火灾?被炸?

2020-08-12 09:10董露
兵器知识 2020年8期
关键词:离心机核设施设施

董露

2020年7月2日,伊朗纳坦兹核设施一处在建厂房起火。虽然伊朗方面宣称大火没有造成人员死亡和核泄露污染,但事故原因迟迟没有公布。联想到近期伊朗境内不明爆炸、大火等事故接连不断,外界纷纷猜测与伊朗核武器发展密切相关的纳坦兹核设施遭到了外界攻击。那么,此次事件究竟是怎么回事?让我们慢慢来看。

事件回顾

纳坦兹核设施主要用来浓缩铀原料,这对伊朗核武器和核能工业发展至关重要。这个设施不但受到国际原子能机构的监控,也是美国和以色列等国家严密侦察和伺机破坏的对象。

突发事故2020年7月2日,伊朗原子能组织发言人卡迈勒万迪对外宣称,纳坦兹核设施的“一个正在建设中的厂房”发生了事故,不过核设施的正常活动没有受到影响,事故也未造成人员死亡或污染,事发原因正在调查中。伊朗官方称,这起事故为一起火灾,事故原因正在调查。而伊朗原子能组织公布的现场照片显示,一栋两层的砖砌建筑有烧焦的痕迹,屋顶则明显被毁。地面上的残骸和掉下来的门似乎表明,起火时发生了爆炸。虽然伊朗官方对此次事件轻描淡写,但外界从商业卫星影像发现此次事故颇多疑问。

据美国卫星数据显示,火灾发生在当地时间凌晨2点左右,爆炸和大火摧毀了整栋建筑的2/3。虽然伊方公布的地面照片显示建筑似乎保留了大部分,但从卫星影像可以看出,伊方是从仅存建筑的东北方向拍摄,剩余残垣遮挡了破坏最严重的爆炸核心部分,这似乎说明伊方在尽可能淡化处理事件。

伊朗官方公布的纳坦兹离心机装配中心建筑被毁图片。可以看出其巧妙地从建筑东北角拍摄,回避了破坏最严重的西北角部分

数年前,外界就确定此次事故的大楼为离心机装配中心,主要担负伊朗新型铀浓缩离心机的组装和测试任务。美国情报智库称,“照片显示的纳坦兹核设施起火地点,与2017年我们所确认的离心机组装工厂是同一栋建筑物”。伊朗原子能组织在5日也证实,受损建筑为一个新的离心机装配中心。该组织发言人透露,该中心于2013年开始建设,2018年落成启用。由于受到2015年签署的伊核问题全面协议限制,该设施没有满负荷运转。截止目前尚没有此次事件引起人员伤亡或放射性物质泄漏的报道。伊方同时承认,由于“精密测量仪器”和装配设施遭到破坏,因此“可能导致中期内先进离心机的研发和生产出现延误”。但“伊朗将以更大、拥有更多设备的中心来代替烧毁的设施”。

欲言又止伊朗最高国家安全委员会在“纳坦兹事件”后几乎第一时间的7月3日就表示,伊朗当局已查明纳坦兹核设施事故的原因,并将在晚些时候公布细节。但在10日,伊朗外交部却称:“谈论(纳坦兹)爆炸的主要起因和原因尚为时过早,有关安全机构正在调查这起事件的所有细节。”伊朗政府对事件欲言又止的态度引发外界的种种猜疑。普遍认为,伊朗情报机构之所以不愿意公布事故细节,尤其是“敌人”的明确身份,很大程度上是出于国内政治形势的考量。2021年是伊朗的大选年,现任总统鲁哈尼将卸任,各方势力都在为争夺未来地位而勾心斗角。其中,强硬派阵营长期把持伊朗军队、伊斯兰革命卫队、情报机构和司法机构,希望推出能够延续现有局面的总统人选。而从今年伊朗议会选举结果看,强硬派和保守派、温和派已形成鼎力之势。在这种情况下,如果公开核设施遭袭的细节,伊朗情报机构和安全机构可能遭到新一轮质疑和弹劾。如果公布事故背后“敌人”的身份,将会引发伊朗是否要发起反击的质疑。如果反击则可能导致大规模冲突,而这是伊朗各派,尤其是强硬派在大选前所不愿看到的。

那么,“纳坦兹事件”缘何让人如此关注呢?这还要从纳坦兹铀浓缩厂的地位和作用谈起。

伊朗纳坦兹铀浓缩厂及设施

纳坦兹铀浓缩厂纳坦兹铀浓缩厂位于伊朗中部伊斯法罕省沙漠地区,距离首都德黑兰约250千米,占地10万平方米,是伊朗核武器浓缩铀的主要生产基地。该工厂在2002年被伊朗反政府组织曝光。2003年,国际原子能机构总干事巴拉迪参观了纳坦兹核基地,并写报告称在这里发现了浓缩铀的痕迹。纳坦兹工厂的主要设备和活动基本都在地下,地下设施非常庞大,也非常坚固。其核心是三个大型地下大厅,能容纳数以万计的串联运转的离心机。这些设施至少深入地下15米,由钢筋混凝土、岩石等建成。另外,核设施内布局复杂、隐秘,如同迷宫一般,没有专门的示意图,就连内部人员也会迷路。

