東南海域島礁環(huán)境對武器裝備的影響及對策研究

張夢龍，趙志敏

（中國人民解放軍91550部隊，遼寧 大連 116023）

武器裝備性能的可靠性是決定未來海上戰(zhàn)爭能否取勝的關(guān)鍵，島礁環(huán)境因素是影響島礁武器裝備性能可靠性的重要因素之一，輕則導(dǎo)致裝備結(jié)構(gòu)損壞、性能降低，重則導(dǎo)致武器系統(tǒng)功能喪失[1-2]。由于島礁地理環(huán)境較為復(fù)雜，自然氣候特殊，島礁上的武器裝備面臨著惡劣環(huán)境的挑戰(zhàn)。通過分析研究島礁地理、水文和氣候要素的特點，總結(jié)其對武器裝備性能的影響，探討提高武器裝備島礁環(huán)境適應(yīng)性所需要采取的措施，對未來提高武器裝備效能提供一定的指導(dǎo)。

1 島礁區(qū)環(huán)境特點

島礁區(qū)的環(huán)境要素主要分為地理環(huán)境要素、水文環(huán)境要素和氣象環(huán)境要素。

1.1 地理環(huán)境要素

我國島礁區(qū)主要分布在東海和南海地區(qū)。其特點是遠離大陸、分布零散、面積狹小、四面環(huán)水、地勢低平等。島礁區(qū)多山，坡度陡峻、地形復(fù)雜；岸線彎曲，岸陡灘狹；道路少，且曲折狹窄。

1.2 水文環(huán)境要素

水文要素主要包括潮汐、潮流、海流、海浪、海溫、鹽度、密度、水色、透明度、水層等[3-4]。島礁區(qū)潮汐多是不規(guī)則日潮，潮差較小；潮流性質(zhì)大部分與潮汐相一致，流速較大；島礁區(qū)海流隨季節(jié)風變化而變化，海流速度一般較大；海浪較大，且涌浪大于風浪；海區(qū)水溫一般較高，均勻?qū)雍穸却螅S層強度小；海區(qū)鹽度較大，躍層強度弱，隨季節(jié)變化較小；海區(qū)密度變化較小，厚度較大；海區(qū)水色高、透明度大，隨季節(jié)變化較小；島礁海區(qū)表層水較均勻，次表層水變化大，中層水和深層水較為穩(wěn)定[5-6]。

1.3 氣候環(huán)境要素

氣候環(huán)境因素是影響武器裝備性能的主要環(huán)境因素。島礁區(qū)氣候環(huán)境因素主要包括氣壓、溫度、相對濕度、風場、降水、云量和霧等，因此對武器裝備性能的影響非常復(fù)雜。其中武器裝備材料的主要影響因素為溫度、濕度以及鹽霧。

1）溫度。不同緯度區(qū)的島礁年平均氣溫相差較大，但是夏季南北溫度相差較小。臨近赤道島礁區(qū)年均氣溫和年平均海溫都不小于 27 ℃，其中各月平均氣溫都不小于26 ℃。

2）降水、相對濕度。降水日數(shù)較多，降水量大，相對濕度較高。南海島礁區(qū)的降水主要是由熱帶氣旋和西南季風帶來的，雨量充沛，年平均降雨量約2000 mm，自北向南遞增。由于海區(qū)內(nèi)豐富的水資源每天向空氣中蒸發(fā)出大量的水蒸氣，導(dǎo)致海區(qū)內(nèi)的濕度比內(nèi)陸地區(qū)要高很多，海洋上空的空氣濕度一般都在60%以上，并且由于空氣濕度大的影響，海洋地區(qū)在降水方面也比內(nèi)陸地區(qū)不僅頻繁，而且量大，降水量大又導(dǎo)致了空氣濕度大。

3）鹽霧。我國東南海域空氣中的鹽霧含量在0.33~23.6 mg/ms范圍。影響大氣鹽霧含量因素是多方面的，主要是氣候條件（風向、風速、濕度以及破浪高低等）和自然環(huán)境（海岸線地貌、離海距離等）等兩個方面。

