周　平，張忠良，康　健，王　磊，游俊琴（防化研究院，北京 100191）

海軍艦艇核生化集體防護(hù)發(fā)展概況

周平，張忠良，康健，王磊，游俊琴
（防化研究院，北京 100191）

為保障水面艦艇在平戰(zhàn)中都能在海上核生化環(huán)境中完成相應(yīng)的任務(wù)，從防護(hù)核生化事故、次生核化災(zāi)害以及防護(hù)核生化戰(zhàn)爭等角度深入闡述研究水面艦艇的集體防護(hù)系統(tǒng)。詳細(xì)分析國內(nèi)外現(xiàn)有的集體防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)要素以及核生化集體防護(hù)裝備中濾毒通風(fēng)系統(tǒng)核心元件濾毒器性能，對比分析國內(nèi)外水面艦艇集體防護(hù)能力的差別，為我國今后集體防護(hù)技術(shù)要素改善提供參考和思路。

艦艇；核生化；集體防護(hù)；濾毒器

0　引　言

核武器、生物武器以及化學(xué)武器統(tǒng)稱為大規(guī)模殺傷性武器［1］。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，核生化武器和運(yùn)載工具的改進(jìn)，擁有和可使用核生化武器的國家不斷增多。雖然大國之間直接核戰(zhàn)爭的可能性已大大減少，但在未來的局部沖突、海戰(zhàn)和恐怖極端分子中使用核生化武器的可能性卻極大提高。核生化武器對海上的打擊目標(biāo)主要是大型艦艇（如航空母艦、巡洋艦、驅(qū)逐艦、核潛艇等）。其次，攻擊目標(biāo)是海軍基地、港口、運(yùn)輸補(bǔ)給船只和沿海重要目標(biāo)，以切斷敵方海上交通線和后勤支援，最終使敵方癱瘓，以便支援登陸作戰(zhàn)。此外即使是在非戰(zhàn)時執(zhí)行各項(xiàng)軍事行動時也可能會遭遇核生化危險［2-3］。

海軍艦艇受到核生化武器攻擊時的環(huán)境稱為核生化環(huán)境，艦艇是海軍主要的戰(zhàn)斗裝備之一，其很容易受到核生化殺傷性武器的威脅［5］。當(dāng)水面艦艇被核生化武器襲擊或遭遇核生化污染時，由于艦艇上人員密而集中、活動范圍小，此時工作人員無法立即撤出沾染區(qū)。深入開展對核生化集體防護(hù)系統(tǒng)的思考與研究，是為了保障海軍艦艇官兵在遭受到核生化威脅時仍然有效遂行軍事任務(wù)，而且十分必要。因而，采取更加積極有效的防護(hù)措施對處于海上沾染區(qū)的艦艇是現(xiàn)代集體防護(hù)亟待解決的問題。

1　國內(nèi)外海上艦艇集體防護(hù)系統(tǒng)發(fā)展概況

隨著高新技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外先后出現(xiàn)了新型全封閉、信息化的大型艦船，艙面逐步實(shí)現(xiàn)了全封閉化，艙室的氣密性有了新的提高，艦船防護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，由注重個人防護(hù)轉(zhuǎn)向注重艦船集體防護(hù)體系的構(gòu)建，水面艦船集體防護(hù)體系就是艦船在核生化條件下保障艦船及其人員免受或減輕核生化武器襲擊后產(chǎn)生的放射性灰塵、生物戰(zhàn)劑、毒劑和作戰(zhàn)兵器傷害的各種裝備及其技術(shù)。海上艦艇集體防護(hù)系統(tǒng)是指在艦艇內(nèi)劃設(shè)集防區(qū)，包含對已受到核生化污染傷害的艦員進(jìn)行救護(hù)，對暴露在核生化污染環(huán)境下工作的艦員實(shí)施個人防護(hù)［4］；防護(hù)船體和武器設(shè)備在核生化污染期間最大程度減少核生化污染物沾染，并且當(dāng)艦艇離開核生化污染海區(qū)后對艦艇和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行洗消。