2007年该厂正式启动铀浓缩活动,并成为伊朗接受国际原子能机构核查人员监测的多个设施之一。在2015年伊核协议签署前,它与福尔多核设施一起,被列为伊朗两处主要铀浓缩设施。这些设施对于伊朗的核计划非常重要,是伊朗能否顺利完成利用核能发电的关键。伊斯法罕铀转化工厂主要生产浓缩铀的关键原料——六氟化铀(UF6),这些原料生产出来以后被运往纳坦兹基地。在这里,六氟化铀气体被注入离心机,分离出最易裂变的同位素U-235。提炼出的浓缩铀为布什尔核电站发电提供核燃料。而这一过程还可以生产出制造核武器必需的钚材料。2010年,美国和以色列使用“网震”病毒对该基地发动网络攻击,导致基地中至少有3万台电子设备中毒,大量离心机瘫痪,一度影响了伊朗的核计划。

2015年伊核协议签署后,伊朗同意在2031年之前,不在福尔多进行任何铀浓缩活动,这使纳坦兹厂对伊朗发展核武器和民用核能的作用愈发重要。根据规定,在协议生效后15年内,纳坦兹生产的浓缩铀丰度不得高于3.67%,且只能在纳坦兹核设施进行相关活动,并接受核查。伊朗还承诺,在2026年之前,在纳坦兹安装不超过5060台老式、效率较低的离心机。但随着2018年美国总统特朗普宣布退出伊核协议,伊朗从2019年5月起,分阶段中止履行伊核协议部分条款,逐渐打破门槛。2019年5月,纳坦兹核设施负责人表示,伊朗已将丰度为3.67%的浓缩铀产量提升近4倍;同年11月,伊朗表示已将纳坦兹运行的先进离心机数量增加一倍,并开始向福尔多的离心机中注入六氟化铀气体。而真正再次引起西方关注的是,此次伊朗扩大生产的技术水平大幅提高。伊朗原子能机构此前曾透露:“我们在浓缩的水平和数量方面没有承诺,现在生产的材料丰度超过3.67%,数量已经超过300千克。”而这一切得益于其使用了伊朗自己研制的效率更高的新型离心机。

伊朗纳坦兹铀浓缩厂的离心机装配中心,其右侧的大面积空地的地下为铀浓缩厂

伊朗纳坦兹铀浓缩厂全貌,中间的两个红色方块下即地下铀浓缩厂

新型IR-6型离心机与装配中心伊朗的新型离心机是指其自主研制成功的IR-6型离心机,它的浓缩铀生产速度将达到IR-1型离心机的50倍,可快速提高伊朗的核计划进程。2019年4月9日,伊朗总统鲁哈尼向伊朗原子能组织下达命令,在纳坦兹核设施安装20台IR-6型离心机。2019年11月4日,纳坦兹厂启动IR-6型离心机的正式生产,低丰度浓缩铀日产量增至5千克。外界估计,截至2019年底纳坦兹有60台IR-6型离心机工作。虽然伊朗启动IR-6型离心机是对美国退出核协议的报复,但实际这些活动仍在协议框架内。根据伊核协议,伊朗可“进行只能使用IR-4、IR-5、IR-6和IR-8型离心机的铀浓缩开发”。正是由于新型离心机的投产,伊朗在较短时间内低浓度铀库存得到快速增加。国际原子能机构在2020年5月发布的最新报告证实,伊朗近期已将其低浓度铀库存从约1050千克增加到了1500千克以上。

伊朗铀浓缩厂采用的离心机级联系统工作示意图

西方情报机构在2017年就确定伊朗的IR-6型离心机装配工作是在纳坦兹铀浓缩厂地下设施旁的一处两层建筑内进行的,而这里就是此次发生爆炸事件的离心机装配中心。离心机装配需要特殊的环境和测量仪器。用于铀浓缩的离心机需要非常高的转速,因此转子组件、离心机的快速旋转部件等关键核心组件的制造和装配都十分精密,要在一定等级的洁净室内进行。为了保持洁净室的稳定,必须为其配备不间歇电源系统及配套的柴油发电机。而为了监控整个装配过程并使其配合紧密,还必须使用高精密测量设备。此外,这些设备都必须在稳定的平台或环境中工作,也就是装配地点和周边不能有公路、铁路等可能引起震动的设施。由于装配离心机需要如此严格且宽大的空间,因此装配中心建在了纳坦兹基地的地下厂房旁边的两层建筑内。离心机在这里装配完成后,可以就近转入地下设施并入级联浓缩系统,从而避免较远距离运输可能造成的紧密部件配合误差增大。该组装中心于2018年正式启用,其对伊朗先进离心机的批量生产至关重要。而其中的“精密测量仪器”很可能是伊朗无法自主制造的,因此对伊朗核计划可能意义更加重大。这也是此次事件后,伊朗没有提及离心机的损失,而是率先提到由于大火破坏了“精密测量仪器”,可能延误先进离心机的研发和生产的根本原因。

