(中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064)

20世紀(jì)以來(lái)，核生化武器發(fā)展非常迅速，相對(duì)常規(guī)武器而言，因其具有大規(guī)模殺傷性，且具有易施放、難偵測(cè)、難檢疫、難防護(hù)、難治療等特性而受到普遍關(guān)注。

目前各個(gè)海軍大國(guó)均在全力發(fā)展艦船核生化防御系統(tǒng)。艦船核生化防御系統(tǒng)不僅是衡量艦船先進(jìn)性的指標(biāo)，而且是艦船在未來(lái)復(fù)雜戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境中保護(hù)自己、贏得先機(jī)的必備手段。其任務(wù)是對(duì)全艦內(nèi)外核生化沾染物或戰(zhàn)劑進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，在遭受核生化襲擊時(shí)，通過(guò)對(duì)全艦氣密周界進(jìn)行密閉與水幕洗消，并采取集體防護(hù)或者個(gè)體防護(hù)等措施，防止或減緩艦船和艦員受到核生化沾染物或戰(zhàn)劑的侵害，保證艦船和艦員在核生化戰(zhàn)爭(zhēng)中的生命力及戰(zhàn)斗力。

集體防護(hù)是艦船核生化防御技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。其原理是對(duì)防護(hù)區(qū)周界進(jìn)行密閉，并通過(guò)濾毒裝置向集體防護(hù)區(qū)提供經(jīng)過(guò)濾處理的空氣，用于維持集體防護(hù)區(qū)超壓及補(bǔ)充新鮮空氣。由于防護(hù)區(qū)的周界相對(duì)外界保持正的壓差，避免了外界污染空氣侵入防護(hù)區(qū)內(nèi)。集體防護(hù)區(qū)內(nèi)的人員不需要采取個(gè)人防護(hù)措施。

1 毒劑云團(tuán)的擴(kuò)散

毒劑云團(tuán)[1]是在施放化學(xué)武器后形成的云團(tuán)狀染毒空氣，簡(jiǎn)稱(chēng)毒云。毒云形成后，除了隨氣流作整體飄移外，還在大氣湍流的作用下，向四周擴(kuò)散、稀釋。

影響海上毒云擴(kuò)散的主要因素是氣象條件。風(fēng)向決定毒云整體飄移的方向；風(fēng)速影響毒云飄移和擴(kuò)散的速度。有研究表明[2]，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)6.7 m/s時(shí)，由空氣傳播的污染物會(huì)被沖淡而使其產(chǎn)生的威脅大大降低。

毒云擴(kuò)散界是毒云擴(kuò)散時(shí)向下風(fēng)方向延伸形成的對(duì)無(wú)防護(hù)人員的最低傷害劑量的邊界。圖1為幾種典型氣象條件下的毒云擴(kuò)散界。

圖1 毒云擴(kuò)散界

由圖1可見(jiàn)，風(fēng)向穩(wěn)定時(shí)，毒云擴(kuò)散界是以風(fēng)向?yàn)檩S向，呈扇形擴(kuò)散；風(fēng)向變化時(shí)，毒云擴(kuò)散界呈不規(guī)則形狀；靜風(fēng)時(shí)，毒云擴(kuò)散界近似圓形。掌握毒云擴(kuò)散的相關(guān)規(guī)律，有利于艦船進(jìn)行有效規(guī)避，安全脫離毒云區(qū)。

2 艦船的核生化防御措施

艦船的核生化防御體系中，按照所承擔(dān)的功能可分為偵測(cè)技術(shù)、洗消技術(shù)及防護(hù)技術(shù)等。偵測(cè)技術(shù)是對(duì)核生化戰(zhàn)劑的種類(lèi)、程度、范圍進(jìn)行探測(cè)與監(jiān)測(cè)，為組織防護(hù)提供依據(jù)；洗消技術(shù)是通過(guò)在艦船表面形成連續(xù)流動(dòng)的水膜，消除戰(zhàn)劑在艦船上的積聚，一定程度上防止或減弱核生化戰(zhàn)劑對(duì)艦內(nèi)的侵害，也可以利用移動(dòng)式洗消器對(duì)局部進(jìn)行洗消；防護(hù)技術(shù)包括個(gè)人防護(hù)和集體防護(hù)，是核生化防御體系的重要組成部分。

