蔣 超，鮑平鑫，辛 海，孟 飛

(1.軍事交通學(xué)院研究生管理大隊(duì)，天津300161;2.軍事交通學(xué)院聯(lián)合投送系，天津300161;3.駐濰坊站軍代處，山東濰坊261000)

特種彈藥是指與以毀傷為目的的彈藥相區(qū)別的另一種彈藥，不依賴于炸藥爆炸或動(dòng)能直接毀傷目標(biāo)，是完成某些特殊戰(zhàn)斗任務(wù)的彈藥，如照明彈、信號(hào)彈、煙幕彈等。本文中的特種彈藥特指包含電爆裝置或制導(dǎo)裝置等電子設(shè)備，容易受到外部電磁輻射危害的彈藥。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)特別是微電子技術(shù)、光電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使特種彈藥日益發(fā)展成為集光、機(jī)、電、化于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，這對(duì)特種彈藥在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境下的電磁防護(hù)提出了更高的要求。目前，我軍特種彈藥的運(yùn)輸主要通過鐵路運(yùn)輸?shù)姆绞?，在鐵路電磁環(huán)境中，存在著各種類型不同的電磁能量，這些電磁能量通過對(duì)電磁敏感元器件的傳導(dǎo)耦合、輻射耦合發(fā)生作用，直接影響著特種彈藥內(nèi)部電子系統(tǒng)的性能，既可能使器件或電路的性能參數(shù)劣化或完全失效，也可能形成累積效應(yīng)，埋下潛在的危害。因此，以保證特種彈藥的安全性以及可靠性為目的，探討其在鐵路電磁環(huán)境中的運(yùn)輸安全問題，研究必要的電磁防護(hù)技術(shù)與措施，具有十分重要的意義。

1 電磁干擾的基本理論

通常認(rèn)為的電磁干擾是指任何能使設(shè)備或系統(tǒng)性能降級(jí)的電磁現(xiàn)象，主要分為傳導(dǎo)性干擾和輻射干擾，這兩種方式干擾的主要區(qū)別在于干擾的耦合方式不同。傳導(dǎo)性干擾是指通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合到另外一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上，它的前提是必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號(hào)沿著這個(gè)連接電路傳遞到敏感器發(fā)生干擾現(xiàn)象;輻射干擾是指干擾源通過空間把一個(gè)信號(hào)耦合到另外一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上，即輻射干擾需要通過介質(zhì)以電磁波的形式傳播，其干擾能量按電磁場(chǎng)的規(guī)律向周圍空間發(fā)射［1］。電磁干擾的三要素如圖1所示。

圖1 電磁干擾三要素

2 鐵路電磁環(huán)境中的電磁干擾源

鐵路電磁環(huán)境是指在鐵路線路上所有的電磁輻射形成的環(huán)境。特種彈藥在鐵路電磁環(huán)境中受到的電磁危害主要來源于靜電、雷電及電氣化鐵路接觸網(wǎng)高壓電場(chǎng)感應(yīng)等。

2.1 靜電

靜電是由帶電物體產(chǎn)生的一種放電現(xiàn)象。靜電是在物體之間接觸、分離時(shí)產(chǎn)生的，尤其是絕緣體上這種現(xiàn)象更加明顯，反復(fù)的接觸、分離可以使物體表面帶上很高的電壓，具有高電位、強(qiáng)電場(chǎng)特點(diǎn)。當(dāng)帶電體接近其他物體時(shí)，在接觸點(diǎn)形成放電通道，產(chǎn)生放電現(xiàn)象，主要表現(xiàn)是高電壓、瞬時(shí)強(qiáng)電流擊穿現(xiàn)象［2］。靜電引發(fā)的事故較多，曾有一起因揭開彈藥表面塑料篷布引發(fā)的意外點(diǎn)燃事故，可見靜電是長期伴隨彈藥的主要潛在危害源。

2.2 雷電

自然界中的雷電是一種劇烈的大氣靜電放電現(xiàn)象，特點(diǎn)是季節(jié)性發(fā)生，放電強(qiáng)度極高，電流可達(dá)到20 kA，持續(xù)時(shí)間長，影響范圍大。雷電發(fā)生時(shí)，會(huì)在電器電子設(shè)備的線路上產(chǎn)生過電壓或過電流(浪涌現(xiàn)象)，并且在空間產(chǎn)生寬頻率的瞬變強(qiáng)電磁脈沖，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生沖擊或干擾［3］。直接雷擊能對(duì)彈藥產(chǎn)生災(zāi)難性后果，但直接雷擊是極罕見的;雷電往往是在鄰近地區(qū)發(fā)生，危害的主要形式是瞬變強(qiáng)電磁脈沖在彈藥中引起的感應(yīng)雷擊。雷電輸出的射頻范圍也是有限的，同其他電磁設(shè)備產(chǎn)生的電磁特性類似，可以防范。