毁伤分析

毁伤效果从2020年7月4日和5日空中客车/法国国家空间研究中心等多家公司卫星拍摄的高分辨率商业卫星图像看,位于纳坦兹铀浓缩厂的离心机装配中心很明显发生了一次重大爆炸,主要的大跨度厂房遭受了大面积破坏,摧毁了近四分之三的主离心机装配大厅。爆炸引发的大火使建筑物的主要部分变黑,屋顶被爆炸掀起,可见一片变黑的碎片,还有部分碎片呈扇形散落在建筑西侧地面。爆炸痕迹的中心似乎只有建筑西北角一处,表明这是一次大规模的单点爆炸,并形成一个较大的弹坑。与被火烧黑并有一些结构损坏的东北角不同,装配中心大楼的西北角,包括大部分砖墙附楼,被完全摧毁。此外,建筑材料的碎片(主要是屋顶板)也大致以径向散布,从疑似爆炸点延伸半径超过半个足球场,初步估测弹坑直径约10米。从卫星图片可以看出,弹坑中心点位于大楼原轮廓线外,车辆可以进入。而且从爆炸威力看,需要100千克以上的炸药量,这不是人力可以移动的。因此,这次爆炸不排除车载爆炸装置或车载自杀炸弹的可能。

纳坦兹和福尔多铀浓缩厂的位置(红色矩形处)

美国情报机构公布的伊朗核设施

毀伤原因纳坦兹核设施发生大火后,外界对其原因有工业事故、网络攻击和空中打击等多个传闻和猜测,但都没有得到证实。我们可以对其进行一些分析。

1、工业事故。由于纳坦兹铀浓缩厂属于工业生产设施,加之伊朗近期的事故多发生在能源和军事工业设施中,因此外界认为由于美国为首的西方社会对伊朗的长期制裁,导致伊朗工业和生活基础设施严重老化和落后,加之进入7月后天气炎热用电负荷激增,导致可靠性较低的设施事故不断。此次纳坦兹爆炸的离心机装配大厅北部的裙楼建筑被外界判断是备用电源的发配电机房,如果这里是电源机房就不可避免安装有发电机或蓄电池组,甚至可能有柴汽油油池或油罐,这些都存在爆炸和燃烧的可能。而就离心机装配程序和保障设备来看,离心机装配大厅内无含能材料。也就是说,如果发生工业事故,率先爆炸的应该是北侧裙楼侧面建筑。从伊朗公布的地面照片看,北侧的东北部建筑几乎完好无损,因此在这里的发配电机房爆炸的可能性较小。

2、网络攻击。在这次事件后,名为“祖国的猎豹”的伊朗反对派团体曾发布声明,称其使用网络手段,进入纳坦兹核设施控制系统后引发了爆炸。虽然该组织常年和以色列、美国合作,并可能得到美、以的“技术支持”,但由于装配厂内没有大量含能材料,采用网络手段只能利用工业设施自身机理,造成部件损坏,而无法造成如此规模的破坏。例如,2010年,美国和以色列被指发动了“奥林匹克运动会”网络武器攻击计划,将“震网”病毒植入伊朗纳坦兹的离心机级联控制电脑中,多达1000台离心机因此报废。这是利用病毒控制计算机,使离心机失控高速旋转,从而破坏宝贵的转子部件。

3、空中打击。这是外界最关心,也是伊朗最担心的爆炸形式。因为如果是以色列对防御如此严密的设施进行的空中打击,而伊朗却没有任何预警,表明伊朗的防空体系已经失效。而且,还有在国内反以反美情绪高涨的情况下是否需要发动反击,从而引发更大规模冲突的问题。从伊离心机装配中心建筑毁伤情况看,西北角的弹坑足够大,存在F-35隐身战机投放制导炸弹的可能,只是炸弹偏离了最佳的建筑中心瞄准点,而落在了目标建筑旁,但引发的大火烧毁了装配大厅。伊朗方面在遭受攻击后,出于前述原因隐瞒了空中遭袭的种种特征,而以色列则对此不置可否。

