导弹装备自然环境试验现状及建议

刘艳，陈江攀，刘艺，孙立敏，张为雯，王冬

(北京电子工程总体研究所，北京 100854)

0 引言

环境适应性是装备的重要质量特性，环境适应性的优劣将直接影响到装备作战效能的发挥。导弹装备在全寿命周期中既要面临短时高量级的发射飞行环境，又要面临贮存或使用过程中长期自然环境的影响。长期自然环境带来的影响很难通过实验室试验进行充分考核，因此需要利用典型气候区域的自然环境试验确定各种环境因素对产品的综合影响，通过分析自然环境试验数据，对装备的环境适应性做出准确评价[1-2]。

1 导弹装备特点

导弹装备的组成复杂，涵盖电子、机械、火工等各类产品，涉及多种金属、非金属材料。从寿命及环境剖面的特点来分，又分为导弹系统、地(舰)面装备两大部分。

1.1 地面(舰)面装备特点

地(舰)面装备主要包括各类地面车辆、地(舰)面设备、发射架、贮运发射筒等，设备量大，涉及产品、材料类型多。地(舰)面装备需要长期在露天环境下值班、作战。同一型号的地面装备在内陆、沿海等各典型气候区域均有可能使用，因此使用区域范围广，需适应各种典型区域自然环境。舰上装备在舰上舱内或舱外使用，需适应复杂且严酷的海洋环境。因此，在开展自然环境适应性设计时，需要考虑各种环境因素的影响。

由于地(舰)面装备可进行日常维护，因此开展自然环境试验，一方面可对装备的自然环境适应性能力进行验证，另一方面也可通过自然环境试验对装备的维护周期、维护措施的合理及有效性进行评价。

1.2 导弹系统特点

对导弹系统来说，不同类别导弹环境适应性要求不同。比如，地(舰)空导弹发射前均处于贮运发射筒内，导弹所处环境较好，但贮存发射筒值班时需承受各种外部自然环境，需保持良好的环境适应性从而确保为筒内导弹提供良好的环境。机载平台导弹在挂机时为裸弹状态，直接暴露在自然大气环境下，环境恶劣，大气腐蚀与挂机力学环境的耦合作用又会加速结构的疲劳失效，同一型号的导弹也可能在不同地区部署，因此需要适应不同地区的气候环境。

此外，各种导弹均存有长期贮存的要求，要求导弹在经历长期贮存后随时可用，且具有较高可靠性。因此长期贮存环境对导弹系统各方面产生的缓变效应也不容忽视。

与地(舰)面装备相比，由于导弹为一次性使用的不可修产品，处于发射筒(箱)内的导弹或导弹舱内部的设备在服役阶段不可维护，因此需要确保全寿命周期内导弹应具有良好的自然环境适应能力。导弹系统的主要自然环境适应性薄弱环节见表1，型号在开展自然环境试验时需重点对相关的产品进行验证[3-5]。

表1 导弹系统自然环境适应性薄弱环节Table 1 Weak links of missile system adaptability to natural environment

2 导弹装备自然环境试验实施情况

在导弹装备研制阶段会开展大量的实验室环境试验。实验室单环境应力下通常用规定的极限量级进行考核，这种试验对于发射飞行阶段极限环境考核较为充分，但往往不能体现各种自然环境对装备的长期综合影响，无法有效验证装备长期环境适应能力，导致装备长期自然环境适应性在定型阶段无法确定，交付部队后在使用过程中曾暴露出各种问题。如，胶粘剂分离、脱粘；金属件腐蚀、开裂；不同金属搭接产生电化学腐蚀；非金属材料老化、粉化等。这些问题导致装备定型后的设计更改，也影响了装备的正常服役。

导弹装备服役后暴露出的环境适应性问题引起了工业部门的重视，自然环境试验逐步在型号中得到推广并取得长足发展。导弹装备研制部门通过总结对多年来型号自然环境试验经验，形成了相关标准，自然环境试验趋于规范。

2.1 早期型号自然环境试验实施情况

最早在20世纪80年代，我国某地空导弹装备就开展了初步的自然环境试验。随后为了考核某舰空导弹装备对海洋环境的适应能力，先后3次选择典型试件(包括材料、元器件、零部件等)在某单位环境试验站开展了自然环境试验。并根据使用部位，分别在户外曝露场、棚下和库房内3种环境下进行试件投放。通过分析产品的使用情况、自然环境试验的情况，总结了主要存在的各类腐蚀问题，开展防腐技术攻关后形成型号工艺要求，包括材料选用、三防技术措施、设计准则等。该工作为产品的设计改进起到了积极的作用，对提高产品耐海环境的能力有积极意义。

