世界化生放核防護(hù)裝備技術(shù)的最新進(jìn)展

張增利+王曼琳

近年來，國際化生放核（CBRN）防護(hù)裝備技術(shù)呈現(xiàn)出明顯的創(chuàng)新、融合、綜合、集成的發(fā)展趨勢。不僅體現(xiàn)在對威脅源項(xiàng)防護(hù)的廣譜化，更體現(xiàn)在多種防護(hù)思想的創(chuàng)新、多種防護(hù)原理的融合、多種防護(hù)技術(shù)的綜合和多種防護(hù)功能的集成。它們也許還處于思想創(chuàng)新、原理探索、實(shí)驗(yàn)研究階段，還有待生產(chǎn)制造水平方面的檢驗(yàn)，但毋庸置疑的是，這些新技術(shù)在相當(dāng)大的程度上代表著防護(hù)裝備技術(shù)的發(fā)展趨勢?？梢灶A(yù)見，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步、技術(shù)難題的不斷突破和科技創(chuàng)新的不斷深化，未來CBRN防護(hù)裝備技術(shù)發(fā)展將呈現(xiàn)出全新的面貌。

CBRN防護(hù)新原理

探測化生戰(zhàn)劑與爆炸物的電子鼻

近年來，歐盟發(fā)起通用嗅覺和傳感項(xiàng)目，旨在促進(jìn)人工嗅覺用于探測爆炸物和化學(xué)毒劑。美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所研制出一種由16個微型加熱元件和8種探頭組成的電子化學(xué)探測器。該探測器模擬動物識別氣味的模式識別單元，能探測出數(shù)百種化合物，開創(chuàng)了“電子鼻”探測化學(xué)生物戰(zhàn)劑的新途徑。諾瑪?shù)峡斯狙邪l(fā)的FIDO是部署于伊拉克的首款基于“電子鼻”的手持式便攜檢測設(shè)備，能直接檢測爆炸物散發(fā)出來的氣體。

自組裝原理檢測痕量化學(xué)物質(zhì)

英國倫敦大學(xué)帝國理工學(xué)院的科學(xué)家研制出一種能夠快速檢測痕量化學(xué)物質(zhì)的系統(tǒng)。這種新型裝置能夠通過單層金納米粒子的自組裝原理實(shí)現(xiàn)分子捕獲，可在幾毫秒內(nèi)從10000萬億個水分子中篩選出單一目標(biāo)分子。這一技術(shù)開辟了研制結(jié)構(gòu)緊湊、可重復(fù)使用且方便安裝檢測裝置的道路，具有廣泛的應(yīng)用前景，可以用來檢測非法毒品、爆炸物、河水污染物或者釋放到空氣中的有毒氣體。

基于仿生學(xué)的化學(xué)和生物探測

一是仿蝴蝶鱗片化學(xué)探測器。美國國防高級研究計劃局2010年斥資630萬美元，資助通用電氣全球研究公司下屬單位，研究模仿蝴蝶翅鱗的納米結(jié)構(gòu)物用于化學(xué)探測。該探測器每個約1×1厘米大小，可以貼在衣服上、建筑物上，或像五彩紙屑似的四處拋撒。

二是蝙蝠式生物探測器。美國科學(xué)家研制出一種按照蝙蝠設(shè)計的撲翼式生物戰(zhàn)劑探測飛行器。這種以太陽能為動力的自導(dǎo)航式“微型航空器”大小約等同于一只蝙蝠，飛行方式也借用了蝙蝠的解剖原理。目前這種微型飛行器雖然仍處于樣機(jī)研究階段，但預(yù)期其軍事用途是探測生物戰(zhàn)劑及其他偵察。

有望取代吸附過濾防護(hù)的新原理

第一次世界大戰(zhàn)至今，吸附過濾一直是核生化防護(hù)的主要原理，但是伴隨技術(shù)進(jìn)步，取代吸附過濾原理的防護(hù)新原理不斷出現(xiàn)，主要包括膜分離、基于離子噴射和電動力的空氣凈化系統(tǒng)。其中基于離子噴射和電動力的空氣凈化系統(tǒng)作用于通風(fēng)管道中的氣流，可將超細(xì)粒子分離出來，整個凈化過程無需過濾介質(zhì)的參與。所匯集的粒子利用（強(qiáng)液流）沖洗方法去除殘余物中危害環(huán)境或人體的成分，以中和的方式消毒。

取代傳統(tǒng)水基洗消的新原理

水基洗消長期以來在洗消領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，非水洗消則發(fā)展較慢。進(jìn)入21世紀(jì)以來，非水洗消方式獲得較快發(fā)展，典型的非水洗消原理包括：光催化消毒、乳液和泡沫洗消、氣態(tài)洗消、酶法洗消和等離子洗消等。其中，酶法洗消是利用各種酶將毒劑轉(zhuǎn)化為無毒產(chǎn)物，可徹底消除二次染毒的危險；等離子洗消目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種物體表面消毒。

