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第58特混舰队的17艘航母上起飞了1 100架舰载机。它们在暗灰色的夜幕中向北爬升，每个飞行员都很努力地紧盯着前方飞机排气管处的淡蓝色火光。第12战斗机中队的麦克沃特上尉回忆道：“我在冰冷的风中关上了座舱盖，当雨雪落在我的飞机上沙沙作响时，我不由自主地颤抖了起来。就在下方几百英尺处，泛着白色浪尖的怒涛显出一片铁灰色——真冷啊。”[22]在1.4万英尺高度，“伦道夫号”的47架“地狱猫”突然冲出了云层，来到了晴空下。他们下方是一片羊毛般的灰色云毯，延伸到四面八方的天际线处。他们看不见日本的其他地面，只能看见左侧约70英里外富士山那覆盖着白雪的圆形火山口。这成了一处有价值的导航参照物。
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当他们接近日本海岸线时，云层出现了裂隙。通过云缝，他们第一次看见了敌人的国土——白雪皑皑的山峦，稻田，以及一片片黑色的屋顶房瓦。麦克沃特发现左上方有一架日军零战。他将起飞前关于保持队形的告诫抛之脑后，向左急压坡度追了上去。敌机显然不急于交战，它转弯向云层俯冲。但是零式战斗机的结构轻，俯冲速度无法与“地狱猫”比肩，麦克沃特迅速追上了猎物。他打出一串长点射，打进了那架零战的发动机和机翼。令它拖着烟火消失在了云层中。
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东京南部天气太差，无法飞行，于是大部分进攻中队都转向了备选目标。战机从云缝中俯冲而下，轰炸了城市北面和东面的机场。“地狱猫”机群用5英寸高速空地火箭弹向机库、机械车间和停放着的飞机进行了齐射。之后它们压坡度绕回来，再次进行低空扫射。数百架日军飞机已经升空，但许多飞机并不怎么想来参战，只是在云层间飞入飞出，躲避追杀。显然，它们起飞只是为了避免被摧毁在地面上。
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在海岸外，能见度依然很差，返航的飞行员不得不借助各自母舰的YE/ZB无线导航台回到舰队。在浓密的云层中下降时，他们的眼睛只能盯着座舱里的仪表板，许多年轻的新手都在暗暗感激自己在林克模拟器和在教练机上“蒙布飞行”所花出去的大量时间。第58特混舰队的指挥官原本预计会遭到惨重的损失，但是2月16日这天只有36架飞机未归。有些返航的飞机遭到了重创。有一架格鲁曼“地狱猫”左翼被打掉了10英尺长的一段，但还是设法完美地降落了下来。在“伦道夫号”上，水兵们挤到一架重伤的“地狱猫”旁，对它遭到的打击惊叹不已。他们在一侧机翼上数出了54个弹孔，而且“机身看上去就像是被当成了靶子，鬼子的靶子”。[23]
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2月17日曙光初露时，天气比前一天只是略有改善，大雨时断时续，云底高300英尺到700英尺不等。斯普鲁恩斯批准进行早间战斗机扫荡，但是他也告诉米彻尔，他预计战况可能依旧不利，“如果当天的初始作战效果不佳，我们就撤回去支援硫黄岛的登陆”。[24]
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东京上空的天气比前一天要好，日军的防空部队也做好了准备。排成大型多层“V字形”编队的第12航空大队被大约12架日本战斗机盯上了。大队长查理·克罗姆林中校要求他的战斗机保持队形；他们的首要任务是护送“地狱潜鸟”和“复仇者”前往其首要目标，多摩的立川工厂。俯冲轰炸机命中了该厂区50枚500磅炸弹，“地狱猫”则又奉上42枚航空火箭弹。工厂核心区的各个设施都化为了翻滚的烈焰。SB2C飞行员约翰·莫里斯少尉改出俯冲后从树梢高度脱离，这看起来比爬升到高射炮火更密集的高度更安全些。他低空飞越东京湾，“时左时右，忽高忽低。我们扫射了任何恰好出现在我们航线上的船只，但是不会离开航线去寻找目标”。[25]他随后安全返回了“伦道夫号”。