2.2 导弹装备自然环境试验发展情况

目前导弹装备研制单位以GJB 8893-2017《军用装备自然环境试验方法》系列标准作为指导自然环境试验实施的顶层标准。同时，通过总结各型号自然环境试验的经验，针对导弹特点形成了自然环境试验相关的系列企标。内容涉及自然环境适应性试验方法、自然贮存试验规范及产品三防设计要求等。以上标准、规范指导了型号自然环境适应性设计及各项试验的规范开展。

2.2.1 试验分类明确

与早期型号相比，新研型号自然环境试验项目根据产品类型及具体需求的不同存在不同分类。

从试验目的来说，试验的类型分为自然环境适应性试验和自然贮存试验两大类。自然环境适应性试验重点考核产品对寿命期内可能长期经受的自然环境的适应能力。自然贮存试验针对导弹及弹上设备等具有长期贮存特点的产品实施，为产品长期贮存可靠性分析和寿命评定等服务。

从试验地点来说，由于导弹部署范围广，因此通常会选取海洋、寒冷内陆、干热沙漠等典型气候区域开展试验。同时，根据产品在装备的使用部位，会选取暴露场、棚下、库房等不同位置来模拟实际使用状态实施试验。导弹装备自然环境试验分类及不同产品试验实施情况见图1。

图1 导弹装备自然环境试验分类及不同产品试验实施情况Fig.1 Classification of natural environment tests of missile equipment and test implementation of different products

2.2.2 分阶段、分层次开展试验

由于自然环境试验周期较长，需要各型号在研制之初就对整个研制过程各阶段的自然环境试验项目进行系统策划，不同阶段试验有不同侧重点。

在型号研制早期，主要选取新材料、新器(组)件开展试验，为暴露自然环境适应性薄弱环节采取改进措施提供依据，为分析材料、器件退化规律提供数据支撑。

在型号技术状态基本确定后，一般开展整机级、系统级产品试验。一方面，对之前暴露的问题的设计改进措施进行验证；另一方面，对装备整体环境适应性或导弹贮存可靠性的实现情况进行综合评价。

2.2.3 试验评价逐步量化

评价内容从定性到定量。针对材料类试件，早期试验多是对试件的外观变化情况进行定性评价。目前，随着自然环境试验的不断深入，会进一步根据材料具体使用部位、功能对材料试件提出定量评价要求。比如针对金属材料，要求对拉伸强度等力学性能进行测试；针对橡胶密封件类材料，要求对拉伸率、压缩率等指标进行测试。对于组件、设备整机和系统级产品，则要求定期对各项性能指标开展测试。

2.2.4 试验方式不断拓展

试验方式从实际自然环境试验发展到加速试验与自然环境试验相结合。由于自然环境试验存在周期长的局限性，仅采用实际自然环境试验已不能满足当前型号快速发展的要求。为了快速发现环境适应性薄弱环节，各类加速试验越来越多地应用于型号中。如试验装置与自然环境相结合的跟踪太阳暴露试验、黑箱暴露试验、周期喷淋户外暴露试验等，已在型号材料、涂层环境适应性验证上得到应用。此外，根据自然环境影响及作用机理，在实验室利用各种试验装置开展的自然环境加速模拟试验、加速贮存试验等也逐步在型号上得到应用[6-9]。

另一方面，虽然加速试验技术不断发展，但自然环境试验依然不可或缺。通过自然环境试验与加速试验相结合的方式，可对加速试验的试验机理一致性进行检验，并对加速模型进行修正，实现对薄弱环节的快速、准确查找与评价。

2.2.5 试验组织趋于规范

早期研制部门在开展自然环境试验时，试验一般由各型号单独实施。试验结果服务于各自型号，导致数据较为分散。加上未使用信息化手段对试验数据进行统一管理，试验数据共享性差，同时可能存在重复试验的情况。

