化學急襲在海戰場中的殺傷威力估算研究

穆中國，白雪蓮，楊洪禹

(海軍大連艦艇學院 水武與防化系，遼寧 大連 116018)

作為一種威力巨大的大規模殺傷性武器，化學武器利用毒劑形成大面積的染毒區域，對人員產生大規模殺傷作用。在戰場上，為充分發揮化學武器的威力，往往會采用化學急襲對目標發動攻擊，化學急襲就是在規定的時間內，用最大的射速把化學彈藥齊射出去，形成高濃度染毒區域的化學武器作戰樣式[1]。國外研究表明，化學急襲在其中心區域所形成的毒害劑量比致死劑量或半致死劑量高出數倍[2]，人員如沒有進行事先防護，在高劑量毒劑的作用下，將會迅速中毒，由此造成大量人員傷亡。在兩伊戰爭中，伊拉克軍隊就利用此種方式對伊朗軍隊實施打擊，使其深受重創。在未來海戰中，敵方為實現其軍事目的，在戰局不利的情況下，很可能會尋求利用化學武器的威力來扭轉戰局，化學急襲將成為其攻擊水面艦艇的主要手段，艦艇官兵如不及時采取正確防護措施，將會傷亡慘重，甚至會導致作戰行動功虧一簣。 因此為了應對未來海戰中可能出現的化學急襲威脅，艦艇部隊應該對化學急襲的殺傷威力及特點有所了解。

目前，有關化學急襲研究十分有限，且主要以陸地戰場為研究對象[1,3,4]，有關海戰場的化學急襲至今尚未見文獻報道。海戰場環境同陸地戰場環境存在較大的差別，這也決定了化學急襲在海戰場中有不同于陸地戰場的變化特點。因此，為準確了解化學急襲在海戰場中的殺傷威力，有必要結合海戰場環境特點展開研究。本文立足現狀，結合海戰場環境特點，對此進行了初步研究。

1 海戰場影響毒劑云團擴散的主要因素

化學急襲所產生的毒劑云團在海戰場的擴散主要受風速、海面粗糙度和大氣擴散系數的影響。由于海面粗糙度與10 m高風速有著密切的關系，因此本文主要利用10 m高風速研究海戰場毒劑云團的擴散規律。

1.1 海戰場風速變化規律

風速是影響化學急襲在海戰場性能的重要氣象參數，在自然環境中，不同高度風速的關系滿足風速斷面方程[3]：

(1)

式(1)中，u、u1分別為高度z1、z1處的風速；n為大氣穩定度；z0為下墊面粗糙度。

海戰場環境的空氣垂直穩定度可近似看成等溫，在等溫條件下，式(1)可用拉庇達爾定律表示為[1]：

(2)

在海戰場環境中，海面粗糙度與10 m高風速存在如下關系[5-6]：

(3)

人文主義精神是一種普遍的人類自我關懷，表現為對人的尊嚴、價值、命運的維護、追求和關切[4]。受市場經濟等因素影響，我國醫療衛生事業中部分醫務人員道德素質下降，醫患關系日益緊張，對醫學生自身發展和病人健康造成沖擊，醫學的人性光芒日趨黯淡，醫學的人文主義精神衰落，同樣也對整個社會的倫理道德產生嚴重沖擊。為此，加強醫學生人文主義教育成為高等醫學院校思想政治教育的主要任務，具體內容及實施路徑見圖1。

在等溫條件下，由方程(2)和方程(3)可知，海面風速的斷面方程為：

(4)

整理可得距海面zm處的風速與10 m處的風速存在如下關系：

(5)

1.2 海戰場毒劑云團擴散系數

海戰場環境的空氣垂直穩定度可近似看成等溫，在海面上方影響化學武器毒劑云團的擴散系數主要有數垂直擴散系數和水平擴散系。

在等溫條件下，距海面zm處的垂直擴散系數為：

(6)

式(6)中，k為卡門常數，一般取0.4；z0為粗糙度；u1為1 m高的風速。

由式(3)整理可得：

(7)

由此可知，若知道1 m高和10 m高的風速，可由公式(7)求得距海面任意高度處的垂直擴散系數。

2 化學急襲殺傷威力數學模型

單枚化學武器爆炸后，所產生毒劑云團的初始半徑r和初始高度h可由下式計算[1]:

(8)

(9)

目前有關化學武器殺傷性能的研究理論主要有薩頓、羅別特斯爾和萊赫特曼等人的理論[1,3,4]，其中最為準確、應用最為廣泛的理論是萊赫特曼理論。該理論特別適合于瞬時體源的擴散規律研究。化學武器(如化學炮彈、炸彈)的爆炸可看成是瞬時體源的一種形式，因此本文利用萊赫特曼理論研究化學急襲的殺傷威力，通過計算毒害劑量和半致死作用距離，衡量化學急襲的殺傷威力。

可參照文獻[1,7]，運用萊赫特曼方程和正態濃度方程來計算化學急襲時貼近海面處的濃度，其表達式如下：

(10)

(11)

3 化學急襲殺傷威力的估算研究

通過比較主要軍用毒劑的綜合使用性能和應用價值[8]，選用沙林毒劑為代表毒劑，研究化學急襲在海戰場的殺傷威力，其半致死劑量為0.07 mg·min/L，半致死距離為毒害劑量為半致死劑量的下風方向某點與化學急襲爆炸中心的距離。參照外軍資料設置估算條件[3]，設所發射的炮彈數為96枚，所產生的初生毒劑云團與風向平行方向的縱深為Ld為80 m，與風向垂直方向的縱深Lf為150 m，海面風速為2 m/s，毒劑與彈藥質量比為0.8，毒劑利用率為ku=0.3，化學急襲時間為τH為1 min。由公式(7)可求得距海面1 m高處的垂直擴散系數k1=0.031 7。