4、地面炸弹。鉴于纳坦兹核设施的重要性和曾有过“遭遇袭击”的经历,此次事件后外界纷纷猜测不排除遭人蓄意破坏的可能性。素有“德黑兰政权喉舌”之称的伊朗努尔新闻网表示,包括纳坦兹核设施在内,近段时间伊朗境内所发生的一系列“神秘灾难”,都与外部势力的打击有关。《纽约时报》援引一位中东情报官员的话称,以色列应该对伊朗纳坦兹核设施火灾事故负责,是以色列使用威力巨大的炸药进行了破坏,“爆炸由安置在基地内的爆炸装置引起”,存在很大的恐怖袭击性质。伊朗伊斯兰革命卫队官员也表示,爆炸事件中“使用了炸弹”。而从前面对纳坦兹核设施破坏的卫星影像可以看出,此次爆炸中心位于目标建筑物西北角的原建筑轮廓外侧,排除了在建筑内安放炸弹的可能。而如此的爆炸效果,需要上百千克炸药,这不是人力使用手提箱可以完成的。因此,如果是类似恐袭方式,很可能是采用了自杀炸弹车辆或遥控炸弹车进行的地面爆炸。

图中黄色圆圈处为可能的弹坑位置,而L形部分为被摧毁消失的建筑

对伊朗核发展的影响

无论采用什么样的攻击方式,其结果就是对敏感的装配设施和仪器造成了重大破坏。那么,这样的破坏对伊朗核发展进程又有什么样的影响呢?

损失分析从被炸情况来看,其直接损失包括以下四方面。一是铀浓缩原料大量损失。外界分析此次被炸的离心机装配中心除了离心机部件和装配设备外,還储存了大量的铀浓缩原料。科威特媒体透露,此次袭击的直接损失实际是六氟化铀气体。伊朗曾将其注入到最先进的IR-6离心机中,而袭击造成的结果是此处储存的80%的六氟化铀被损耗。二是装配测量设备遭破坏。前面已经谈到离心机装配中心有很多敏感设备,包括平衡机、专门的转子装配设备、测量设备和离心机试验台,这些设备在很大程度上是不可修复的,有些甚至是从国外通过非常途径购买的,爆炸可能摧毁了敏感的离心机部件和许多转子组件,包括大量新型离心机的成品和半成品。三是离心机产品遭毁坏。2018年伊朗视频显示,装配大楼内主装配室中可见IR-2的外壳,IR-4和IR-6离心机,以及7台可能是用于组装转子组件最后测试的机械试验台。而此次破坏的应该主要是IR-6离心机。按照生产进度,此次损失应该在30台以上。四是离心机装配设施彻底损毁。从商业卫星图像很容易看出,正如伊朗现在承认的那样,建筑结构损害的程度确实很严重。先进的离心机转子组件通常组装在“洁净室”。而纳坦兹离心机装配大楼是为大批量装配先进离心机而设计的唯一洁净操作设施。重建这些洁净操作设施将不可避免地增加时间和难度。

爆炸前装配大楼建筑,黄色内圈为弹坑,外圈为半径50米的爆炸范围

以色列装备的F-35I隐身战斗机,其内置弹舱可挂载多枚制导炸弹

中远期影响评估从前面损失情况分析可以看出,这次爆炸对纳坦兹工厂的研发计划的影响可能微乎其微,但对整个铀浓缩生产进度可能会造成很大影响。美国詹姆斯·马丁防扩散研究中心副研究员法比安·欣茨表示,此事件可能会“很大程度”影响新一代离心机的工作,因为“组装、平衡、校准和测试离心机是非常复杂的过程,需要专门的设备,因此(这些损坏)肯定会耽误较长时间。伊朗政府在2020年1月宣布放弃《联合全面行动计划》(JCPOA)承诺。预计伊朗将在纳坦兹和福尔多燃料浓缩厂部署大量先进离心机,而这一预期实现的关键是装配中心的工作状态。而该中心是批量生产离心机的主要场所,具备每年生产数千台离心机的预期能力。虽然此次爆炸和火灾没有消除伊朗部署新型离心机的能力,但将严重滞后部署的进度。伊朗原子能组织向伊朗媒体承认,此次爆炸“让伊朗的核计划推迟了数月”。而外界认为,被炸毁的装配中心于2012年开始建设,2018年6月宣布运营,耗时大约6年。虽然重建时间可能会短些,但也至少需要2~3年,还需要从国外采购大量先进精密仪器。

不过,此次爆炸不太可能影响伊朗更先进离心机的近期研发工作。伊朗还有其它设施在进行更先进离心机的研发装配工作,如位于德黑兰北部的卡拉耶电气公司正在进行IR-8离心机的研制和装配,保守估计还有一些不为外人所知的设施在进行小规模装配作业。

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