作者usualjoy (up)
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标题[心得] 谁抄袭谁?核武设计的隐形知识
时间Tue Dec 7 04:36:14 2010
以下是该笔记的第二部分,主要是读书笔记的作者(不是De Geer)的一些感想
,也就是谁抄袭谁这个问题的看法。
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我之前的一帖中提到“隐性知识”(Tacit Knowledge,缄默知识/默会知识),
90年代中期学界把这个概念运用到核武器研发历史的再认识中去,获得了许多的
新结论:禁核试的后果、核武器的边缘化、恐怖分子造核弹的可行性、核武器
扩散的知识层面。
考虑到近来关于“原创性”的争论,除去民族主义“正名”的色彩,归根结底
还是一个“隐性知识在核武器设计中占多大比例、意义有多大”的问题。既然
隐形知识(同显性知识相反)无法被记录下来,只能“手把手”指导,甚至只能
通过试错法自行摸索,如果武器设计中需要大量的(决定性的)隐性知识,
自然也就不可能有 “抄袭”一说。
界定“师父领进门,修行在个人”,讲清楚“原创性”之类的问题是很模糊的。
个人认为,就“美国核项目确认了可行性”这点来说,其他所有国家都得到了指点。
除此之外,我觉得每一个核武国家都是独立自主、自力更生的,起码在武器设计这点上。
“核武器设计援助”与“扩散”总是最明显的事例,往往也就让人模糊了各国
开发过程中的改进、修正和创新。核禁试后隐性知识丢失,核武器被认为需要
“重新发明”,同理,即使是得到了援助的国家,它们面临的也是“重新发明”
而不是简单的“复制”。
1,美国武器实验室最后一个阶段的设计工作及其特点
80年代末至90年代中期,计算机在美国武器实验室中的作用已经十分巨大,
一个“武器代码”大约包含几十万到一百万行的程序。但是这些“模拟”仍然
是理论结合经验的产物:直接从第一级原理(物理定律)推导出武器性能、
表现被认为是不可能的。代码中包含了大量的假设与经验结论,无法解释。
最好的代码页只能解释95%的物理现象和过程,有的甚至只能解释50%。这种
“不可言说”的特性集中体现在初级的设计上,美国武器设计师普遍认为对
扳机的理解程度不如次级的高。次级中的材料物理过程被认为较为清晰:
所有材料都处于高温高压条件下,扳机材料却要从低温常压转换到高温高压
状态。
结果显性知识最无力应付的设计问题是助爆:特别是气体助爆。美国LLNL的
核武器设计师Donald R. Westervelt1988年指出,自1945年来,裂变武器效率
提高了100倍,主要原因是助爆设计。而助爆的成功与否对总当量的影响也是
越来越显着。目前的美国武器设计“接近极限”,裕度太小的问题已被指出其
实可以用提高助爆气体用量解决,但是70年代以来对减少氚用量和提高比威力、
体积当量比的追求使得助爆的成败直接影响次级的点燃。
即使是美国设计哲学(使用大量核试验来校正武器代码+巨大的运算能力)
根据地的两大实验室,武器代码的表现仍然很差:预测当量与实际当量误差
只要小于25%,该预测就被认为是“相当好”的,而美国上千次的试验历史中
,几乎没有能准确预测当量的事例。
“实测当量”这个概念也不甚准确:80年代中后期美国对当量测量的不确定性
是5%,而有武器设计师指出实际中的不确定性要大大高于5%。美国使用了所有
核试验中的10%-30%来进行“物理理解”,纯粹为了修正代码和理论。
于是“定型”主要在于有经验设计师的判断,写成一本“武器设计手册”的
尝试失败了,而实验室需要5年时间来培养一名“有用”的新武器设计师,
总培训期会达到10年。1976年,两大实验室的核武器设计师最多:80多人,
八十年代末降至50人左右(也有说法是40人左右在劳伦斯利弗莫尔,30人
左右在洛斯阿拉莫斯)。2009年的说法是:“真正的核武器设计师”只剩下2个人。
通过层层探讨、反复验证,“定型”是一个集体、积累性决策的过程。
2,1952年新建的利弗莫尔实验室
利弗莫尔早期的经验可以被用来验证“隐性知识”的意义:洛斯阿拉莫斯同
利弗莫尔之间没有形式上的保密障碍,所有书面的材料都可以获得。但是
