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美国核武器库存管理最新进展

2021-10-11 10:15     来源:高端装备产业研究中心     核武器美国
导读

为了维持足够的核威慑力,美国部署了数千枚核弹头,这些弹头需要定时进行维护和检测,以保证其安全性和可用性。美国能源部(DOE)国家核安全管理局(NNSA)负责对核弹头进行保养维护、升级,并研制新弹头。在2021年财政年度核武器库存管理计划总结(2020年的SSMP)中,NNSA介绍了2020年对这些核弹头进行库存管理的最新进展以及未来规划。

1.美国现役核弹头种类

冷战结束后,美国一直在缩减其核弹头的种类,以方便进行维护和升级。截止2020年底,美国的核弹头储备主要包括两种类型的潜射弹道导弹弹头W76系列和W88,两种类型的陆基洲际弹道导弹弹头W78和W87,几种类型的核炸弹B61系列和B83-1,一个巡航导弹弹头W80-1。NNSA提交给国会的报告会包括具体的技术细节,但不会对外公布。

图表:美国现役核弹头种类


LANL=Los Alamos National Laboratory;NATO=North Atlantic Treaty Organization;LLNL=Lawrence Livermore National Laboratory;SNL=Sandia National Laboratories。资料来源:NNSA

2.2020年主要工作

SSMP总结了2020年DOE/NNSA的国家实验室、生产设施和安全场所为支持国家安全任务而开展的活动。特别描述了DOE/NNSA会在2030年实现每年生产80个钚弹芯的计划要求;分别在2025财年和2030财年实现W80-4寿命延长计划和W87-1现代化计划的第一个生产单元;并尽快交付B61-12 寿命延长计划和W88 Alteration 370弹头的第一批生产装置。

维护国家核威慑的安全,保障有效性

2020财年,美国DOE/NNSA结束了W76-1寿命延长计划,提供的W76-2低当量弹道导弹弹头进行初始部署,并重新启动了W78替换弹头(W87-1)计划的设计活动,该计划已于2019财年恢复,核安全企业处于冷战以来最繁忙的时期。随着几项核弹头现代化的进行,DOE/NNSA正在执行前所未有的复杂组件开发和生产工作。近期和全年任务目标包括:

• 交付B61-12核炸弹。

• 交付W88 Alteration 370(更新高爆炸药)。

• 实现W80-4弹头寿命延长计划(LEP)的第一个生产单元,并确保与国防部(DoD)远程防区外巡航导弹更换计划保持一致。

• 支持部署陆基战略威慑并推进W87-1改装计划(以前称为W78替换弹头)。

• 维持B83-1重力炸弹直到找到合适的替代品。

• 确保战略核武器部件和构成部件的关键材料的持续和可靠供应,包括钚、铀、锂、氚和高爆炸药。

• 提供实验和计算能力,以支持库存的年度评估和认证。

主要成就:

• W76-1 LEP在预算内提前完成,通过将弹头的使用寿命从20年延长到60年,加强了国家的安全和保障。

• W76-2弹头交付给海军。W76-1的改进型W76-2支持2018年核态势评估中要求的低当量海基弹道导弹能力建设。

• W80-4 LEP于2019财年进入第6.3阶段,即开发工程。


美国核武器生命周期


W76-2

加强重点科技工程能力建设

DOE/NNSA执行以科学为基础的库存管理的三个国家安全实验室中保持着无与伦比的科学和工程能力。近期和全年任务目标包括:

• 推进必要的创新实验平台、诊断设备和计算能力,以确保库存安全、保障可靠性和有效性。

• 通过提供具有百亿亿级能力的计算机和现代化核武器代码库来实现百亿级计算。

• 开发用于次临界实验的操作增强能力(高级射线照相和反应性测量)。

• 随着时间的推移,量化钚老化对武器性能的影响。

• 确保持久、可靠的战略抗辐射微系统供应。

• 保持最先进的制造技术以支持生产运营。

• 培养支持其他相关需求的战略合作伙伴计划,同时提高国家安全实验室、生产工厂和站点的长期能力。

主要成就:

• DOE/NNSA为其第一台百亿亿级超级计算机El Capitan签署了一份价值6亿美元的合同,计划于2022年底交付,预计2023年在加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室投入使用,以支持国家核安全局的武器计划。


El Capitan

• DOE/NNSA批准了次临界实验增强能力组合中先进源和探测器(ASD)项目的概念设计和成本范围。ASD将通过生成高速、高保真X射线图像来实现更强大的库存管理计划次临界实验。这种能力将支持弹头现代化、认证和库存评估。

• Z机器成功地测量了动态压缩钚的温度,该温度与武器主要性能相关。

• 国家点火装置的运行使得DOE/NNSA可以完成几项用于库存管理的高能量密度科学试验,包括支持W80-4 LEP的辐射传输研究和国家点火装置上的第一个钚状态方程实验,这将使钚实验能够提供与钚弹芯寿命相关的信息。

• 开发了表征爆炸物的方法,以支持W80-4 LEP。


正在做振动试验的W80-4核弹头

核安全基础设施现代化

DOE/NNSA继续重构和升级几大国家实验室的核武器基础设施。这些升级对于创建能够满足当今和未来美国国家安全任务的机构来说是必要的。近期和全年任务目标包括:

• 对现有基础设施进行重组,以实施到2030年每年生产80个钚弹芯的计划。采用的策略是两个站点的解决方案:

• 从2026年开始,每年在LANL的钚设施生产30个钚弹芯;

