核生化戰(zhàn)劑偵防消技術(shù)發(fā)展概況

，，

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所，河北 邯鄲 056027)

高新技術(shù)的應(yīng)用大大地推動了化學(xué)、生物、放射性和核武器(簡稱：核生化)的發(fā)展，在未來圍繞海洋資源和海洋國土的軍事斗爭中，世界上許多國家都將面臨核生化武器的威脅。有制約就有對抗，高新技術(shù)的發(fā)展同時(shí)也為艦艇提高核生化戰(zhàn)劑偵察、防護(hù)和洗消能力提供了充分的可能性，通過采用高新技術(shù)可以建立艦艇應(yīng)對核生化戰(zhàn)劑攻擊的偵防消全方位立體化的作戰(zhàn)防護(hù)體系，保護(hù)艦員、船體和武器裝備免受核生化戰(zhàn)劑的污染，保持艦艇完全的作戰(zhàn)能力。因此了解國外核生化戰(zhàn)劑偵防消技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，關(guān)注跟蹤先進(jìn)的偵防消技術(shù)，對于建立和發(fā)展我國艦船偵防消防護(hù)體系很有現(xiàn)實(shí)意義。

1 國外核生化偵察技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外輻射、核偵察技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1)向多功能方向發(fā)展。多功能輻射檢測器ADM-300A可檢測α、β、γ、X射線和中子劑量率。

2)實(shí)時(shí)γ成像技術(shù)。以視頻圖像和γ圖像實(shí)現(xiàn)放射源空間分布定位。

3)個(gè)人劑量儀可檢測中子和γ累積劑量。依據(jù)個(gè)人劑量測定結(jié)果反映部隊(duì)的受輻射程度。

4)核試驗(yàn)監(jiān)測系統(tǒng)。采用地震、放射性核素、次聲和水聲四種監(jiān)測技術(shù)。

5)1975年后，美國GPS導(dǎo)航定位衛(wèi)星加裝核爆炸監(jiān)測系統(tǒng)，它包括光學(xué)探測、中子探測器、X射線探測器和γ探測器、核爆炸電磁脈沖傳感器和紅外傳感器。

1.2 國外化學(xué)戰(zhàn)劑偵察技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)60年代產(chǎn)生基于離子化原理、電化學(xué)原理和生化原理(酶法)的能檢測多種毒劑的報(bào)警器。隨著紅外儀器的發(fā)展，紅外吸收光譜法已廣泛地應(yīng)用于分析毒劑，各國紛紛建立毒劑及有關(guān)化合物的紅外光譜數(shù)據(jù)庫，實(shí)行自動化分析，利用計(jì)算機(jī)檢索。

70年代發(fā)展了應(yīng)用被動紅外和主動紅外激光雷達(dá)技術(shù)的遙測毒劑報(bào)警器。激光雷達(dá)可用于化學(xué)戰(zhàn)劑的遙測，遙測裝置原理見圖1。每種化學(xué)戰(zhàn)劑僅吸收特定波長的激光，對其它波長的激光是透明的。被化學(xué)戰(zhàn)劑污染的表面則反射不同波長的激光?；瘜W(xué)戰(zhàn)劑的這種特性，就允許利用激光雷達(dá)探測和識別生化戰(zhàn)劑。激光雷達(dá)可以利用差分吸收、差分散射、彈性后向散射等原理，實(shí)現(xiàn)化學(xué)戰(zhàn)劑的探測。例如JSLSCAD可檢測5 km范圍內(nèi)神經(jīng)性毒劑、糜爛性毒劑和血液性毒劑。JSWILD聯(lián)合預(yù)警和識別激光雷達(dá)檢測器，檢測20 km范圍化學(xué)戰(zhàn)劑蒸汽云團(tuán)和氣溶膠云團(tuán)，這種檢測器采用激光雷達(dá)主動探測，代表著未來的發(fā)展方向[1]。