3.1 彈藥質量對化學急襲殺傷威力的影響

將上述數值代入公式(11)，可求得在海面上,當炮彈彈藥量不同時，距化學急襲爆炸中心不同位置的毒害劑量。其結果如圖1所示。

從圖1可以看出，當單枚炮彈裝藥量從1 kg增加到4 kg時，在化學急襲爆炸中心，毒害劑量從0.4 mg·min/L 增加到0.75 mg·min/L，分別是沙林半致死劑量的6倍和11倍左右。化學急襲半死劑量的作用距離從25 km增加到70 km。

從計算結果可知，隨著彈藥量增大，化學急襲的毒害劑量和半致死作用距離顯著增加，化學武器的殺傷威力明顯增大，遠程攻擊能力進一步提高。隨著軍事技術的不斷發展，通過改進結構，增加化學武器的彈藥量已非難題。在未來海戰中，敵人很可能通過增加彈藥量進一步提高化學急襲的殺傷威力。艙面人員如不及時采取防護措施，在高毒害劑量作用下，將會大量傷亡。殺傷范圍的增大也給水面艦艇的疏散規避帶來很大困難，由此對我海上軍事行動產生嚴重的阻礙和干擾。另外，由于彈藥量的增加會顯著提高化學急襲的毒害作用距離，敵人很可能會利用這一特性在艦艇編隊上風方向發動遠程化學急襲，遠程化學急襲在海戰場上很難被偵察發現，由此增加化學急襲的突然性和隱秘性，對水面艦艇的海上生存構成更大的威脅。

3.2 縱深對化學急襲威力的影響

縱深與發射的彈藥數量相關，一般來說，彈藥的數量增加3倍，縱深也會增加1倍，設所發射的炮彈數增加3倍，由96枚增至384枚，則毒劑云團與風向平行方向的縱深為Ld由80 m增加到160 m，與風向垂直方向的縱深Lf為由150 m增加到300 m。縱深對化學急襲殺傷威力的影響如圖2所示。

從圖2可以看出，當縱深增大1倍時，在化學急襲中心區域，沙林毒害劑量從0.40 mg·min/L增加到0.775 mg·min/L，分別為其半致死劑量的6倍和11倍左右。半致死作用距離從25 km增加到70 km。由計算結果可知，縱深增加1倍，所產生的殺傷威力與彈藥量增加3倍所得到的結果類似。由此可見，和彈藥量類似，毒害縱深的增加也會顯著增加化學急襲的殺傷威力，會對水面艦艇的生存構成嚴重威脅。但從實戰價值來看，若想通過增加毒害縱深來提高化學急襲的殺傷威力，需將化學武器的部署量增加數倍。這不僅會顯著增加作戰負擔和作戰部署難度，而且不利于隱秘使用化學武器。其實戰價值不及通過加大裝藥量提高化學急襲殺傷威力的作戰手段。因此，在未來海戰中，為增加殺傷威力，敵方可能更傾向于運用高彈藥量化學武器發動化學急襲。

3.3 化學急襲在不同戰場環境中的殺傷威力對比

由文獻[1]可求得，在本文研究條件下，陸地戰場大氣垂直擴散系數K1=0.033，化學急襲在不同戰場環境中的殺傷威力如圖3所示。

從圖3可以看出，在海戰場，化學急襲區域的沙林毒害劑量約為0.4 mg·min/L，約為半致死劑量的6倍，半致死作用距離超過30 km。在平坦陸地戰場，化學急襲區域的沙林毒害劑量約為0.35 mg·min/L，約為半致死毒害劑量的5倍，半致死作用距離約為25 km。通過比較可以看出，在化學武器性能和氣象條件相同的情況下，化學急襲在海戰場上的毒害劑量和毒害作用距離略高于陸地戰場，這表明化學急襲在海戰場上的殺傷威力更大。艦艇編隊遠離海岸，一旦遭受化學急襲，難以獲得外部支援，只能依靠艦艇所配備的集體防護器材和個人防護器材來避免受到化學急襲的傷害作用，一旦出現人員中毒，其救治難度也高于陸地戰場環境。敵人為強化殺傷作用，可能會通過多次化學急襲攻擊艦艇編隊，以擾亂艦艇編隊陣型，消耗艦艇防護器材的防毒效能。這使得海上作戰力量比陸上作戰力量面對更為嚴峻的威脅，稍有閃失，就可能引起大量傷亡，對艦艇部隊的作戰行動和士氣造成嚴重影響。

4 結論

1) 密切關注化學武器研發進展，了解化學武器彈藥量、結構和使用手段的變化；

2) 對化學急襲應予高度重視，結合其特點，制定相應的防化保障方案和訓練計劃，加強有關艦艇編隊在海上遭敵化學急襲時的防護訓練和演練；

3) 加強遠程預警和偵察能力，以便及時發現已發動的遠程化學急襲，為艦艇及時采取防護提供依據；

4) 加強研究，進一步提高集體和個人防護器材的性能，確保艦艇部隊能從容應對敵方的多次化學急襲。