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核武器按用途可分为战略核武器和战术核武器。战略核武器用于攻击敌方的战略目标（政治经济中心、人口较多的大中城市、军事和工业基地、核武器库、交通枢纽等），战术核武器主要用于支援部队战场作战，打击直接影响对方军事行动的目标（如导弹发射阵地、指挥所、舰船、机场、部队集结地等），多为点目标。战术核武器作用距离较短，一般为数十至数百千米；为防止对己方部队造成杀伤，核弹头的爆炸威力较小，多数为数千至数万吨TNT当量。美国新式的战术核武器很多都能“当量可调”，以便作战指挥官能够根据打击目标的需要选择相应的爆炸当量。战术核武器系统由威力较小的核弹和射（航）程较短的投掷发射系统及指挥控制系统组成。与战略核武器相比，它具有体积小、重量轻、机动性强的特点，因此也更具危险性。

美国拥有原子弹之后将其视为一种“终极武器”专用于战略层面，来威慑对手苏联，制止苏联入侵西欧。1949年8月29日，苏联第一颗原子弹爆炸成功，从此一旦与苏联在欧洲发生冲突，美国就无法用战略核武器攻击苏联城市，因为对苏联的核打击都会遭到核报复。为了再次取得核优势，杜鲁门政府在重点研制氢弹的同时，也着手开发战术核武器。苏联也紧随其后，针锋相对。冷战的高峰时期，两国各拥有2万件以上的战术核武器。英法等国家在有了核武器之后，也进行了战术核武器的研发。

原子加农榴弹炮

早在1944年美军就提出了“原子炮”的提案，二战结束后远程轰炸机成为了投送核武器的主导工具，这一提案随之被置之脑后。随着冷战升温，苏联在欧洲部署了约50 000辆坦克和60 000辆装甲车，北约在常规力量方面远远落后于苏联，迫切需要一种战场核武器来抗衡苏联恐怖的钢铁洪流。同时，美国国內的军种斗争也推动了原子炮的研发。1947年9月，美国空军从陆军航空兵独立为一个军种，此后空军一直游说国会寻求独自垄断核武器的投送权。美国陆军担心丧失核武器使用权从而被排除在原子时代之外，遂决定开发原子炮。

1949年，皮卡汀尼兵工厂承接了核炮弹的研发合同，火炮工程师罗伯特·施瓦兹成功设计出了直径280毫米的核炮弹，它为“枪法”裂变弹，使用了50千克高浓缩铀，弹体长1.384米，重365千克。1951年，沃特弗利特兵工厂借鉴德国280毫米的K5列车炮设计了280毫米原子加农炮，昵称“原子安妮”（源自二战时期盟军对K5列车炮的昵称），代号M65。“原子安妮”由前后各一辆双牵引车牵引，整套系统重达85吨，全长26米，炮身重约47吨，长12.2米，宽3.12米，高3.7米，以水压装弹，射击准备时间15分钟，最大射程达29千米，最大时速64千米，造价80万美元，需要7名炮手维护。1952年春，“原子安妮”在俄克拉荷马州希尔堡进行了实弹试射，发射了常规炮弹和模拟核弹。1953年1月20日，在华盛顿特区的宾夕法尼亚大道，该炮参加了艾森豪威尔总统的就职阅兵式。同年5月25日，在内华达州“法国人坪”进行的“格拉布”核试验中，陆军第867野战炮兵营用M65发射了一枚280毫米W-9核炮弹，炮弹在飞行11千米后在目标上空160米处爆炸，当量为15 000吨TNT，与美国投到广岛的原子弹相当。这是“原子安妮”唯一一次核弹实弹试验。

“格拉布”核试验后，“原子安妮”正式进入美军服役。美军总共生产了20门“原子安妮”以及80枚配套的W-9核炮弹，它们大部分被部署到了冷战最前沿——西德莱茵河地区。1958年1月，美国也向韩国运进了280毫米和203毫米核炮弹，主要储存在靠近三八线的阿密斯兵营，配属美军第663野战炮兵营。由于体积较大，在西德演习时，“原子安妮”机动性差、易暴露自身目标的缺陷暴露无遗，往往刚组装完毕或发射完1到2发炮弹后就被敌方摧毁，而它又被苏联列为战时首轮打击的目标，于是到1963年“原子安妮”全部退役。

