核武器的設計、研制、試驗及核材料的生產與管理，庫存 核武器技術性能的監(jiān)測與評定，維持核武器聯(lián)合體關鍵生產能力，支 持核武庫的科學管理計劃，制定核武器活動經(jīng)費預算，以及退役核武 器的拆除等。在2000年3月正式成立核安全局后，能源部所有有關 國家安全事務均通過該機構實施。核武器委員會是國防部與能源部的聯(lián)合委員會，負責協(xié)調解決與兩部門有關的核武器問題，如制定年度核武器備忘錄；研究核武器庫 存方案與費用；審查各種生產方案的成本、效益與進度；協(xié)調兩部門 核武器計劃的

8、制定和預算；確定核武器生產方案的費效比；宏觀指導 核武器優(yōu)先研究項目；協(xié)調、批準能源部核武器研制、開發(fā)、生產和 退役等活動等。核武器委員會由三名委員組成：負責采辦、技術和后 勤的國防部副部長（任主席）；參謀長聯(lián)席會會議副主席；能源部副 部長。下設核武器委員會常務委員會、核武器需求工作組與項目官員 小組。參謀長聯(lián)席會議是國防部長和總統(tǒng)在所有軍事問題特別是核武 器問題上的主要顧問。在庫存核武器管理方面，它的職能是：監(jiān)督國 防核武器局的工作，包括確定庫存核武器的構成，向各軍種分配、部 署核武器，對核部隊及庫存武器進行經(jīng)常性的例行檢查。軍事聯(lián)絡委員會代表國防部但隸屬能源部， 是國防部與能源部之 間的聯(lián)

9、絡機構，關于核武器的所有問題包括研制、生產、庫存、退役等，均通過該委員會進行聯(lián)絡。國防核武器局系國防部核武器研究、 發(fā)展、試驗與鑒定工作的主 管業(yè)務部門。主要負責核武器的研制與試驗，為核武器的安全儲存提 供技術保障，為參聯(lián)會和各軍種提供所有與核武器問題有關的防務咨 詢，并負責協(xié)調國防部與能源部之間有關核武器的研制與試驗等事 宜。各軍種（空軍、海軍、陸軍及海軍陸戰(zhàn)隊）是核武器的最終用戶和 庫存核武器的具體監(jiān)管單位。在核彈頭服役期間，按照國防部和參謀 長聯(lián)席會議以及國防部核武器局的文件和規(guī)范，提供核武庫后勤、運輸、安全和維護等工作。安全保衛(wèi)措施與管理制度使用特種保安部隊對核武器儲存庫進行武裝警衛(wèi)；

10、對儲存區(qū)的核武器進行直接監(jiān)護；嚴格核武器的儲存、控制、保養(yǎng)手續(xù)，加強責任制；采用圍墻（一般設兩到三重）、拱形頂蓋的建筑和嚴格的通行制 度來限制人員接近，并在庫房周圍安設先進的探測、照明、通訊和警 報等設備，配備強大火力以防意外事故發(fā)生；對接觸核武器的人員進行嚴格審查；采取“雙人制”，即任何人接觸核武器時，都必須有同樣技術知 識的另一個人在場，要求兩人均具備“發(fā)現(xiàn)對方非經(jīng)批準的或不正當 操作的能力”。對擁有核武器的部門進行資格審查；實施人員可靠性計劃，確保負責保管、監(jiān)守或能接觸核武器的 人員可靠并能夠勝任其所肩負的職責；由軍種參謀部同國防核武器局、能源部協(xié)商制定核武器安全條 例，并以各軍種的指令

11、形式公布；對庫存核武器實施核查和匯報。3及時調整戰(zhàn)略，為禁核試后核武器安全性評定探索新的檢驗途徑美國在1993年宣布暫停核試驗之后，其庫存核武器安全性與可 靠性研究、檢驗受到嚴重影響，在傳統(tǒng)的核試驗評定手段無法使用的 情況下，為確保庫存核武器的有效性和繼續(xù)發(fā)展核武器技術，美國制 定并實施了以科學為基礎的“核武庫技術保障計劃”，加大了核武器 實驗室研究力度，迅速將核武器的研發(fā)和維護手段轉向不受條約限制 的數(shù)值模擬計算。實驗室研究設施為提高實驗室對核武器的物理研究能力，美國建立了一系列大型 室內裝置。主要有國家點火裝置、X射線脈沖功率裝置、雙軸閃光照 相流體力學試驗裝置、先進流體力學裝置、先進輻射

