作者usualjoy (up)
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標題[心得] 誰抄襲誰?核武設計的隱形知識
時間Tue Dec 7 04:36:14 2010
以下是該筆記的第二部分,主要是讀書筆記的作者(不是De Geer)的一些感想
,也就是誰抄襲誰這個問題的看法。
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我之前的一帖中提到“隱性知識”(Tacit Knowledge,緘默知識/默會知識),
90年代中期學界把這個概念運用到核武器研發歷史的再認識中去,獲得了許多的
新結論:禁核試的后果、核武器的邊緣化、恐怖分子造核彈的可行性、核武器
擴散的知識層面。
考慮到近來關于“原創性”的爭論,除去民族主義“正名”的色彩,歸根結底
還是一個“隱性知識在核武器設計中占多大比例、意義有多大”的問題。既然
隱形知識(同顯性知識相反)無法被記錄下來,只能“手把手”指導,甚至只能
通過試錯法自行摸索,如果武器設計中需要大量的(決定性的)隱性知識,
自然也就不可能有 “抄襲”一說。
界定“師父領進門,修行在個人”,講清楚“原創性”之類的問題是很模糊的。
個人認為,就“美國核項目確認了可行性”這點來說,其他所有國家都得到了指點。
除此之外,我覺得每一個核武國家都是獨立自主、自力更生的,起碼在武器設計這點上。
“核武器設計援助”與“擴散”總是最明顯的事例,往往也就讓人模糊了各國
開發過程中的改進、修正和創新。核禁試后隱性知識丟失,核武器被認為需要
“重新發明”,同理,即使是得到了援助的國家,它們面臨的也是“重新發明”
而不是簡單的“復制”。
1,美國武器實驗室最后一個階段的設計工作及其特點
80年代末至90年代中期,計算機在美國武器實驗室中的作用已經十分巨大,
一個“武器代碼”大約包含幾十萬到一百萬行的程序。但是這些“模擬”仍然
是理論結合經驗的產物:直接從第一級原理(物理定律)推導出武器性能、
表現被認為是不可能的。代碼中包含了大量的假設與經驗結論,無法解釋。
最好的代碼頁只能解釋95%的物理現象和過程,有的甚至只能解釋50%。這種
“不可言說”的特性集中體現在初級的設計上,美國武器設計師普遍認為對
扳機的理解程度不如次級的高。次級中的材料物理過程被認為較為清晰:
所有材料都處于高溫高壓條件下,扳機材料卻要從低溫常壓轉換到高溫高壓
狀態。
結果顯性知識最無力應付的設計問題是助爆:特別是氣體助爆。美國LLNL的
核武器設計師Donald R. Westervelt1988年指出,自1945年來,裂變武器效率
提高了100倍,主要原因是助爆設計。而助爆的成功與否對總當量的影響也是
越來越顯著。目前的美國武器設計“接近極限”,裕度太小的問題已被指出其
實可以用提高助爆氣體用量解決,但是70年代以來對減少氚用量和提高比威力、
體積當量比的追求使得助爆的成敗直接影響次級的點燃。
即使是美國設計哲學(使用大量核試驗來校正武器代碼+巨大的運算能力)
根據地的兩大實驗室,武器代碼的表現仍然很差:預測當量與實際當量誤差
只要小于25%,該預測就被認為是“相當好”的,而美國上千次的試驗歷史中
,幾乎沒有能準確預測當量的事例。
“實測當量”這個概念也不甚準確:80年代中后期美國對當量測量的不確定性
是5%,而有武器設計師指出實際中的不確定性要大大高于5%。美國使用了所有
核試驗中的10%-30%來進行“物理理解”,純粹為了修正代碼和理論。
于是“定型”主要在于有經驗設計師的判斷,寫成一本“武器設計手冊”的
嘗試失敗了,而實驗室需要5年時間來培養一名“有用”的新武器設計師,
總培訓期會達到10年。1976年,兩大實驗室的核武器設計師最多:80多人,
八十年代末降至50人左右(也有說法是40人左右在勞倫斯利弗莫爾,30人
左右在洛斯阿拉莫斯)。2009年的說法是:“真正的核武器設計師”只剩下2個人。
通過層層探討、反復驗證,“定型”是一個集體、積累性決策的過程。
2,1952年新建的利弗莫爾實驗室
利弗莫爾早期的經驗可以被用來驗證“隱性知識”的意義:洛斯阿拉莫斯同
利弗莫爾之間沒有形式上的保密障礙,所有書面的材料都可以獲得。但是
