核生化戰劑偵防消技術發展概況

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(中國船舶重工集團公司第七一八研究所，河北 邯鄲 056027)

高新技術的應用大大地推動了化學、生物、放射性和核武器(簡稱：核生化)的發展，在未來圍繞海洋資源和海洋國土的軍事斗爭中，世界上許多國家都將面臨核生化武器的威脅。有制約就有對抗，高新技術的發展同時也為艦艇提高核生化戰劑偵察、防護和洗消能力提供了充分的可能性，通過采用高新技術可以建立艦艇應對核生化戰劑攻擊的偵防消全方位立體化的作戰防護體系，保護艦員、船體和武器裝備免受核生化戰劑的污染，保持艦艇完全的作戰能力。因此了解國外核生化戰劑偵防消技術的發展現狀，關注跟蹤先進的偵防消技術，對于建立和發展我國艦船偵防消防護體系很有現實意義。

1 國外核生化偵察技術發展現狀

1.1 國外輻射、核偵察技術發展狀況

1)向多功能方向發展。多功能輻射檢測器ADM-300A可檢測α、β、γ、X射線和中子劑量率。

2)實時γ成像技術。以視頻圖像和γ圖像實現放射源空間分布定位。

3)個人劑量儀可檢測中子和γ累積劑量。依據個人劑量測定結果反映部隊的受輻射程度。

4)核試驗監測系統。采用地震、放射性核素、次聲和水聲四種監測技術。

5)1975年后，美國GPS導航定位衛星加裝核爆炸監測系統，它包括光學探測、中子探測器、X射線探測器和γ探測器、核爆炸電磁脈沖傳感器和紅外傳感器。

1.2 國外化學戰劑偵察技術發展狀況

20世紀60年代產生基于離子化原理、電化學原理和生化原理(酶法)的能檢測多種毒劑的報警器。隨著紅外儀器的發展，紅外吸收光譜法已廣泛地應用于分析毒劑，各國紛紛建立毒劑及有關化合物的紅外光譜數據庫，實行自動化分析，利用計算機檢索。

70年代發展了應用被動紅外和主動紅外激光雷達技術的遙測毒劑報警器。激光雷達可用于化學戰劑的遙測，遙測裝置原理見圖1。每種化學戰劑僅吸收特定波長的激光，對其它波長的激光是透明的。被化學戰劑污染的表面則反射不同波長的激光。化學戰劑的這種特性，就允許利用激光雷達探測和識別生化戰劑。激光雷達可以利用差分吸收、差分散射、彈性后向散射等原理，實現化學戰劑的探測。例如JSLSCAD可檢測5 km范圍內神經性毒劑、糜爛性毒劑和血液性毒劑。JSWILD聯合預警和識別激光雷達檢測器，檢測20 km范圍化學戰劑蒸汽云團和氣溶膠云團，這種檢測器采用激光雷達主動探測，代表著未來的發展方向[1]。

圖1 激光雷達化學戰劑遙測裝置原理示意

80年代出現了應用離子遷移譜(ion mobility spectrometry，IMS)和模式識別技術的新型報警器。目前技術較成熟，在美軍中大量裝備。此類檢測儀器的優點是靈敏度高，報警快，抗潮濕；缺點是儀器較復雜，使用放射源，誤報率高、IMS漂移管易燒毀，成本高。目前發展趨勢是小型化，采用紫外激光(266 nm)電離源，降低靈敏度減少誤報警。為了分析大分子量或低蒸汽壓化學品，提出GC/IMS。

美軍1999年放棄了IMS，選擇了表面聲波(surface acoustic wave,SAW)傳感器技術。表面聲波傳感器SAW技術展現出巨大的應用前景，值得關注跟蹤。SAW傳感器利用統計和神經網絡技術進行多變量分析，識別化學品蒸汽，成為便攜GC和氣質聯用GC/MS系統的替代品。新型SAW傳感器由色譜GC單元和“零恒量容積”器件組成。樣品經過色譜柱分離后直接輸送到SAW檢測器，靈敏度達到飛克級(10-15g)。它可同時定性檢測并定量分析多種毒劑蒸汽，具有從樣品中分離出單一樣品的能力。另外，SAW傳感器還可檢測放射性劑量和氣溶膠濃度。SAW傳感器優點是體積小，誤報率低，甚至基本無誤報，價格低；缺點是對濕度敏感，響應時間長。對單一技術的SAW傳感器來說，聚合物膜加工困難，聚合物選擇余地小，目前可使用的聚合物僅有5種。因此，SAW傳感器與其他技術結合(組合)是未來發展方向，如SAW/EC(電化學傳感器)[2]。

