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[求助提问] [每周一问]是弹芯,还是气体输送系统?

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JK-SETI 发表于 2010-2-6 11:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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Generic Design Elements.JPG

常被搞混的两个概念有“初级”和“弹芯”(前者包括后者),还有“次级当量”和“聚变当量”(又是前者包括后者);理论上来说,弹芯的外形是要求要求保密而不能上图片的,这跟W88的遭遇就很不同,其他再入体都能有照片,W88的模样至今却只知道是个“锥体”。
注入助爆气体的“气体输送系统(Gas transfer system)”没有那么引人注意,不少文件中却也是完全删除的下场。近日见到下面的图,算是第一次明示了气体输送系统的形状。
GAS TRANSFER System.JPG
但是这反而引出了新问题:这是否就是弹芯?比如说在弹芯长期贮存的研究中,就有关于使用机器人来封装弹芯的项目,结果发现图片如下:
MOCK PIT.JPG     fixtured pit.JPG              FIXTURE.JPG                                                                

可见弹芯基本还是球形的。而关于长期储存容器的示意图更证明了这点:
fig 1.JPG              fig3-1.gif                

那根管子就是“弹芯导管(pit tube)”,助爆气体的通道,在核武器退役进入储存时将会被折断/切断。
看来真是弹芯,但是原图中的箭头完全没有指向“核部件(physics package)”的区域,而气体输送系统本身就是非核部件的代表;弹芯外形中唯一跟气体输送系统有关的就是导管,这种“错误”从概念上和外形上来说都很奇怪。

最后是关于我国的相关内容:

     “经福谦,凝聚态物理和爆炸力学专家,中国工程物理研究院研究员。......
     1960年8月,经开始从事实验内爆动力学和炸药能量有效利用的研究工作。在内爆半球模型实验设计中,经福谦提出了用“爆轰头”模型解释“严重稀疏区”的新概念,替代了原先用声扰动确定边侧稀疏区的实验设计概念。用“严重稀疏区”概念设计的模型实验获得成功。从而扩大了半球模型实验的应用范围,促进了原子弹内爆压缩技术的突破。在超半球实验中,内腔信号引线的保护问题成了当时的关键技术,为此,他与董庆东提出了“绝对保护”与“相对保护”两种技术方案。经实验考核,最后选取了“绝对保护”方案,并一直沿用至今。由于以上工作成果,经福谦获得了1982年国家自然科学奖一等奖,在以王淦昌院士为首的10名主要研究者中,他名列第7。......”
------------------------
美国中央情报局、国防情报局
《中国核试验:加速迎接全面禁试条约》
联合情报备忘录
1994年9月30日
“......中方正在探索各种方案,制造更小、更安全的核弹头。”
“中国核武器现代化项目的可能目标有:完成新运载系统的核弹头开发工作、建立对(加入禁试条约后的)长期库存安全性/可靠性的信心。现代化项目的其他目标也许包括开发更安全的弹头、提高对当量标度(?yield-scaling)法则的认识、通过效应试验发现易损性、提高现有核弹头的安全性、以及为未来的运载系统开发更小的热核弹头。”
“因为中国的核武器是5个核国家中先进性最低的,其现代化计划受禁试条约的影响最大。中国在5个核国家中进行的核试验次数最少,也许其武库中的核弹设计型号也是最少的。......”
“虽然不知道中方每次核试验的具体目的,我们的分析显示中国的现代化目标如下[未解密内容]......中方对提高其核武库的安全性和可靠性显示了强烈的兴趣。......”
“[未解密内容]技术,也需要多次试验以提高对该设计的信心。因为目前中国的绝大部分核弹头都瞄准软目标,高浓缩铀弹头的当量增强(通常为让百万吨当量以下弹头的当量翻倍)对打击效果的提升作用是可以忽略的。”
“展望:中方认为只要次次成功,就可以在6次核试验后实现其核武器现代化目标。我们认为中方的首要任务是完成多个系统的核弹头研发工作,特别是[未解密内容]的。如果剩下的这几次核试验中出现重大问题,中方可能在1996年推迟加入全面禁试条约,以确保其长期库存的安全性/可靠性。目前中方正在开发的新型核弹头可能使用了先进概念如非球型初级、某种钝感高爆炸药。剩下的核试验次数不足以把这些概念都结合到现有型号中去。”

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kktt 发表于 2010-2-6 17:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 kktt 于 2010-2-6 17:46 编辑

第二张图里的中子发生器位置不对,应该在RV底部。因为W76的初级是在RV的下方。
W88和美国几乎所有的核武器一样,其physicalpackage的外形都是保密的,能看到的只是RV。MK5的外形和大小与MK21基本是一样的,LANL的网站上也有图片(虽然不是整体)。如果这个RV(很可能只是个模型)是放在地上的,看起来与老美身高差不多,与MK21的长度一致(68.9 in=175 cm)

