羅來正，王江山

（1.西南技術(shù)工程技術(shù)研究所，重慶 400039；2.軍委裝備發(fā)展部某中心，北京 100009）

裝備環(huán)境適應(yīng)性是指裝備（產(chǎn)品）在其壽命期內(nèi)預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境作用下能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能、性能和（或）不被破壞的能力[1]，是裝備的六大重要通用質(zhì)量特性之一。裝備服役過程中，環(huán)境對(duì)裝備的影響不僅造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，也嚴(yán)重影響裝備的先進(jìn)性、安全性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性，影響部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力生成和發(fā)揮。如美國空軍總部對(duì)沿海某基地裝備故障調(diào)查表明，約52%故障由環(huán)境因素引起[2]。裝備環(huán)境適應(yīng)性已成為衡量裝備是否“好用、管用、耐用、實(shí)用”的重要指標(biāo)之一，貫穿于裝備論證與設(shè)計(jì)、研制與生產(chǎn)、使用與維護(hù)等全壽命周期各個(gè)階段，特別是在工程研制階段中發(fā)揮不可替代的重要作用。

中國工程院重大咨詢項(xiàng)目“中國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”最新調(diào)研結(jié)果表明，2014年中國總的腐蝕損失為2.1萬億元，約占當(dāng)年GDP的3.34%。美國、俄羅斯等國家非常重視裝備環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)的發(fā)展。美國國防部早在1992年就發(fā)布了《美國國防部核心技術(shù)計(jì)劃》，“環(huán)境影響”已成為該計(jì)劃11項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的重要一項(xiàng)，會(huì)對(duì)裝備系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響[3]。

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：關(guān)鍵核心技術(shù)是國之重器，對(duì)推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全都具有十分重要的意義，必須切實(shí)提高我國關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新能力，把科技發(fā)展主動(dòng)權(quán)牢牢掌握在自己手里，為我國發(fā)展提供有力科技保障[4]。為此，在裝備環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)發(fā)展過程中，必須牢固樹立關(guān)鍵核心技術(shù)的自主創(chuàng)新意識(shí)，努力取得重大原創(chuàng)性突破，保證裝備實(shí)戰(zhàn)適用性的重要源頭，提升裝備環(huán)境適應(yīng)性在國防科技工業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)和軍工核心能力建設(shè)中的重要作用，為我國裝備又好又快發(fā)展提供可靠技術(shù)支撐。

1 裝備環(huán)境適應(yīng)性關(guān)鍵核心技術(shù)

1.1 自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)體系建設(shè)

自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)是裝備環(huán)境適應(yīng)性研究的基礎(chǔ)平臺(tái)，直接反映裝備不同環(huán)境下服役過程中的環(huán)境效應(yīng)。英國作為世界上最早開展自然環(huán)境試驗(yàn)研究的國家，早在1839年，就認(rèn)識(shí)到裝備環(huán)境適應(yīng)性研究工作的重要性。為了提升裝備的環(huán)境適應(yīng)性，英國先后在本土、西非、新加坡、紐約、澳大利亞等多個(gè)地域分別建立了40個(gè)大氣環(huán)境試驗(yàn)站[5]。美軍為了開展裝備環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作，先后在本土、太平洋和大西洋沿岸等地帶建立了21個(gè)自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站/場(chǎng)，可以基本滿足與裝備研制相關(guān)的所有環(huán)境類型[6]。美國阿特拉斯耐候集團(tuán)（Atlas Weathering Service Group）通過自建和共建方式，先后在全球23個(gè)地域建立了全球典型氣候的環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站/場(chǎng)，可同時(shí)為民品和軍品提供試驗(yàn)服務(wù)。阿特拉斯耐候集團(tuán)建立的自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)體系如圖1所示。

圖1 阿特拉斯自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站/場(chǎng)Fig.1 Atlas natural environment test and observation station / site