5)21世紀，化學戰劑偵查技術發展趨勢是化學戰劑偵察自動化、化學戰劑早期預警、核生化偵察集成化和化學戰劑偵察網絡化。

6)單平臺概念。基于一種技術或設備檢測，識別化學和生物兩種戰劑或核生化多種戰劑。

1.3 國外生物偵察技術發展狀況

1)生物檢測器。主要由液體處理組件、抗體試劑盒、電位傳感器和處理器組成。它利用抗體捕獲相應抗原免疫反應檢測和鑒別毒素和生物戰劑。在艦上裝備中間生物戰劑檢測器IBAD，用比色免疫反應化驗試紙識別可疑氣溶膠粒子。

2)生物戰劑集成檢測系統BIDS(機動微生物檢驗室，包括洗消和更衣間)。為了最精確檢測生物戰劑，采用復合技術方法，用化學生物質譜儀CBMS和生物檢測器可檢測可鑒別8種生物戰劑。CBMS檢測和定性分析所有已知的化學和生物戰劑。生物檢測器是基于抗體的能識別特殊生物戰劑的設備。

3)聯合生物點檢測系統JBPDS。用于替代已有的生物檢測系統(BIDS，IBAD)。它有4項功能：實時檢測周圍環境中氣溶膠的顯著變化；收集可疑的氣溶膠樣品并分析；檢測器能分類收集樣品；識別可疑樣品。

4)生物戰劑遙測系統。解決生物戰劑預警問題，目的是給戰場指揮員提供有關生物戰劑攻擊的更短的決策周期。目前裝備有：遠程生物遙測系統LRBSDS，它能檢測至少50 km范圍氣溶膠云團，提供相對濃度、測距、定位和識別氣溶膠戰劑[3]。聯合生物預警系統JBREWS，它將原來的系統(BIDS，JBPDS和LIDAR等)與小型化分布的點探測器陣列集成，形成傳感器分布式網絡。

5)基于PCR聚合酶鏈反應的檢測。聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction，PCR)是20世紀80年代中期發展起來的體外核酸擴增技術。能在試管內將所要研究的目的基因或某一DNA片段在數小時內擴增至十萬乃至百萬倍，能直接觀察和判斷；可從一個細胞/病毒中擴增出足量的DNA/RNA供分析研究和檢測鑒定。

6)鑒定試劑研究。包括抗體、基因探針和底劑。開發檢測新出現的生物戰劑的試劑，并獲得更有效的試劑代替老試劑。鑒定試劑支持BIDS、IBAD、JBPDS和JBREWS。

7)基于組織的生物傳感器研究。探索利用生物細胞和組織做檢測化學和生物毒素的傳感器的檢測器組件。當前主要是利用神經、免疫細胞和組織做生物傳感器的檢測器。為了優化傳感器性能，正在進行工程化制造包括干細胞在內的基本細胞和組織，并構造測試評估的原型傳感器。

1.4 國外核生化偵察技術發展方向

從技術的角度來說，核生化偵察技術是對已知或未知戰劑的結構分析。目前主要圍繞定性和定量開展研究，主要發展方向如下。

1)三坐標雷達、光電跟蹤用于核爆炸觀測。沖擊波超壓、電磁和光合成監測技術有進一步發展的可能性，如提高超壓檢測靈敏度、空間寬帶電磁頻譜分析、背景光強度和相位階躍變化等。

2)實時γ成像技術。主要采用蒙特卡洛統計模型處理，對于艦艇移動檢測固定或移動的空間放射源污染，實現視頻和γ圖像空間定位還需要解決多項關鍵技術。

3)IMS，SAW，SAW/GC/EC，IMS/GC、GC/MS，SAW/IMS用于化學和生物戰劑檢測。試驗結果表明，SAW/IMS 是SAW和IMS兩者取長補短，結合兩者長處的最佳選擇。

4)MM1 移動式GC/MS。CBMS化學生物質譜儀用于識別化學、生物戰劑和有毒有害工業品，CBMS已代替MM1。自動方式檢測生物戰劑極限為1 μg/m3；手動方式檢測生物戰劑極限為100 ng/m3。