原图的link我没保存

W88

W88
 楼主| JK-SETI 发表于 2010-2-7 02:24 | 显示全部楼层
第二张图是来自Sandia自己的幻灯片,我也想不出中子源布置在离初级远的一端有什么意义。把初级前置也不是W76的特征。


这里是把W88的引控部件错当成了整体弹头。
w88 affs.JPG

至于MK-21(W87)和MK5(W88)的外形问题,看上去似乎都比一个人要高(下图均为Mk-21)。
W76.jpg           weapons.jpg

59261.jpg

如果不看再入体和再入载具,只看W87和W88储存容器(所以也就不能用“175cm”,因为减去了引控部件),其长度也不同。当然可能是因为使用了CHE而产生不同的安全要求。
W87的容器是62.1英寸(157cm):
W87.JPG

W88的容器是78英寸(198cm):
w88.JPG
kktt 发表于 2010-2-7 04:31 | 显示全部楼层
本帖最后由 kktt 于 2010-2-7 04:34 编辑

之所以在有的图中MK21看起来比人高,是因为RV放在了支架上,而非直接放在地上

W88(MK5)的图我就见过上面那一张,在D5上的布置图美国海军似乎没有公开过。
 楼主| JK-SETI 发表于 2010-2-19 09:49 | 显示全部楼层
...原图的link我没保存
kktt 发表于 2010-2-6 17:41


原图的地址在这里:http://www.lanl.gov/news/index.p ... le/d/20078/id/11870
其标注是“Bob Putnam of the Los Alamos Pit Manufacturing Program Office near the cone-shaped re-entry vehicle for the W88 warhead.”

另发现一张W88的“图片”,来自Los Alamos National Laboratory, “The U.S. Nuclear Stockpile: Looking Ahead,” March 1999 (declassified briefing charts) http://www.doeal.gov/FOIADocs/RR00265.pdf
w88-ppt.JPG

已经删除的内容,竟然因为纸太薄而显露出来,实在是很尴尬。
里面提到替换W88的计划,包括使用W78、W84、B61-10、W80;其他材料中也有提到设计一种使用全铀扳机的核弹头、或者把W76的核装置加上防护层来替换W88的方案。
 楼主| JK-SETI 发表于 2010-4-22 04:41 | 显示全部楼层
看来这张“唯一的W88外形图”也不可靠。
有人在Bradbury Science Museum(Los Alamos, NM)拍摄了以下照片,可见是同一个展品:
3367539719_f379feeaec.jpg


下面的介绍中提到了W78(使用Mk-12A再入载具)和W87(使用Mk-21再入载具),在Mk-12A旁边写有“SHOWN HERE”。
3367540119_a71f260e52.jpg
更关键的是,整个展板是介绍陆基威慑的;而整个实物展区都没有见到关于SLBM弹头的介绍。详情可见:
http://www.flickr.com/photos/30793789@N07/sets/72157615529202347/

于是,W88,或者说Mk-5再入体的外形还是不清楚。
kktt 发表于 2010-4-22 06:17 | 显示全部楼层
看来Mk5的外形还真是有些秘密,可能与MK21是不一样的。
MK5会不会与MK500有关?MK500是折锥外形(类似图中的SLGSM):

                               
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 楼主| JK-SETI 发表于 2010-4-22 07:32 | 显示全部楼层
美国国防部文件:
http://www.fas.org/sgp/othergov/dod/cjcsi5220_01.pdf


b. 所谓“多重独立制导再入载具”,涉及能把一枚或多枚再入载具投放至多个分离目标的运载装置。MIRV的概念,其战略价值和“美国已在民兵3,和平保卫者和三叉戟I/II导弹上装备MIRV”的知识均不涉密,是公开的纪录。此外,“三叉戟I/II导弹和MaRV有兼容性”这一知识均不涉密,是公开的纪录。

(1)民兵3,和平保卫者和三叉戟I/II导弹的MIRV能力——————————不涉密
(2)三叉戟I使用MK-4,三叉戟II使用MK-4与MK-5,民兵3使用MK-12与MK-12A,和平保卫者和民兵使用MK-21——————————不涉密
(3)国防部研发MIRV、MaRV技术——————————不涉密
(4)海军的MK-4、MK-5与空军的MK-12、MK-12A、MK-21均缺乏MaRV能力——————————不涉密
(5)三叉戟I/II导弹使用MIRV技术,与MaRV概念有联系——————————不涉密

......