2 島礁環(huán)境對武器裝備的影響

島礁區(qū)氣候環(huán)境復(fù)雜多變，常年具有高溫、高濕、高鹽霧以及強太陽輻射等特點，對武器裝備結(jié)構(gòu)材料、電子電器以及雷達通信等設(shè)備的可靠性造成較大影響，從而導(dǎo)致武器裝備性能降低或失效。美國曾對其沿海武器裝備調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：環(huán)境因素導(dǎo)致武器裝備發(fā)生故障或失效的占 52%，其中的 72%是由溫濕度、鹽霧以及太陽輻射導(dǎo)致的。由此可見，溫濕度、鹽霧和太陽輻射是導(dǎo)致武器裝備性能降低及失效的主要環(huán)境因素[8-9]。

2.1 對結(jié)構(gòu)材料的影響

島礁區(qū)武器裝備長期受惡劣氣候環(huán)境因素的影響，其結(jié)構(gòu)材料極易發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，輕則降低結(jié)構(gòu)強度，重則破壞武器裝備性能。

武器裝備含有橡膠、塑料以及大量的金屬材料。在高溫、高濕、高鹽霧以及強太陽輻射作用下，橡膠和塑料材料容易老化脫落，使得其絕緣性能降低，甚至失效，從而對武器裝備的可靠性產(chǎn)生一定影響[10]。金屬材料在高溫、高濕以及高鹽霧的作用下，表面極易被氧化，即發(fā)生腐蝕效應(yīng)[11]。如圖1所示，表面腐蝕產(chǎn)物易脫落，脫落后的材料表面在高溫、高濕和高鹽霧的作用下，會加速腐蝕。

圖1 結(jié)構(gòu)材料表面腐蝕樣貌Fig.1 Corrosion appearance of construction material surface

在高溫條件下，設(shè)備內(nèi)部銅、鋁材料極易軟化，機械強度明顯下降。金屬材料接觸表面在高溫、高濕、高鹽霧作用下會劇烈氧化，接觸材料極易變脆老化，不僅增加零件之間磨損，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)等災(zāi)難性事故。因此惡劣的氣候環(huán)境不僅可以破壞結(jié)構(gòu)材料幾何形狀，而且容易降低結(jié)構(gòu)材料的強度、塑性以及韌性等力學(xué)性能，對武器裝備造成不可估量的損失。

2.2 對電子電器設(shè)備的影響

電器設(shè)備長期處于高溫高濕以及鹽霧環(huán)境中，其內(nèi)部元器件的腐蝕效應(yīng)會大大加劇，導(dǎo)致其品質(zhì)快速下降，影響電器設(shè)備的安全運行，從而嚴重縮短了其使用壽命[12-14]。

由于島礁區(qū)空氣濕度過高，一方面空氣中的水分附著在絕緣材料表面，使電器設(shè)備的絕緣電阻降低，甚至短路，從而導(dǎo)致電器設(shè)備損壞；另一方面潮濕空氣加速電氣設(shè)備中的導(dǎo)電金屬銹蝕，大大降低了設(shè)備的性能和使用壽命，甚至造成電器設(shè)備故障，如圖2所示。鹽霧是電子電器設(shè)備損壞失效的關(guān)鍵因素，在高鹽霧作用下，不僅會加劇電器設(shè)備內(nèi)部金屬和無機材料的腐蝕[15]，而且會導(dǎo)致內(nèi)部金屬導(dǎo)體表面形成晶體，晶體潮解后，會產(chǎn)生活性電解質(zhì)溶液膜，造成電偶腐蝕，嚴重影響其使用性能[16-17]。因此，濕度及鹽霧是造成電器設(shè)備性能降低或失效的主要因素。