圖1 激光雷達(dá)化學(xué)戰(zhàn)劑遙測裝置原理示意

80年代出現(xiàn)了應(yīng)用離子遷移譜(ion mobility spectrometry，IMS)和模式識別技術(shù)的新型報(bào)警器。目前技術(shù)較成熟，在美軍中大量裝備。此類檢測儀器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，報(bào)警快，抗潮濕；缺點(diǎn)是儀器較復(fù)雜，使用放射源，誤報(bào)率高、IMS漂移管易燒毀，成本高。目前發(fā)展趨勢是小型化，采用紫外激光(266 nm)電離源，降低靈敏度減少誤報(bào)警。為了分析大分子量或低蒸汽壓化學(xué)品，提出GC/IMS。

美軍1999年放棄了IMS，選擇了表面聲波(surface acoustic wave,SAW)傳感器技術(shù)。表面聲波傳感器SAW技術(shù)展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，值得關(guān)注跟蹤。SAW傳感器利用統(tǒng)計(jì)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行多變量分析，識別化學(xué)品蒸汽，成為便攜GC和氣質(zhì)聯(lián)用GC/MS系統(tǒng)的替代品。新型SAW傳感器由色譜GC單元和“零恒量容積”器件組成。樣品經(jīng)過色譜柱分離后直接輸送到SAW檢測器，靈敏度達(dá)到飛克級(10-15g)。它可同時(shí)定性檢測并定量分析多種毒劑蒸汽，具有從樣品中分離出單一樣品的能力。另外，SAW傳感器還可檢測放射性劑量和氣溶膠濃度。SAW傳感器優(yōu)點(diǎn)是體積小，誤報(bào)率低，甚至基本無誤報(bào)，價(jià)格低；缺點(diǎn)是對濕度敏感，響應(yīng)時(shí)間長。對單一技術(shù)的SAW傳感器來說，聚合物膜加工困難，聚合物選擇余地小，目前可使用的聚合物僅有5種。因此，SAW傳感器與其他技術(shù)結(jié)合(組合)是未來發(fā)展方向，如SAW/EC(電化學(xué)傳感器)[2]。

5)21世紀(jì)，化學(xué)戰(zhàn)劑偵查技術(shù)發(fā)展趨勢是化學(xué)戰(zhàn)劑偵察自動化、化學(xué)戰(zhàn)劑早期預(yù)警、核生化偵察集成化和化學(xué)戰(zhàn)劑偵察網(wǎng)絡(luò)化。

6)單平臺概念?；谝环N技術(shù)或設(shè)備檢測，識別化學(xué)和生物兩種戰(zhàn)劑或核生化多種戰(zhàn)劑。

1.3 國外生物偵察技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1)生物檢測器。主要由液體處理組件、抗體試劑盒、電位傳感器和處理器組成。它利用抗體捕獲相應(yīng)抗原免疫反應(yīng)檢測和鑒別毒素和生物戰(zhàn)劑。在艦上裝備中間生物戰(zhàn)劑檢測器IBAD，用比色免疫反應(yīng)化驗(yàn)試紙識別可疑氣溶膠粒子。

2)生物戰(zhàn)劑集成檢測系統(tǒng)BIDS(機(jī)動微生物檢驗(yàn)室，包括洗消和更衣間)。為了最精確檢測生物戰(zhàn)劑，采用復(fù)合技術(shù)方法，用化學(xué)生物質(zhì)譜儀CBMS和生物檢測器可檢測可鑒別8種生物戰(zhàn)劑。CBMS檢測和定性分析所有已知的化學(xué)和生物戰(zhàn)劑。生物檢測器是基于抗體的能識別特殊生物戰(zhàn)劑的設(shè)備。

3)聯(lián)合生物點(diǎn)檢測系統(tǒng)JBPDS。用于替代已有的生物檢測系統(tǒng)(BIDS，IBAD)。它有4項(xiàng)功能：實(shí)時(shí)檢測周圍環(huán)境中氣溶膠的顯著變化；收集可疑的氣溶膠樣品并分析；檢測器能分類收集樣品；識別可疑樣品。