2.3 電氣化鐵路接觸網(wǎng)高壓電場(chǎng)感應(yīng)

隨著電氣化鐵道的發(fā)展，電力機(jī)車或電動(dòng)車組目前已成為我國主要的運(yùn)營車種，電力機(jī)車或電動(dòng)車組上都有整流及變流裝置，而現(xiàn)在的整流變流技術(shù)都己經(jīng)進(jìn)入電子器件時(shí)代，同時(shí)也帶入了強(qiáng)烈的噪聲，如使電網(wǎng)中的諧波含量增大、電壓產(chǎn)生瞬時(shí)電壓跌落、電壓波動(dòng)、高頻噪聲等。而且電力機(jī)車為非線性負(fù)載，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波成分和電磁輻射。

牽引動(dòng)力類型和功率是提高列車質(zhì)量的主要因素，目前使用的是電力牽引系統(tǒng)。牽引電流的環(huán)路很大，該環(huán)路為牽引變電所—接觸網(wǎng)—受電弓—機(jī)車—鋼軌和大地—牽引變電所。電氣化鐵道屬于強(qiáng)電系統(tǒng)，牽引供電系統(tǒng)帶來的電磁干擾是屬于比較嚴(yán)重的工頻干擾現(xiàn)象，它的來源主要為:接觸網(wǎng)的額定電壓為25 kV;牽引電流可達(dá)數(shù)百甚至上千安培。上述來源帶來的電磁干擾具體表現(xiàn)形式為:接觸網(wǎng)高壓電場(chǎng)感應(yīng)引起的工頻電場(chǎng)、牽引電流引起的工頻磁場(chǎng)等［4］。

2.4 其他

除了上述3種電磁干擾源，還有其他很多的電感負(fù)載在切斷或接通時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬變?cè)肼?沖擊電流)。如人體與設(shè)備接觸形成的靜電放電會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的尖峰脈沖電流。個(gè)人移動(dòng)電話也會(huì)在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生射頻電磁干擾。

3 鐵路電磁環(huán)境對(duì)特種彈藥的影響

特種彈藥集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電爆裝置等于一體，屬于高技術(shù)武器裝備，具有信息化和電磁敏感化的特征。鐵路電磁環(huán)境直接影響著特種彈藥的裝備效能，對(duì)特種彈藥的運(yùn)輸安全構(gòu)成威脅。

3.1 影響機(jī)理分析

鐵路電磁環(huán)境中的各種電磁輻射源會(huì)對(duì)特種彈藥的可靠性、安全性產(chǎn)生威脅，其作用機(jī)理根據(jù)輻射源的不同而不同。電磁干擾對(duì)特種彈藥的影響和威脅主要是通過能量的傳導(dǎo)耦合、輻射耦合等模式產(chǎn)生作用。其作用機(jī)理主要包括以下幾點(diǎn)。

(1)磁效應(yīng)。靜電放電、雷擊閃電引起的強(qiáng)電流可以產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，使電磁能量直接耦合到系統(tǒng)內(nèi)部，干擾電子設(shè)備的正常工作。

(2)熱效應(yīng)。靜電放電和高功率電磁脈沖產(chǎn)生的熱效應(yīng)一般是在納秒或微秒量級(jí)完成的，是一種絕熱過程，可以使特種彈藥中的微電子器件、電磁敏感器件電路過熱，造成局部熱損傷，導(dǎo)致電路性能失效。

(3)靜電場(chǎng)效應(yīng)和強(qiáng)電場(chǎng)效應(yīng)。電磁危害源產(chǎn)生的靜電場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)不僅能造成電路失效，而且可形成潛在性損傷，對(duì)特種彈藥敏感電路的工作可靠性造成影響。

(4)射頻干擾和“浪涌”效應(yīng)。電氣化鐵道引起的射頻干擾，可對(duì)特種彈藥造成電噪聲、電磁干擾，使其產(chǎn)生誤動(dòng)作或功能失效。強(qiáng)電磁脈沖及其“浪涌”效應(yīng)，會(huì)對(duì)特種彈藥造成硬損傷，既可以造成器件或電路的性能參數(shù)劣化或完全失效，也可以形成累積效應(yīng)［5］。

3.2 影響作用形式

特種彈藥是典型的機(jī)—電—儀一體化技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，電子儀器設(shè)備數(shù)量多、分布密集，電力與電子設(shè)備互相結(jié)合，強(qiáng)電與弱電交叉工作。鐵路電磁環(huán)境對(duì)特種彈藥的影響體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