目前，我國已經(jīng)建成了國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)和國家材料環(huán)境腐蝕野外科學(xué)觀察研究平臺(tái)，為裝備全壽命周期中環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)積累、關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)等提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)包括萬寧站、敦煌站和漠河站等9個(gè)大氣環(huán)境試驗(yàn)站和3個(gè)海水試驗(yàn)站[7]；國家材料環(huán)境腐蝕野外科學(xué)觀察研究平臺(tái)由1個(gè)綜合研究中心和32個(gè)試驗(yàn)站構(gòu)成，試驗(yàn)站分別包括7個(gè)水環(huán)境站、9個(gè)土壤環(huán)境站和16個(gè)大氣環(huán)境站，國防站網(wǎng)是其骨干力量。32個(gè)試驗(yàn)站情況見表1。

表1 32個(gè)試驗(yàn)站情況Tab.1 32 test stations

由上述分析得知，歐美等發(fā)達(dá)國家自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)涵蓋了全球典型氣候環(huán)境，而我國站網(wǎng)均集中于我國主要典型氣候區(qū)域。隨著我國綜合國力的提升，裝備必將走向世界各地，而世界各地自然環(huán)境條件差異較大，急需建立覆蓋面更廣的全球典型氣候區(qū)域的自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)體系，保證我國裝備全球環(huán)境下安全、可靠服役。

1.2 環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)資源建設(shè)

環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)包括環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)和裝備（產(chǎn)品）環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)兩大類，它反映了裝備（產(chǎn)品）在預(yù)期服役環(huán)境中的環(huán)境適應(yīng)性，具有典型性、真實(shí)性和不可替代性的特征[8]。國外環(huán)境適應(yīng)性研究起步很早，到目前已經(jīng)形成了環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)采集、試驗(yàn)評(píng)價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建立、數(shù)據(jù)手冊(cè)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)等數(shù)據(jù)資源成果推廣應(yīng)用的成熟體系。從20世紀(jì)60年代開始，美國海軍土木工程實(shí)驗(yàn)室、海軍應(yīng)用科研實(shí)驗(yàn)室和海軍研究實(shí)驗(yàn)室，先后在全球11個(gè)海水試驗(yàn)站對(duì)鋼、鋁合金、復(fù)合材料等材料進(jìn)行了長達(dá)16年的環(huán)境適應(yīng)性研究，并在太平洋表層海水和不同深度海水環(huán)境下，對(duì)475種合金、2萬余件樣品進(jìn)行了3~36個(gè)月的環(huán)境適應(yīng)性研究[9]。歐洲腐蝕聯(lián)盟于1992年分別在8個(gè)國家的11種典型環(huán)境下進(jìn)行了海水環(huán)境適應(yīng)性研究。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織從1986年開始分別在全世界64種典型環(huán)境下對(duì)4種金屬材料開展了大氣環(huán)境適應(yīng)性研究。日本曾與美國、英國、法國等國家一起研究了多種鋼材在不同國家的工業(yè)、農(nóng)村和海洋環(huán)境下不同朝向和角度放置的環(huán)境適應(yīng)性，研究周期長達(dá)16年[10-11]。通過長期的裝備（產(chǎn)品）環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)采集與積累研究，歐美等發(fā)達(dá)國家及時(shí)分析各種環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)，并將其固化成手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)庫等形式，極大發(fā)展與豐富了環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)資源。俄羅斯出版了OCT 190368《飛機(jī)和直升機(jī)金屬材料和抗腐蝕防護(hù)涂層的選擇》，美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)早在1985年就出版了《Corrosion Data Survey》，美國海軍出版了《海水腐蝕手冊(cè)》，美國出版了MIL-HDBK-310《全球氣候極值》等，英國出版了DEF STAN00-35《國防裝備環(huán)境手冊(cè)》。同時(shí)，美國還建立了腐蝕數(shù)據(jù)中心，涵蓋了20余萬條數(shù)據(jù)、103個(gè)文摘庫和多個(gè)專家咨詢系統(tǒng)[12]，這些手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)庫有效地指導(dǎo)了裝備的選材設(shè)計(jì)。

