水面平台核生化防护系统的构建与实现

王 英，廉成强，齐岩磊

(1.海军装备部装备项目管理中心，北京 100071；2.中国船舶集团有限公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027)

0 引 言

核武器、生物武器、化学武器（即核生化武器，NBC）是20 世纪出现的大规模杀伤性武器，它们的使用使得战争的突然性和破坏力空前增大。面对可能出现的大规模杀伤性武器的威胁，要有效保障人员的安全、保存水面平台的有生力量、保证水面平台的性能，必须构建起完善的核生化综合防护能力。

核生化防护系统是水面平台在核生化环境中保证性能的重要基础，其任务是对核生化袭击进行监测、防护和洗消。当水面平台遭受核生化袭击时，通过实时监测核生化报警，快速采取集体防护结合个体防护措施，来保障人员生命安全；通过采取水幕洗消措施，消除水面平台核生化沾染，保障水面平台在核生化战争下战斗力。

现代水面平台功能强大，可以执行多重特殊任务，起着至关重要的作用。当水面平台被核生化武器袭击或遭遇核生化污染时，由于人员密集、活动范围小，核生化威胁极大。深入开展水面平台核生化防护系统的构建与实现，保障水面平台在遭受到核生化威胁时仍然有效完成任务，十分必要。基于现有核生化防护设备和技术，构建水面平台核生化防护系统，集成优化设计基于核生化监控单元、现场数据采集监控单元、各类核生化传感器和防护设备的3 层网络模型，具有较高的实用性、先进性和可靠性[1-2]。

1 核生化防护系统的构建

根据核生化防护系统目标图像，水面平台应具备核生化监测、防护、洗消能力，抵御核生化袭击。当水面平台遭受核生化袭击后，核生化传感器首先探测到核生化信息，现场数据采集单元采集核生化信息，

并对数据进行解析、处理、上传给核生化监控单元，核生化监控单元发出核生化报警，同时对实时核生化数据进行估算，生成核生化防护行动辅助决策建议，并将核生化报警信息上传综合平台管理系统，根据决策人员下达的核生化防护行动命令，遥控关闭平时通风设备、开启集体防护系统、开启三防水幕，对抗核生化袭击。当水面平台驶离沾染区后，遥控水幕系统、洗消配量装置开启三防洗消业务，消除核生化沾染[3]，核生化防护控制流程如图1 所示。

图1 核生化防护控制流程Fig.1 NBC protection control process

为保障核生化防护系统的有效实施，同时为满足核生化防护系统的信息化发展，需要构建由核生化监控、防护和水幕洗消子系统组成的“侦、防、消、管、控”一体化的核生化防护系统架构，系统组成架构如图2 所示。

图2 核生化防护系统组成架构框图Fig.2 The structure of NBC protection system

1.1 核生化监控子系统

当水面平台遭受到核化袭击或驶入沾染区时，核生化战剂所形成的辐射场、放射性气溶胶及毒剂蒸汽极易对人员造成大范围伤害，核生化监控子系统可对该型船周界及集防区内部进行辐射监测、放射性气溶胶监测、生物气溶胶监测和化学毒剂污染监测，并依据监测结果给出防护辅助决策建议，开展针对性的规避、防护及洗消，可将核生化袭击造成的伤害降到最低，最大程度保证人员的生命安全[4-5]。

根据任务需要，核生化监控子系统配置固定式核生化监控设备和便携式核化检测设备。固定式核生化监控设备主要由核生化监控单元、监控采集单元和固定式传感器组成，核生化监控子系统功能框图如图3 所示。

图3 核生化监控子系统功能框图Fig.3 NBC monitoring subsystem function

1.2 核生化防护子系统

核生化防护子系统由集体防护系统和个人防护设备组成。集体防护系统包括周界密闭设备、超压控制设备、滤毒通风设备和洗消通道设备等；个体防护设备包括防毒服、防毒面具等[6]。

集体防护系统将滤毒通风设备和集防区空调通风设备相结合，三防工况下，关闭平时工况新风进风气动蝶阀和风机，开启三防工况新风进风气动蝶阀和滤毒通风设备，将滤后新风送至集防区空调系统，由其增压后送至集防区[7]。为保证集防区供氧量充足及超压动态平衡，控制滤毒通风设备风量稳定，通过控制流量调节泄放阀、压差调节泄放阀、超压泄放控制阀来动态调节集防区的超压稳定。集体防护系统控制流程如图4 所示。