集體防護(hù)技術(shù)研究［6］始于一戰(zhàn)期間，那時整個防護(hù)系統(tǒng)簡單，到了二戰(zhàn)時，更高毒性的化學(xué)戰(zhàn)劑相繼出現(xiàn)在戰(zhàn)場上，為了增強(qiáng)集防系統(tǒng)中濾毒單元的防護(hù)性能，研究人員在活性炭上浸漬鉻、銅、銀，用以提高對放射性灰塵和高毒戰(zhàn)劑的防護(hù)。直到二戰(zhàn)結(jié)束以后，世界各國先后對集體防護(hù)系統(tǒng)開展深入研究并設(shè)計(jì)出各種集體防護(hù)系統(tǒng)。

1.1德國

20世紀(jì)60年代初，原聯(lián)邦德國最早開發(fā)并設(shè)計(jì)成功第一代水面艦艇集體防護(hù)系統(tǒng) DSK 系統(tǒng)［7］。那時，德海軍已開發(fā)研制了濾毒增壓通風(fēng)并輔以空調(diào)通風(fēng)結(jié)合設(shè)計(jì)的全艦集體防護(hù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)列裝在“漢堡”級驅(qū)逐艦。德軍 2002年服役的F-123、F-124級護(hù)衛(wèi)艦具備在核化生環(huán)境下的全時防護(hù)能力，其列裝的正是全艦集防系統(tǒng)。德國水面艦艇用核輻射和化學(xué)戰(zhàn)劑探測系統(tǒng)（SNCDS）由多組核輻射探測器和化學(xué)戰(zhàn)劑探測單元等組成，基于數(shù)字化接口構(gòu)成獨(dú)立完整的全艦核生化監(jiān)控系統(tǒng)。核輻射探測配置γ劑量和劑量率探頭、γ和中子總劑量探頭、α/β-β/γ 沾染探頭；化學(xué)戰(zhàn)劑探測配置紅外遠(yuǎn)程遙測探頭和遙控單元；并且系統(tǒng)由 24個濾毒組合而成，戰(zhàn)時每小時可為全艦提供總量高達(dá) 18 900m3的潔凈空氣。這些裝備都極大地提高了德軍艦的核生化預(yù)警和防護(hù)能力。

1.2俄羅斯

俄羅斯海軍航母及各型艦艇均列裝了集體防護(hù)系統(tǒng)。參照“庫茲涅佐夫”級和“現(xiàn)代”級驅(qū)逐艦航母的設(shè)計(jì)可發(fā)現(xiàn)，俄海軍艦艇的集體防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與德海軍有所不同，俄艦艇安裝的集防系統(tǒng)增壓通風(fēng)與空調(diào)通風(fēng)相互獨(dú)立，采取分區(qū)分級和區(qū)域內(nèi)單元艙室為中心的獨(dú)立濾毒增壓通風(fēng)集體防護(hù)方式；同時，俄羅斯海軍具有較完備的艦用核化監(jiān)控系統(tǒng)，作戰(zhàn)指揮室設(shè)有核化監(jiān)控中心。核輻射監(jiān)測配備了γ 射線照射劑量強(qiáng)度計(jì)、β 放射性氣溶膠濃度計(jì)等。例如，“現(xiàn)代”級驅(qū)逐艦實(shí)現(xiàn)全艦集體防護(hù)［1］，該套集防系統(tǒng)通過設(shè)置 9個集防區(qū)而實(shí)現(xiàn)；“庫茲涅佐夫”航母集防系統(tǒng)覆蓋艙室達(dá)到 400 多個，最大區(qū)域高達(dá) 20 000 ～30 000m3。