集體防護(hù)是目前艦船對(duì)核生化進(jìn)行防御的最有效的主動(dòng)防御措施。美國(guó)海軍自1985年以后，對(duì)三防日趨重視，要求新建艦船必須裝備集體防護(hù)系統(tǒng)，對(duì)在役艦船限期改造安裝。

集體防護(hù)系統(tǒng)是以艦船的使命任務(wù)為導(dǎo)向，以裝備技術(shù)水平為基礎(chǔ)進(jìn)行分區(qū)分級(jí)控制的。其防護(hù)范圍及能力與軍艦的任務(wù)、作戰(zhàn)要求、裝備水平、安裝費(fèi)用有關(guān)。

對(duì)沒(méi)有裝備集體防護(hù)系統(tǒng)的艦船，在遭受核生化威脅時(shí)，只能采取隔絕式防護(hù)，將艦船通往外界的門(mén)、窗、梯口蓋、通風(fēng)口等關(guān)閉。由于這些部位的泄露總是不可避免的，所以這種方式只能延緩而不能完全避免核生化戰(zhàn)劑的侵入，在艦內(nèi)仍然需要采取個(gè)人防護(hù)措施。由佩戴防毒面具引起的呼吸困難、缺氧反應(yīng)、頭部壓疼等生理影響，會(huì)造成艦員的戰(zhàn)斗力下降。

對(duì)裝備有集體防護(hù)系統(tǒng)的艦船，在遭受核生化威脅時(shí)，應(yīng)根據(jù)防護(hù)區(qū)的等級(jí)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。對(duì)集體防護(hù)區(qū)內(nèi)的艦員，不需要采取個(gè)人防護(hù)措施。除非任務(wù)需要，艦員應(yīng)集中在各個(gè)集體防護(hù)區(qū)內(nèi)。當(dāng)艦員需要從外界進(jìn)入集防區(qū)時(shí)，需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的三防通道，應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的操作規(guī)程，經(jīng)過(guò)洗消、吹氣、檢測(cè)后，才能進(jìn)入集防區(qū)。

3 艦船在核生化環(huán)境中的規(guī)避行為

艦船在核生化環(huán)境中航行時(shí)，要求集體防護(hù)區(qū)內(nèi)的超壓大于外界的風(fēng)壓，否則就會(huì)造成外界的污染空氣通過(guò)邊界以泄露的方式進(jìn)入集體防護(hù)區(qū)內(nèi)。因此艦船的航速及航向會(huì)受到外界風(fēng)速及集體防護(hù)區(qū)超壓程度的制約，見(jiàn)圖2。

圖2 風(fēng)壓示意

設(shè)風(fēng)相對(duì)于艙壁的法向速度為V，根據(jù)伯努利方程，在迎風(fēng)面上產(chǎn)生的風(fēng)壓p為

(1)

式中：ρ——空氣密度；

V——迎風(fēng)面的法向相對(duì)風(fēng)速,m/s；

p——風(fēng)壓,Pa。

對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的船舶，相對(duì)風(fēng)速V是絕對(duì)風(fēng)速與船舶航速速度的矢量合成。見(jiàn)圖3。

圖3 船速Vs、風(fēng)速Vw矢量關(guān)系示意

艦船在順風(fēng)環(huán)境中行駛時(shí)，根據(jù)速度的矢量合成關(guān)系，可以知道，在該環(huán)境下，外界風(fēng)壓對(duì)集體防護(hù)系統(tǒng)的影響最小。