5)被動紅外光譜IR探測、主動紅外-激光雷達、紅外多普勒雷達用于生化戰劑遙測。

6)利用生物細胞和組織做檢測化學戰劑和生物毒素的傳感器。

7)發病機理基因組測序。

2 國外防護技術和裝備現狀

2.1 個人防護

1)呼吸器官防護。保護人員的呼吸道、眼睛和頭面部。主要采用過濾式和隔絕式防毒面具。新型防毒面具大量采用新材料、新結構和新工藝，提高了整體防護水平，改善了使用性能和生理舒適性。例如增加了飲水、防彈片及防激光等新功能；統一了接口，如與光學觀測設備、通信設備、濾毒罐及飛機氧氣供應系統等連接，提高了通用性。

2)皮膚防護。保護人員的全身皮膚。皮膚防護服裝主要有隔絕式和透氣式兩種。防護服防化學戰劑蒸汽和液滴、生物戰劑(包括毒素)以及放射性α和β粒子。采用活性碳技術代替膨體活性碳填充聚氨酯泡沫體，不斷地改進活性碳粒與織物結合的工藝，增加了透氣性，減輕重量和熱效應，提高了防護效果。

3)防疫服。防止生物戰劑污染或傳染病媒介動物叮咬的服裝。

2.2 集體防護

1)隔絕防護。依靠艦艇上的氣密隔離結構防止外界染毒空氣、放射性污染物和細菌氣溶膠透入艦艇艙內引起人員傷害，在設計上考慮滿足堅固性基本要素，艙室應具有良好的氣密閉結構。一般在核生化沾染環境不能維持作戰。美國對海軍未設立核生化戰劑污染防護區的艦艇增加選擇區域集體防護系統或一體化集體防護系統。

2)過濾防護。除密閉結構外，還要有濾毒通風裝置或分散濾器。濾毒通風裝置高壓風機抽進大氣環境染毒的空氣，經過濾器催化劑吸收，將染毒空氣流中的毒劑、放射性塵埃和生物戰劑氣溶膠濾掉，為艦員提供潔凈空氣，補充的空氣在密閉艙形成超壓，阻止外界染毒空氣透入密閉艙。裝備過濾式防護裝置的艦艇，具備在核生化沾染環境維持作戰的條件，是未來發展方向。

3)集體防護系統洗消站。組成見圖2。

圖2 集體防護系統洗消站組成

它專門用于艦員洗消。設計集體防護系統洗消站的目的是防止污染物在艦艇內傳播，盡可能減少受核生化戰劑污染人員數量。所有在化學襲擊期間或者在此之后暴露在露天下的人員應被認為是已經受了污染，應經過洗消站或污染控制區重新進入艦艇。

2.3 防護裝備發展方向

通過采用新材料、新結構和新工藝，國外個人防護器材和集體防護器材得到較快發展，并普遍使用。呈現出以下趨勢。

1)個人防護器材。個人防護器材經過一個世紀的發展，其基本概念幾乎沒有變化。然而，在提供防護面具的材料上有重要的改進；保護個人的整套防護服，更有效、更耐用，穿戴不再笨重。主要進展如下。

(1)改進濾器材料，開發選擇性滲透膜材料作為防護服材料，防護更廣泛的核生化戰劑污染，增加透氣性；

(2)提高整體防護水平，改善使用性能，提高生理舒適性；

(3)改進作戰服、防護服防火性能(阻燃)；

(4)提高通用性、組件模塊化和統一接口，與飛機供氧系統、光學設備和作戰服接口。

2)集體防護裝備。

(1)對無防護區的艦艇增加選擇區域集體防護系統和一體化集體防護系統，集體防護增加熱和環境控制功能；

(2)技術改進減低能耗，提高過濾當前和未來戰劑的能力，延長粒子濾器壽命，達到最少連續使用3年或一次戰劑攻擊；

(3)支持濾器改進長期實船試驗，開發濾器壽命數據庫；

(4)氣體吸附劑濾器防護應用。研究吸附劑是一次性和再生濾器應用的關鍵。

3 國外洗消技術和裝備發展現狀

當污染不能避免時，在核生化戰劑環境暴露后，必須對人員和裝備洗消，以減少或消除危險?；鞠聪椒ㄓ形锢砣コ?、化學解除法、生物解除法和自然衰減等。

3.1 洗消裝備發展現狀

1)艦面洗消站。采用物理和化學方法防止艦艇表面被放射性灰塵、化學毒劑和生物戰劑氣溶膠污染，對艦面污染區實施洗消清除，控制甲板和上層建筑火災蔓延。

2)局部高溫高壓蒸汽噴射洗消裝置。它利用高溫和高壓形成的射流洗消，產生物理和化學雙重洗消效能，因此具有洗消效率高、省時、省力、省洗消劑甚至不用洗消劑等特點，代表了洗消裝備的發展趨勢。高溫指水溫80 ℃、蒸汽溫度140～200 ℃，高壓指工作壓力為6～7 MPa。