圖2 電器設(shè)備腐蝕樣貌Fig.2 Corrosion appearance of electrical equipment

2.3 對雷達通信設(shè)備的影響

島礁氣候環(huán)境的氣溫較高、濕度較大、高鹽霧以及強太陽輻射等環(huán)境特征都會引起雷達通信設(shè)備性能下降，甚至失效，造成嚴重的安全隱患。

在高溫、高濕及高鹽霧等惡劣氣候環(huán)境作用下，雷達通信裝備極易遭受嚴重腐蝕，從而降低裝備結(jié)構(gòu)的強度、塑性以及韌性等性能。島礁惡劣氣候環(huán)境嚴重影響雷達裝備的電磁性能，高溫高濕環(huán)境不僅容易造成零部件表面的腐蝕，而且容易導(dǎo)致兩個鄰接導(dǎo)體短路，嚴重影響雷達通信裝備的精度。雷達通信裝備內(nèi)部零部件都是薄金屬導(dǎo)體，為了保證信號的平穩(wěn)傳輸，零部件上通常用銀來鍍層，而在高溫高濕環(huán)境以及電場作用下，銀離子逐漸向絕緣材料表面遷移，導(dǎo)致設(shè)備短路。雷達通信設(shè)備通常都是高功率的電子設(shè)備[18]，而設(shè)備長期在高溫環(huán)境下工作，會加速電子設(shè)備的溫度上升，從而更容易導(dǎo)致電子設(shè)備發(fā)生故障或者系統(tǒng)崩潰[19]。島礁區(qū)雷達通信設(shè)備長期受到強風吹、烈日曬及鹽雨淋，容易導(dǎo)致接頭盒內(nèi)接觸不良、光纜纖芯收縮程度較大，從而造成雷達信號接收不良。

3 提高武器裝備可靠性需采取的措施

島礁環(huán)境條件較為惡劣，對武器裝備的性能和可靠性就提出了較高的要求。因此如何降低島礁氣候環(huán)境給武器裝備帶來的影響，是目前亟待解決的問題。

3.1 提高武器裝備的設(shè)計要求

為了使武器裝備能更好地適應(yīng)島礁區(qū)惡劣環(huán)境，必須在裝備的設(shè)計研發(fā)階段充分考慮島礁惡劣環(huán)境的特點及對武器裝備帶來的影響，即在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、電器設(shè)備密封性等方面綜合考慮高溫、高濕、高鹽霧以及強太陽輻射等環(huán)境特點對其可能造成的影響。

提高裝備零部件、電子電器線路和儀器設(shè)備的可靠性，材料的選擇尤為重要。在充分考慮島礁區(qū)高溫、高濕以及高鹽霧等環(huán)境特點以及滿足結(jié)構(gòu)和強度要求的前提下，應(yīng)當優(yōu)先考慮抗腐蝕性材料，可以有效避免因選材不當造成材料腐蝕、不相容性等問題，從而提高武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性。對結(jié)構(gòu)材料表面采取防護措施能夠避免或降低材料的腐蝕。表面防護技術(shù)是結(jié)構(gòu)材料非常重要的防腐技術(shù)，比如采用涂層防護，表面涂層能有效阻止空氣中的水霧、鹽霧與材料表面直接接觸，避免了對結(jié)構(gòu)表面的直接腐蝕，大大提高了武器裝備性能及環(huán)境適應(yīng)性[20-23]，如圖3所示。

圖3 方艙涂層Fig.3 Shelter Coating

材料的腐蝕與裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)。裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到武器裝備使用壽命長短，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減緩高溫、高濕與高鹽霧對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕作用；而結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理則會加劇材料的腐蝕，從而降低裝備的使用壽命。合理的裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)避免出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕、接觸腐蝕，以及避免出現(xiàn)易引起液態(tài)或氣態(tài)腐蝕介質(zhì)浸入、聚集、凝露等的結(jié)構(gòu)缺陷[24-27]，如對易腐蝕材料采用合理的密封設(shè)計，尤其是電子元器件、接插件等系統(tǒng)，防止空氣中水、鹽介質(zhì)與材料接觸；合理設(shè)置排水孔，防止由于冷凝水等在材料表面長期滯留；合理設(shè)計通風結(jié)構(gòu)，防止水蒸氣、鹽霧滯留，降低與材料表面反應(yīng)；在不同材料之間相互連接時，連接處應(yīng)當進行絕緣處理或者密封處理，有效防止電偶腐蝕。

3.2 提高武器裝備的試驗要求

高溫、高濕及高鹽霧等環(huán)境因素是引起裝備性能降低或功能喪失的重要因素。在武器裝備投入使用之前，會對裝備進行針對性試驗，以考核裝備是否滿足設(shè)計要求的各項性能指標。因此在試驗設(shè)計中應(yīng)嚴格把控試驗指標。