CBRN防護(hù)新技術(shù)

集成化技術(shù)

由于CBRN防護(hù)對象的多樣化與防護(hù)要求的多元化，單一技術(shù)、單一功能模塊越來越難以滿足防護(hù)的新要求，基于系統(tǒng)工程思想的技術(shù)綜合集成與功能的模塊化組合成為重要發(fā)展趨勢。

一是多功能手持分析儀（GDA2）。該分析儀首次將4種不同類型傳感器技術(shù)集于一身，用于檢測神經(jīng)性、糜爛性、全身中毒性和窒息性化學(xué)毒劑以及有毒工業(yè)化學(xué)品，被稱為目前世界上最先進(jìn)的化學(xué)探測器。

二是六合一無線便攜式氣體檢測儀MultiRAE Pro。它由美國華瑞公司開發(fā)，融合了該公司的光離子化、射線檢測和無線技術(shù)三大專利技術(shù)，堪稱全球工業(yè)界首款可以同時檢測射線和有毒氣體的無線便攜式檢測儀。

三是無線氣體檢測系統(tǒng)。SafeSite是美國梅思安公司為國土安全部門開發(fā)的一種無線氣體檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)將多種化學(xué)傳感器和無線通信技術(shù)集成一體，可以探測化學(xué)毒劑、揮發(fā)性有機(jī)物、工業(yè)有害氣體。

四是模塊化防護(hù)技術(shù)。目前美軍正在研發(fā)由防護(hù)服、面具、頭盔、長筒皮靴、手套等模塊化裝備系統(tǒng)組成的單兵核化生防護(hù)裝備，預(yù)計將于2030年完成。目前正在設(shè)計將防護(hù)面具和頭盔一體化。

網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

“9·11”事件使美國清楚地認(rèn)識到，沒有任何一個單層防護(hù)能夠確保100%的成功，必須采取體系化“環(huán)形”防御戰(zhàn)略。如果一個防御子層沒有探測到威脅，還可以依靠另一防御子層來成功探測或阻斷威脅。通過網(wǎng)絡(luò)將分散的防護(hù)單元組合成區(qū)域的防護(hù)系統(tǒng)，正是這種思想的重要應(yīng)用。典型裝備技術(shù)有便攜式CBRN事件監(jiān)測與評估系統(tǒng)、輻射探測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡(luò)的新型遙控傳感器及危害管理C4I系統(tǒng)。其中，便攜式CBRN事件監(jiān)測與評估系統(tǒng)的代表是諾斯羅普·格魯曼公司推出的CBRN環(huán)境綜合戰(zhàn)術(shù)評估（I-TRACE）系統(tǒng)。I-TRACE可提高決策支持能力，改善態(tài)勢感知和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)構(gòu)之間的信息共享。I-TRACE能夠與第三方的氣象傳感器、視覺傳感器和CBRN傳感器通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一體，為本地和遠(yuǎn)距離指揮官及其他遠(yuǎn)距離興趣方提供對CBRN事件的態(tài)勢感知。輻射探測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是美國愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室推出的產(chǎn)品，主要用于核武器和核物質(zhì)的監(jiān)管，防止盜竊和破壞行為。它可獨(dú)立使用或構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)使用，可同時探測中子和伽瑪輻射，并將探測到的輻射水平與預(yù)設(shè)的報警值相比較，在達(dá)到閾值時發(fā)出區(qū)域或遠(yuǎn)程警報。

智能化技術(shù)

人工智能化技術(shù)在CBRN防護(hù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，極大提高了響應(yīng)效率。

一是“智能灰塵”傳感器。該傳感器能夠像灰塵一樣融入戰(zhàn)場背景中，它采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅可以感覺到運(yùn)動的或靜止的金屬，而且可以感覺到聲音、光線、溫度、化學(xué)物品以及動植物的生理特征。endprint

二是芯片式神經(jīng)性毒劑探測器。芯片式神經(jīng)性毒劑探測器是一種通過執(zhí)行多級步驟檢測血滴中神經(jīng)性毒劑的裝置，它能夠識別沙林的微量射流。該探測器由新加坡芯片實(shí)驗(yàn)室研制，可以探測血滴中的痕量沙林和相關(guān)的神經(jīng)性毒劑。

三是基于功能化金納米顆粒的智能傳感器?；诩{米材料的新興傳感器，尤其是那些用功能化金納米粒子（GNP）作傳感元件的，可能為危險毒劑檢測提供很多所需功能。以GNP等納米材料為基礎(chǔ)發(fā)展的新興傳感技術(shù)，具有檢測危險毒劑所需的靈敏度高、選擇性好、速度快和易便攜等特點(diǎn)。