以國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)為依托，我國從“十五”開始，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)資源開展了有效、連續(xù)的建設(shè)，先后采集了航空、航天、兵器、電子、船舶等裝備（產(chǎn)品）上千種材料、工藝及結(jié)構(gòu)件的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)。截止目前，積累的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)超過10萬個(gè)[13]，初步構(gòu)建了環(huán)境因素與環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)庫。但與國外相比，固化成冊(cè)、公開出版的可鑒數(shù)據(jù)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)等很少，數(shù)據(jù)庫也未發(fā)揮應(yīng)有的作用。

由于世界各國自然環(huán)境條件差異較大，裝備環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)無處引進(jìn)、無可替代。目前由于受自然環(huán)境試驗(yàn)與觀測(cè)站網(wǎng)體系的限制，建立的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)資源均來自國內(nèi)典型氣候區(qū)域，尚無法滿足我國裝備全球化服役的需求。

1.3 環(huán)境適應(yīng)性模擬加速試驗(yàn)設(shè)備開發(fā)

國外從20世紀(jì)60年代開始開發(fā)環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室加速模擬試驗(yàn)設(shè)備開發(fā)方面，先后開發(fā)了包括高低溫、高低濕、太陽輻射、雨、雪、沙塵暴、凍冰等大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)M設(shè)備。利用這些試驗(yàn)設(shè)備，美國建立了麥金利氣候?qū)嶒?yàn)室，俄羅斯建立了導(dǎo)彈加速模擬和貯存實(shí)驗(yàn)室。自然環(huán)境加速試驗(yàn)設(shè)備開發(fā)方面，美國阿特拉斯耐候集團(tuán)20世紀(jì)70年代研發(fā)的跟蹤太陽暴露試驗(yàn)機(jī)，被廣泛應(yīng)用于高分子材料自然環(huán)境加速試驗(yàn)，得出了涂層材料自然環(huán)境暴露試驗(yàn)14周等于自然暴露3年的結(jié)論[14]。近年來，阿特拉斯耐候集團(tuán)研發(fā)了一種大型跟蹤太陽發(fā)射聚能試驗(yàn)設(shè)備（見圖2），利用該設(shè)備可聚焦相當(dāng)于自然光50~100倍的紫外強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，該裝置戶外1年接受的紫外輻照量相當(dāng)于美國弗羅里達(dá)州63年的紫外輻射總量，成功解決了樣品表面溫度控制的難度[15]。這些加速試驗(yàn)設(shè)備的開發(fā)，極大地縮短了裝備的研制周期，加速了裝備發(fā)展。

圖2 大型跟蹤太陽發(fā)射聚能試驗(yàn)設(shè)備Fig.2 Large-scale test equipment for tracking solar emission and energy accumulation

國內(nèi)圍繞裝備（產(chǎn)品）研制、生產(chǎn)、使用急需，先后開發(fā)了一大批大氣環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，如大氣環(huán)境綜合自然加速試驗(yàn)設(shè)備[16]、氣候環(huán)境-工況耦合試驗(yàn)設(shè)備[17-21]等，如圖3、4所示。盡管近年來國內(nèi)的模擬加速試驗(yàn)設(shè)備發(fā)展迅猛，但在某些關(guān)鍵領(lǐng)域，如光老化試驗(yàn)設(shè)備的燈管、反射元件、集光器等核心元件，仍然需要從國外進(jìn)口。

圖3 大氣環(huán)境綜合自然加速試驗(yàn)設(shè)備Fig.3 Integrated natural acceleration test equipment for atmospheric environment

圖4 氣候環(huán)境-工況耦合試驗(yàn)設(shè)備Fig.4 Coupling test equipment for climate environment and working conditions

1.4 環(huán)境適應(yīng)性量化評(píng)價(jià)

