艦船核生化防御措施及規(guī)避行為

(中國艦船研究設計中心，武漢 430064)

20世紀以來，核生化武器發(fā)展非常迅速，相對常規(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、難檢疫、難防護、難治療等特性而受到普遍關注。

目前各個海軍大國均在全力發(fā)展艦船核生化防御系統。艦船核生化防御系統不僅是衡量艦船先進性的指標，而且是艦船在未來復雜戰(zhàn)爭環(huán)境中保護自己、贏得先機的必備手段。其任務是對全艦內外核生化沾染物或戰(zhàn)劑進行監(jiān)測與控制，在遭受核生化襲擊時，通過對全艦氣密周界進行密閉與水幕洗消，并采取集體防護或者個體防護等措施，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)爭中的生命力及戰(zhàn)斗力。

集體防護是艦船核生化防御技術的發(fā)展趨勢。其原理是對防護區(qū)周界進行密閉，并通過濾毒裝置向集體防護區(qū)提供經過濾處理的空氣，用于維持集體防護區(qū)超壓及補充新鮮空氣。由于防護區(qū)的周界相對外界保持正的壓差，避免了外界污染空氣侵入防護區(qū)內。集體防護區(qū)內的人員不需要采取個人防護措施。

1 毒劑云團的擴散

毒劑云團[1]是在施放化學武器后形成的云團狀染毒空氣，簡稱毒云。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，向四周擴散、稀釋。

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

毒云擴散界是毒云擴散時向下風方向延伸形成的對無防護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散界。

圖1 毒云擴散界

由圖1可見，風向穩(wěn)定時，毒云擴散界是以風向為軸向，呈扇形擴散；風向變化時，毒云擴散界呈不規(guī)則形狀；靜風時，毒云擴散界近似圓形。掌握毒云擴散的相關規(guī)律，有利于艦船進行有效規(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，按照所承擔的功能可分為偵測技術、洗消技術及防護技術等。偵測技術是對核生化戰(zhàn)劑的種類、程度、范圍進行探測與監(jiān)測，為組織防護提供依據；洗消技術是通過在艦船表面形成連續(xù)流動的水膜，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)劑對艦內的侵害，也可以利用移動式洗消器對局部進行洗消；防護技術包括個人防護和集體防護，是核生化防御體系的重要組成部分。

集體防護是目前艦船對核生化進行防御的最有效的主動防御措施。美國海軍自1985年以后，對三防日趨重視，要求新建艦船必須裝備集體防護系統，對在役艦船限期改造安裝。

集體防護系統是以艦船的使命任務為導向，以裝備技術水平為基礎進行分區(qū)分級控制的。其防護范圍及能力與軍艦的任務、作戰(zhàn)要求、裝備水平、安裝費用有關。

對沒有裝備集體防護系統的艦船，在遭受核生化威脅時，只能采取隔絕式防護，將艦船通往外界的門、窗、梯口蓋、通風口等關閉。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，在艦內仍然需要采取個人防護措施。由佩戴防毒面具引起的呼吸困難、缺氧反應、頭部壓疼等生理影響，會造成艦員的戰(zhàn)斗力下降。

對裝備有集體防護系統的艦船，在遭受核生化威脅時，應根據防護區(qū)的等級采取相應的防護措施。對集體防護區(qū)內的艦員，不需要采取個人防護措施。除非任務需要，艦員應集中在各個集體防護區(qū)內。當艦員需要從外界進入集防區(qū)時，需要通過專門的三防通道，應嚴格按照相應的操作規(guī)程，經過洗消、吹氣、檢測后，才能進入集防區(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，要求集體防護區(qū)內的超壓大于外界的風壓，否則就會造成外界的污染空氣通過邊界以泄露的方式進入集體防護區(qū)內。因此艦船的航速及航向會受到外界風速及集體防護區(qū)超壓程度的制約，見圖2。

圖2 風壓示意

設風相對于艙壁的法向速度為V，根據伯努利方程，在迎風面上產生的風壓p為

(1)

式中：ρ——空氣密度；

V——迎風面的法向相對風速,m/s；

p——風壓,Pa。

對于運動中的船舶，相對風速V是絕對風速與船舶航速速度的矢量合成。見圖3。

圖3 船速Vs、風速Vw矢量關系示意

艦船在順風環(huán)境中行駛時，根據速度的矢量合成關系，可以知道，在該環(huán)境下，外界風壓對集體防護系統的影響最小。

艦船在逆風行駛時，根據速度的矢量合成關系，可以知道在該環(huán)境下，外界的風壓對集體防護系統的影響最為不利。

如果艦船在逆風范圍內全速航行，可能會造成集體防護系統增壓壓力不足以抵御外界影響，從而導致集體防護系統遭到破壞，因此艦船在通過該區(qū)域時需要限速，限速航行區(qū)用角度α表示，見圖4。α的大小和外界風速、集體防護區(qū)的增壓值有關。外界的風速越大，α越大；集體防護區(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，根據式(1)，艦船允許的最大航速可由式(2)確定。

(2)

式中：p——集體防護區(qū)域壓力值,Pa；

Vs——艦船的允許最大航速,kn。

Vw——外界風速,m/s;

β——風向和航向的夾角。

當風速低于一定的臨界值或集體防護系統壓力高于一定的臨界值時，α=0。也就是說此時在沾染區(qū)內艦船沒有航速和航向的限制。設艦船在風速Vw下完全逆風行駛的全速航行速度為Vmax，則對于風速Vw，其α=0的臨界狀態(tài)，應滿足：

(3)

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

4 結束語

根據以上分析，集體防護系統不僅把艦員從個人防護的生理影響中解脫出來，而且艦船在核生化環(huán)境中的航行自由度大大提高，當集體防護區(qū)的壓力滿足式(3)的要求時，可以無限制地通過沾染區(qū)，艦船航行的自由度大大提高，從而提高艦船的戰(zhàn)斗力。

隨著全世界對核生化防御的日益重視，一些新的技術及裝備不斷應用到核生化防御領域，比如遙測、遙感技術為核生化遠距離探測提供了可能，低能耗廣譜循環(huán)吸附技術能夠提供持久防護等。艦船集體防護系統作為核生化防御系統的重要組成部分，在防護時間及防護空間上也在不斷發(fā)展。

[1] 兵種部防化編研室.化核生化防護大辭典[M].上海:上海辭書出版社,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.