無人化技術(shù)

苛刻的CBRN環(huán)境使無人化技術(shù)大顯身手，無人CBRN偵察、洗消與污染物處置系統(tǒng)發(fā)展迅速。典型裝備技術(shù)有無人機(jī)核污染探測系統(tǒng)、CBRN無人地面車輛的聯(lián)合污染表面探測器、無人機(jī)核監(jiān)測系統(tǒng)及探測大規(guī)模殺傷性武器的遙控機(jī)器人。其中，無人機(jī)核污染探測系統(tǒng)由印度國防研究與發(fā)展組織研制。該組織推出一系列地面天線設(shè)備和無人機(jī)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在各種地理?xiàng)l件下對污染區(qū)實(shí)施探測和測繪，避免人員遭到任何照射。目前，正在研制能夠嵌入到“曙光”無人機(jī)和“魯斯圖姆”無人機(jī)上、并對輻射活動實(shí)施監(jiān)測的傳感器。美國CBRN無人地面?zhèn)刹煜冗M(jìn)概念技術(shù)演示評估了一種非接觸式表面探測器—聯(lián)合污染表面探測器，這種探測器被集成到聯(lián)合軍種輕型核化生偵察系統(tǒng)上，即CBRN無人地面車輛聯(lián)合污染表面探測器。

非接觸化技術(shù)

非接觸CBRN探測技術(shù)是提高響應(yīng)準(zhǔn)備時間、增加CBRN環(huán)境生存能力的重要技術(shù)支撐。典型裝備技術(shù)為多角度光散射技術(shù)、石英激光聲光探測器、拉曼光譜檢測器遙測化生戰(zhàn)劑和爆炸物，以及快速探測化生放核爆物質(zhì)的激光技術(shù)。其中，BioSentry Plus是吉瑪公司推出的一款實(shí)時監(jiān)測裝置，該裝置采用靈敏的多角度光散射激光布局，可以7天24小時連續(xù)監(jiān)測細(xì)菌含量和標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)參數(shù)；石英激光聲光探測器為美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室與賴斯大學(xué)合作研制。這種新型化學(xué)毒劑探測設(shè)備使用激光和音叉技術(shù)，可滿足甚至超過當(dāng)前美國國土安全防御對化學(xué)偵察能力的需求。目前該技術(shù)成熟水平已達(dá)4級。

納米化技術(shù)

納米技術(shù)在CBRN防護(hù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，給CBRN防護(hù)原理、防護(hù)裝備發(fā)展帶來了重大變革。

一是磁性納米珠傳感器。美國俄勒岡大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種利用磁性“納米珠”檢測化學(xué)和生物劑的傳感器新技術(shù)。在這項(xiàng)技術(shù)中，科學(xué)家開發(fā)利用了磁性氧化鐵納米粒子檢測化學(xué)品的靈敏性和選擇性。這些磁性氧化鐵納米粒子可納入一個系統(tǒng)的集成電路（芯片），即時顯示結(jié)果。

二是變色納米傳感器?；诒砻娴入x子吸收的變色納米傳感器的工作原理是，當(dāng)顆粒聚集時，納米顆粒溶液變換顏色，尤其是有害物質(zhì)含量很少時，溶液依舊能變換顏色。此技術(shù)可以形成易用、便攜的野戰(zhàn)裝備，能夠準(zhǔn)確和迅速地識別毒素、病毒和病菌。其原理和方法的應(yīng)用已得到研究證實(shí)。

CBRN防護(hù)新材料

能夠從γ射線中有效識別中子的塑料材料

一直以來，人們認(rèn)為有機(jī)晶體和液體閃爍體能夠探測中子，而塑料不適合用于中子探測。美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的科學(xué)家們研制了一種能夠從γ射線中有效識別中子的塑料材料。這項(xiàng)新技術(shù)有助于探測簡易核裝置中的钚、鈾等核物質(zhì)，也可在重大工程中幫助探測中子。與目前使用的其他中子探測器相比，塑料成本低廉，易于大面積鋪設(shè)使用，可幫助港口、體育場和其他大型設(shè)施加強(qiáng)核防護(hù)。

活性炭纖維

當(dāng)前大多數(shù)防護(hù)服是在無紡布中加入粒狀或珠狀的活性炭，不過近年來歐洲已開始使用纖維狀活性炭制成的防護(hù)服。由于纖維狀活性炭的吸附點(diǎn)突出在纖維表面，具有吸附速度快等特點(diǎn)，因此有利于減輕防護(hù)服的重量。2010年國際化生戰(zhàn)劑防護(hù)研討會暨裝備展上，美國卡爾岡公司歐洲分公司凱姆瓦倫公司展出了Zorflex活性炭纖維材料。倫普洛依公司的Swift Responder 3防護(hù)服采用Gore Chempak、活性炭纖維和Nomex材料開發(fā)而成，被英國內(nèi)政部采購，以滿足2012年倫敦奧運(yùn)會CBRN安保需要。