4)生物戰(zhàn)劑遙測系統(tǒng)。解決生物戰(zhàn)劑預(yù)警問題，目的是給戰(zhàn)場指揮員提供有關(guān)生物戰(zhàn)劑攻擊的更短的決策周期。目前裝備有：遠(yuǎn)程生物遙測系統(tǒng)LRBSDS，它能檢測至少50 km范圍氣溶膠云團(tuán)，提供相對濃度、測距、定位和識別氣溶膠戰(zhàn)劑[3]。聯(lián)合生物預(yù)警系統(tǒng)JBREWS，它將原來的系統(tǒng)(BIDS，JBPDS和LIDAR等)與小型化分布的點(diǎn)探測器陣列集成，形成傳感器分布式網(wǎng)絡(luò)。

5)基于PCR聚合酶鏈反應(yīng)的檢測。聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的體外核酸擴(kuò)增技術(shù)。能在試管內(nèi)將所要研究的目的基因或某一DNA片段在數(shù)小時(shí)內(nèi)擴(kuò)增至十萬乃至百萬倍，能直接觀察和判斷；可從一個(gè)細(xì)胞/病毒中擴(kuò)增出足量的DNA/RNA供分析研究和檢測鑒定。

6)鑒定試劑研究。包括抗體、基因探針和底劑。開發(fā)檢測新出現(xiàn)的生物戰(zhàn)劑的試劑，并獲得更有效的試劑代替老試劑。鑒定試劑支持BIDS、IBAD、JBPDS和JBREWS。

7)基于組織的生物傳感器研究。探索利用生物細(xì)胞和組織做檢測化學(xué)和生物毒素的傳感器的檢測器組件。當(dāng)前主要是利用神經(jīng)、免疫細(xì)胞和組織做生物傳感器的檢測器。為了優(yōu)化傳感器性能，正在進(jìn)行工程化制造包括干細(xì)胞在內(nèi)的基本細(xì)胞和組織，并構(gòu)造測試評估的原型傳感器。

1.4 國外核生化偵察技術(shù)發(fā)展方向

從技術(shù)的角度來說，核生化偵察技術(shù)是對已知或未知戰(zhàn)劑的結(jié)構(gòu)分析。目前主要圍繞定性和定量開展研究，主要發(fā)展方向如下。

1)三坐標(biāo)雷達(dá)、光電跟蹤用于核爆炸觀測。沖擊波超壓、電磁和光合成監(jiān)測技術(shù)有進(jìn)一步發(fā)展的可能性，如提高超壓檢測靈敏度、空間寬帶電磁頻譜分析、背景光強(qiáng)度和相位階躍變化等。

2)實(shí)時(shí)γ成像技術(shù)。主要采用蒙特卡洛統(tǒng)計(jì)模型處理，對于艦艇移動檢測固定或移動的空間放射源污染，實(shí)現(xiàn)視頻和γ圖像空間定位還需要解決多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3)IMS，SAW，SAW/GC/EC，IMS/GC、GC/MS，SAW/IMS用于化學(xué)和生物戰(zhàn)劑檢測。試驗(yàn)結(jié)果表明，SAW/IMS 是SAW和IMS兩者取長補(bǔ)短，結(jié)合兩者長處的最佳選擇。

4)MM1 移動式GC/MS。CBMS化學(xué)生物質(zhì)譜儀用于識別化學(xué)、生物戰(zhàn)劑和有毒有害工業(yè)品，CBMS已代替MM1。自動方式檢測生物戰(zhàn)劑極限為1 μg/m3；手動方式檢測生物戰(zhàn)劑極限為100 ng/m3。

5)被動紅外光譜IR探測、主動紅外-激光雷達(dá)、紅外多普勒雷達(dá)用于生化戰(zhàn)劑遙測。

6)利用生物細(xì)胞和組織做檢測化學(xué)戰(zhàn)劑和生物毒素的傳感器。

7)發(fā)病機(jī)理基因組測序。

2 國外防護(hù)技術(shù)和裝備現(xiàn)狀

2.1 個(gè)人防護(hù)