12、源等。這些裝置 是在現(xiàn)階段暫停核試驗條件下，美國開展高能密度物理研究，尤其是 進行核武器物理研究的重要工具和手段。 其中，國家點火裝置是目前 世界上規(guī)模最大的在建核爆模擬裝置，其工作原理是利用大型激光器 產生的高強度激光照射含笊笳的靶丸，創(chuàng)造產生熱核聚變點火的條 件。國家點火裝置總共可產生192路激光束，激光總能量達1.9兆 焦耳，用于研究核裝置次級的物理過程，特別是研究流體動力學不穩(wěn) 定性、輻射輸運、狀態(tài)方程以及輻射自由程等問題。X射線脈沖功率裝置利用強電流產生的磁場壓縮套筒等離子體殼體，產生X射線脈沖，用于進行高能密度物理與慣性約束聚變研究。桑迪亞實驗室的 PBFA-Z裝置即采用這種原理。

13、雙軸閃光照相流體力學試驗裝置是美 國投巨資建造的另一種大型實驗裝置，其原理是利用兩路互相垂直的 直線感應加速器大型 X光機，產生強X光進行爆轟試驗閃光照相。 該裝置可提供內爆過程中物理特性隨時間變化的物理圖像和分析數(shù) 據(jù)，是解決核武器安全性與可靠性、 檢驗對核裝置初級的物理認識和 預測能力的試驗工具。以上述裝置為代表的一系列大型實驗室裝置，對于加強實驗室試 驗研究能力，促進武器物理及相關學科的基礎研究，保持核武器實驗 室的技術能力，具有非常重要的意義。“虛擬”試驗與“零當量”試驗計算機模擬和仿真是利用計算機強大的運算能力對核裝置爆炸 全過程進行數(shù)值模擬，通過計算來描述、判斷核裝置爆炸的發(fā)展過程

14、 和最終結果，是目前模擬核試驗的最主要手段之一。 美國提高計算機 模擬能力主要通過“加速戰(zhàn)略計算倡議”來實現(xiàn)，其目標是將武器評 估方法從傳統(tǒng)的試驗轉移到數(shù)值計算， 依據(jù)以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全 系統(tǒng)、全物理過程的三維模擬計算。截止到目前， 美國舊M公司為 利弗莫爾實驗室建造的“藍色基因”計算機的運行速度已達到每秒百 萬億次，實現(xiàn)了核試驗模擬技術里程碑的突破。流體力學試驗是評估核武器初級儲存性能的主要手段，可用于了解核武器部件老化現(xiàn)象、化學反應和材料界面變化的影響。 該試驗需 借助許多實驗室大型設備進行，如阿拉莫斯的雙軸閃光照相流體力學 試驗裝置、利弗莫爾的閃光X射線裝置、內華達實驗場的大型爆炸試

15、 驗裝置以及密封引爆裝置等。次臨界試驗是指帶核材料但不發(fā)生鏈式 反應（即核材料仍處于次臨界狀態(tài)）的爆轟流體力學試驗。可用于研 究武器中裂變材料在炸藥產生的高壓動載條件下的材料特性，也可用接近原型的試驗裝置，研究裂變材料在武器條件下的行為，如裂變材 料庫存老化后是否會影響武器戰(zhàn)術技術性能等。從1997年至2004年底，美國已進行了 21次次臨界試驗。由于“虛擬”試驗與“零當量”均不受禁核試條約限制，且在研 究核物理屬性、保持核試驗設備設施、鍛煉試驗和診斷隊伍等方面具 有特殊意義，在未來核武器發(fā)展中將發(fā)揮十分重要的作用。其他除通過室內研究能力保障現(xiàn)有核武器的安全性與可靠性之外，美國還采取了其他一些