金屬有機(jī)骨架吸附/反應(yīng)型凈化材料

金屬有機(jī)骨架（MOF）是一種介于有機(jī)和無機(jī)之間的一系列多孔材料的總稱，通常以鋯、鈷、鋅和銅等類金屬鹽結(jié)構(gòu)作為剛性骨架，孔隙結(jié)構(gòu)（幾埃到幾百埃）和表面化學(xué)性質(zhì)（酸性、堿性或酸性堿性共存）可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行控制。金屬有機(jī)骨架是當(dāng)前新材料中最為著名的一類，其表現(xiàn)出的吸附性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過活性炭。金屬有機(jī)骨架材料可以作為濾毒罐、過濾吸收器裝填材料和洗消材料，可用于消滅某些特殊化合物，包括目前難以防護(hù)的高揮發(fā)性有毒工業(yè)物質(zhì)。作為防消一體化材料，目前金屬有機(jī)骨架材料受到高度重視。

智能防護(hù)材料

美國化生防御計劃提出研制智能材料，作為防護(hù)裝備鏈接到信息化戰(zhàn)場的重要載體。其目標(biāo)是研制能指示染毒區(qū)域的自指示材料與涂料，以及報告耗材剩余服役時間或探測毒劑是否存在的剩余壽命指示器。智能材料被作為傳感器和驅(qū)動器使用，并與指控網(wǎng)絡(luò)集成一體，以增強(qiáng)戰(zhàn)場意識，使部隊自動對威脅做出反應(yīng)。其中，智能織物是指通過在紡織基質(zhì)材料中融入傳感器、處理器等裝置，將傳統(tǒng)被動式織物轉(zhuǎn)化為交互性織物或智能織物，并與通信基礎(chǔ)設(shè)施和后端數(shù)據(jù)管理與決策支持模塊共同構(gòu)成基于織物的交互式信息處理系統(tǒng)。

選擇性透過膜

美國戈爾公司研制了選擇性透過織物。它是一種防水透濕聚四氟乙烯膜，具有優(yōu)異的防水、阻燃、拒油和潤滑劑的特點(diǎn)，能夠有效防護(hù)傳統(tǒng)的化學(xué)毒劑、生物氣溶膠、有毒工業(yè)化學(xué)品和放射性落下灰。與此同時，這種防護(hù)膜允許衣服內(nèi)的水蒸氣透過并向體外排出。

納米材料

納米材料是近10年來CBRN防護(hù)領(lǐng)域研究應(yīng)用最廣泛的材料，一大批新的功能納米材料不斷出現(xiàn)。典型的納米材料有：可識別并解除爆炸物的納米材料、反射型新型碳納米管纖維、表面涂酶電紡納米纖維、納米多涂層織物及活性自洗消納米復(fù)合織物等。其中，可識別并解除爆炸物的納米材料是美國科學(xué)家研發(fā)的一種由納米金屬氧化物制成的新型材料。這種類似于“墨水”的材料接觸到爆炸物時，顏色可由深藍(lán)色變?yōu)闇\黃色或無色，并可解除爆炸物威脅。反射型新型碳納米管纖維是美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)正在開發(fā)的一種可防御化生戰(zhàn)劑的新材料。如果直接用化學(xué)毒劑攻擊該纖維織成的布料，就會引發(fā)反應(yīng)使纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榉雷o(hù)狀態(tài)，即關(guān)閉碳納米管微孔或讓被污染的表面層脫落。

啟示思考

通過CBRN防護(hù)領(lǐng)域新原理、新技術(shù)、新材料的發(fā)展研究，可以看出以下幾個鮮明特點(diǎn)：

一是防護(hù)新原理、新技術(shù)、新材料發(fā)展存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)，彼此構(gòu)成了一個以防護(hù)原理創(chuàng)新為引領(lǐng)，新技術(shù)、新材料相互聯(lián)系、相互促進(jìn)的關(guān)系。

二是監(jiān)測區(qū)域的擴(kuò)大化和監(jiān)測空間的多維化與探測裝備的微型化（納米化）構(gòu)成CBRN防護(hù)技術(shù)向宏觀與微觀“兩極”發(fā)展的突出特點(diǎn)。

三是集成化、網(wǎng)絡(luò)化、無人化、智能化、納米化及非接觸化構(gòu)成了防護(hù)技術(shù)發(fā)展的6個典型技術(shù)群。

四是納米材料將逐步成為構(gòu)建未來防護(hù)技術(shù)體系最重要的基礎(chǔ)材料。endprint