高原高寒環境對武器裝備的影響研究

高強，龐志兵，魏赫

（1.防空兵學院，鄭州 450052；2.中國人民解放軍71271部隊，山東 青島 266105）

我國西南高原高寒地區面積廣闊，有著數千公里的高原高寒邊界線。因其海拔較高，該地區的自然氣候復雜、地理環境非常特殊。作為完成對該地區作戰任務的重要武器裝備，在高原高寒地區的環境下將面臨著嚴酷氣候的挑戰。因此，研究和分析高原高寒環境，對武器裝備的使用、維修、管理和進一步發展將起到一定的指導作用。

國外如美國、英國、德國和印度等國，十分重視高原高寒環境模擬試驗技術研究，建成了可以模擬高原高寒地區海拔、環境溫度、大氣壓力、環境濕度及日照的高原高寒地區環境模擬實驗室。

國內對武器裝備高原高寒地區環境適應性研究起步較晚，自主研發能力較弱，與國外有著較大的差距，研究技術力量單薄，整體水平落后。目前我國在環境監測、數據采集、數據信息庫建設、耐環境設計、新工藝新材料的開發、試驗技術和評價方法研究、環境仿真等諸多環節上落后于國外發達國家，而且從事環境適應性工作的科技人員數量稀少，人才缺乏[1]。

1 西南高原高寒地區的環境特點

西南高原高寒地區的環境分為地理環境和氣候環境，其特點如下。

1.1 地理環境特點

西南高原高寒地區的地勢特點是山勢險峻、層巒疊嶂、雪峰連綿，主峰海拔多在6500m以上，山脊線平均海拔在5500m以上，山谷湖盆地的海拔一般在4000～4500m左右。

1.2 氣候環境特點

氣候環境是影響武器裝備性能的主要環境因素。構成西南高原高寒地區氣候環境的因素很多，對武器裝備的影響也很復雜[2]。主要呈現出七大特點。

1）大氣壓力低，水的沸點低。大氣壓力隨海拔的升高而不斷降低，海拔越高空氣越稀薄，水的沸點就不斷降低。通常是海拔每升高1000m，大氣壓力就下降9%。在海拔4000m的高度時，水的沸點已經降低到90℃以下[2]。

2）氣候寒冷，大氣溫度低。西南高原高寒地區的氣候異常寒冷，年平均氣溫在-3℃以下，海拔越高大氣溫度就越低。不同的地區氣溫隨著海拔的升高而降低的量并不一致，有的變化明顯，有的變化不明顯。晝夜溫差大，白天地面在太陽強烈的輻射下溫度很高，而在晚上地面的溫度會迅速降低，這就造成了晝夜的溫差較大。

3）空氣稀薄，含氧量少。空氣中的含氧量將隨著海拔的升高而降低，海拔每升高100m，空氣中的含氧量就會下降近1%。當高原地區的海拔為4000m的時候，空氣中的含氧量只有海平面的58.6%。空氣稀薄造成空氣密度小，加劇了空氣增溫和降溫的強度，使每日氣溫變化增加，同時空氣的風壓和浮力也隨之降低。

4）氣候干燥，降水量少。由于西南高原高寒地區太陽輻射強烈，降水量小，研究發現，當地的雨水蒸發量是降水量的5倍多，每年的平均相對濕度保持在60%左右，因此，地表異常干燥。

5）日照時間長，紫外線強。由于西南高原高寒地區植被較少、地勢較高，所以空氣透明度比較高，日照輻射也特別強，年總輻射量比黃土高原、華北平原高得多。每年的5月是太陽輻射、紫外線最強的月份，輻射量可達10 kJ/m2左右，海拔每上升1000m約增幅l0%，3000m以上的地區增加緩慢。

6）風力大，沙塵多。該地區每年大風期時間都很長，風速也很大，年平均風速為3m／s，最大達到20～28m／s；風壓隨海拔的升高而降低不是很明顯。風壓很小，海拔每升高100 m，風壓就下降0.9%。由于西南高原高寒地區的植被和土壤較少，加上風速大的原因，造成了沙土塵埃很大。海拔越高的地方空氣含沙塵量就越高，高海拔地域的空氣含塵密度約是低海拔的5倍以上[3]。

7）等級公路少，轉彎半徑小，坡度大。該地區的地勢、地形復雜，交通困難，其道路的特點是路面窄、路況差、坡度較大、彎道又多又急。同時，道路還非常稀少，只有少量干線、支線公路，絕大部分是低等級的公路。