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在东京东北方的鸿池机场，12架三菱G4M轰炸机翼尖挨着翼尖排列在起飞线上。鸿池机场是一座“樱花”（人操自杀弹）训练中心，这些轰炸机都是挂载和投放这些小型火箭动力自杀机的母机。这些G4M都加满了油，它们原本计划在当天上午进行训练飞行。一个中队的“海盗”来此进行了低空扫射，用.50口径燃烧弹覆盖了停放着的飞机。所有12架三菱轰炸机都被摧毁在了地面上。一名日本飞行学员回忆道：“火焰吞没了一切。所有东西都是先发出蓝灰色火光，一秒钟后又变成橙黄色。如果场面不是这么可怕，我可能会说那很美丽。”[26]
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上午11点，斯普鲁恩斯终止了行动。他要米彻尔回收所有飞机，撤回去支援硫黄岛登陆。当天下午4点，特混舰队已高速南下。
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虽然天气带来了麻烦，但空袭东京仍然是一场大胜。第58特混舰队的飞行员们击落了大约100架日军飞机，在地面另外摧毁了150架。多座重要的机场设施和航空站点化为冒烟的废墟。舰载轰炸机让立川工厂停了产，摧毁了大田中岛飞机总装厂大约60%的建筑。第58特混舰队在战斗中损失了60架舰载机，事故损失28架，但是航母和护航舰艇毫发无损。这场空袭被正在与美国陆军航空队激辩的海军当作了首要证据。海军提出，俯冲轰炸、低空扫射和火箭弹攻击能够比“超级堡垒”的高空精确轰炸更可靠地命中地面目标。立川和中岛工厂的下场看来是证实了他们的主张。米彻尔称这场两天的空袭为“航母航空兵在战争中最大的胜利”[27]时，想的可能就是这场军种之争。此后，第58（第38）特混舰队将会一次又一次杀回来，轰炸东京和日本其他地方，其频率和猛烈程度将越来越高，直至战争结束。
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参加2月16日至17日空袭的战斗机飞行员中，有超过一半此前都没有空战经验。但他们的表现却很像是老手。米彻尔的战报总结道：“对于海军飞行训练机构及其训练方式，怎样称赞都不为过。”[28]
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就在舰载机空袭东京的当天，炮击舰队抵达了硫黄岛外海，用排山倒海般的高爆弹淹没了这座岛屿。从舰队上只能看见折钵山的峰顶，岛屿的其他部分都被浓烟烈火所包围，一无可见。炮弹划过抛物线弹道飞向岛屿，弹道根据火炮的口径和军舰距离海岸的距离有高有低。而接连不断的爆炸汇集成了一整片难以区分出炸点的轰响。扶在军舰栏杆上观看的人们感到自己的五脏六腑都被震撼了。阵阵热风把他们的衬衫吹得从胸前飘了起来。一队B-24滑翔着飞了过来，泛着金属光泽的亮点拉出斜线，从它们打开的炸弹舱里落下来。一连串爆炸随即在岛屿中央延伸开来，翻腾的烟尘中闪出橙黄色的火光。[29]曾经目睹过塔拉瓦、夸贾林和塞班岛登陆战的战争通讯员鲍勃·谢罗德称这“比我见过的任何其他同类场面还要吓人”。[30]
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第53特混舰队那些搭载着第4和第5陆战师的运兵船于D日午夜后抵达。扫雷艇已经清理出通向滩头的航道，水下爆破组的蛙人们也绘制了海底的地形图，并炸掉了那里所有用来阻止登陆艇靠岸的障碍物。和其他此类作战一样，突击部队能够坐在前排观赏登陆前轰炸和炮击的高潮一幕。对于第5陆战师的罗纳德·D.托马斯中尉来说，“看起来不可能有什么东西存活。俯冲轰炸机铺满了天空，当它们俯冲时，地面宛如掀起一阵沙暴”。[31]
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登陆舰队搭载着11.1万部队，包括7.5万登陆部队（几乎全都是海军陆战队）和另外3.6万名陆军守备部队。运输船和登陆舰还运载了9.8万吨补给物资。许多小型登陆载具，例如履带式登陆车和轮式两栖卡车，在珍珠港就提前装满了口粮、弹药、燃油和其他物资。之前借给麦克阿瑟用于吕宋岛登陆战的第7舰队水面战舰，现在又不得不匆匆北上，以及时赶上硫黄岛之战。举个例子，“西弗吉尼亚号”战列舰在林加延湾一连待了35天后，刚刚在2月16日回到乌利西环礁，随后在24小时内完成了加油装弹。这艘可敬的老战列舰在珍珠港之战后起死回生，披挂上阵，一连50个小时以最大速度冲刺了900英里，在D日（2月19日）上午10点半抵达岛旁，此时登陆战已经开始了一个半小时。在随后的连续11天里，它为部队提供了炮兵压制射击和应召火力支援，直到所有16英寸炮弹打光为止。