1)呼吸器官防護(hù)。保護(hù)人員的呼吸道、眼睛和頭面部。主要采用過濾式和隔絕式防毒面具。新型防毒面具大量采用新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝，提高了整體防護(hù)水平，改善了使用性能和生理舒適性。例如增加了飲水、防彈片及防激光等新功能；統(tǒng)一了接口，如與光學(xué)觀測設(shè)備、通信設(shè)備、濾毒罐及飛機(jī)氧氣供應(yīng)系統(tǒng)等連接，提高了通用性。

2)皮膚防護(hù)。保護(hù)人員的全身皮膚。皮膚防護(hù)服裝主要有隔絕式和透氣式兩種。防護(hù)服防化學(xué)戰(zhàn)劑蒸汽和液滴、生物戰(zhàn)劑(包括毒素)以及放射性α和β粒子。采用活性碳技術(shù)代替膨體活性碳填充聚氨酯泡沫體，不斷地改進(jìn)活性碳粒與織物結(jié)合的工藝，增加了透氣性，減輕重量和熱效應(yīng)，提高了防護(hù)效果。

3)防疫服。防止生物戰(zhàn)劑污染或傳染病媒介動物叮咬的服裝。

2.2 集體防護(hù)

1)隔絕防護(hù)。依靠艦艇上的氣密隔離結(jié)構(gòu)防止外界染毒空氣、放射性污染物和細(xì)菌氣溶膠透入艦艇艙內(nèi)引起人員傷害，在設(shè)計(jì)上考慮滿足堅(jiān)固性基本要素，艙室應(yīng)具有良好的氣密閉結(jié)構(gòu)。一般在核生化沾染環(huán)境不能維持作戰(zhàn)。美國對海軍未設(shè)立核生化戰(zhàn)劑污染防護(hù)區(qū)的艦艇增加選擇區(qū)域集體防護(hù)系統(tǒng)或一體化集體防護(hù)系統(tǒng)。

2)過濾防護(hù)。除密閉結(jié)構(gòu)外，還要有濾毒通風(fēng)裝置或分散濾器。濾毒通風(fēng)裝置高壓風(fēng)機(jī)抽進(jìn)大氣環(huán)境染毒的空氣，經(jīng)過濾器催化劑吸收，將染毒空氣流中的毒劑、放射性塵埃和生物戰(zhàn)劑氣溶膠濾掉，為艦員提供潔凈空氣，補(bǔ)充的空氣在密閉艙形成超壓，阻止外界染毒空氣透入密閉艙。裝備過濾式防護(hù)裝置的艦艇，具備在核生化沾染環(huán)境維持作戰(zhàn)的條件，是未來發(fā)展方向。

3)集體防護(hù)系統(tǒng)洗消站。組成見圖2。

圖2 集體防護(hù)系統(tǒng)洗消站組成

它專門用于艦員洗消。設(shè)計(jì)集體防護(hù)系統(tǒng)洗消站的目的是防止污染物在艦艇內(nèi)傳播，盡可能減少受核生化戰(zhàn)劑污染人員數(shù)量。所有在化學(xué)襲擊期間或者在此之后暴露在露天下的人員應(yīng)被認(rèn)為是已經(jīng)受了污染，應(yīng)經(jīng)過洗消站或污染控制區(qū)重新進(jìn)入艦艇。

2.3 防護(hù)裝備發(fā)展方向

通過采用新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝，國外個(gè)人防護(hù)器材和集體防護(hù)器材得到較快發(fā)展，并普遍使用。呈現(xiàn)出以下趨勢。

1)個(gè)人防護(hù)器材。個(gè)人防護(hù)器材經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，其基本概念幾乎沒有變化。然而，在提供防護(hù)面具的材料上有重要的改進(jìn)；保護(hù)個(gè)人的整套防護(hù)服，更有效、更耐用，穿戴不再笨重。主要進(jìn)展如下。