(1)特種彈藥及其包裝物會(huì)因積累電荷成為靜電帶電體，靜電的最大危害在于放電，靜電放電能釋放大量熱量，大多數(shù)半導(dǎo)體器件都很容易受靜電放電而損傷。

(2)雷電及電氣化鐵道中的電氣化牽引供電系統(tǒng)和電力機(jī)車都是發(fā)射源，能輻射能量不同的電磁脈沖，產(chǎn)生射頻干擾，經(jīng)過傳導(dǎo)和耦合至特種彈藥內(nèi)部，導(dǎo)致傳感器、接收機(jī)等敏感設(shè)備性能降低或失效，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備、電子電路元器件誤操作，燒毀或損傷設(shè)備內(nèi)部的關(guān)鍵電子電路和元器件等。

(3)由于電磁輻射有熱效應(yīng)，可以使特種彈藥內(nèi)部裝藥溫度升高，溫度的劇烈變化往往都會(huì)引起裝藥質(zhì)量的快速變化，加速其老化變質(zhì)過程。某些特殊情況下甚至還可能導(dǎo)致燃爆而釀成惡劣事故。

4 應(yīng)對(duì)措施與建議

通過電磁干擾的基本理論可以知道，發(fā)生電磁干擾問題，必須存在電磁干擾源、耦合途徑、敏感設(shè)備3個(gè)因素，消除其中一個(gè)因素，就能解決電磁干擾問題。因此，可以選擇以下措施將鐵路電磁環(huán)境對(duì)特種彈藥的干擾減弱。

4.1 選用高抗擾度的電子器件

在特種彈藥元器件的選用方面必須考慮其電磁敏感度特性。敏感特性、靈敏度和帶寬是評(píng)價(jià)敏感器件的重要參數(shù)，靈敏度越高、帶寬越大，抗擾度越差。特種彈藥是由許多微電子器件構(gòu)成的，為了適應(yīng)復(fù)雜的儲(chǔ)運(yùn)電磁環(huán)境，選擇的器件一定要具有較高的抗干擾能力。

4.2 采用濾波技術(shù)進(jìn)行防護(hù)

傳導(dǎo)干擾可以通過電源線、信號(hào)線、互連線等導(dǎo)線以及屏蔽體等導(dǎo)體進(jìn)行傳播。對(duì)傳導(dǎo)性耦合需采用濾波技術(shù)，濾波器可以顯著地減小傳導(dǎo)干擾的電磁。濾波器的作用是僅允許工作必須的信號(hào)頻率通過，而對(duì)工作不必要的信號(hào)頻率有很大的衰減作用，使產(chǎn)生干擾的機(jī)會(huì)減到最少。采用濾波器無論是抑制干擾源、消除干擾耦合，還是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力都是一種有力的措施［6］。

4.3 提高特種彈藥包裝材料的屏蔽性能

沒有正確的屏蔽或防護(hù)，特種彈藥內(nèi)部微電子設(shè)備可能就會(huì)遇到嚴(yán)重的干擾問題。屏蔽主要用于切斷通過空間輻射的干擾傳輸途徑，是抑制電磁輻射和干擾的主要方法，屏蔽的基本要求是被屏蔽物體既不向外輻射電磁信號(hào)，也不受外界電磁信號(hào)的干擾。因此，特種彈藥的包裝材料應(yīng)當(dāng)選用加入了導(dǎo)電玻璃纖維等導(dǎo)電物質(zhì)的塑木復(fù)合材料，或在包裝箱外部噴涂由合成樹脂、導(dǎo)電填料、溶劑混合配成的屏蔽涂料，這樣可以顯著地提高特種彈藥在鐵路運(yùn)輸中的電磁防護(hù)能力，預(yù)防事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

隨著大量電子元器件在特種彈藥中的應(yīng)用，以及特種彈藥儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境中自然、非自然電磁能量的存在和增強(qiáng)，彈藥的安全性、可靠性受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。在特種彈藥鐵路運(yùn)輸環(huán)境中，雷電、靜電、射頻等潛在危害并存，這些偶發(fā)電磁能量對(duì)特種彈藥產(chǎn)生的危害時(shí)有發(fā)生。本文列舉了鐵路電磁環(huán)境中的主要電磁干擾源，分析了鐵路電磁環(huán)境對(duì)特種彈藥產(chǎn)生危害的影響機(jī)理和作用形式，提出了應(yīng)對(duì)措施與建議，為鐵路電磁環(huán)境下特種彈藥的電磁防護(hù)提供了理論依據(jù)。

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