1.3美國

美國海軍由于早期對海上生物和化學(xué)戰(zhàn)爭的認(rèn)識不足，因而對集體防護(hù)系統(tǒng)研究的發(fā)展較晚和較慢。1965年，美國海軍在 USS Thomas 驅(qū)逐艦上安裝了仿造德海軍的操作系統(tǒng)。直到 70年代末，美海軍自行開發(fā)設(shè)計(jì)出了水面艦艇有限規(guī)模的集體防護(hù)系統(tǒng)，如LHA-2，LSD-41“惠德貝島”號兩棲船塢登陸艦列裝的集防系統(tǒng)，主要僅針對艦艇上重點(diǎn)部位［8-9］，防護(hù)區(qū)域較小。1980年以后，美海軍逐步在各級驅(qū)逐艦以及航母上全面配備集體防護(hù)系統(tǒng)［10-11］。據(jù)文獻(xiàn)報道，美國為驅(qū)逐艦設(shè)計(jì)的集體防護(hù)系統(tǒng)每小時總供氣量達(dá)50 000m3，染毒空氣通過三級濾器，得到清潔空氣并送入艙內(nèi)，該系統(tǒng)可維持全艦各密閉區(qū)內(nèi)的超壓達(dá)500 Pa。

此后，美海軍更加注重水面艦艇核生化集體防護(hù)能力的建設(shè)，開始研制第一套完整的自行設(shè)計(jì)的艦載集體防護(hù)系統(tǒng)，要求各型艦艇必須構(gòu)建規(guī)定等級的集體防護(hù)系統(tǒng)，且防護(hù)面積越來越大，如 LHD-1“黃蜂”級艦艇［9］，可以防護(hù)全艦約 1/3的區(qū)域。此后，美海軍集防系統(tǒng)發(fā)展更迅速，其 1991年服役的DDG-51型導(dǎo)彈驅(qū)逐艦配備了大區(qū)域的集體防護(hù)系統(tǒng)。同時，艦艇對核化生污染的集體防護(hù)能力與抗飽和攻擊、模塊設(shè)計(jì)等并列作為美軍艦艇的先進(jìn)性考核指標(biāo)［13］。由此可見美海軍對集體防護(hù)能力建設(shè)的重視程度。

海灣戰(zhàn)爭以后，美軍對在用的集防操作系統(tǒng)進(jìn)行了改裝。如 LHD-1～LHD-7，LHAl-I，HA 等艦經(jīng)過改裝，設(shè)立了2個全防護(hù)等級的集體防護(hù)區(qū)；在其他新型艦艇上，如LHDI，ADE-6和 LSD-44 艦的生活區(qū)和工作區(qū)都裝有集體防護(hù)系統(tǒng)。最近，美國福托尼克斯公司研制成功采用紅外激光多普勒系統(tǒng)，探測距離為 15 km的核生化監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)時探測（日夜）、分辨率高、體積小，可對戰(zhàn)劑范圍定位、風(fēng)速測定綜合處理等。其對水面艦艇集體防護(hù)裝備的投入非常大，如 T-AOE-6補(bǔ)給船和 LPD-17“圣安東尼奧”級兩棲運(yùn)輸艦實(shí)現(xiàn)了全艦一半以上的區(qū)域防護(hù)［14-17］。圖1為 LPD-17 艦集防區(qū)示意圖，陰影部分代表實(shí)現(xiàn)集防的區(qū)域。

1.4其他歐洲國家

歐洲其他海軍強(qiáng)國，比如英國、挪威、法國、西班牙也一直在增強(qiáng)各自水面艦艇的集體防護(hù)能力。2009年服役的英海軍 45 型驅(qū)逐艦、挪威“南森”級護(hù)衛(wèi)艇裝備有先進(jìn)的集防系統(tǒng)；法國護(hù)衛(wèi)艦“拉斐特”裝備的是全艦集防模式；西班牙 F-100 型護(hù)衛(wèi)艦已實(shí)現(xiàn)在核生化環(huán)境下艦艇全區(qū)域集體防護(hù)能力，該套系統(tǒng)對染毒空氣的處理能力很強(qiáng)，通風(fēng)量達(dá)到 12 000m3/h。

圖1　LDP-17集體防護(hù)區(qū)域圖Fig.1　The LDP-17 collective protection area

1.5韓國和日本

韓國海軍列裝的KDX-1 級驅(qū)逐艦，艦艇上總共設(shè)計(jì)有 4個核化生集防區(qū)［18］。KDX-3 級驅(qū)逐艦現(xiàn)在列裝的核生化集防系統(tǒng)更加完備，防護(hù)能力更加完善［19］。日本 2007年服役的“愛宕”級驅(qū)逐艦對其集防系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，吸收了美國海軍“阿利·伯克” ⅡA艦的布局，該集防系統(tǒng)安裝了過濾通風(fēng)、超壓系統(tǒng)，添加了監(jiān)控系統(tǒng)［20］