==================
很有可能W88/MK-5的外形不是圆锥体。
kktt 发表于 2010-4-23 14:52 | 显示全部楼层
根据Nuclear Weapons Databook: U.S. Nuclear Forces and Capabilities by Thomas B. Cochran, William M. Arkin, and Milton M. Hoenig, 1984

MK5和MK21都来自“高级弹道式再入飞行器”计划,试图达到小型RV的最高再入精度。1975年制定研制计划,FY1978首次飞行试验,1982年1月MX确定选用MK21/W87。
而MK500计划的延续是“高级机动再入飞行器”计划,研制一种装有惯性测量系统的高空机动再入飞行器;1976年1月,完成设计方案的审定工作;1977年7月开始生产样弹;FY1980和FY1981分别进行了2次飞行试验。
此外还有一个“高精度末端寻的机动再入飞行器”计划,MK600。1976年开始研制。
高级机动再入飞行器和高精度末端寻的机动再入飞行器都是D5弹头的备选。

从上述资料来看,MK5外形似乎应该和Mk21没有太大差别。不知道为什么美国海军不公开Mk5/W88的外形。
 楼主| JK-SETI 发表于 2010-5-14 08:34 | 显示全部楼层
Mk 5庐山真面目揭晓:
MK 5-1.JPG

====================

MK 5-2.JPG

外形确实没有什么特别的,不知道是不是天线窗的缘故。
kktt 发表于 2010-5-14 17:38 | 显示全部楼层
Mk21的天线窗也是这样的小圆块
 楼主| JK-SETI 发表于 2010-6-2 00:48 | 显示全部楼层
确实说MK500再入体是为三叉戟D5设计的。
MK500.JPG
请高人科普一下。
kktt 发表于 2010-6-2 02:19 | 显示全部楼层
关于MK500,摘自Nuclear Weapons Databook: U.S. Nuclear Forces and Capabilities by Thomas B. Cochran, William M. Arkin, and Milton M. Hoenig, 1984

MK500型“逃避者”(Evader)机动再入飞行器

MK-500是用在三叉戟导弹上的一种可规避的、机动的再入飞行器。它的研制计划始于六十年代末。执行这个计划就可见使美国对苏联在反弹道防御方面可能出现的变化作出相应的改变。这种弹头主要设想以机动性来对付对方的末端防御导弹。MK-500不具备末端机动制导,因此其命中精度不如目前这一代潜射弹道导弹的弹道式再入飞行器。一旦苏联的反导能力迅速改变,第一代的这种机动式再入飞行器主要准备部署在三叉戟导弹上,就是精度会受些影响。
    此项计划还剩下一项高级试验计划,由主承包公司洛克希德和主要转包公司通用电气公司负责继续完成。在民兵导弹上进行飞行试验开始于1975年。到目前为止,在三叉戟I导弹上也已进行过两次飞行试验。国防部的目标是要在1983财年能够提供使用。目前尚没有生产这类再入飞行器的确切计划。MK-500的预先研究计划完全证实这种机动再入飞行器的可行性,并证明是可以与三叉戟I相匹配的。
东方红 发表于 2010-12-2 20:56 | 显示全部楼层
从上述资料来看,MK5外形似乎应该和Mk21没有太大差别。不知道为什么美国海军不公开Mk5/W88的外形...
kktt 发表于 2010-4-23 14:52

应该是为了掩盖W88/MK5弹头的实际尺寸。美国公开资料说W88弹头跟W87弹头尺寸接近,甚至有意将两者尺寸混为一谈。其实W88明显要比W87小。
国内有资料指出,W88/MK5弹头重量约200公斤,约为W76(96公斤)的2倍,估计其尺寸约为W76的1.3倍,直径约18英寸(46厘米),长度约60英寸(152厘米)。而8枚W87弹头不仅超出三叉戟II投掷重量,整流罩内也安排不下。
kktt 发表于 2010-12-2 22:21 | 显示全部楼层
W88/Mk5的尺寸应该是和W87/Mk21基本一样的,因为它们来自同一个RV试验项目“高级弹道式再入飞行器”。

如果Mk5与Mk21的大小和外形有显著差异,则必须重新做试验。但我们在D5服役前并未看到这方面的报道。

有的资料说W88重175 kg,W87重200 kg,W88的小型化程度更高一些。W88的初级尺寸更小,且没有使用IHE。

海基弹头与陆基弹头的设计上还有有一些差异的,主要是由于发射环境不同。水下大深度发射时,海基弹头要承受更高的气压(整流罩内要加高压以防止结构破坏),对气密性和结构强度都有更高的要求。
东方红 发表于 2010-12-3 17:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 东方红 于 2010-12-3 17:48 编辑