目前各型号自然环境试验的实施采取由专业部门统一组织，同时逐步建立起数据库，明确数据收集要求，对各型号试件选取、测试、数据收集等要求进行统一，试验实施趋于规范。

3 对导弹装备自然环境试验工作的建议

虽然自然环境试验技术在导弹装备中已得到了一定发展，但是根据多年自然环境试验工作的实践来看，导弹装备的自然环境试验工作仍不能满足导弹装备环境区域不断扩展以及装备研制周期不断缩短的要求，需要重点在试验规划、数据积累与应用、自然环境适应性评价等方面进一步完善。

3.1 开展系统规划，有效支撑自然环境适应性评价

导弹装备组成复杂，自然环境试验具有周期长、涉及专业广、单位多的特点，对产品自然环境适应性的分析评价需从宏观到微观，不同类型产品检测项目、检测方式差异大。

基于以上特点，需要对自然环境试验工作进行系统规划，确保试验全面开展，同时使试验数据得到有效利用、设计措施能够充分落实[10-11]。具体需要关注以下几点：

(1)在型号研制早期，应综合以往型号数据，开展系统分析，明确自然环境适应性薄弱环节是否有相似型号数据支撑，对于没有相似型号数据，或者有相似型号数据但不能覆盖新型号环境的应开展试验需求分析。

(2)系统梳理导弹及弹上设备面临的新环境，采用的新材料、新工艺等，并根据具体产品自身特性及所处环境特点提出试验需求，包括试验地点、试验类型、检测项目、检测周期等。

(3)根据产品外观、性能检测项目要求确定不同试件的具体形式、数量，并制定自然环境试验数据收集表格。

(4)针对影响导弹性能的关键薄弱环节，需考虑将加速试验作为自然环境试验的补充，以尽快获取支撑数据，因此还需要对相应加速试验的项目、实施方案进行规划。

3.2 加强数据库建设与数据挖掘，充分利用已有数据

随着越来越多的型号开展自然环境试验，数据量越来越大。此外，越来越多的型号服役，也产生了大量的实际使用维护数据，其中也可提取出导弹的自然环境适应性信息。这些数据对新研型号的自然环境适应性评价起到重要作用。

大量的数据若散落在各单位、各型号设计师手中，只能服务于有限产品和型号，无法有效实现数据在新型号中应用。因此，首先需要统筹规划数据库建设，实现数据的规范收集和管理。梳理型号在研制过程、交付部队使用过程可能产生的所有环境信息，对所有数据信息特征开展分析提取，对各类数据的数据类型、数据特征等进行汇总。同时根据数据分类开展数据收集机制研究，提出不同类型数据收集的要求，形成数据收集指南。

另一方面，在利用数据库对现有数据进行充分收集整理的基础上，还需进一步开展数据挖掘技术研究。利用已有各类数据寻找数据规律，总结各类数据规律的提取方法，研究已有数据信息在型号研制过程的应用方法。结合人工智能等前沿技术，形成专家知识库系统，为新研型号自然环境适应性设计、长期自然环境适应能力的预评价等提供支撑。

3.3 研究综合评价方法，实现研制阶段的快速准确评价

随着导弹寿命要求的不断提高，自然环境试验周期也相应加长。仅采用常规自然环境试验，难以快速获取试验结果，无法在研制阶段有效暴露产品薄弱环节、得到评价结论，不能满足当前型号高速发展需求。目前各种自然环境加速试验技术得以发展，通过加速模拟的方式，可尽快地获取试验结果，达到快速暴露产品薄弱环节/缺陷、快速筛选工艺的目的。另一方面，自然环境加速试验虽具有试验周期短、重现性好的优点，但可能存在与实际失效模式和规律不完全一致，不能反映真实环境中失效规律的缺点。

因此，需要将自然环境试验与自然环境加速试验相结合，并充分结合已有的相似型号数据、自然环境适应性基础数据等，采用合理的综合评价方法，通过充分利用各种信息，最终提高评价的时效性、全面性与客观性，以便在导弹研制阶段就可以及时地发现导弹自然环境适应性问题，从而采取改进措施，尽可能避免将环境适应性问题带到服役阶段。

4 结束语

长期自然环境引起的缓变效应最终将会影响到装备的作战效能，研制期间的自然环境试验与评价对于确保导弹装备服役后战斗力的保持具有十分重要的意义。面对实战化要求，装备研制部门应加强对自然环境试验的重视与深入研究，同时做好基础数据的积累与分析应用，最终实现在研制阶段对装备全寿命周期环境适应能力的精准评价。