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3月初，李梅将军坐稳了他的指挥职位，但他一点也不开心，他对此毫不掩饰。高空精确轰炸始终无法达到预期的效果。在美国陆军航空队选定的11座最高空袭优先级的日本飞机工厂中，没有一座被摧毁（虽然有几座厂的产量显著下降）。美军向位于武藏野的中岛发动机工厂发动了8次空袭，但是最新的侦察照片却显示这座工业综合体仅仅遭受了4%的损伤。由于技术问题，包括发动机故障和导航问题，第20航空队一直没能向日本上空派出足够数量的飞机。此时马里亚纳群岛上已经有了350架B-29，但是平均每次出击能飞到日本上空的飞机只有130架。[49]
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令李梅恼火的是，美国的报纸一直给人以B-29正在对日本施加巨大打击的印象。这并不一定是美国陆军航空队新闻官的责任，他们的新闻公报都很符合事实。美国的报界看起来是想迎合读者，展示他们渴望看到的内容——“超级堡垒”正在让“天火”从日本的一头烧到另一头。1945年3月6日，李梅将军对他的公共关系主任圣克莱尔·麦凯尔韦少校说：“我们这帮人现在人气太旺了，但该死的轰炸战果却跟不上。”[50]
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自从1月上任以来，李梅就考虑要彻底改变战术：高投弹密度的夜间低空火攻。这种战术要在夜间派B-29飞往目标上空，在5 000英尺至7 000英尺的高度上投弹轰炸，这个高度远低于它们2.5万英尺至3万英尺的典型作战高度，如此投弹就可以免受高空喷流的影响，发动机也无须承受长时间爬升带来的沉重负荷。由此节约下来的燃油量将用来携带更多的炸弹——载弹量将达到6吨至8吨，而此前平均只有三四吨。轰炸方式是将集束凝固汽油燃烧弹投放在大面积区域里，这样轰炸精度也就无关紧要了。此外，日军防空战斗机在夜间也没那么危险。鉴于B-29在空中将不会遇到太多抵抗，机上所有的.50口径机枪和弹药都可以移除。这样可以节约重量，而且“至少我们的人不会打到自己人”。[51]李梅分析，由于这一战术出人意料，美军应当可以全身而退。
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李梅是个天生的自我驱动者，他后来给人留下一个印象，似乎低空火攻是他的主意。但实际上，华盛顿美国陆军航空队总部的计划人员此前已经表现出了对日本城市进行火攻的浓厚兴趣，并且思考过出动“超级堡垒”进行夜间低空轰炸的潜在优势。作为参联会成员的阿诺德将军已经下令，要对日本的多个中心城市发动一系列“全力尽出”的B-29空袭。（“全力尽出”空袭指的是把每一架维护人员认为可以飞行的飞机全都派出去。）自从B-29开始从马里亚纳群岛起飞作战以来，这里第一次存储了足够执行五六次“全力尽出”空袭的燃烧弹。第73轰炸联队已经接受了大量的夜间作战训练，包括夜间使用雷达进行轰炸。美军在犹他州的达格威试验场建立了一座模拟的“日本村镇”，使用了日本的建筑材料和技术。进行轰炸试验时，美军混合使用了凝固汽油弹和镁燃烧弹，结果迅速将模拟村镇烧成白地。大家知道日本的城市比德国城市更易于被火攻摧毁，因为日本城市的人口密度更高，而且密集建造的木质房屋也更容易起火。
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火攻的主力是M69型凝固汽油子炸弹，它们被裹在装有弹翼的500磅E46圆柱形集束炸弹中。几乎所有这种炸弹都是在位于新泽西州松林荒地里的秘密工厂制造的，工厂地点在大西洋城靠内陆15英里处。每一枚M69子弹药或者“小炸弹”实际上是把一个装满胶冻状汽油的棉布袋子装入一个铅管内。每一枚E46燃烧弹都集中了38枚M69，通过一个由定时引信炸开的束带捆绑到一起。集束炸弹将设定在距离地面2 000英尺处炸开，每一枚子炸弹后面都拖着3英尺长的棉布飘带，确保它们散落在直径约1 000英尺的区域内。一旦触地，第二个引信就会引爆，此时一块发射药就会把一团团起火的凝固汽油溅射到半径约100英尺的区域里。这些半液体汽油滴无论沾到哪里——墙壁、屋顶、人体皮肤——都会附着在那里，以超过500摄氏度的高温燃烧8分钟到10分钟，足以引燃所有日本城市中心那些挤成一团的，由木头和纸板建造的建筑区。