1.6中國

中國集體防護(hù)系統(tǒng)主要針對戰(zhàn)時開發(fā)設(shè)計(jì)，兼顧非戰(zhàn)時核生化威脅，防護(hù)效能高，費(fèi)用低。海軍艦艇的門、窗、口蓋全封閉，建筑材料性能好，水密門被氣密門取代，保證密閉艙超壓維持在 500 Pa 左右［3-4］，使在相對風(fēng)速 57kn （一般戰(zhàn)場上核生化戰(zhàn)劑釋放的相對風(fēng)速不會超過該風(fēng)速）時仍具有防護(hù)作用。此外為有效抵御核沖擊導(dǎo)致的超壓，建筑結(jié)構(gòu)必須十分牢固。

2　水面艦艇集體防護(hù)體系的構(gòu)成

水面艦艇集體防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，是由很多設(shè)備組合而成，其中主要包括集防區(qū)空氣污染監(jiān)控設(shè)備、氣密和超壓控制設(shè)備、濾毒通風(fēng)設(shè)備及其他輔助設(shè)備組成［21-24］?？諝獗O(jiān)測設(shè)備可以實(shí)時有效監(jiān)控集防區(qū)環(huán)境，包括對空氣中煙霧、氣溶膠、放射性粒子以及生化毒劑的監(jiān)測，以達(dá)到掌控處于核生化條件下密閉艙室空氣的質(zhì)量，保證人員正常呼吸；氣密和超壓控制設(shè)備首先要使水面艦艇船體絕對密閉，然后適當(dāng)建立超壓條件保證集防區(qū)中的污染物不能滲入艙室；濾毒通風(fēng)設(shè)備是整個集防系統(tǒng)的核心裝置，染毒空氣進(jìn)入該設(shè)備后，化學(xué)毒劑可以完全被濾除，實(shí)現(xiàn)在核生化環(huán)境下供給艦員清潔的空氣呼吸，保證艦員生命安全。集體防護(hù)系統(tǒng)按防護(hù)機(jī)制不同又分為隔離式防護(hù)和過濾式防護(hù)。

2.1隔離式防護(hù)

最早蘇聯(lián)設(shè)計(jì)使用過隔離式防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理是對艙室密閉，與周圍環(huán)境相隔離。長時間在這種密閉艙室內(nèi)工作，會對艦員產(chǎn)生很大的生理影響，因?yàn)楫?dāng)列裝隔絕防護(hù)系統(tǒng)的艦艇處于核生化環(huán)境下，必須緊閉門窗，關(guān)閉通風(fēng)，人員不得出入，這必然導(dǎo)致艙室內(nèi)氧氣、水蒸氣和二氧化碳等濃度變化，影響人員正常生理特征。

2.2過濾式防護(hù)

如上所述，隔離式防護(hù)系統(tǒng)在安全方面有很多弊端，一直以來該系統(tǒng)不被其他國家采用，現(xiàn)代大型水面艦船都采用過濾式防護(hù)。過濾式防護(hù)又可劃分為有限防護(hù)區(qū)和全防護(hù)區(qū)。二者過濾原理完全一樣，只是根據(jù)防護(hù)需要對水面艦艇的防護(hù)區(qū)域分級劃分。整個防護(hù)過程可以簡述為3個步驟：首先污染空氣通過預(yù)濾芯后可以將其中的大顆粒物質(zhì)去除；再次進(jìn)入高效顆粒濾芯，將含毒煙霧、放射性微粒和生物戰(zhàn)劑濾除；最后氣體進(jìn)入濾毒器將氣態(tài)化學(xué)戰(zhàn)劑濾除。經(jīng)過這3個程序之后，空氣被完全過濾凈化，輸出潔凈空氣，由通風(fēng)管道輸入各密閉艙室。

