中国科学家模拟了一次针对该国主要悬索桥的无人机袭击,以评估关键交通枢纽在现代战争战术下的脆弱性。
研究结果表明,如果一架携带30公斤(66磅)TNT炸药的无人机在距离悬索桥主缆与支撑塔连接处几英寸范围内引爆,就可能导致桥梁坍塌。
他们指出,俄罗斯在乌克兰战争中实施的这类袭击表明,战争方式已从大规模火力攻击转向精确打击;原本难以攻击的基础设施如今已成为主要目标。
研究团队在发表于《中国铁道科学与工程杂志》(中文版)9月刊上的论文中写道:“这些事件清楚地揭示了现代桥梁在面对非常规爆炸袭击时的极端脆弱性。”
“系统研究悬索桥在遭受精确制导无人机投送的爆炸物攻击时的破坏机制及其抗爆性能,具有重要的工程意义和战略价值,对国家安全至关重要。”
这种悬索桥的结构特点是:桥面通过巨大的缆绳悬挂在桥塔上,两端通过锚固装置进行固定。
参与研究的来自西南交通大学和中国铁路重大桥梁勘察设计研究院的研究人员,模拟了对一座主跨度为538米(1,765英尺)的悬索桥的攻击。该桥的尺寸与位于中国贵州省的都汶河大桥完全一致,该桥经常被用作工程研究中的模拟基准。
根据交通运输部的数据,中国的桥梁数量位居全球首位,其中包括许多世界上最大、最长和最高的桥梁;其中超过11,000座属于“特大型”或“超级大型”桥梁。
这些打破纪录的桥梁包括:位于贵州省、横跨花江峡谷的最高桥梁,以及位于江苏省东部的张靖高长江大桥;该大桥在建成后将成为世界上最长的大型悬索桥。
这项研究的背景是俄罗斯对乌克兰的持续战争。2022年,乌克兰军队袭击了安东诺夫斯基大桥——这座位于赫尔松地区、横跨第聂伯河的主要桥梁,俄罗斯正是通过这座桥来运输物资和部队的。乌克兰军队还多次攻击克里米亚大桥;自2022年2月底俄罗斯发动入侵以来,这座桥一直是俄罗斯军事后勤的重要通道。
研究团队指出,虽然早期研究已经确定了桥梁各组成部分的安全标准,但针对完整悬索桥系统的研究仍然十分有限,且远远落后于现代战争(如无人机袭击)所带来的威胁。为了了解无人机爆炸对悬索桥可能造成的破坏程度,研究团队建立了一个模拟模型,该模型涵盖了桥面、主缆绳、吊杆以及桥塔等关键结构。
研究重点关注的是爆炸对桥梁高处结构(尤其是主缆绳和支撑塔)的潜在影响,而非桥面本身。研究人员模拟了一次50公斤TNT当量的爆炸,这种爆炸威力相当于普通中型无人机携带的弹头,并将爆炸点设定在距离关键结构区域20厘米(8英寸)的位置。根据研究结果,如此近距离的爆炸会引发连锁反应:缆绳断裂、桥面翻转,最终导致桥梁倒塌。研究指出,这种近距离爆炸对悬索桥构成了“灾难性的威胁”。
该团队还对较小规模的爆炸物进行了模拟实验,发现即使是低当量的爆炸物,如果在近距离引爆,也有可能引发结构坍塌。例如,30至40公斤的TNT炸药如果在距离主缆绳固定点20厘米的地方爆炸,也足以导致结构损坏。
研究指出,一架仅携带5公斤TNT炸药的无人机,如果在接触到桥塔连接处时发生爆炸,也同样有可能切断主缆绳。
研究人员强调:“这种精确的攻击能力需要我们更加重视防御措施,而不仅仅是单纯提高爆炸物的当量。”
由于在悬索缆绳与桥塔连接处发生的爆炸可能会引发连锁反应,该团队将这一区域视为应对现实无人机威胁的关键脆弱点。
研究人员写道:“针对现实无人机威胁的防御策略应优先保护主缆绳的固定区域,并降低近距离攻击或接触式攻击所带来的风险。”
论文指出,增加缆绳的直径有助于减轻爆炸造成的损害,不过这一措施更适用于新桥梁的设计。对于现有桥梁而言,为主缆绳加装高密度聚乙烯防护层是一种更为实用的防护措施。
此外,该团队还模拟了威力更大的爆炸情况(爆炸物当量介于300至500公斤TNT之间),以评估此类复合型攻击的潜在威胁。
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