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在20世纪30年代和二战爆发之初，美国的领袖们坚决反对从空中对城市进行无差别轰炸。1939年9月，当欧洲陷入战火时，罗斯福总统曾呼吁所有交战国不要“从空中轰炸人口密集区域或者未设防的城市”。[52]即便是陆军航空队的将领们，也坚持反对对城市的“无差别轰炸”。1940年，“福将”阿诺德发誓：“航空队的战略是对军事目标进行高空精确轰炸。对城市使用燃烧弹与我国仅攻击军事目标的政策是相悖的。”[53]现在，持续了5年的全球性灾难和轴心国的暴行逐渐改变了这些观点。日本和德国首先向无辜民众发动了空中攻击——日本轰炸了上海、南京、重庆和其他中国城市，德国则轰炸了鹿特丹、伦敦、考文垂和许多其他英国城市。1940年德国空军的“闪电战”促使英国寻求报复，皇家空军的轰炸机司令部当年便以其人之道还治其人之身。
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对德国城市的无差别恐怖轰炸的高峰是1945年2月13日至14日夜间对德累斯顿市的燃烧弹空袭，此战中估计有3.5万德国平民被烧死。由于对德累斯顿的轰炸看起来并没有明显的军事价值，此战在美国报界甚至是英国众议院都引发了一阵批评之声。美联社的一篇报道写道：“盟国航空兵指挥官终于做出了期待已久的决定，对德国的大型人口中心进行有意识的恐怖轰炸，作为一种加快希特勒灭亡的残酷冒险。”[54]但是史汀生部长否认了美联社的报道，他判定对德累斯顿的轰炸是有军事必要性的。他说：“我们的政策从来都不是向城市居民进行恐怖轰炸……我们的努力仍然局限于攻击敌人的军事目标。”[55]
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即便是到了现在，到了这场前所未有的残酷战争的尾声阶段，美国的领袖们仍然不愿承认自己放弃了反对恐怖轰炸的政策。因此，对日本城市进行火攻必须要找到一个说得通的军事上的借口。美国陆军航空队的目标选择人员解释说，日本的许多工业生产是在居民区里进行的，那些小型“供应商”或者“屋檐下”工场组成的家庭手工业会为大厂提供零部件。它们据说是大规模火攻轰炸的真正目标。然而就在首次大规模火攻东京之前仅仅三个星期的火烧德累斯顿之战后，盟军受到的道德谴责依旧严重。既然这在德国会招来如此的反对，那么在日本也是一样。后来，李梅承认是日本的战争罪行为这样的轰炸提供了一些正义性，至少对他的心理上是个安慰：“我并不希望如此，但我也不会特别顾虑火攻造成的民众伤亡。我不会让这一点影响我的任何决定，因为我们都知道日本人如何对待在像菲律宾这样的地方俘虏的美国人——无论是平民还是军人。”[56]日军在马尼拉的暴行在全世界面前曝光之后仅仅两个星期，火攻轰炸就拉开了序幕，这并非巧合。
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新战术也很危险。在德国上空5 000英尺处进行轰炸将会招来毁灭性的战斗机攻击和密集的高射炮火——如李梅所说，“像这样的低空编队将会被德国空军打到骨折”。[57]但是他愿意赌一把，赌日军夜间战斗机的技术能力和数量都不足以在暗夜中击落B-29，其高射炮也将会凌乱而无效，尤其是在突袭的影响下。一般认为，与德国相比，日本的雷达指挥的高炮原始而且不准确。但这只是个未经验证的设想；还没有B-29在日本上空8 000英尺以下的高度执行过任务，仅有的在这个高度的轰炸还是当初对九州岛八幡市钢铁厂的轰炸。防卫东京、名古屋、大阪的高炮数量更多，而且可能更先进。美军还知道，日本人已经训练了至少两支夜间战斗机中队。如果李梅赌错了，那么代价将会是飞机和机组人员的灾难性损失。
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根据新闻官麦凯尔韦少校的说法，有多个轰炸联队的高炮专家都警告李梅他是在走向灾难。他们告诉李梅，东京的高射炮部队能够像在射击游戏里打胶合板鸭子那样把低飞的轰炸机打下来。即便是地面上的日军机枪也有可能打中飞机。有个人还预言说每10架“超级堡垒”中会丢掉7架。“如果你是对的，”李梅答道，“那若我们低空飞进去，就剩不下多少飞机了。”[58]李梅是历史上最杀人如麻的杀手之一，但他“发自内心地不情愿”把他的飞行人员送上绝路。他更想要亲自率领此次任务，但是华盛顿已经禁止他这个级别的军官飞越敌占区。在不可避免的条件下损失机组人员已经够糟的了，如果由于地面指挥人员的错误战术决定而损失他们，那就完全是另一回事了：“那时你才真正理解这一点。”[59]如果任务失败，李梅很可能会被解除指挥权，还会被降回他的永久军衔，他或许就要以一个小小的上校军衔结束他的陆军航空队生涯了。