16、有效措施：如實施增強監(jiān)測計劃，提高對核武器 的監(jiān)測能力，預防庫存核武器老化；及時更換有限壽命部件，延長庫 存核武器的服役期限；啟動微系統(tǒng)和工程科學應用計劃，對非核部件 進行現(xiàn)代化改造；保持核武器聯(lián)合體的再生產能力，以及更新核武器 的運載系統(tǒng)等。4規(guī)范指揮作戰(zhàn)流程，形成嚴密可靠的核武器使用體系核武器的安全控制同其自身的安全性一樣不容忽視。美國為確保核武器威懾與安全的統(tǒng)一，規(guī)定了嚴格的使用權限、指揮控制程序， 并采納了科學的使用控制技術手段。指揮控制體系核武器的指揮、控制和通信系統(tǒng)是美國戰(zhàn)略核力量的神經(jīng)中樞， 其最大的特點是決策權高度集中于總統(tǒng)。美國國防部文件明確規(guī)定， “保障總統(tǒng)作為總司令對軍隊

17、的核武器作戰(zhàn)進行指揮和指導；保障總 統(tǒng)作為最高行政首長對支援核作戰(zhàn)的所有政府機構行使職權和指導； 保障總統(tǒng)作為國家元首對支持核作戰(zhàn)所需要的多國行動行使職權和 指導?！毙纬捎?960年艾森豪威爾執(zhí)政時期的“統(tǒng)一聯(lián)合作戰(zhàn)計劃” (SIOP),既是美國戰(zhàn)略核作戰(zhàn)計劃的核心，也是總統(tǒng)發(fā)號核作戰(zhàn)指 令的決策基礎。SIOP的制定程序是：先由總統(tǒng)確定戰(zhàn)略思想、目標 和指導方針；再由國防部長制定“核武器使用政策”，假設各種具體 情況、設定目標打擊方案、目標定位、目標類型、制約因素及與戰(zhàn)區(qū) 指揮官的協(xié)調配合；然后由參謀長聯(lián)席會將其提煉為“聯(lián)合戰(zhàn)略能力 計劃”，確定核打擊目標和應達到的破壞等級；最后，由戰(zhàn)略指揮部

18、 將其擬制為現(xiàn)實的戰(zhàn)略行動計劃，即“統(tǒng)一聯(lián)合作戰(zhàn)計劃”。美國戰(zhàn)略核武器指揮系統(tǒng)自上而下分為四個層次： 依次為國家指 揮當局、參謀長聯(lián)系會議、聯(lián)合司令部及特種司令部(如戰(zhàn)略空軍司 令部)、核導彈部隊的發(fā)射控制中心。國家指揮當局由總統(tǒng)和國防部 長組成。國家指揮當局的核武器發(fā)射命令可逐級下達， 也可越級下達。 如果總統(tǒng)和國防部長在核戰(zhàn)爭中喪生，就由總統(tǒng)的法定繼承人行使國 家指揮當局的職權。在特殊情況下，三軍參謀長聯(lián)席會議主席也有權 下令使用核武器。作戰(zhàn)命令下達的程序是：由國家軍事指揮中心下達 給戰(zhàn)略司令部，再由戰(zhàn)略司令部下達給核打擊部隊。 緊急情況下則由 國家軍事指揮中心直接向戰(zhàn)略空軍核攻擊部隊和戰(zhàn)

19、略導彈潛艇部隊 下達。這套指揮體系在專門的通信系統(tǒng)和作戰(zhàn)支持系統(tǒng)的保障下，既能確保核武器使用權的高度集中，又能確保核作戰(zhàn)計劃的順利執(zhí)行。安全控制程序為了加強對核武器控制，防止未經(jīng)授權使用或意外發(fā)射，造成難 以估量的損失，美國采取了一系列安全控制措施，編制了嚴格的使用 程序?？偨y(tǒng)在做出使用核武器的決定后，以“緊急行動文電”的形式向 國防部長下達命令。該命令中包含有發(fā)射核武器所必須的發(fā)射命令和 開啟密碼?！熬o急行動文電”經(jīng)國防部長傳給參謀長聯(lián)席會議，由后 者加密為“核控制命令”，并由國家軍事指揮中心發(fā)給各聯(lián)合司令部 和特種司令部?！昂丝刂泼睢币彩且环N緊急行動文電，用于授權或指使核武器的移交、使用