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舰炮轰击看似吓人，但实际上却远远没有达到海军陆战队想要的标准。在分配作战任务时，哈里·施密特少将申请在登陆前进行至少连续10天的炮击。他的主张得到了特纳将军司令部的海军舰炮火力协调官唐纳德·M.韦勒中校的支持，此人曾系统研究过塔拉瓦、塞班、佩里硫战役中舰炮火力的效果。韦勒提出，瞄准精度和威力固然重要，但是对岸轰击的持续时间也是个同等关键的因素。没有什么比向岸上防御阵地进行日复一日、一刻不停的重炮轰击效果更好了。但是由于后勤上不可行，施密特的请求还是被特纳拒绝了；美国海军从未尝试过如此长时间的炮击。经过几轮争辩和讨价还价，斯普鲁恩斯将军裁定，D日之前将对岛屿进行三天炮击。对于这一决定，他的解释是，炮击时间过长会令固定阵位上的舰队遭受潜艇和飞机反击的危险，同时海上弹药补给也有困难。绰号“疯子”的霍兰·史密斯中将是太平洋美国海军陆战队的最高指挥官，他后来在战后回忆录中感叹道：“我们不得不像马贩子一样讨价还价，在无可替代的人命和能够补充的弹药之间左右权衡。我这辈子从来没有这么沮丧过。”[32]
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美军的指挥系统和先前在吉尔伯特群岛、马绍尔群岛和马里亚纳群岛作战时几无二致。斯普鲁恩斯仍然是海上的总司令，负责整个第5舰队，米彻尔则是第58特混舰队司令。特纳将军指挥两栖远征舰队，他从16个月前的塔拉瓦战役以来就一直担任这一职务；和以往一样，他在这个岗位上可以向陆战队的地面指挥官下达命令。史密斯指挥远征军，包括第3、第4和第5海军陆战师，以及将在拿下岛屿后上陆的陆军守备队。但是史密斯没有像此前战役中那样直接指挥第5两栖军，这个任务交给了施密特将军。这一安排相当于在原本经过检验而且行之有效的指挥体系中生生插入一个新的层级，许多前线基层指挥官对此都颇有疑虑。实际上即便施密特干的是和史密斯在此前战斗中一样的工作，史密斯也仍然是施密特和特纳之间的润滑剂。史密斯62岁了，即将强制退出一线，硫黄岛将是他的最后一战。作为唯一有实打实的成绩表明能够和暴躁的“凯利”特纳有效协作的陆战队高级将领，他的任务是待在特纳的指挥舰“埃尔多拉多号”上，代表陆战队的主张，争取陆战队的利益，而施密特则要上岸负责地面战斗。
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特纳被认为是不可替代的，他是美军中最顶尖的两栖战专家——因此也就是全世界最顶尖的了——但他并不总是能和其他人愉快地合作。一个公开的秘密是，特纳每晚都喝得酩酊大醉——即便在海上执勤时也是如此，这是违规的。“特纳将军很难不喝酒，”斯普鲁恩斯的总司令秘书查尔斯·F.巴伯说，“但他有个神奇的能力：晚上睡得香，早上精神好……斯普鲁恩斯站在他这边，很重视他。”[33]
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第4和第5陆战师将在岛屿东南海岸登陆。第4陆战师登陆后将直接向内陆推进，夺占两座机场中较大的元山1号机场，之后转向北，攻打2号机场。第5陆战师将打过相对狭窄而平坦的岛屿“颈部”，之后转向南，孤立并攻占折钵山。一旦火山落入美军之手，第5陆战师就将沿岛屿西岸北上，与第4陆战师共同组成一条横穿全岛的连贯阵线。第3陆战师将留在海岸外的运输船上担任海上预备队，但是施密特和史密斯预计这个师到战斗第三天或者第四天就可能获令上陆，插入战线的中央。之后三个陆战师就会组成一条战线向北平推，打垮日军在元山高地的防御。