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然而，关键在于，李梅赢得了他的联队长们的支持，他们是在第21轰炸机司令部的三个轰炸联队中驾驶领队长机的准将——“罗西”埃米特·奥唐纳尔、托马斯·S.鲍尔，以及约翰·H.戴维斯。这三位准将立刻看出了这一任务方案的优越性。狂暴的喷流会远高于他们，5 000英尺高度上的风速不过25节到30节，因此投弹飘移的问题便不复存在。能力最强的老手飞行员和机组人员（包括联队长）将驾驶领队的“探路者”飞机，他们将会用投下的燃烧弹在地面画出一个燃烧的“X”形以标示目标。最初的燃烧区就会成为瞄准点。对于后面的飞机而言，导航就是小菜一碟了。日本海岸线两侧的陆地和海洋在机载雷达屏幕上的差异十分明显，因此即使是最没有经验的机组也能毫无问题地找到东京湾，而无须考虑能见度如何。之后，他们只要“朝着我们给出的方向，行驶一段时间，把燃烧弹投下去就行了”。[60]
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在B-29的轰炸作战中，这还是第一次无须考虑天气因素。如李梅所说：“我们可以说忘了天气吧。我们已经证明，即便是最菜的雷达操作员也能让我们根据陆海分割线飞到东京。如果我们派一些老手在前面飞，他们就会找到目标，然后点火。若真的能让大火烧起来，后来的人就能看见火光，并向那里投弹。”[61]
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被选中的轰炸目标是东京的下町区，这里位于隅田川流域，是东京地势低洼的地区，以房屋密集的工人居住区为主。在选择目标时，美国陆军航空队的计划制订人员参考了特勤局——中央情报局的前身——绘制的地图，图中给东京的35个区都绘制了易燃等级。特勤局的评判标准是建筑的密度和材质，他们甚至还收集了战前日本保险公司为火灾险进行的风险评估。之所以选择下町区作为目标，简而言之，就是因为这里比日本首都的任何其他部分都更加易燃。[62]
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出击前一天，飞行员和机组人员们在群岛各地机场上拥挤的匡西特板棚房里听取了任务简报。出于保密原因，事先没人知道会采用这个新战术。当作战参谋介绍了详情后，人群顿时安静下来。一名上校告诉他的飞行员们：“我们把教科书扔了吧。这次我们不飞编队了。”[63]他们要挂载多得多的炸弹，却要把.50机枪和机枪手都留在地上。根据塞班岛上第498轰炸大队一名飞行员的回忆，他们听说要在夜间空袭东京的消息后，人群中“一片死寂”。但是当简报官告诉他们要在5 000英尺到7 000英尺的高度上飞越东京市中心时，“机组人群中响起一片嘘声”。[64]和以往的任务相比，此番他们距离地面要近5英里。
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根据联队长的指示，作战参谋们向大家解释了为什么采用如此的新战术，以及为什么新战术预计能够成功。突然性所带来的战术优势有利于美国人，这将令他们得以完成此次飞行任务而损失不会过重。然而并非所有飞行人员都听得进去这些话。晚上回到宿舍后，有人预言说所有出击的飞机中会损失至少三分之一。带着这种其实算是乐观的想法，他们钻进被窝，想要安安稳稳地睡一觉再说。
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第二天下午，在北部机场，第314轰炸联队的机组人员乘坐罩着帆布车篷的卡车来到停机坪上的飞机旁。这些人登上飞机，开始仔细检查各项设备和功能。机械师转动着巨大的螺旋桨叶，冲洗掉漏出的润滑油。第一架飞机的预定起飞时间到来的30分钟前，莱特“双旋风”发动机开始点火。它们喘振、启动、发出轰响，然后如雷鸣般回火，喷出大团的废气。之后，飞机的舱门、舱盖和炸弹舱猛地关上，领队机开始缓缓滑出停机坪，进入滑行道。螺旋桨卷起的尘土飞进了地面人员和跑道两旁众多围观者的眼中，口中，鼻中。这么多大型发动机同时发出轰鸣，令天空和大地都开始颤抖。一名围观者联想起了“印第安纳波利斯500英里车赛”。[65]陆军与陆战队士兵们围坐在跑道旁的石头上，就像是在看一场户外音乐会。
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傍晚6时15分，夕阳已经低垂，指挥塔上方升起一颗绿色信号弹，领队的“超级堡垒”开始起飞滑跑。飞行员把4个节流阀推到了最前方，松开了踩住刹车的脚。他调整了方向舵踏板，以保持飞机沿着跑道中心线加速。之后他紧紧握住操纵杆，收住襟翼，好让飞机加速更快。一段时间之后，飞机的速度已经快到无法停下了，此时它要么起飞升空，要么坠毁，不可回头。当时速达到160英里时，前轮会抬起，后轮也会渐渐离开沥青跑道。此时副驾驶会拨动起落架开关，支柱和机轮就会向上完全收入起落架舱。第一架飞机刚刚升空，第二架飞机就开始了滑跑。如此往复了超过一个小时。
