高原高寒環(huán)境對武器裝備的影響研究

高強，龐志兵，魏赫

（1.防空兵學院，鄭州 450052；2.中國人民解放軍71271部隊，山東 青島 266105）

我國西南高原高寒地區(qū)面積廣闊，有著數(shù)千公里的高原高寒邊界線。因其海拔較高，該地區(qū)的自然氣候復雜、地理環(huán)境非常特殊。作為完成對該地區(qū)作戰(zhàn)任務的重要武器裝備，在高原高寒地區(qū)的環(huán)境下將面臨著嚴酷氣候的挑戰(zhàn)。因此，研究和分析高原高寒環(huán)境，對武器裝備的使用、維修、管理和進一步發(fā)展將起到一定的指導作用。

國外如美國、英國、德國和印度等國，十分重視高原高寒環(huán)境模擬試驗技術(shù)研究，建成了可以模擬高原高寒地區(qū)海拔、環(huán)境溫度、大氣壓力、環(huán)境濕度及日照的高原高寒地區(qū)環(huán)境模擬實驗室。

國內(nèi)對武器裝備高原高寒地區(qū)環(huán)境適應性研究起步較晚，自主研發(fā)能力較弱，與國外有著較大的差距，研究技術(shù)力量單薄，整體水平落后。目前我國在環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信息庫建設、耐環(huán)境設計、新工藝新材料的開發(fā)、試驗技術(shù)和評價方法研究、環(huán)境仿真等諸多環(huán)節(jié)上落后于國外發(fā)達國家，而且從事環(huán)境適應性工作的科技人員數(shù)量稀少，人才缺乏[1]。

1 西南高原高寒地區(qū)的環(huán)境特點

西南高原高寒地區(qū)的環(huán)境分為地理環(huán)境和氣候環(huán)境，其特點如下。

1.1 地理環(huán)境特點

西南高原高寒地區(qū)的地勢特點是山勢險峻、層巒疊嶂、雪峰連綿，主峰海拔多在6500m以上，山脊線平均海拔在5500m以上，山谷湖盆地的海拔一般在4000～4500m左右。

1.2 氣候環(huán)境特點

氣候環(huán)境是影響武器裝備性能的主要環(huán)境因素。構(gòu)成西南高原高寒地區(qū)氣候環(huán)境的因素很多，對武器裝備的影響也很復雜[2]。主要呈現(xiàn)出七大特點。

1）大氣壓力低，水的沸點低。大氣壓力隨海拔的升高而不斷降低，海拔越高空氣越稀薄，水的沸點就不斷降低。通常是海拔每升高1000m，大氣壓力就下降9%。在海拔4000m的高度時，水的沸點已經(jīng)降低到90℃以下[2]。

2）氣候寒冷，大氣溫度低。西南高原高寒地區(qū)的氣候異常寒冷，年平均氣溫在-3℃以下，海拔越高大氣溫度就越低。不同的地區(qū)氣溫隨著海拔的升高而降低的量并不一致，有的變化明顯，有的變化不明顯。晝夜溫差大，白天地面在太陽強烈的輻射下溫度很高，而在晚上地面的溫度會迅速降低，這就造成了晝夜的溫差較大。

3）空氣稀薄，含氧量少?？諝庵械暮趿繉㈦S著海拔的升高而降低，海拔每升高100m，空氣中的含氧量就會下降近1%。當高原地區(qū)的海拔為4000m的時候，空氣中的含氧量只有海平面的58.6%?？諝庀”≡斐煽諝饷芏刃?，加劇了空氣增溫和降溫的強度，使每日氣溫變化增加，同時空氣的風壓和浮力也隨之降低。

4）氣候干燥，降水量少。由于西南高原高寒地區(qū)太陽輻射強烈，降水量小，研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)氐挠晁舭l(fā)量是降水量的5倍多，每年的平均相對濕度保持在60%左右，因此，地表異常干燥。

5）日照時間長，紫外線強。由于西南高原高寒地區(qū)植被較少、地勢較高，所以空氣透明度比較高，日照輻射也特別強，年總輻射量比黃土高原、華北平原高得多。每年的5月是太陽輻射、紫外線最強的月份，輻射量可達10 kJ/m2左右，海拔每上升1000m約增幅l0%，3000m以上的地區(qū)增加緩慢。

6）風力大，沙塵多。該地區(qū)每年大風期時間都很長，風速也很大，年平均風速為3m／s，最大達到20～28m／s；風壓隨海拔的升高而降低不是很明顯。風壓很小，海拔每升高100 m，風壓就下降0.9%。由于西南高原高寒地區(qū)的植被和土壤較少，加上風速大的原因，造成了沙土塵埃很大。海拔越高的地方空氣含沙塵量就越高，高海拔地域的空氣含塵密度約是低海拔的5倍以上[3]。