美军在“原子安妮”基础上加以改进，还开发了能发射核炮弹的203毫米榴弹炮和155毫米榴弹炮。203毫米榴弹炮可配备W-33核弹头，威力为0.5万吨～1万吨TNT。1958年9月金门炮战期间，美国应其请求向金门运送了12门可以发射核弹头的203毫米自行榴弹炮 M55。据台“国防部”公开的20世纪50年代台军极机密档案显示，台军曾与美军密谋，计划使用金门的203毫米火炮向厦门发射战术核弹，攻击大陆炮兵、船队、战备集运地，并规划使用太武山东北坑道储存核武器，最后因美国态度保留，未将核武器运交台军。

1953年9月，美国海军也启动了舰炮核炮弹的研制项目，计划配备到“衣阿华”级战列舰406毫米主炮上，主要用于攻击敌军岸上目标。该炮弹编号为MK-23/W-23，由洛斯阿拉莫斯实验室研制，是美军装备的尺寸最大的核炮弹，炮弹直径406毫米，长1.6米，重680～860千克，为内爆式核弹头，爆炸威力为1.5万吨～2万吨TNT当量，射程37千米。MK-23核炮弹的生产工作开始于1956年10月，总共生产了50枚。该炮弹研制成功后，“衣阿华”级战列舰开始逐步退役，“密苏里”号于1955年2月22日退役，“新泽西”号于1957年8月21日退役，“衣阿华”号于1958年2月24日退役，最后一艘“威斯康星”号也于同年3月8日退出现役。由于缺乏发射平台，MK-23一直处于存储状态，最终于1962年10月退役。

为了与美国相抗衡，1954年苏联决定研发能够发射核炮弹的406毫米自行榴弹炮，代号“271工程”。KB-11设计局的科学家在莱文泰夫院士主持下设计炮弹的核弹头。1956年3月，核弹头在塞米巴拉金斯克核试验场进行了单独测试，达到了设计目标，威力约5 000吨TNT，相当于约5 000门使用常规炮弹的155毫米火炮一次齐射的火力。格拉宾设计局负责火炮的设计，1955年8月3日，格拉宾设计局在211工厂完成了主炮的设计制造，主炮使用了特别设计的SM-54型406.4毫米加农炮“聚光器”，是计划流产的“苏联”级战列舰B-37配备的406毫米主炮的减压版。底盘的研制由位于列宁格勒的科特林设计局负责设计，设计借鉴了T-10坦克底盘，为吸收主炮巨大的后坐力，采用了强化悬架和8组车轮。军方为整个系统指定编号2A3。1956年12月，2A3在列宁格勒的基洛夫工厂研制成功，之后进行了整车试验。整车重量64吨，长约20米，宽3米，高5.7米，采用39升V12柴油发动机，功率700～750马力，最高时速30千米，炮弹重570千克，最大射程达到25.6千米，射速1发/5分钟，初速716米/秒。1957年，在纪念十月革命40周年的阅兵式上，两辆2A3通过了红场接受检阅。

由于2A3过于笨重，为运输带来了很大不便。同时，在后来的测试中其强大的后坐力导致底盘断裂了几次。此外，弹药的处理也很困难。随着更加廉价、射程更远的“蛙”式短程核火箭的日渐成熟，2A3逐渐丧失了优势。基于此，2A3只生产了4辆。此外，1957年苏联成功开发了420毫米口径的自行火炮2B1“奥卡”，由于过于笨重，也没量产服役。随后，由于赫鲁晓夫政府将重点放到了导弹上，到了60年代中期2A3全部退役。1967年列宁格勒基洛夫工厂开发的203毫米自行火炮2S7“芍药”也能发射核炮弹，重量比之前的核炮大大减轻，于1975年装备苏军。每个炮兵团装备24门，每个营8门。1975～1985年苏军总共生产了大约1 000门2S7“芍药”。英国于1957年启动了研制核火炮的“黄砧计划”，计划用6英寸口径的榴弹炮发射核炮弹，为此英国研制了一种当量仅为1千吨TNT的核弹头，在“灯塔行动”核试验中测试了该核弹头的性能。然而，由于1958年英美两国达成原子能领域合作的协定，英国可以使用美国的战术核武器，该计划随之取消。