• 将SRS的混合氧化物燃料制造设施重新用作萨凡纳河厂区钚加工设施的一部分,在2030年期间每年生产50个钚弹芯。

• 通过将浓缩铀处理能力转移到现有设施和铀处理设施中,并延长关键的运行寿命,从而逐步消除对田纳西州橡树岭Y-12国家安全综合体(Y-12)9212号楼的任务依赖。

• 确保长期进行锕系化学研究和材料表征,并交付化学和冶金研究替代项目。

• 锂设施现代化。

• 氚设施现代化。

• 使用两个核反应堆(瓦茨巴1号和2号机组)增加氚的产量以满足库存需求。


瓦茨巴2号机组

• 对高爆炸药和其它核武器组装基础设施进行重组。

• 通过U1a综合设施增强项目和ASD主要设备项目,在U1a综合设施内提供新的实验室空间和设备,以增强次临界实验能力。

主要成就:

• Y-12铀加工设施的建设仍按预算和计划进行。


Y-12铀加工设施

• NNSA完成了位于新墨西哥州阿尔伯克基的桑迪亚国家实验室(SNL)设施的工具升级,该设施负责制造集成电路,从而能够使用当前供应链材料进行持续生产。

• 在DOE/NNSA授权全面运营后,美国国家核安全局在德克萨斯州阿马里洛附近的Pantex工厂新建的高爆炸药压制设施生产了第一个高爆炸药部件。这座占地45,000平方英尺的现代化设施取代了已有50多年历史的基础设施,提高了工人的安全性。

• DOE/NNSA开始使用其BUILDER软件,彻底改变基础设施和维护的管理,并允许该机构跟踪核安全机构中3000多座建筑物的状态。与历史方法相比,BUILDER可提供更准确、及时、一致、全面和基于风险的基础设施状况和成本数据,并将大大改善延期维护的管理。

• NNSA完成了Y-12锂加工设施的CD-1。

• NNSA完成了SRS氚精加工设施的CD-1。

3.在研新弹头增加一倍

与之前的计划相比,NNSA 2020年将新核弹头计划的数量增加了一倍,这包括最近报道的W93海军弹头,一种新型海射核巡航导弹,以及两种可能是以前称之为“可靠替换弹头”的弹头等。该计划表明核武器倡导者充分利用特朗普政府来推动核武器计划。此外,2020年SSMP通过将计划公开版本的规模减少近一半并省略以前包含在SSMP报告中的信息,显着减少了公众可获得的有关NNSA核武器活动的信息。

图表:2020年NNSA计划列出的新核武器数量是2019年之前计划的两倍


资料来源:NNSA

2020年SSMP共公布了六种新型核弹头,其中的四枚是为海军研发的。首先是特朗普政府《2018年核态势评估》所倡导的新型核海基巡航导弹(SLCM-N)。国会已经资助了这项武器的研究,国家核安全局计划在2029年开始生产,但新的拜登政府是否会继续生产还有待观察。如果是这样,该导弹可能配备改进型W80巡航导弹弹头(可能是W80-5改进型),用于部署在“弗吉尼亚级”攻击核潜艇上。

第二个海军弹头是W93,它是NNSA于2020年2月宣布的,重要的是,W93并未被列为W76或W88弹头的替代品,而是作为补充,因此它是美国在研唯一的全新型核弹头。NNSA正在为W93弹头寻求2021财年的5300万美元拨款,比该机构此前认为需要为该武器提供资金的时间早两年,在2019年3月发布的2020年预算申请中,NNSA估计它需要在2023财年为W93提供资金——5600万美元。DoD和NNSA的官员表示,W93将与英国计划的一种新弹头共享技术。第一个W93生产单元可能于2034年开始生产。


第三个海军弹头是潜艇发射弹头(SLW),计划取代W76-1和W76-2。这表明SLW可能具有灵活的当量设置以涵盖W76-1的中/高当量任务和W76-2的低当量任务;或者他们将生产它的两个当量版本,而W76-2的任务将会消失。

第四个海军弹头是未来战略海基弹头(FSSW),它被列为W88的替代品,W88是目前在Alteration 370计划下延长寿命的最高当量弹道导弹弹头。

陆基洲际弹道导弹部队获得了一种新弹头——称为未来战略陆基弹头(FSLW),用来取代W87。SSMP尚不清楚新弹头是要取代W87的两个版本还是仅取代W87-0。W87-1在2040年代仍然有很长寿命,因此它最初可能意味着更换W87-0。

核轰炸机部队获得了一种新武器,称为未来空投弹头(FAW)。该武器以前称为B61-13,它是B61-12的后续产品,B61-12将于2021年末开始生产。

新弹头的重点似乎延续了与冷战后几十年不同的趋势,从简单地延长现有弹头的寿命,转而生产基于显著修改或具有新军事能力的新武器。《2018年核态势评估》取消了《2010年核态势评估》中对具有新军事能力的新弹头的限制。2020年SSMP更公开地证明了在大国竞争背景下能够快速设计和生产具有“增强军事能力”和“应对日益增加的威胁”的新型核武器的要求。

例如,根据SSMP,W93将“应对不断变化的战略环境”和“提高应对未来威胁的灵活性”。新的未来弹道导弹弹头将“支持2030年及以后预期的威胁”。同样,将弹芯产能提高到每年至少80个的部分理由是“全球大国之间的新竞争可能导致威慑要求发生变化。”

总结

美国能源部国家核安全管理局每年都会在其核武器库存管理计划总结报告中披露当年有关核武器库存管理的最新进展,以及对未来的大体规划。2020年的总结报告确认了W76-2的正式服役,W80-4 LEP已经进入开发工程阶段,B61-12即将交付等重要信息。同时还披露了五种替代弹头计划,以替代现役所有核弹头。而W93是全新海军弹头,其未来发展将会受到美国内外的广泛关注。

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