3)背負式洗消器。用于對難以洗消的區域、武器和室內洗消。國外主要裝備M11和M13洗消器，使用DS-2洗消液。

4)電動、機動洗消器。用于對大區域、武器、露天甲板洗消，使用DS-2洗消劑。

5)免水洗消設備。對光電精密裝備和敏感材料的洗消方法主要有熱空氣洗消法、有機溶劑洗消法和大氣壓力等離子體噴射器(APPJ)洗消。使用APPJ洗消裝備不使用危害環境的洗消劑或溶劑，溫度降低到60 ℃，也可對人員洗消，它具有巨大的應用潛力。

3.2 洗消劑發展現狀

洗消劑是實施核生化戰劑洗消的最基本方法。目前各國裝備的洗消劑主要有三大類：以氯化、氧化為消毒機制的次氯酸鹽和有機氯胺；以堿性消除或堿性水解為消毒機制的苛性堿和有機超堿體系；吸附消毒粉[4]。這些洗消劑在洗消效果上基本都能滿足洗消的要求，但存在對金屬腐蝕性強、污染大及后勤負擔重等問題。針對這些問題，研究多用途、低腐蝕、無污染且具有快速反應能力的洗消劑是今后洗消劑研究的方向。

3.3 洗消裝備發展方向

洗消科學和技術的目標是開發消除有毒物質而對被污染對象無性能降低的技術，該技術具有無腐蝕、環境安全和易使用特點。通過采用新材料、新技術，國外洗消裝備得到快速發展。呈現出以下趨勢。

1)洗消裝備

(1)高溫、高壓、射流洗消裝備利用高溫和高壓形成的射流洗消，產生物理和化學雙重洗消效能，因此具有洗消效率高、省時、省力、省洗消劑，甚至不用洗消劑等特點，代表了當今洗消裝備的國際水平和發展趨勢。

(2)洗消裝備向多功能、模塊化、智能化方向發展。多功能，不僅可用于武器裝備的洗消，還能夠用于人員、服裝和艦艇甲板洗消，還能夠用于滅火；模塊化，是通過開發高性能的洗消核心模塊，經模塊之間組合，配以通用性好的零備件組合成不同型號的洗消裝備；智能化，智能控制洗消過程，達到精確洗消的目的。

(3)內部空間洗消裝備。洗消裝備提供洗消而對機組、使命或平臺性能沒有不利影響。洗消劑中的表面活化劑和柔性氧化劑找出化學戰劑中把分子連接在一起的磷鍵或硫鍵，并將這些分子“劈成”無毒的碎片；表面活化劑還“刺穿”孢子的蛋白質“盔甲”，由氧化劑攻擊它內部的遺傳物質。這是內部空間簡便有效的一種洗消方法。

(4)提高對電子設備和其他敏感裝備的洗消能力。開發新型免水洗消方法、研制免水洗消裝備已成為新時期極為緊迫的研究課題，主要是循環溶劑超聲波浴洗消和APPJ洗消裝備。

(5)個人洗消器材向輕便、高效、無刺激方向發展。目前主要方向是開發生物酶、反應型高倍吸附洗消劑和醛肟燈洗消器。

2)預防性洗消技術研究。為了減少人員和裝備受污染的可能性及降低裝備受污染的程度，保證裝備適合在污染環境中使用，進行了系統的理論研究。提出了裝備結構設計上盡量減少凹、溝、槽，盡量避免使用合葉、細螺紋螺釘、彈簧旋鈕等不易被洗消干凈的部件；對電子元件，要采用可剝性保護層加以覆蓋。

3)洗消劑。研究多用途、低腐蝕、無污染且具有快速反應能力的洗消劑是發展的主要趨勢。研究方向有生物酶催化、過氧化物消毒劑、納米金屬氧化物和自動消毒涂料等。

[1] U S DOD.Joint Service Chemical and Biological Defense Program FY00-02 Overview[R]. U.S：DOD，2001：26-29.

[2] U S DOD.2010 Annual Report to Congress.Department of Defense Chemical and Biological Defense Program[R]. U.S：DOD，2010：7-12.

[3] 美國海軍.美國海軍艦船技術手冊.第470章艦船生物/化學戰劑防御與對抗措施 [M].翟少曉，劉書子，譯.北京：中國船舶信息中心，2004.

[4] 核生化防護(內部教材)[M].北京：解放軍出版社，2002.