舰船核生化防御措施及规避行为

(中国舰船研究设计中心，武汉 430064)

20世纪以来，核生化武器发展非常迅速，相对常规武器而言，因其具有大规模杀伤性，且具有易施放、难侦测、难检疫、难防护、难治疗等特性而受到普遍关注。

目前各个海军大国均在全力发展舰船核生化防御系统。舰船核生化防御系统不仅是衡量舰船先进性的指标，而且是舰船在未来复杂战争环境中保护自己、赢得先机的必备手段。其任务是对全舰内外核生化沾染物或战剂进行监测与控制，在遭受核生化袭击时，通过对全舰气密周界进行密闭与水幕洗消，并采取集体防护或者个体防护等措施，防止或减缓舰船和舰员受到核生化沾染物或战剂的侵害，保证舰船和舰员在核生化战争中的生命力及战斗力。

集体防护是舰船核生化防御技术的发展趋势。其原理是对防护区周界进行密闭，并通过滤毒装置向集体防护区提供经过滤处理的空气，用于维持集体防护区超压及补充新鲜空气。由于防护区的周界相对外界保持正的压差，避免了外界污染空气侵入防护区内。集体防护区内的人员不需要采取个人防护措施。

1 毒剂云团的扩散

毒剂云团[1]是在施放化学武器后形成的云团状染毒空气，简称毒云。毒云形成后，除了随气流作整体飘移外，还在大气湍流的作用下，向四周扩散、稀释。

影响海上毒云扩散的主要因素是气象条件。风向决定毒云整体飘移的方向；风速影响毒云飘移和扩散的速度。有研究表明[2]，当风速超过6.7 m/s时，由空气传播的污染物会被冲淡而使其产生的威胁大大降低。

毒云扩散界是毒云扩散时向下风方向延伸形成的对无防护人员的最低伤害剂量的边界。图1为几种典型气象条件下的毒云扩散界。

图1 毒云扩散界

由图1可见，风向稳定时，毒云扩散界是以风向为轴向，呈扇形扩散；风向变化时，毒云扩散界呈不规则形状；静风时，毒云扩散界近似圆形。掌握毒云扩散的相关规律，有利于舰船进行有效规避，安全脱离毒云区。

2 舰船的核生化防御措施

舰船的核生化防御体系中，按照所承担的功能可分为侦测技术、洗消技术及防护技术等。侦测技术是对核生化战剂的种类、程度、范围进行探测与监测，为组织防护提供依据；洗消技术是通过在舰船表面形成连续流动的水膜，消除战剂在舰船上的积聚，一定程度上防止或减弱核生化战剂对舰内的侵害，也可以利用移动式洗消器对局部进行洗消；防护技术包括个人防护和集体防护，是核生化防御体系的重要组成部分。

集体防护是目前舰船对核生化进行防御的最有效的主动防御措施。美国海军自1985年以后，对三防日趋重视，要求新建舰船必须装备集体防护系统，对在役舰船限期改造安装。

集体防护系统是以舰船的使命任务为导向，以装备技术水平为基础进行分区分级控制的。其防护范围及能力与军舰的任务、作战要求、装备水平、安装费用有关。

对没有装备集体防护系统的舰船，在遭受核生化威胁时，只能采取隔绝式防护，将舰船通往外界的门、窗、梯口盖、通风口等关闭。由于这些部位的泄露总是不可避免的，所以这种方式只能延缓而不能完全避免核生化战剂的侵入，在舰内仍然需要采取个人防护措施。由佩戴防毒面具引起的呼吸困难、缺氧反应、头部压疼等生理影响，会造成舰员的战斗力下降。

对装备有集体防护系统的舰船，在遭受核生化威胁时，应根据防护区的等级采取相应的防护措施。对集体防护区内的舰员，不需要采取个人防护措施。除非任务需要，舰员应集中在各个集体防护区内。当舰员需要从外界进入集防区时，需要通过专门的三防通道，应严格按照相应的操作规程，经过洗消、吹气、检测后，才能进入集防区。

3 舰船在核生化环境中的规避行为

舰船在核生化环境中航行时，要求集体防护区内的超压大于外界的风压，否则就会造成外界的污染空气通过边界以泄露的方式进入集体防护区内。因此舰船的航速及航向会受到外界风速及集体防护区超压程度的制约，见图2。

图2 风压示意

设风相对于舱壁的法向速度为V，根据伯努利方程，在迎风面上产生的风压p为

(1)

式中：ρ——空气密度；

V——迎风面的法向相对风速,m/s；

p——风压,Pa。

对于运动中的船舶，相对风速V是绝对风速与船舶航速速度的矢量合成。见图3。

图3 船速Vs、风速Vw矢量关系示意

舰船在顺风环境中行驶时，根据速度的矢量合成关系，可以知道，在该环境下，外界风压对集体防护系统的影响最小。

舰船在逆风行驶时，根据速度的矢量合成关系，可以知道在该环境下，外界的风压对集体防护系统的影响最为不利。

如果舰船在逆风范围内全速航行，可能会造成集体防护系统增压压力不足以抵御外界影响，从而导致集体防护系统遭到破坏，因此舰船在通过该区域时需要限速，限速航行区用角度α表示，见图4。α的大小和外界风速、集体防护区的增压值有关。外界的风速越大，α越大；集体防护区的增压值越小，α越大。

图4 航行区域示意

舰船因作战或避让等需要，需要在限速航行区行驶时，根据式(1)，舰船允许的最大航速可由式(2)确定。

(2)

式中：p——集体防护区域压力值,Pa；

Vs——舰船的允许最大航速,kn。

Vw——外界风速,m/s;

β——风向和航向的夹角。

当风速低于一定的临界值或集体防护系统压力高于一定的临界值时，α=0。也就是说此时在沾染区内舰船没有航速和航向的限制。设舰船在风速Vw下完全逆风行驶的全速航行速度为Vmax，则对于风速Vw，其α=0的临界状态，应满足：

(3)

在持续的核生化暴露环境中，为了防止外界沾染进入集体防护系统，要求增压压力需要能够抵御外界的风速为40 km/h[3]。这是核生化袭击的最大可能风速，超过此风速时由于毒云的快速扩散而使其产生的威胁大大降低。相应可以推导出在集体防护区超压压力为500 Pa时，在规定的风速下舰船在沾染区内航向航速不受限制。

4 结束语

根据以上分析，集体防护系统不仅把舰员从个人防护的生理影响中解脱出来，而且舰船在核生化环境中的航行自由度大大提高，当集体防护区的压力满足式(3)的要求时，可以无限制地通过沾染区，舰船航行的自由度大大提高，从而提高舰船的战斗力。

随着全世界对核生化防御的日益重视，一些新的技术及装备不断应用到核生化防御领域，比如遥测、遥感技术为核生化远距离探测提供了可能，低能耗广谱循环吸附技术能够提供持久防护等。舰船集体防护系统作为核生化防御系统的重要组成部分，在防护时间及防护空间上也在不断发展。

[1] 兵种部防化编研室.化核生化防护大辞典[M].上海:上海辞书出版社,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.