利弗莫爾的頭目愛德華泰勒跟奧本海默(在氫彈論戰還有吊銷涉密資格的問題上)
結了仇,兩家又是競爭關系,隱性知識是無法得到的。
除了愛德華泰勒,40個人的利弗莫爾核心成員都沒有設計經驗(其中包括20名博士后)。
利弗莫爾在1953年3月31日和4月11日進行了它的頭兩次核試驗,為了實現小型化
,嘗試了使用氫化鈾的裂變武器,結果兩次試驗都失敗了。3月31日的試驗裝置
爆炸后,連鐵塔都沒有摧毀,利弗莫爾的人想用吉普車把鐵塔推倒,結果還是
來不及,讓洛斯阿拉莫斯的攝像師拍了照。利弗莫爾1954年4月6日的第一次熱核
試驗也是失敗,當量不到預期的十分之一。
1955年3月,利弗莫爾才進行了第一次成功的核試驗;1956年該實驗室才被認為
是可靠的設計機構。
雖然利弗莫爾有意設計與洛斯阿拉莫斯不同的武器,也有說法是前者的路線較為
激進,但是缺乏相應的“隱性知識”被認為大大推遲了利弗莫爾的進度。
3,蘇聯“復制”內爆式Pu彈“胖子”
福克斯把相當詳細的圖紙交給了蘇聯人。帶頭人Yuli Khariton在1993年承認說
為了保險,蘇聯設計團隊放棄了已經進行的裂變彈設計工作,集中進行復制“胖子”。
擁有了圖紙的蘇聯人可以避免曼哈頓計劃的多個平行生產工程(和巨大的消耗),
但是福克斯的幫助并沒有省去蘇聯自行實驗的功夫:所有的試驗和計算都要重做。
然后由于缺乏種種資源,“復制”的非理論部分也很艱難。
高爆炸藥的生產,引爆電路的制造,等等生產難題都要被用“有蘇聯特色”的方法
解決。最后得出的成果跟“胖子”也不是完全相同。
4,英國“復制”內爆式Pu彈“胖子”
1946年英國代表團從洛斯阿拉莫斯撤回國,1947年決定開始核武器研發,同時決定
“復制”內爆式Pu彈“胖子”。
雖然圖紙都留在了美國,英國代表團還是憑記憶寫成一本“工程說明書”,希望能
省去洛斯阿拉莫斯的巨大工作量。其中福克斯出力最多。雖然有20多人,分散在各
個崗位上,也能列出基本武器部件和原理,英國代表團還是缺少很多知識。
他們了解一些關于Pu操作的竅門,卻缺乏Pu金屬學的知識。不知道熔爐材料是什么,
如何可以保證倒入Pu后熔爐材料不與其反應。中子起爆器的制造也是一個難題。
引爆器電路需要由工廠女工在車間里自行改良、高爆炸藥澆鑄成型過程中,“爆炸
透鏡”會不對稱地“縮水”、鈾惰層中有氣泡...
英方為保證安全,希望能在飛機起飛后再進行裂變部件的組裝,但是又擔心飛行中
的組裝程序可能意外導致臨界。于是要重新計算,改變“胖子”的設計。之后,
1951年年中又決定在惰層和彈芯之間加上一個2英寸的間隔,提高內爆壓縮的效率。
但是這就提高了對爆炸透鏡精度的要求,“縮水”問題也還沒有解決。最后決定用
PVC膠帶把“縮水”后的空間給填滿。1952年夏季的爆炸試驗才確認常規炸藥符合規格。
5,巴基斯坦“復制”中國內爆式鈾彈
80年代美國國務院的文件中就提到巴基斯坦獲得彈頭設計圖的事,90年代初非官方
材料確定為DF-2導彈彈頭,同時指出巴方花費多年才掌握了內爆系統,美政府官員
針對這事件也說過“有烹飪書并不能保證你第一次就烤出好蛋糕”。
從這3個最明顯的“抄襲案例”中我們可以看出,核武器設計中兩類信息都是高度
保密:(A)間諜活動的成果和(B)具體的設計細節。透露(A)而沒透露(B)
直接導致“完全抄襲”的指控,不透露(A)直接導致“自力更生”的褒獎。至于
用什么資料來證明,更是可以隨便操作的。
考慮到核武器設計生產的復雜性,個人認為比較保險的說法是因為其中包含了大量
不可傳播的隱性知識,各核武器國都可以認為是自立更生的,即使是上述三個事例。
至于“原創性”的程度,由于不知道(B)也沒有縱向比較,難以討論。例如:
“W88泄密事件”和“福克斯間諜案”,其對受惠國的影響如何比較?蘇方援建
核基礎設施的意義大,還是福克斯若干張圖紙的意義大?“消極指導”的幫助大
還是W88示意圖的幫助大?提這些問題都要小心避免過度概括。
(相對而言,次級的顯性知識比例很大,美國核武器設計人員都認為對次級的理解
程度較高。這結論也可以從對次級構型的保密、美實驗室知識增長示意圖中得出)
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