20、、停用、銷毀或失效，具有特殊加密格式， 規(guī)定了核部隊必須遵循的行動方案?！昂丝刂泼睢北仨毥?jīng)“密封核 實程序”核實后，才能轉發(fā)給下一級部隊。每一級在加密和解密時如 果發(fā)現(xiàn)該文電不符合加密要求和格式要求，即判定為無效并中止行 動。收到關于批準使用核武器的命令后，導彈、轟炸機和潛艇在執(zhí)行 “統(tǒng)一作戰(zhàn)計劃”方面還必須遵循一套程序。每個陸基洲際彈道中隊 有五個發(fā)射控制中心。每個發(fā)射中心可控制發(fā)射 50枚導彈。若發(fā)射 控制中心與導彈之間的通信中斷，則可通過“空中發(fā)射控制系統(tǒng)”進 行控制發(fā)射，但是只能打擊預儲在導彈制導計算機內的目標。戰(zhàn)略轟炸機起飛并抵達敵國境外某一空域時，若接到并核實國家指揮當局發(fā) 送的

21、“飛越密碼指令”，就繼續(xù)飛向目標，否則就返回基地。“飛越密 碼指令”是一種語音鑒別指示，要先由多級司令部進行核實，準確無 誤后解除核武器保險，在特定空域發(fā)射或投擲核導彈（炸彈），對計算機中預儲攻擊目標進行核打擊。 彈道導彈核潛艇在接到“核控制命 令”后，發(fā)射軍官們將使用艇上的火控電子計算機選擇恰當?shù)念A儲目 標分配數(shù)據(jù)包，包內含有核導彈自某一特定發(fā)射區(qū)發(fā)射后的飛行數(shù) 據(jù)。安全控制措施除嚴密的指揮控制體系和控制程序外，美國在核武器的使用環(huán)節(jié) 上還采取了 一些特殊的安全保護裝置和安全控制制度。“黑匣子”，又稱“橄欖球”，是一個裝有核武器開啟密碼和發(fā)射 命令的公文包，內存有總統(tǒng)個人的識別密碼，由總統(tǒng)隨

22、身助手攜帶保 管。當總統(tǒng)決定使用核武器后，通過“黑匣子”將核武器開啟密碼和 發(fā)射命令發(fā)送給國家級指揮中心。但總統(tǒng)一人是打不開“黑匣子”的, 必須在授權官員、軍事辦公室主任的配合下方可開啟?！懊艽a鎖”，也稱“允許解保裝置”，是用于導彈發(fā)射解鎖的密碼 控制裝置。“密碼鎖”由激活核武器系統(tǒng)元件的設備、與核武器系統(tǒng) 相連接的外部電纜等組成。要打開“密碼鎖”，必須有兩人同時在場， 輸入正確的數(shù)字密碼，聯(lián)鎖裝置才能解鎖，導彈才能發(fā)射出去。密碼 掌握在參謀長聯(lián)席會議主席手里?！懊艽a開關系統(tǒng)”是一種和密碼鎖類似的系統(tǒng)，主要在戰(zhàn)略轟炸機上使用，與地面設備相連接，在從外 部輸入預定的離散碼之前，保持核武器處于非戰(zhàn)斗狀態(tài)。還有一種“彈頭自毀裝置”，可在導彈發(fā)射后對核彈頭實施安全 控制。當彈頭因故障偏離預定彈道，無法執(zhí)行預定任務時，該裝置將 使彈頭在再入大氣層之前自毀（不發(fā)生核爆）。既可保障己方安全， 又可避免完整的彈頭落