图4 集体防护系统控制流程Fig.4 Collective protection system control process

平时工况下，开启平时新风进风气动蝶阀和集防区空调系统，关闭三防工况新风进风气动蝶阀和滤毒通风设备，新风从平时新风进风气动蝶阀进入集防区空调系统，为平时工况下集防区提供新风。

三防工况下，关闭非集防区新风进风气动蝶阀和非集防区空调系统。

1.3 水幕洗消子系统

当水面平台遭受到核化袭击或驶入沾染区时，首先需要开启水幕系统，预湿并屏蔽整个船体，减少核生化沾染附着在船体上。当舰船驶离沾染区后，开启水幕系统和洗消配量装置，对全船进行全面洗消，消除核生化沾染[8]。

根据要求，水幕洗消子系统由水幕系统设备、洗消配量装置和移动式洗消设备组成。

洗消配量装置实现将液体消除剂和水幕海水按比例混合成规定浓度的消除液，并通过舰面的水幕喷头喷洒，形成一层流动的消除液水膜进行全舰洗消。装置主要包括溶液储存站、洗消站（或计量站）、分段水幕喷淋系统、加热蒸汽管路、高压空气管路、排污管路、排污收集槽、辅助管路、消防水管路接口、洗消药剂和洗消药剂贮存柜等组成。

2 核生化防护系统设计与实现

2.1 核生化防护系统设计

针对核生化监测子系统、防护子系统和水幕洗消子系统设备繁多，布置分散，采用分层管理、集中监控可提高系统的实时性和可靠性。核生化防护系统设计从顶层设计出发，将信息采集、处理和传输作为系统优化设计的重点，按系统设备的不同功能，将设备分为三层架构：信息层、控制层和设备层。设备层是位于底层的现场设备，如核生化传感器、集体防护设备、水幕洗消计量站、各种分布式IO 设备等；控制层主要为现场数据监控采集单元，如核生化监控采集箱等；信息层则是一些操作和管理设备，如核生化监控台等。

2.1.1 信息层

信息层是整个防护系统网络的最高层。该层通过核生化监控单元，运行核生化防护软件，用于提供人机交互界面，记录重要的历史数据，提供查询等功能，并完成与综合平台管理系统、损管监控台、状态监控台和辅助设备监控装置网络通信。

2.1.2 控制层

控制层是整个监控网络的中间层。整个网络的数据采集和控制功能基本上都是在这一层实现的。起到承上启下的桥梁作用，是核生化防护系统的核心。控制层设计不同类型数据接口，包括模拟量输入输出、数字量输入输出、RS485、Modbus、Profibus-DP 等多类型接口，与下层现场设备进行信息交互，对船上各种核生化设备进行监控，同时通过全船以太网将信息上传给核生化监控单元。

2.1.3 设备层

设备层是整个监控网络的最底层。这一层主要由若干个γ 辐射空气探头、放射性海水探头、放射性气溶胶探头、毒剂监测报警探头、生物气溶胶报警器、门/口盖开关、水幕压力开关、集体防护设备和水幕洗消设备等组成，以单机的形式分布于工作现场，每个设备通过现场总线或模拟量或数字量与控制层连接，完成对设备的数据采集和控制。

2.2 核生化防护系统实现

水面平台核生化防护系统可以借鉴现有水面平台成熟的核生化防护设备，将不同平台先进可靠的核生化监控单元、现场数据采集单元、核生化传感器、集防防护设备、水幕洗消设备按照功能要求进行配置，对接口进行优化，对监控软件进行适应性改进，可以实现满足水面平台核生化防护要求的核生化防护系统[7]。

3 结 语

通过对核生化防护系统的控制流程、系统组成、网络架构进行剖析，提出了构建水面平台核生化防护系统“侦、防、消、管、控”一体化设计理念，可以优化防化人员部署，提高设备的信息化水平。该设计可以提高核生化防护系统的可靠性，为后续该系统推广奠定了技术基础。