在大型艦船上，為了保證各密閉艙室優(yōu)良的防護(hù)效能，需要維持艙室內(nèi)的靜超壓值最低與外界的動態(tài)超壓值相等，此時要求超壓值達(dá)到 500 Pa，艙室內(nèi)大部分廢氣可由主機(jī)艙排出，避免受染毒空氣沾染，保持艙室內(nèi)空氣清潔。表1列出了過濾式防護(hù)系統(tǒng)的主要構(gòu)成設(shè)備。

表1　核化生防護(hù)裝備的組成Tab.1 The composition of NBC protective equipment

3　集體防護(hù)系統(tǒng)核心裝置濾毒單元的改進(jìn)

集體防護(hù)裝備的關(guān)鍵材料是活性炭或者在活性炭上浸漬催化劑的炭吸附材料。目前各國海軍在艦船集體防護(hù)系統(tǒng)中使用的都是利用活性炭材料浸漬過催化劑的過濾器，這種濾毒單元性能較好，能在規(guī)定時間內(nèi)有效濾除核生化毒劑，為艦艇密閉艙室提供潔凈空氣供艦員呼吸，表2列出了防護(hù)區(qū)主要空氣成分的控制要求。

表2　防護(hù)區(qū)空氣成分的控制指標(biāo)Tab.2 Protection zone of air composition control indicators

利用浸漬活性炭作為核心裝置濾毒單元器的材料，通常會遇到濾毒器使用壽命的問題，這就造成了濾毒器在使用一定時間后必須更換的問題，很明顯會造成后勤維修更換的負(fù)擔(dān)，所以該材料在使用上有所限制。正因?yàn)榛钚蕴坎牧显谶@個方面的不足，催生了集體防護(hù)核心設(shè)備目前的3個發(fā)展方向［3］：等離子體催化技術(shù)；制氧除二氧化碳技術(shù)；可再生變壓/變溫吸附技術(shù)。其中發(fā)展前景最好的技術(shù)當(dāng)屬可再生變溫/變壓吸附技術(shù)，其技術(shù)原理是：在設(shè)備內(nèi)設(shè)有低溫或高壓吸附塔，在該條件下，分子篩活性炭材料具有更好的吸附性能，可以更高效吸附空氣中所含有的氣體毒劑，直至吸附達(dá)到飽和后，在高溫或低壓脫附塔，即在高溫或低壓狀態(tài)下脫附掉之前吸附的化學(xué)毒劑，這樣染毒空氣就被濾除干凈，為艦艇輸出清潔空氣供人員呼吸。該技術(shù)開發(fā)應(yīng)用成熟，廣泛用于氣體干燥、提純、和空氣分離、凈化等領(lǐng)域。美國和英國率先取得突破，新系統(tǒng)采用一對過濾器輪流過濾和清洗，即當(dāng)一個過濾器在對進(jìn)入空氣進(jìn)行過濾時，另一個則在用高溫高壓排除污染物。這種高溫高壓輪換系統(tǒng)被稱為可再生過濾（REGEN）。REGEN 系統(tǒng)運(yùn)行成本低。美國 Pall 公司和英國 Domnick Hunter 公司利用這一特性，分別研制開發(fā)了基于變壓吸附技術(shù)的可再生濾毒裝置，由 Battelle Memorial Institute和 Chemical and Biological Defense Agency等機(jī)構(gòu)對它們進(jìn)行了實(shí)毒測試，化學(xué)毒劑或模擬劑包括：2-CEES，PS，GD，DMMP，DMMP，DMMP，AC，CK，全氟異丁烯，異丁烯，R23，R134a，辛烷和乙醇等。經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，測試變壓吸附濾毒裝置的工作時間和效能，發(fā)現(xiàn)其可以連續(xù)工作長達(dá) 500h，并且檢測經(jīng)過該套裝置后輸出的空氣，沒有任何化學(xué)毒劑，輸出即可正常供人員呼吸。但是該濾毒裝置正常工作需要維持在很高的壓力條件下，如果為此單獨(dú)加壓，一定會引起裝置功率、體積和重量超標(biāo)的問題，以至于影響到該套設(shè)備的使用范圍。而美軍有一套專門的方案解決此難題：在艦船的艙室環(huán)境控制系統(tǒng)中添加濾毒通風(fēng)裝置，共用空氣壓縮機(jī)和過濾器等設(shè)備，這樣布局可以有效地減小裝置功率、體積和重量，使其廣泛運(yùn)用于海軍艦艇中，提高水面艦艇的核生化防護(hù)性能。