美国核武资料库网站http://nuclearweaponarchive.org/Usa/Weapons/Allbombs.html
提供的相关资料

W-78/Mk-12A Warhead/Reentry Vehicle Package
Yield 335-350 Kilotons
Weight 700-800 lb
RV Length 71.3 in (181 cm)
RV Base Diameter 21.3 in (54.1 cm)
Warhead Length 67.7 in (172 cm)
Warhead Diameter 21.3 in (54.1 cm)

W87-0/Mk-21 Warhead/Reentry Vehicle Package  
Yield 300 Kilotons (Upgradable to 475 Kt)
Weight Warhead: 440 - 600 lb;
RV/Warhead: >800 lb ?
Length 68.9 in
RV Base Diameter 21.8 in
Nose Half Angle 8.2 degrees

相关照片如下:
W78_MK12A_RV_Minuteman_III_bus.jpg
W78

000299a9.jpg
W87

从中可以看出W87核弹头跟W78核弹头的尺寸、重量与威力均很接近,比威力没太大进步,主要着力提高核弹头安全性,从C级提高到A级。W88核弹头的安全性是C级,也因此没有大规模投产。

suretytbl.jpg


该网站所列W88/MK5数据与W87/MK21雷同,这很令人费解,因为如此尺寸的弹头在三叉戟2导弹整流罩内安排不下8个,何况也超过其投掷重量了。

此外W88/MK5弹头采用了前置的非球形初级,而W87/MK21弹头采用了后置的球形初级,两者构型如图所示,前者在结构上比后者紧凑些。

W88Schematic.jpg
W88

W87Schematic.JPG
W87

既然W88/MK5比W87/MK21耐压要求高,如果两者壳体材质与厚度一致的话,那么合理的推论是前者比后者的尺寸要小些。
pooh 发表于 2010-12-3 18:09 | 显示全部楼层
好像里面还有一种特殊的气溶胶Fogbank
kktt 发表于 2010-12-3 18:32 | 显示全部楼层
http://nuclearweaponarchive.org/Usa/Weapons/Allbombs.html 上的数据主要来自Chuck Hansen的书U. S. Nuclear Weapons: The Secret History(后来又出了电子版的增补本 The Swords of Armageddon: U.S. Nuclear Weapons Development Since 1945 ),但是他的书对于美国后期发展的核武器性能的数据是不准确的。这里又牵扯到一个公案:Cox报告说得到中国的内部文件,其中有对于W88等弹头若干参数的准确描述,据此认为中国窃取了美方的核武器机密。中方的反驳是,这些弹头的数据在Chuck Hansen的书都有。但问题恰恰就在于Chuck Hansen的书的数据是不准确的(尤其是弹头重量),否则他的书根本就不可能公开出版。有趣的是,我们的内部出版的资料中所引述的W88等弹头的数据也并不是Chuck Hansen的书里所给出的那样,但在公开出版的书中引用了Chuck Hansen的书中的数据。所谓障眼法而已。

W87/Mk21跟前一代W78/Mk12A相比,除了核战斗部设计上提高了安全性,RV设计上最重要的改进是减小了再入随机散布。因此即使当量不变,打击硬目标和点目标的能力也大大增强了。目前美国正在将MM3上的W78/Mk12A弹头全部替换为退役的MX导弹上的W87/Mk21弹头。即使MM3全部变为单弹头,其对点目标的总打击能力也并未下降。而对面目标的打击可以全部交给精度较差但数量很多的海基W76去完成。
东方红 发表于 2010-12-3 18:44 | 显示全部楼层
至少可以肯定,W78与W87尺寸非常接近,而W88不像前两者那么大。
关于W88弹头重量,国内资料是有两种说法,175公斤或者200公斤,比W78与W87要小。
kktt 发表于 2010-12-3 18:44 | 显示全部楼层
D5能否装下8枚W88/Mk5?我的观点是可以。D5基本沿用了C4的第三级,直径是0.86 m,按照头罩底部内半径约2m来推算,如果要想放下8枚弹头,Mk5的底部直径不能超过55.4 cm。我甚至怀疑Chuck Hansen的书中21.8英寸的数据实际上就是这么推算出来的。而Mk5的底部直径应该要比55.4 cm略小一点。从上面JK-SETI贴的图中可以看到,Mk5的天线窗的位置要比Mk21更靠近底部。如果我们认为两种RV的内部布局基本一致,这可能意味着Mk5的底部要比Mk21稍微短一点,因此底部直径也就稍微小一点。Mk21有很多公开的图,美俄核裁军的时候俄方专家也看过,因此我们姑且相信其底部直径确实是21.8英寸,那么Mk5的底部直径只要稍微小一点就可以放进D5头罩8枚了。
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