(1)改進(jìn)濾器材料，開發(fā)選擇性滲透膜材料作為防護(hù)服材料，防護(hù)更廣泛的核生化戰(zhàn)劑污染，增加透氣性；

(2)提高整體防護(hù)水平，改善使用性能，提高生理舒適性；

(3)改進(jìn)作戰(zhàn)服、防護(hù)服防火性能(阻燃)；

(4)提高通用性、組件模塊化和統(tǒng)一接口，與飛機(jī)供氧系統(tǒng)、光學(xué)設(shè)備和作戰(zhàn)服接口。

2)集體防護(hù)裝備。

(1)對無防護(hù)區(qū)的艦艇增加選擇區(qū)域集體防護(hù)系統(tǒng)和一體化集體防護(hù)系統(tǒng)，集體防護(hù)增加熱和環(huán)境控制功能；

(2)技術(shù)改進(jìn)減低能耗，提高過濾當(dāng)前和未來戰(zhàn)劑的能力，延長粒子濾器壽命，達(dá)到最少連續(xù)使用3年或一次戰(zhàn)劑攻擊；

(3)支持濾器改進(jìn)長期實(shí)船試驗(yàn)，開發(fā)濾器壽命數(shù)據(jù)庫；

(4)氣體吸附劑濾器防護(hù)應(yīng)用。研究吸附劑是一次性和再生濾器應(yīng)用的關(guān)鍵。

3 國外洗消技術(shù)和裝備發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)污染不能避免時(shí)，在核生化戰(zhàn)劑環(huán)境暴露后，必須對人員和裝備洗消，以減少或消除危險(xiǎn)?；鞠聪椒ㄓ形锢砣コ?、化學(xué)解除法、生物解除法和自然衰減等。

3.1 洗消裝備發(fā)展現(xiàn)狀

1)艦面洗消站。采用物理和化學(xué)方法防止艦艇表面被放射性灰塵、化學(xué)毒劑和生物戰(zhàn)劑氣溶膠污染，對艦面污染區(qū)實(shí)施洗消清除，控制甲板和上層建筑火災(zāi)蔓延。

2)局部高溫高壓蒸汽噴射洗消裝置。它利用高溫和高壓形成的射流洗消，產(chǎn)生物理和化學(xué)雙重洗消效能，因此具有洗消效率高、省時(shí)、省力、省洗消劑甚至不用洗消劑等特點(diǎn)，代表了洗消裝備的發(fā)展趨勢。高溫指水溫80 ℃、蒸汽溫度140～200 ℃，高壓指工作壓力為6～7 MPa。

3)背負(fù)式洗消器。用于對難以洗消的區(qū)域、武器和室內(nèi)洗消。國外主要裝備M11和M13洗消器，使用DS-2洗消液。

4)電動、機(jī)動洗消器。用于對大區(qū)域、武器、露天甲板洗消，使用DS-2洗消劑。

5)免水洗消設(shè)備。對光電精密裝備和敏感材料的洗消方法主要有熱空氣洗消法、有機(jī)溶劑洗消法和大氣壓力等離子體噴射器(APPJ)洗消。使用APPJ洗消裝備不使用危害環(huán)境的洗消劑或溶劑，溫度降低到60 ℃，也可對人員洗消，它具有巨大的應(yīng)用潛力。

3.2 洗消劑發(fā)展現(xiàn)狀

洗消劑是實(shí)施核生化戰(zhàn)劑洗消的最基本方法。目前各國裝備的洗消劑主要有三大類：以氯化、氧化為消毒機(jī)制的次氯酸鹽和有機(jī)氯胺；以堿性消除或堿性水解為消毒機(jī)制的苛性堿和有機(jī)超堿體系；吸附消毒粉[4]。這些洗消劑在洗消效果上基本都能滿足洗消的要求，但存在對金屬腐蝕性強(qiáng)、污染大及后勤負(fù)擔(dān)重等問題。針對這些問題，研究多用途、低腐蝕、無污染且具有快速反應(yīng)能力的洗消劑是今后洗消劑研究的方向。