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没人指望这会是一场轻松的漫步。美军已经做好了在硫黄岛流血的准备。在D日前一个星期的一场媒体发布会上，特纳将军告诉通讯员们：“硫黄岛和当今世界其他那些坚固堡垒一样防守严密。”[34]另一名将领觉得即便是攻打直布罗陀也会比这容易一些。史密斯将军预计他的进攻部队将会至少有1.5万人伤亡。舰队也已经把4艘坦克登陆舰改造为浮动的医疗中转中心，伤员会先送到这里进行评估和救治，之后再送往医院船“撒玛利亚号”或“慰藉号”。医院船会把伤员送回到塞班岛和关岛，那里新建的陆军和海军医院有5 000张床位。一旦硫黄岛机场可用，道格拉斯“空中霸王”“空中救护车”就会飞来把最危重的伤员运往马里亚纳群岛，甚至直接送到瓦胡岛。
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在运输船上，第一批陆战队员沿着吊绳网爬到了希金斯登陆艇和履带式登陆车中。平底登陆艇随着海浪上下起伏，每个人都要算准下脚时间，在登陆艇位于最高位置时下去。许多陆战队员来了个“粗暴下船”，一脚踏空，摔倒在艇底。[35]爬起来之后，他们在长凳上坐下来，大家挤得很紧，为其他爬下吊绳网的人留出空间。
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状况好得不能再好了。轻风从西北方吹来，海面自从三天前特混舰队先头分队抵达以来一直都很平静。舰炮炮击达到了高潮，战列舰的16英寸炮弹从头上飞过，声音就像是货运列车从隧道中穿过一般。日军至少有几门岸炮还击了过来，因为当第一批登陆艇在卸载线后方编波时，运输船队形中时不时会腾起几支白色水柱。上午8时40分，随着一声号响，操艇手们加足马力，向海滩长距离冲刺。登陆艇随着海浪时起时伏，因此在那些扶着运输船栏杆的人看来，这些登陆艇时而完全消失在海面下，时而又冒出来。这一趟航程不好走。人们拼命不让自己晕船，他们的尾椎骨重重撞在木质长凳上，粗布军服湿透了，眼睛也被飞溅进来的寒冷海水刺得生疼。路过正在开炮的军舰时，他们能感觉到巨型舰炮发出的冲击波。当托马斯中尉的登陆艇经过“田纳西号”战列舰时，他发现每次舰炮开火时，炮口下方的海面都会被吹出一个凹坑，之后又会流平。[36]
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当登陆艇接近硫黄岛时，暗褐色的陡峭海滩出现在了前方。在海滩的最高处能看到一排日军飞机的残骸，那就是1号机场的最南端。进击的登陆艇队形中突然冒出许多白色水柱，这是日军迫击炮开火的结果。陆战队员们听见了日军机枪的嗒嗒声，以及大口径火炮发出的更低沉的声音。有两队F4U“海盗”战斗机在海滩上方低空飞行，扫射阶梯状海滩上的碉堡。这些飞机来自从“埃塞克斯号”航母上起飞的海军陆战队第124和213战斗机中队——许多大头兵还是第一次看见陆战队的飞机。他们从南北两个方向相向接近，在相撞前的最后一刻分别向东边和西边转弯脱离——这是种炫目的特技动作。一名陆战队对空协调员回忆道，这种动作“精彩有余，但效果欠佳”。[37]一架“海盗”被高炮直接命中，炸成一团火球，坠毁在海里。
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靠近海滩时，舵手们努力不让小小的平底登陆艇横转过来。6英尺高的海浪把登陆艇抛起来，又狠狠摔下，撞在船底的沙滩上。登陆跳板砰的一声放下来，陆战队员们向陡峭的滩头跋涉而去。他们走得很艰难。他们脚下的“沙滩”实际上是柔软的火山岩屑，一脚踩上去，岩屑会漫到脚背。在坡度较大的地段，他们发现自己甚至会跌跌撞撞地向下滑。第4陆战师的一名步枪手说这就像是“跑在松垮的咖啡渣上面”。[38]
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起初，登陆滩头的情况看起来没什么问题。滩头上的部队指挥官发回了令人振奋的无线电报告：“只有轻机枪和迫击炮火力……海滩抵抗轻微……只有零星的迫击炮火力。”[39]海滩上升起彩色信号弹，表示登陆已成功，第二批和第三批登陆艇也紧随第一批之后开了上去。在登陆滩头南端的绿滩和红滩，突击部队推平了敌人的明碉暗堡，向内陆推进了300码，损失轻微。有人推测可能是舰炮炮击和空中支援起了作用，霍兰·史密斯猜测日本人“被我们舰炮火力的巨大爆炸震晕了”。[40]在硫黄岛之战的最初90分钟里，陆战队已有8个营上岸，包括两个坦克营和来自两个炮兵营的部分兵力。
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