7）等級公路少，轉(zhuǎn)彎半徑小，坡度大。該地區(qū)的地勢、地形復雜，交通困難，其道路的特點是路面窄、路況差、坡度較大、彎道又多又急。同時，道路還非常稀少，只有少量干線、支線公路，絕大部分是低等級的公路。

2 高原高寒環(huán)境對武器裝備的影響

2.1 對車輛性能的影響

低氣壓、低溫、強紫外線照射、風沙以及復雜的地形條件是影響車輛在西南高原高寒地區(qū)性能的主要因素，其主要影響表現(xiàn)在三個方面。

1）材料的性能降低。此地環(huán)境因素使零部件間的磨損變得嚴重，造成離合器容易被燒壞，蓄電池電解液的黏度增大，電阻率增高，最終使蓄電池的工作能力明顯下降。經(jīng)過低溫試驗表明，隨著溫度的降低，橡膠密封件的機械性能呈現(xiàn)下降趨勢，-30℃下丁苯基天然橡膠電纜護套容易折斷、易剝裂。

2）裝備的機動性能大大降低。一方面風與其它環(huán)境因素綜合作用，影響了裝備的性能。如風使沙塵在武器裝備上沉積，加速機械磨損和堵塞；風能加快大氣中污染物的擴散及液體的蒸發(fā)等。另一方面復雜的地形條件造成車輛的交通效率減小，機動性能明顯降低。

3）發(fā)動機啟動阻力增加、啟動時困難等。發(fā)動機功率至少降低30%。高原高寒地區(qū)惡劣的自然環(huán)境對車輛性能產(chǎn)生了顯著的影響，對車輛的可靠性、人-機-環(huán)境等產(chǎn)生了較大的影響，最終導致武器裝備的工作效率明顯降低[4]。

2.2 對電子設備的影響

在高海拔的西南高原高寒地區(qū)，海拔增加，大氣壓力降低、空氣密度減小，造成了電子設備容易出現(xiàn)故障，特別是對雷達設備的影響比較明顯。主要是表現(xiàn)在以下三個方面。

1）在海拔0～5000m的范圍內(nèi)，氣壓值、電暈電壓和外絕緣強度都會隨著海拔的升高而有不同程度的降低。通常情況下，在0～5000m海拔范圍內(nèi)，大氣壓每降低12%(相當于海拔增高1000m)，外絕緣強度和電暈電壓降低8%～13%。

2）高壓絕緣距離會隨著氣壓值的降低而大幅度減小，從而導致雷達發(fā)射機出現(xiàn)放電、打火的現(xiàn)象。

3）空氣散熱能力會隨著海拔的升高而逐漸減弱，熱動作時間就會縮短，直接影響到低壓電器的分斷能力[5]。平均相對濕度隨海拔升高而降低.絕對濕度降低時，電子產(chǎn)品的外絕緣強度降低，干弧放電電壓降低。有研究表明，海拔每增加100m，產(chǎn)品的工頻電暈、干弧、濕弧、沖擊放電電壓一般較標準狀況降低1%。

2.3 對武器裝備機能的影響

西南高原高寒地區(qū)低溫期比較長，并且全年有2/3的時間氣溫在-20℃以下。高寒使人與武器裝備不能有效結(jié)合，主要表現(xiàn)在兩個方面。

1）低溫對兵器操作手的影響，顯著地表現(xiàn)在手腳動作的準確性和靈活性方面。相關(guān)研究表明，當環(huán)境溫度為7℃時，手工作業(yè)的效率僅為最舒適溫度時的80%，當環(huán)境溫度降低到11.4℃時，男性作業(yè)者的事故率為138%，女性作業(yè)者的事故率為132%。

2）武器裝備在高原高寒環(huán)境下故障率明顯增加。20世紀60年代，美國國防部專門對環(huán)境造成的武器裝備損壞進行調(diào)查。結(jié)果顯示，環(huán)境因素占了損壞的50%；而在庫存期中，環(huán)境因素造成武器裝備損壞占整個使用過程中損壞的60%。環(huán)境因素使武器裝備出現(xiàn)了操作系統(tǒng)不夠靈活、儀器指標數(shù)據(jù)不穩(wěn)定或不準確的現(xiàn)象，甚至還會使武器裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能喪失，使武器裝備系統(tǒng)喪失應有的作戰(zhàn)效能，使裝備機能失靈，嚴重影響了武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗效能的發(fā)揮[6]。

2.4 對武器裝備維修、保養(yǎng)工作的影響

西南高原高寒地區(qū)惡劣的氣候環(huán)境對武器裝備的使用可靠性影響比較明顯，故障率也明顯增加。其具體表現(xiàn)在以下兩個方面。

1）影響裝備維修、保養(yǎng)的環(huán)境因素錯綜復雜，這給武器裝備的維修、保養(yǎng)工作帶來很大困難，給部隊維修、保養(yǎng)隊伍帶來新的要求和新的挑戰(zhàn)。在高原高寒地區(qū)嚴重缺氧的條件下，武器裝備工作效率大幅度降低：發(fā)動機耗油量增大30%；載質(zhì)量減少25%；時速降低50%。同時，發(fā)動機工作粗暴，磨損消耗更大，故障率更高，給維修工作帶來很多困難。