多種環(huán)境因素綜合作用，加劇了裝備性能的降低或失效，為了使試驗結(jié)果更接近實際，必須全面考慮裝備使用地的環(huán)境條件，科學(xué)地設(shè)計試驗條件與檢驗方法。試驗必須明確島礁區(qū)的環(huán)境條件，以及使用時的局部環(huán)境條件。試驗期間定期對結(jié)構(gòu)材料及性能進行檢測，對于易發(fā)生腐蝕的關(guān)鍵部位應(yīng)重點檢測。試驗樣品應(yīng)該要采用裝備實際產(chǎn)品，也可以用替代樣品，但是要求基本材料要與實際產(chǎn)品一致。試驗環(huán)境條件必須接近真實環(huán)境，比如試驗場地建立在島礁區(qū)，如果是實驗室環(huán)境下模擬試驗，一定要對實驗室內(nèi)溫度、濕度、鹽霧、太陽輻射、風速等重要參數(shù)進行合理控制[28]。總之試驗?zāi)康木褪窃诒M量真實的島礁區(qū)惡劣環(huán)境條件中，檢驗裝備的環(huán)境適應(yīng)性，從而實現(xiàn)問題早發(fā)現(xiàn)、早解決，避免人財物資的浪費。

3.3 提高武器裝備的使用要求

為最大限度地提高武器裝備島礁環(huán)境下的戰(zhàn)斗力以及使用壽命，需要做好使用階段的武器裝備管理，加強對武器裝備的日常維護和保養(yǎng)。

加強武器裝備的檢查，縮短裝備維護保養(yǎng)周期。電器設(shè)備、金屬材料等在高濕度、高鹽霧的空氣中極易發(fā)生腐蝕，尤其是附著在裝備表面的鹽水對裝備腐蝕更加惡劣。因此除對裝備正常保養(yǎng)執(zhí)行要求之外，還應(yīng)重點檢查金屬材料表面、電子電器元件、艙內(nèi)溫濕度、密封性、管線破損等方面，盡量避免裝備遭受雨淋，對不可雨淋裝備進行清洗擦拭，使其保持表面干燥，減輕鹽水對金屬的腐蝕。因此，針對其惡劣環(huán)境條件，縮短對武器裝備的維護保養(yǎng)時間，不僅可以降低島礁惡劣環(huán)境對裝備的腐蝕影響，及時發(fā)現(xiàn)局部腐蝕區(qū)域，及時清除腐蝕產(chǎn)物、噴灑緩蝕劑、表面涂油以及安裝鹽霧凈化處理系統(tǒng)等措施，控制腐蝕的發(fā)展，而且可以提前發(fā)現(xiàn)電器設(shè)備的氣密性是否良好，及時修補密封劑，降低腐蝕效應(yīng)。建立適宜的維護、保養(yǎng)程序和方法，對降低裝備腐蝕效應(yīng)是非常必要的[29]。

制定合理的預(yù)防性維修方案。在高鹽霧加溫濕度的綜合作用下，武器裝備電子設(shè)備以及金屬表面極易腐蝕。因此根據(jù)武器裝備性能，視情調(diào)整裝備大、中修周期，并制定預(yù)防性維修方案以及預(yù)先規(guī)劃好配套設(shè)備。根據(jù)島礁環(huán)境特點合理規(guī)劃武器人員、維修保養(yǎng)設(shè)備、工具、零配件等武器資源，制定裝備武器方案和應(yīng)急措施，及時解決特殊島礁環(huán)境裝備運用的武器問題，實現(xiàn)裝備武器到位，滿足規(guī)定期限內(nèi)裝備的安全可靠使用要求，延長裝備的使用壽命。良好的腐蝕維修處理可以最大程度發(fā)揮裝備的效能，節(jié)約資源與費用，如美國民兵Ⅲ型洲際彈道導(dǎo)彈服役至今已長達1/2世紀，其超長壽命正是有賴于持續(xù)的環(huán)境損傷監(jiān)測與腐蝕維修控制[30]。

4 結(jié)語

島礁區(qū)復(fù)雜的地理環(huán)境和惡劣的氣候條件特點對武器裝備性能影響較大，應(yīng)該引起高度重視。高溫、高濕以及高鹽霧的環(huán)境特點不僅增強對裝備結(jié)構(gòu)材料的腐蝕破壞，而且提高了電器設(shè)備發(fā)生故障的概率，從而大大影響了武器裝備的環(huán)境適應(yīng)能力以及作戰(zhàn)效能。為提高島礁環(huán)境下武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，通過全面分析島礁環(huán)境對武器裝備的影響，提高對武器裝備在設(shè)計、試驗以及使用方面的要求，對未來提高武器裝備島礁環(huán)境適應(yīng)性提供一定的指導(dǎo)。