利弗莫尔的头目爱德华泰勒跟奥本海默(在氢弹论战还有吊销涉密资格的问题上)
结了仇,两家又是竞争关系,隐性知识是无法得到的。
除了爱德华泰勒,40个人的利弗莫尔核心成员都没有设计经验(其中包括20名博士后)。
利弗莫尔在1953年3月31日和4月11日进行了它的头两次核试验,为了实现小型化
,尝试了使用氢化铀的裂变武器,结果两次试验都失败了。3月31日的试验装置
爆炸后,连铁塔都没有摧毁,利弗莫尔的人想用吉普车把铁塔推倒,结果还是
来不及,让洛斯阿拉莫斯的摄像师拍了照。利弗莫尔1954年4月6日的第一次热核
试验也是失败,当量不到预期的十分之一。
1955年3月,利弗莫尔才进行了第一次成功的核试验;1956年该实验室才被认为
是可靠的设计机构。
虽然利弗莫尔有意设计与洛斯阿拉莫斯不同的武器,也有说法是前者的路线较为
激进,但是缺乏相应的“隐性知识”被认为大大推迟了利弗莫尔的进度。
3,苏联“复制”内爆式Pu弹“胖子”
福克斯把相当详细的图纸交给了苏联人。带头人Yuli Khariton在1993年承认说
为了保险,苏联设计团队放弃了已经进行的裂变弹设计工作,集中进行复制“胖子”。
拥有了图纸的苏联人可以避免曼哈顿计划的多个平行生产工程(和巨大的消耗),
但是福克斯的帮助并没有省去苏联自行实验的功夫:所有的试验和计算都要重做。
然后由于缺乏种种资源,“复制”的非理论部分也很艰难。
高爆炸药的生产,引爆电路的制造,等等生产难题都要被用“有苏联特色”的方法
解决。最后得出的成果跟“胖子”也不是完全相同。
4,英国“复制”内爆式Pu弹“胖子”
1946年英国代表团从洛斯阿拉莫斯撤回国,1947年决定开始核武器研发,同时决定
“复制”内爆式Pu弹“胖子”。
虽然图纸都留在了美国,英国代表团还是凭记忆写成一本“工程说明书”,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。虽然有20多人,分散在各
个岗位上,也能列出基本武器部件和原理,英国代表团还是缺少很多知识。
他们了解一些关于Pu操作的窍门,却缺乏Pu金属学的知识。不知道熔炉材料是什么,
如何可以保证倒入Pu后熔炉材料不与其反应。中子起爆器的制造也是一个难题。
引爆器电路需要由工厂女工在车间里自行改良、高爆炸药浇铸成型过程中,“爆炸
透镜”会不对称地“缩水”、铀惰层中有气泡...
英方为保证安全,希望能在飞机起飞后再进行裂变部件的组装,但是又担心飞行中
的组装程序可能意外导致临界。于是要重新计算,改变“胖子”的设计。之后,
1951年年中又决定在惰层和弹芯之间加上一个2英寸的间隔,提高内爆压缩的效率。
但是这就提高了对爆炸透镜精度的要求,“缩水”问题也还没有解决。最后决定用
PVC胶带把“缩水”后的空间给填满。1952年夏季的爆炸试验才确认常规炸药符合规格。
5,巴基斯坦“复制”中国内爆式铀弹
80年代美国国务院的文件中就提到巴基斯坦获得弹头设计图的事,90年代初非官方
材料确定为DF-2导弹弹头,同时指出巴方花费多年才掌握了内爆系统,美政府官员
针对这事件也说过“有烹饪书并不能保证你第一次就烤出好蛋糕”。
从这3个最明显的“抄袭案例”中我们可以看出,核武器设计中两类信息都是高度
保密:(A)间谍活动的成果和(B)具体的设计细节。透露(A)而没透露(B)
直接导致“完全抄袭”的指控,不透露(A)直接导致“自力更生”的褒奖。至于
用什么资料来证明,更是可以随便操作的。
考虑到核武器设计生产的复杂性,个人认为比较保险的说法是因为其中包含了大量
不可传播的隐性知识,各核武器国都可以认为是自立更生的,即使是上述三个事例。
至于“原创性”的程度,由于不知道(B)也没有纵向比较,难以讨论。例如:
“W88泄密事件”和“福克斯间谍案”,其对受惠国的影响如何比较?苏方援建
核基础设施的意义大,还是福克斯若干张图纸的意义大?“消极指导”的帮助大
还是W88示意图的帮助大?提这些问题都要小心避免过度概括。
(相对而言,次级的显性知识比例很大,美国核武器设计人员都认为对次级的理解
程度较高。这结论也可以从对次级构型的保密、美实验室知识增长示意图中得出)
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