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钱七虎院士获最高科技奖 看他如何建成抵御核武器的“金钟罩”?

2019-01-10 17:04 来源:科普中国-军事科技前沿 

  1月8日,中国工程院院士钱七虎获得了国家最高科学技术奖。作为中国防护工程的领军人物,此奖项是对中国防护工程发展的肯定。

  防护工程,是为抵抗武器杀伤和破坏而建筑的工程结构的统称,是军事学和土木工程学的交叉领域,我们常说的“工事”、“掩体”和“要塞”,都是防护工程的一部分。如果说国家间的战争就好比两个手持矛盾的战士对抗,那么防护工程就是国家手中的“盾牌”。

  在本世纪,随着核武器和钻地弹这样更加强大的武器出现,国家对防护工程的要求相应的发展,而钱七虎院士也正在这个领域奉献了自己的心血。

  如何防御横扫地表的核武器

  自上世纪四十年代第一枚核武器的爆炸开始,人类步入了核武器的时代。与之前完全不同的是,核武器的威力是之前任何一种武器的数千倍乃至于数万倍。在热核武器,也即氢弹被研发出来之后,一枚仅仅重约数百公斤的热核弹头就可以达到相当于三十万吨黄色炸药的威力,可以在几秒钟之内将一座小型城市从地图上抹去。

钱七虎院士获最高科技奖 看他如何建成抵御核武器的“金钟罩”?

图为1946年美国在比基尼岛进行的核试验

  而更为可怕的是,在上世纪六七十年代,随着核武器产量的大幅度增加,以及投送能力的提高,战术核武器被大量的制造和部署。

  与之前不同的是,战术核武器所攻击的目标不是工业区和城市而是敌人的工事和作战部队。战术核武器被普遍的装载在短程弹道导弹、轰炸机甚至大口径榴弹炮中。核武器的毁伤效应主要依靠光辐射、核火球、冲击波、早期辐射和长期沾染性辐射杀伤人员和器械。

  为解决这样的问题,防护工程学也有了相应的发展。

钱七虎院士获最高科技奖 看他如何建成抵御核武器的“金钟罩”?

图为野战工事结构

  对于大部分建设完善的永备工事而言,空爆核武器并没有什么可怕的,但对于野战环境下的部队,其只有简单挖掘的临时工事,完全无法防御核冲击波和辐射。

  钱七虎院士以此为出发点,研究了便于大量生产的装配式野战工事,这种设备可以在快速的在野战环境下组装。建设出具有较强抗冲击能力的工事。与此同时,位于土层下的工事还能通过防护密封门隔绝大部分的辐射,大幅度提高野战部队抗核打击能力。这就相当于设计了能让野战部队“带着走”的永备防核工事。

钱七虎院士获最高科技奖 看他如何建成抵御核武器的“金钟罩”?

图为正在施工的装配式野战工事

  如何防御工事的天生敌人——钻地弹

  上世纪八十年代,美国等国家开始重视钻地弹的研究,这种武器被设计出的目的就是大幅度提高对永备式防护工程的打击能力。一枚钻地弹的必要结构包括一个高强度外壳,用于弹体穿过土层,还需要包括延迟引信,让战斗部在地下爆炸。

  美国就研发了B61-11钻地核弹,可穿透十多米的土层,并在底下引发热核反应,可瞬间产生深达数十米的核爆坑,对地下工事造成巨大的伤害。甚至,在现代技术的帮助下,大量钻地弹头可以通过连续在同一个着弹点爆炸,或者同时在掩体的不同位置爆炸,产生聚能效应来大幅提高对掩体的攻击强度。

钱七虎院士获最高科技奖 看他如何建成抵御核武器的“金钟罩”?

图为B61钻地核武器

  为此,钱七虎院士着手研究更强的建筑材料,其中一种就是超短钢纤维高强混凝土。在此之前,在混凝土中加入钢纤维可以大幅提高抗拉、抗弯和抗剪切力强度,在钢纤维添加量为0%到10%时,抗压强度将逐渐提升,但是当钢纤维添加至超过2%就会导致混凝土出现纤维离析、结团和空气含量增加。

  而超短钢纤维是一种仅有5-15mm长,直径0.5mm的材料,将其加入混凝土搅拌之后形成超短钢纤维高强混凝土。相较普通混凝土而言,其各强度指标都有着大幅提升,也同时规避了传统钢纤维的缺点,是一种很有应用前景的抗冲击材料。

  我们身边的城市防护学

  在核战争背景下,城市是首要的核打击目标,而如果不做好城市防护学工程,在未来应对战争时很有可能会造成严重的伤亡。

  与上文提到的防护工程不同,城市防护学工程不仅仅是一个土木工程问题,还是一个规划问题。我国的地铁、地下通道等地下设施,通常也兼顾有防护工程学设计,在建设中拥有较强的结构强度,且尽可能的互相连接,可在空袭和打击中快速疏散人员至地下设施,降低人员的损失。

钱七虎院士获最高科技奖 看他如何建成抵御核武器的“金钟罩”?

图为地铁内部的人防门

  防护工程学似乎一直不被普通人关注,但是这一学科确实是保护国家与人民之盾。让我们为钱七虎院士为防护工程学做出的努力而喝彩。(本文图片来自网络)

  划重点

  装配式野战工事:可快速在野外构筑的工事,具有较强的防御能力。

  超短钢纤维高强混凝土:使用特殊超短钢搅拌进入混凝土所形成的新型抗冲击材料

  出品:科普中国

  作者:矛隼工作室

  监制:光明网科普事业部

[责任编辑:赵清建]

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