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于 09-8-9 通过 科学网博客RSS——构建全球华人科学社区
神奇的空袭
朱诗鳌
[提要] 这是一次较量科技力量的空战。我们介绍这一历史战例,
旨在从中吸取攻守双方的经验教训, 作为维护我国水坝在今后可
能战争中的安全的借鉴。
在第二次世界大战的后期， 英国皇家空军对纳粹德国最重要的工业区——鲁尔区进行了猛烈的轰炸。其中引人注目的是在1943年5月16日夜，轰炸了鲁尔区的3座水坝。在这次空中，因炸坝所产生的洪流冲毁了25座桥梁，125个军工厂瘫痪，纳粹德国损失惨重。
这是一次前所未有的、神奇的空袭。①
被轰炸的这3座水坝是默讷（Möhne）坝、埃德尔（Eder）坝和索佩（Sorpe）坝，[1] 其地理位置如图1所示。
图1 纳粹德国鲁尔区3座水坝（水库）地理位置图
默讷坝是一座花岗岩砌石重力坝，坝高36.6m，库容1.4亿m3，拱形坝轴线，1909年始建，1913年竣工。该坝位于索斯特（Soest）以南，距多特蒙德（Dortmund）30余公里。该坝最重要的防空措施是在坝前的水库中设了两道防雷（anti-torpedo）网。
埃德尔坝也是一座花岗岩砌石重力坝，坝高44m，库容2.0亿m3，1908年始建，1914年竣工。该坝位于默讷坝东南约70km处，它所形成的水库是德国当时最大的水库。由于坝址处于深山峡谷之中，德军以为该坝遭受空袭的可能性很小，只是在坝上设有2名巡逻兵进行防护。
索佩坝是一座混凝土心墙土坝，坝高61m，库容0.7亿m3，位于默讷坝以南约14km处。该坝1927年始建，1935年竣工，是当时德国最高的土坝。未采取防空措施。
① 英国在1954年根据这一真实战史制作了影片《轰炸鲁尔水坝记》（The Dam Busters）。该片被誉为二战空战片的经典之作。
众所周知，常规的空袭方法是高空投弹轰炸。但是在高空，比如在一万米左右的高空投弹，命中率很低。如果在默讷坝的水库中发射鱼雷炸坝，也难以逾越在该坝前的库水中所设置的两道防雷网。为了实现这一炸坝任务，英军特请资深的航空技术专家巴恩斯·沃利斯（Barnes Wallis）博士（见图2）解决这一难题。一天，沃利斯正在一水边散步、冥思苦想这一难题之时，见到一小孩打水漂——使石块在水面连续不断地弹跳，让他产生了灵感：能不能用打水漂的原理①制造一种跳跃式炸弹，使其在水库水面上跳跃前进，并跳越防雷网，最后跳至坝体处，达到炸坝目的？沃利斯带着这一灵感，旋即开展了大量的试验工作，最终取得了成功。
图2 巴恩斯·沃利斯（1887～1979）像
（引自bbc.co.uk）
试验结果及有关措施为:
● 最终研制成的炸弹是一种圆桶形跳跃炸弹。圆桶的直径为1.27m，高1.6m，内装3t RDX炸药，总重量8.325t , 如图3所示。
● 飞机上携带圆桶形跳跃炸弹的装置, 如图4所示。
● 飞机轰炸时采用超低空飞行，距地面高度18m。
● 飞机飞行速度为时速370km。
● 圆桶形跳跃炸弹自身转动速度为500转/分钟。
● 在坝前400m处开始投弹。
图3 圆桶形跳跃炸弹（引自rocassoc.org.uk）
① 打水漂的原理与流体力学有关。石块在水面弹跳次数的多少主要取决于三个要素：一是投掷出去的速度；二是石块面（选用的石块当为扁平的）与水面所成的角度；三是石块自身旋转的速度（旋转速度越快，其自身的稳定性就越大）。现在打水漂的世界纪录为51次。打水漂的原理，现在还被应用到太空工程。
图4 飞机携带圆桶形跳跃炸弹的装置（引自raf.mod.uk）
沃利斯还研究了另一重要问题是：炸弹对坝体的冲击力是在空气中爆炸时大, 还是在水中（靠近坝体）
爆炸时大？他经过缜密的试验研究后所得的结论是，在水中爆破时对坝体的冲击力大。这是因为水体有阻
挡并反射炸弹冲击力的作用，使炸弹冲击力能更有效地集中在目标上。所以他设计的圆桶形跳跃炸弹并不
是跳到坝前水面时就立即爆炸，而是沿坝面下降一定深度（设计为9m）时才引爆。[2]
最后确定的圆桶形跳跃炸弹的运作示意图如图5所示，坝前的红色区表示水库，坝前水库中的两条铅直线为两道防雷网的位置。
图5 圆桶形跳跃炸弹的运作示意图（引自NSL－Dam Raid）
空袭发生在1943年5月16日夜。