3.3 洗消裝備發(fā)展方向

洗消科學(xué)和技術(shù)的目標(biāo)是開發(fā)消除有毒物質(zhì)而對被污染對象無性能降低的技術(shù)，該技術(shù)具有無腐蝕、環(huán)境安全和易使用特點(diǎn)。通過采用新材料、新技術(shù)，國外洗消裝備得到快速發(fā)展。呈現(xiàn)出以下趨勢。

1)洗消裝備

(1)高溫、高壓、射流洗消裝備利用高溫和高壓形成的射流洗消，產(chǎn)生物理和化學(xué)雙重洗消效能，因此具有洗消效率高、省時(shí)、省力、省洗消劑，甚至不用洗消劑等特點(diǎn)，代表了當(dāng)今洗消裝備的國際水平和發(fā)展趨勢。

(2)洗消裝備向多功能、模塊化、智能化方向發(fā)展。多功能，不僅可用于武器裝備的洗消，還能夠用于人員、服裝和艦艇甲板洗消，還能夠用于滅火；模塊化，是通過開發(fā)高性能的洗消核心模塊，經(jīng)模塊之間組合，配以通用性好的零備件組合成不同型號的洗消裝備；智能化，智能控制洗消過程，達(dá)到精確洗消的目的。

(3)內(nèi)部空間洗消裝備。洗消裝備提供洗消而對機(jī)組、使命或平臺性能沒有不利影響。洗消劑中的表面活化劑和柔性氧化劑找出化學(xué)戰(zhàn)劑中把分子連接在一起的磷鍵或硫鍵，并將這些分子“劈成”無毒的碎片；表面活化劑還“刺穿”孢子的蛋白質(zhì)“盔甲”，由氧化劑攻擊它內(nèi)部的遺傳物質(zhì)。這是內(nèi)部空間簡便有效的一種洗消方法。

(4)提高對電子設(shè)備和其他敏感裝備的洗消能力。開發(fā)新型免水洗消方法、研制免水洗消裝備已成為新時(shí)期極為緊迫的研究課題，主要是循環(huán)溶劑超聲波浴洗消和APPJ洗消裝備。

(5)個(gè)人洗消器材向輕便、高效、無刺激方向發(fā)展。目前主要方向是開發(fā)生物酶、反應(yīng)型高倍吸附洗消劑和醛肟燈洗消器。

2)預(yù)防性洗消技術(shù)研究。為了減少人員和裝備受污染的可能性及降低裝備受污染的程度，保證裝備適合在污染環(huán)境中使用，進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究。提出了裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量減少凹、溝、槽，盡量避免使用合葉、細(xì)螺紋螺釘、彈簧旋鈕等不易被洗消干凈的部件；對電子元件，要采用可剝性保護(hù)層加以覆蓋。

3)洗消劑。研究多用途、低腐蝕、無污染且具有快速反應(yīng)能力的洗消劑是發(fā)展的主要趨勢。研究方向有生物酶催化、過氧化物消毒劑、納米金屬氧化物和自動消毒涂料等。

[1] U S DOD.Joint Service Chemical and Biological Defense Program FY00-02 Overview[R]. U.S：DOD，2001：26-29.

[2] U S DOD.2010 Annual Report to Congress.Department of Defense Chemical and Biological Defense Program[R]. U.S：DOD，2010：7-12.

[3] 美國海軍.美國海軍艦船技術(shù)手冊.第470章艦船生物/化學(xué)戰(zhàn)劑防御與對抗措施 [M].翟少曉，劉書子，譯.北京：中國船舶信息中心，2004.

[4] 核生化防護(hù)(內(nèi)部教材)[M].北京：解放軍出版社，2002.