國內(nèi)學(xué)者對處于核生化環(huán)境下染毒氣體凈化處理進(jìn)行了研究［25-28］，張重杰［29］系統(tǒng)研究了可移動煙霧快速凈化裝置。設(shè)備主要包含風(fēng)機(jī)、粗濾器、濾毒單元等。染毒空氣進(jìn)入裝置后首先經(jīng)過風(fēng)機(jī)，此時已將大顆粒粉塵濾除；然后空氣再進(jìn)入粗濾器，這時可以將顆粒直徑在 10 μm以上粒子濾除；接著再進(jìn)入濾毒單元，將空氣中的化學(xué)毒劑氣體濾除，輸出潔凈空氣。依照不同使用要求，某些部件需要配置一些備用配件，這樣既可以節(jié)約材料和費(fèi)用，又可以充分保證對染毒空氣過濾凈化的需要。圖2為煙霧快速空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖，染毒空氣進(jìn)入裝置后被多次過濾后即輸出潔凈空氣。

圖2　煙霧快速空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2　Rapid contaminated air purifying device

集體防護(hù)系統(tǒng)是集采暖通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、核生化監(jiān)控防護(hù)為一體的永久性綜合防護(hù)系統(tǒng)，是核生化防護(hù)的最佳選擇，因此在設(shè)計(jì)建造新艦艇特別是大型艦艇時，應(yīng)將集體防護(hù)系統(tǒng)考慮在內(nèi)，以適應(yīng)戰(zhàn)爭的需要。

4　總結(jié)與展望

雖然現(xiàn)有的艦艇集體防護(hù)技術(shù)自使用以來，十幾年內(nèi)技術(shù)上沒有大的更新和換代，但未來戰(zhàn)爭復(fù)雜多變，各國海軍都十分重視為海軍艦艇配備核生化防護(hù)裝備，加強(qiáng)艦艇核生化集體防護(hù)系統(tǒng)建設(shè)。從世界各國研究發(fā)展水面艦艇集體防護(hù)能力趨勢可看出：

1）艦艇上區(qū)域性防護(hù)轉(zhuǎn)向全艦性防護(hù)發(fā)展、戰(zhàn)時防護(hù)轉(zhuǎn)向全時防護(hù)發(fā)展等集體防護(hù)能力有所改進(jìn)，未來將會更加注重并提高全艦全時防護(hù)的能力。

2）當(dāng)前應(yīng)集中解決潛艇，尤其是核潛艇以及水面艦船密封艙室的環(huán)境對艦艇人員的綜合影響，密閉艙室有害污染物的消除，改善并提高濾毒通風(fēng)系統(tǒng)核心裝置濾毒器的濾毒性能和防護(hù)時間。

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Overview of the development of naval ship NBC collective protection

ZHOU Ping，ZHANG Zhong-liang，KANG Jian，WANG Lei，YOU Jun-qin
（Research Institute of Chemical Defense，Beijing 100191，China）

To protect surface ships in peacetime and wartime can finish the corresponding task under the nuclear and biological environment，describing in depth the collective protection system of surface warship from the protective chemical accident，secondary nucleation disasters and protective nuclear and biological war.The characteristics of the key components of the system and the core component of the NBC collective protection system are analyzed in detail，analysis of the difference of the surface ships' collective protection at home and abroad，which would provide reference and ideas for the improvement of China's collective protection technology in the future.

naval ships；NBC；collective protection；canister

R852.7

A

1672-7619（2016）07-0001-05

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.07.001

2016-01-28；

2016-02-29

周平（1991-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)防護(hù)。