无后坐力核火炮

为了有效地与苏军装甲部队相抗衡，美国陆军迫切需要一种小型、轻便且机动性高的战术核武器。1955年美军开发出了M338型无后坐力核火炮“大卫·克罗克特”，它是美军开发的第三种核火炮，名称是为了纪念美国的士兵、众议员和民间英雄大卫·克罗克特（1786-1836年）。该型核武器于1956年进入生产阶段，1961年正式装备，是美军步兵营、坦克营的加强兵器。该武器的非核部分由洛克岛军工厂生产，而其核弹头则由洛斯阿拉莫斯科学实验室设计，由原子能委员会负责制造。M388空重99千克，全长3.25米，炮管长0.8米，射速每分钟1发。其使用的W54核弹头是一种只有10.4千克的小型核装置，直径27.4厘米，长39.9厘米，可选择10吨或20吨TNT当量的设定（接近一个核裂变弹头实际可用的最小尺寸和当量），是美军装备的最小最轻的核武器。

M388有两种发射器：120毫米的M28最大射程约两千米，最小射程为526米；155毫米的M29最大射程约四千米，最小射程为526米。两者皆使用同一种弹体，它的重量较轻，体积较小，可架在三脚架、卡车或装甲运兵车上，操作组员仅需三名，可以大量装备前沿步兵队伍。在测试时这两种发射器皆被证实准确度很差，所以此炮弹的最大效用在于它的大量辐射污染，即使在设定的低当量，M388仍可在150米的距离产生几乎立即致死的辐射剂量（超过100西弗），并在400米范围产生可能致死剂量（约6西弗）。

为了提高实战能力，美国陆军对该型核武器进行了一系列秘密试射：1959年12月16日，在马里兰州进行试射；1962年5月14日，美陆军101空降师在肯塔基州训练演习中，练习了“大卫·克罗克特”的作战使用；同年7月7日，美国陆军在内华达试验场进行了该型核武器的秘密试射，核弹头爆炸的当量只有22吨；10天之后，美国陆军又进行了该型核武器的秘密试射，试验代号“小费勒Ⅰ”，核弹头从155毫米无后坐力火炮上发射，飞行了2.72千米，在离地面约6米的高度发生爆炸，核爆当量只有18吨。这也是美国最后一次大气层核试验，时任美国司法部长的罗伯特·肯尼迪（约翰·肯尼迪总统胞弟）在现场观看了核试验。

陆军原计划部署150 000套“大卫·克罗克特”，但实际生产大幅削减。到1963年，该型核武器部署达到高峰期，达2 100枚，总耗资达5.4亿美元（不包括核弹头），1965年2月停止生产。早在“小费勒Ⅰ”试验之前，1962年6月9日，“大卫·克罗克特”就已经开始部署到驻西德美陆军第7集团军，其作战使用权限下放到了陆军中士，1963年开始部署到韩国。上世纪60年代末，美军为155毫米榴弹炮研制了核弹药，北约也取得了坦克方面的优势，同时武装直升机和反坦克导弹的研制成功为对付苏军坦克装甲部队提供了更为有效的手段，1967年7月“大卫·克罗克特”核火炮开始从装备中撤销，美国陆军最终于1971年开始撤回M388核炮弹的海外实战部署。

上世纪50年代后期，苏联也启动了无后坐力核火炮的研制项目，代号“雷斯达计划”。该项目研制成功2门230毫米口径无后坐力火炮，采用BTR-60PA底盘，炮弹长2.3米，直径360毫米，重68千克，最大射程6千米。该炮试射了固体燃料火箭9M-24，但没进行核战斗部试验。由于某些原因，该计划最后被取消。1968年苏联转向研制“罗莎”和“拉姆”短程战术导弹。这两种导弹均配备特殊弹头，前者为步兵团使用，后者为反坦克用途，射程为1～8千米。