艦船在逆風(fēng)行駛時(shí)，根據(jù)速度的矢量合成關(guān)系，可以知道在該環(huán)境下，外界的風(fēng)壓對(duì)集體防護(hù)系統(tǒng)的影響最為不利。

如果艦船在逆風(fēng)范圍內(nèi)全速航行，可能會(huì)造成集體防護(hù)系統(tǒng)增壓壓力不足以抵御外界影響，從而導(dǎo)致集體防護(hù)系統(tǒng)遭到破壞，因此艦船在通過(guò)該區(qū)域時(shí)需要限速，限速航行區(qū)用角度α表示，見(jiàn)圖4。α的大小和外界風(fēng)速、集體防護(hù)區(qū)的增壓值有關(guān)。外界的風(fēng)速越大，α越大；集體防護(hù)區(qū)的增壓值越小，α越大。

圖4 航行區(qū)域示意

艦船因作戰(zhàn)或避讓等需要，需要在限速航行區(qū)行駛時(shí)，根據(jù)式(1)，艦船允許的最大航速可由式(2)確定。

(2)

式中：p——集體防護(hù)區(qū)域壓力值,Pa；

Vs——艦船的允許最大航速,kn。

Vw——外界風(fēng)速,m/s;

β——風(fēng)向和航向的夾角。

當(dāng)風(fēng)速低于一定的臨界值或集體防護(hù)系統(tǒng)壓力高于一定的臨界值時(shí)，α=0。也就是說(shuō)此時(shí)在沾染區(qū)內(nèi)艦船沒(méi)有航速和航向的限制。設(shè)艦船在風(fēng)速Vw下完全逆風(fēng)行駛的全速航行速度為Vmax，則對(duì)于風(fēng)速Vw，其α=0的臨界狀態(tài)，應(yīng)滿(mǎn)足：

(3)

在持續(xù)的核生化暴露環(huán)境中，為了防止外界沾染進(jìn)入集體防護(hù)系統(tǒng)，要求增壓壓力需要能夠抵御外界的風(fēng)速為40 km/h[3]。這是核生化襲擊的最大可能風(fēng)速，超過(guò)此風(fēng)速時(shí)由于毒云的快速擴(kuò)散而使其產(chǎn)生的威脅大大降低。相應(yīng)可以推導(dǎo)出在集體防護(hù)區(qū)超壓壓力為500 Pa時(shí)，在規(guī)定的風(fēng)速下艦船在沾染區(qū)內(nèi)航向航速不受限制。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上分析，集體防護(hù)系統(tǒng)不僅把艦員從個(gè)人防護(hù)的生理影響中解脫出來(lái)，而且艦船在核生化環(huán)境中的航行自由度大大提高，當(dāng)集體防護(hù)區(qū)的壓力滿(mǎn)足式(3)的要求時(shí)，可以無(wú)限制地通過(guò)沾染區(qū)，艦船航行的自由度大大提高，從而提高艦船的戰(zhàn)斗力。

隨著全世界對(duì)核生化防御的日益重視，一些新的技術(shù)及裝備不斷應(yīng)用到核生化防御領(lǐng)域，比如遙測(cè)、遙感技術(shù)為核生化遠(yuǎn)距離探測(cè)提供了可能，低能耗廣譜循環(huán)吸附技術(shù)能夠提供持久防護(hù)等。艦船集體防護(hù)系統(tǒng)作為核生化防御系統(tǒng)的重要組成部分，在防護(hù)時(shí)間及防護(hù)空間上也在不斷發(fā)展。

[1] 兵種部防化編研室.化核生化防護(hù)大辭典[M].上海:上海辭書(shū)出版社,2000.

[2] U.S army corps of engineers. Design of chemical agent collective protection shelters for new and existing facilities，appendix B[R].Engineer Technical letter no. 1110-3-490.1998.

[3] U.S army corps of engineers. Design of collective protection shelters to resist chemical，biological，and radiological(CBR)agents，appendix B[R]. Engineer Technical Letter 1110-3-498. 24 February 1999.