目前，裝備環(huán)境適應(yīng)性只能進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，不能進(jìn)行量化表征，導(dǎo)致型號(hào)論證設(shè)計(jì)、鑒定與驗(yàn)收等環(huán)節(jié)無法提出具體的指標(biāo)參數(shù)，環(huán)境適應(yīng)性量化表征一直是困擾軍方、型號(hào)研制單位和環(huán)境試驗(yàn)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)難題。國內(nèi)外在環(huán)境適應(yīng)性量化表征方面尚沒有明顯突破，急需形成相應(yīng)的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，量化評(píng)價(jià)步驟及標(biāo)準(zhǔn)等，滿足裝備環(huán)境適應(yīng)性的論證、表示、計(jì)算、評(píng)價(jià)和考核需求，推動(dòng)該專業(yè)發(fā)展。

2 科技創(chuàng)新與裝備環(huán)境適應(yīng)性高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)系

近一段時(shí)期以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的環(huán)境發(fā)生了深度變化，需要面對(duì)美國貿(mào)易霸凌主義和國際貿(mào)易保護(hù)主義，眾多核心關(guān)鍵領(lǐng)域面臨“卡脖子”問題，急需提升核心技術(shù)創(chuàng)新能力，扭轉(zhuǎn)不利局面。

建立健全基礎(chǔ)研究創(chuàng)新體系，提升科技創(chuàng)新整體實(shí)力，開展裝備環(huán)境適應(yīng)性前瞻性、基礎(chǔ)性創(chuàng)新研究，推動(dòng)高新裝備創(chuàng)新發(fā)展。始終把原始創(chuàng)新能力擺在首位，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究前瞻性部署，引導(dǎo)技術(shù)能力突出的創(chuàng)新型領(lǐng)軍企業(yè)加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，堅(jiān)固科技創(chuàng)新整體實(shí)力提升的基石。國家應(yīng)建立健全基礎(chǔ)研究的長期穩(wěn)定支持機(jī)制，集中力量加大對(duì)基礎(chǔ)研究創(chuàng)新領(lǐng)域的財(cái)政穩(wěn)定支持力度，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)科研院所創(chuàng)新能力建設(shè)的投入，為從事基礎(chǔ)研究的科研人員有效提供“一輩子只干好一件事”的必要條件。裝備環(huán)境適應(yīng)性發(fā)展要緊密圍繞國家戰(zhàn)略，以新時(shí)期軍事斗爭需求和高新裝備發(fā)展存在的瓶頸問題為導(dǎo)向，以裝備環(huán)境適應(yīng)性關(guān)鍵核心技術(shù)突破為首要工作，以裝備環(huán)境適應(yīng)性體系自我良性發(fā)展為目標(biāo)，將裝備環(huán)境適應(yīng)性體系建設(shè)成更高水平的集公益性、基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性為一體的重大科研基礎(chǔ)設(shè)施，全面貫徹科技創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，全面支撐質(zhì)量強(qiáng)國戰(zhàn)略，推動(dòng)我國高新裝備創(chuàng)新發(fā)展，提升裝備質(zhì)量保證能力，服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國家安全。

3 結(jié)語

當(dāng)今世界正處于大變革、大發(fā)展、大調(diào)整時(shí)期，世界格局正發(fā)生深刻、復(fù)雜的變化，為保障國家建設(shè)與發(fā)展，維護(hù)國家安全，裝備走向深藍(lán)、走向全球的戰(zhàn)略需求日益緊迫，裝備使用強(qiáng)度及頻率日益加大，使用環(huán)境日益復(fù)雜嚴(yán)酷，裝備作戰(zhàn)適用性的問題日益凸顯。為滿足我國高新裝備創(chuàng)新發(fā)展的需求，進(jìn)一步提升裝備質(zhì)量保證能力，裝備環(huán)境適應(yīng)性建設(shè)一是需要拓展海外典型環(huán)境試驗(yàn)站網(wǎng)；二是建立長期的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)采集機(jī)制；三是突破環(huán)境適應(yīng)性量化表征等關(guān)鍵核心技術(shù)；四是整合力量，加強(qiáng)核心領(lǐng)域核心元件的技術(shù)突破。