2）復雜的氣候環(huán)境因素使武器裝備原有的性能水平降低。如：低溫、空氣含氧量低，使得燃料很容易凍結(jié)并且燃燒時不夠充分，造成了車輛啟動困難，發(fā)動機及路線容易受到破壞；風沙大對武器裝備的零部件造成污染，容易產(chǎn)生故障，而且給保養(yǎng)帶來了較大困難。在無風的情況下，高原高寒環(huán)境含塵密度仍超過12 g/m3，因此高原高寒地區(qū)的大氣粉塵含量一方面使發(fā)動機的阻力增大、功率降低，另一方面加大了武器裝備的保養(yǎng)難度和頻率，縮短了裝備的使用壽命，降低了工作效率，導致裝備的早期磨損并縮短了大修期時間[7]。

2.5 對射程偏差的影響

西南高原高寒地區(qū)的風力、風速大，風壓小，沙塵多，并隨著海拔高度的變化而變化。彈道上風的分布不均勻，因而存在風切變。風切變對運動中的裝備會產(chǎn)生很大的應力的機動性，重者可造成事故，不同的風切變對射程產(chǎn)生不同的影響。風切變分為垂直切變和水平切變。首先建立風切變的風場模型，然后針對建立的模型進行彈道仿真分析，最后為彈道設計提供理論上的分析。結(jié)果表明，風切變對彈道偏差產(chǎn)生影響，并且垂直切變比水平切變對彈道偏差的影響大得多，根據(jù)研究資料顯示：在直線模型中風切變強度為2×10-3～2.5×10-3（m·s-1）/m時，產(chǎn)生的射程偏差為115 m，而風切變強度為2× 10-3～1.2×10-2（m·s-1）/m時，產(chǎn)生的射程偏差為435 m。因此，風切變強度越大，其對射程偏差的影響越大[8]。

2.6 對武器裝備機動能力的影響

制約裝備機動保障能力，使其大大降低的因素包括以下三個方面：一是該地區(qū)的道路非常稀少，只有少量的干線和支線公路，而且絕大部分是低等級及等外級公路；二是該地區(qū)道路的特點是路面窄、路況差，坡度大，在8°～12°之間，彎道又多又急；三是并非所有的作戰(zhàn)地域都有現(xiàn)成的公路，許多地段是礫石路和石階路，并且有的道路只能單車行駛。車輛在以30 km/h以下速度行駛時，車體顛簸嚴重。車輛涉水后，由于氣溫低，在300～500m距離內(nèi)制動基本失效，行駛不安全。由于氧氣不足，車輛在冰雪路面行駛輪胎易打滑，上坡和彎道多，比平原地區(qū)平均油耗增加15%～30%，行駛里程大大縮短[9]。對道路影響最嚴重的季節(jié)是夏天和冬天，夏天的雨水較多，路面過水處也比較多，冬天大雪封山，車輛在很多路段沒有辦法通行。這給車輛的行駛帶來了嚴重的阻礙。在執(zhí)行交通運輸任務時，車輛機動靈活性較差，運行起來比較困難，并且產(chǎn)生了很多損耗，嚴重的時候通行異常困難，因此，在組織指揮車輛時要做到嚴密精細[10]。

3 結(jié)語

西南高原高寒地區(qū)的復雜地理環(huán)境和惡劣的氣候條件對武器裝備的作戰(zhàn)性能影響非常大，應該引起高度的重視。武器裝備在高原高寒地區(qū)的環(huán)境適應性關(guān)系到裝備在戰(zhàn)場環(huán)境條件下的作戰(zhàn)能力和生存能力的發(fā)揮，為了應對未來可能來自西南高原高寒地區(qū)的軍事威脅，提高在西南高原高寒地區(qū)的裝備水平和作戰(zhàn)能力，就必須全面、科學、系統(tǒng)地研究西南高原高寒地區(qū)對武器裝備作戰(zhàn)性能的影響[11—12]，研究表明，高原高寒環(huán)境對武器裝備的性能、電子設備、機能、維修保養(yǎng)、射程偏差、機動能力等方面帶來較大影響。高原高寒環(huán)境因素影響降低了武器裝備環(huán)境適應性能力，降低了其原有的作戰(zhàn)效能。研究分析結(jié)果將為相關(guān)論證、研制、生產(chǎn)、使用部門提供重要的借鑒意義，也為實現(xiàn)信息化條件下能打仗、打勝仗提供了強有力的理論支持。

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