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飞出海岸线之后，飞行员会轻微压低机头以加速，之后缓缓放出襟翼。这种重型飞机贴着海面掠过，螺旋桨在海上吹出4条清晰可见的白色尾流。接下来飞机就开始爬升了，但很缓慢。参加3月9日这次出击的大部分B-29都达到了起飞重量的极限，14万磅——相当于70吨[66]。
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首批起飞的是驻关岛北部机场第314轰炸联队第19大队和20大队的飞机。40分钟后，塞班岛和提尼安岛的领队机也开始起飞滑跑。从关岛第一架飞机到塞班岛的最后一架飞机，整个起飞过程耗时足足2小时45分钟。最后，当天色刚刚黑透之时，334架“超级堡垒”已然升空，踏上了前往东京的航程。[67]
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既然不用编队飞行，那也就无所谓集结了。每个飞行员只要向北爬升到指定高度，再按预定方向飞就行了。在飞往日本的7个小时航程中，他们遭遇了一些浓云和乱流，但是这些都远不足以带来危险。在海洋上空5 000英尺至7 000英尺高度飞行时，飞机的发动机保持在低功率状态就可以了。机组人员们小心翼翼地透过舷窗和气泡形观察窗在暗夜中搜索是否有飞机过于接近的迹象。有一名飞行员回忆说，他在透过花房式的机头驾驶舱全方位扫视天空时总有如履薄冰之感，在四周一片漆黑的情况下担心着另一架B-29突然出现在视野里。“相撞的概率看起来非常高。真可怕。”[68]
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在打头阵的“探路者”飞机上，雷达手趴在他们的APQ-13雷达显示屏上，紧盯着越来越近的本州岛南部海岸线。即便是在一片漆黑中，海岸线也会很清楚地显示在绿色的雷达屏幕上：房总半岛，野岛崎，以及东京湾海岸线凹进去形成的巨大缺口。当“探路者”飞临陆地上空时，他们转向正北，飞过东京湾中央，隅田川入海口，以及码头。天空中云比预期的少，目标上空云量只有约10%～ 30%，因此领队机的投弹手毫无困难地找到了他们的瞄准点。
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接下来的轰炸航线要求他们把节流阀一推到底，同时小角度俯冲以提高速度，这样才能干扰高射炮手的瞄准和追击而来的战斗机的攻击机动路线。飞机的发动机提高扭矩，速度飙升到300节。炸弹舱门随即打开。雷达手紧盯着屏幕，通过耳机和投弹手不断交流。午夜后一刻钟，首批M47炸弹全部投了下去。它们在距离地面100英尺时炸开，迸发出燃烧的白色镁条。火焰组成了一个巨大而耀眼的X形，标示出了大约10平方英里的目标区。一名领队长机用无线电向关岛报告：“目视轰炸目标。大火可见。高炮弱，未见敌战斗机。”[69]
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当后续飞机来到野岛崎上空时，东京大火的粉红色火光已经出现在了北方的地平线上。当“丁字尺12号”轰炸机飞过隅田川入海口时，小查尔斯·L.菲利普斯上尉看见一片飞舞着的火烧云，映照着下方鬼魅般的橙红色火光。在一片火毯中，能看到一条条暗线纵横交错，那是城市的街道。菲利普斯和他的机组能够闻到烟味，甚至是人肉被烧焦的甜丝丝的怪味。“我们这些坐在前乘员舱里的人真的能看到门框窗框的碎片被气流吹上天。”[70]
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当“丁字尺12号”飞入火烧云时，飞机突然被甩向上方。在强劲的上升热气流的推动下，飞机在4分钟内升高了超过6 000英尺。菲利普斯把全部4台发动机的节流阀都收到空转，但“丁字尺12号”仍然在上升，“像风暴中的一片树叶”。[71]菲利普斯称这是“我在超过7 000小时的飞行经历中见识过的最狂暴的飞行，最可怕的乱流。机翼似乎马上就要从我们的B-29上被扯掉了”。[72]
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被卷入这令人难以置信的上升气流的飞机，除了顺势爬高之外再无其他选择。有一位飞行员想要下降，让飞机保持在指定的高度上，但这却意味着要在上升气流中陡降，相对空速会超过每小时300英里的推荐最大“标定速度”。有不少B-29被掀翻，底朝天，机组人员靠着安全带才没有撞到脑袋，脚下的仪器设备也松动了。如果被掀翻的飞机处于上升气流中，他们就应当飞一个倒筋斗然后改出俯冲。有一位飞行员报告说他的空速超过了每小时450英里——波音公司的工程师们认为这一速度会要了B-29的命——他们坠落到东京湾上空仅仅200英尺的高度才恢复了对飞机的控制。[73]
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