执行这次空袭任务的是皇家空军专门组建的一支特种轰炸中队——第617中队。该中队共有19架兰卡斯特（Lancaster）重型轰炸机, 由吉布森 (Guy Gibson) 中校指挥。共分成3批次起飞, 分别空袭默讷坝、埃德尔坝和索佩坝。第1批次空袭默讷坝的有9架轰炸机, 从其中第1架被德军高射炮击中后, 随后第2架至第5架都失败了, 到第7架才成功。默讷坝被炸开－个缺口, 库水狂泄下游, 鲁尔区一片汪洋。英军在这次空袭中共损失轰炸机10架。吉布森因在这次空袭中卓越指挥的功绩, 被授予英军的最高勋章——维多利亚十字勋章(Victoria Cross), 时年25岁, 见图6。
图6 吉布森像(1918～1944)
图7所示是兰卡斯特重型轰炸机正在投掷圆桶形跳跃炸弹。
图8为圆桶形跳跃炸弹投下后与水面撞击的情形。
图9～图11是3幅画, 分别描绘了轰炸机轰炸默讷坝、埃德尔坝和索佩坝的情形。
图7 兰卡斯特轰炸机正在投掷圆桶形跳跃炸弹（引自solamavigator.net）
图8 圆桶形跳跃炸弹接触水面瞬间的情形
（引自NSL－Dam Raid）
图9 轰炸机轰炸默讷坝 (引自Nicholas Trudgian)
图10 轰炸机轰炸埃德尔坝 (引自spitfiregraphics.net)
图11 轰炸机轰炸索佩坝 (引自posart.com)
沃利斯所研究的圆桶形跳跃炸弹起初也并不是针对索佩坝的。但在这次空袭中还是用常规的投弹方法对索佩坝进行了轰炸。开始时，想到只要炸裂防渗心墙，就可使坝溃决。然而经过多次试投后都未能奏效，只是防浪墙遭受了轻微的破坏。
图12～图14分别是默讷坝、埃德尔坝和索佩坝被炸之后的情景。
图12 默讷坝被炸之后的情景（引自homepage. ntlworld.com）
图13 埃德尔坝被炸之后的情景（引自homepage. ntlworld.com）
图14 索佩坝被炸之后的情景（引自NSL－Dam Raid）
最后谈谈在空袭中有关水坝的几个问题:
1.关于炸弹在坝面引爆点的位置问题
对这个问题, 我们可以作如下分析：
● 在水面处爆炸。在这种情况下, 即使坝体顶部能被炸裂，但裂缝以上的坝块由于没有水推力的作用，就不一定会滑动或倾覆。再说其下的坝体仍然是安全的，库水也不会下泄, 因而不致构成很大威胁, 如图15（a）所示。
● 在一定深度位置上爆炸。在这一位置上爆炸就会使裂缝以上的坝块在其上所受的水压力的推动下滑动或倾覆，并导致库水下泄，威胁下游, 如图15（b）所示。
● 在更深的位置爆炸。由于坝体的厚度也相应加大（特别是重力坝），坝体不一定会被炸裂，不会构成威胁, 如图15（c）所示。
（a） （b） （c )
图15 炸弹在坝面不同位置时的爆炸结果分析
2.关于坝型问题
默讷坝和埃德尔坝是两座浆砌石重力坝，在这次空袭中都遭到了破坏。而索佩土坝所受的破坏很小。虽然受炸的情况不相同, 但从总体上可以说, 重力坝受到了破坏, 而土坝则小。再说, 攻方预先瞄准的主要目标是重力坝而不是瞄准土坝, 这就默认了重力坝受破坏的可能性大; 有意思的是, 守方也只对重力坝设防, 也认为它受破坏的可能性大, 而对土坝就未作设防。
3.关于坝顶宽度问题
过去有人从鲁尔空袭中得出结论: [3] 对砌石重力坝来说，只要坝顶宽度超过15m，就能保证坝体的安全。( 默讷坝的坝顶宽为7.6m，埃德尔坝的坝顶宽度为6.0m。)
4.关于坝轴线问题
对于"直线形"坝轴线的重力坝来说，由于各坝段之间互不传力，仅按悬臂梁原理独立工作，其稳定安全性的富余有限。所以即使在水面的坝面处受炸，由于在坝顶附加了巨大的水平荷载 ( 特别是它对坝底要产生较大的倾覆力矩 ) , 仍有可能使整个坝段滑动或倾覆。从这一意义上说，对具有"拱形"坝轴线的默讷坝和埃德尔坝重力坝，如果在水面的坝面处受炸, 即使被炸坝段出现向下游方向的滑动，也会受到相邻坝段的约束，因而出现整个坝段滑动或倾覆的可能性很小。实际上，在这次空袭中，默讷坝和埃德尔坝所受的破坏都是"缺口型"的, 未产生整个坝段的滑动或倾覆破坏, 这很可能是拱形坝轴线起了作用。世界已建的具有拱形坝轴线的重力坝数不胜数(包括美国的胡佛坝), 然而长期以来人们对它的拱形坝轴线的评说似乎不多。现在从防空的视角看, 具有拱形坝轴线的重力坝要比具有直线形坝轴线的重力坝安全。
参考文献
1. Bourgin,A. The Design of Dams, London,Sir, Isaac Pitman and Sons, LTD,1953, P.3
2. 空军论坛（bbs.tiexue.net）. 伟大的战略转折
3. Edward Gruner. Dam Disasters. Proceedings of the Istitution of Civil Engineers, January 1963
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