2 高原高寒環境對武器裝備的影響

2.1 對車輛性能的影響

低氣壓、低溫、強紫外線照射、風沙以及復雜的地形條件是影響車輛在西南高原高寒地區性能的主要因素，其主要影響表現在三個方面。

1）材料的性能降低。此地環境因素使零部件間的磨損變得嚴重，造成離合器容易被燒壞，蓄電池電解液的黏度增大，電阻率增高，最終使蓄電池的工作能力明顯下降。經過低溫試驗表明，隨著溫度的降低，橡膠密封件的機械性能呈現下降趨勢，-30℃下丁苯基天然橡膠電纜護套容易折斷、易剝裂。

2）裝備的機動性能大大降低。一方面風與其它環境因素綜合作用，影響了裝備的性能。如風使沙塵在武器裝備上沉積，加速機械磨損和堵塞；風能加快大氣中污染物的擴散及液體的蒸發等。另一方面復雜的地形條件造成車輛的交通效率減小，機動性能明顯降低。

3）發動機啟動阻力增加、啟動時困難等。發動機功率至少降低30%。高原高寒地區惡劣的自然環境對車輛性能產生了顯著的影響，對車輛的可靠性、人-機-環境等產生了較大的影響，最終導致武器裝備的工作效率明顯降低[4]。

2.2 對電子設備的影響

在高海拔的西南高原高寒地區，海拔增加，大氣壓力降低、空氣密度減小，造成了電子設備容易出現故障，特別是對雷達設備的影響比較明顯。主要是表現在以下三個方面。

1）在海拔0～5000m的范圍內，氣壓值、電暈電壓和外絕緣強度都會隨著海拔的升高而有不同程度的降低。通常情況下，在0～5000m海拔范圍內，大氣壓每降低12%(相當于海拔增高1000m)，外絕緣強度和電暈電壓降低8%～13%。

2）高壓絕緣距離會隨著氣壓值的降低而大幅度減小，從而導致雷達發射機出現放電、打火的現象。

3）空氣散熱能力會隨著海拔的升高而逐漸減弱，熱動作時間就會縮短，直接影響到低壓電器的分斷能力[5]。平均相對濕度隨海拔升高而降低.絕對濕度降低時，電子產品的外絕緣強度降低，干弧放電電壓降低。有研究表明，海拔每增加100m，產品的工頻電暈、干弧、濕弧、沖擊放電電壓一般較標準狀況降低1%。

2.3 對武器裝備機能的影響

西南高原高寒地區低溫期比較長，并且全年有2/3的時間氣溫在-20℃以下。高寒使人與武器裝備不能有效結合，主要表現在兩個方面。

1）低溫對兵器操作手的影響，顯著地表現在手腳動作的準確性和靈活性方面。相關研究表明，當環境溫度為7℃時，手工作業的效率僅為最舒適溫度時的80%，當環境溫度降低到11.4℃時，男性作業者的事故率為138%，女性作業者的事故率為132%。

2）武器裝備在高原高寒環境下故障率明顯增加。20世紀60年代，美國國防部專門對環境造成的武器裝備損壞進行調查。結果顯示，環境因素占了損壞的50%；而在庫存期中，環境因素造成武器裝備損壞占整個使用過程中損壞的60%。環境因素使武器裝備出現了操作系統不夠靈活、儀器指標數據不穩定或不準確的現象，甚至還會使武器裝備的戰術技術性能喪失，使武器裝備系統喪失應有的作戰效能，使裝備機能失靈，嚴重影響了武器系統戰斗效能的發揮[6]。

2.4 對武器裝備維修、保養工作的影響

西南高原高寒地區惡劣的氣候環境對武器裝備的使用可靠性影響比較明顯，故障率也明顯增加。其具體表現在以下兩個方面。

1）影響裝備維修、保養的環境因素錯綜復雜，這給武器裝備的維修、保養工作帶來很大困難，給部隊維修、保養隊伍帶來新的要求和新的挑戰。在高原高寒地區嚴重缺氧的條件下，武器裝備工作效率大幅度降低：發動機耗油量增大30%；載質量減少25%；時速降低50%。同時，發動機工作粗暴，磨損消耗更大，故障率更高，給維修工作帶來很多困難。

2）復雜的氣候環境因素使武器裝備原有的性能水平降低。如：低溫、空氣含氧量低，使得燃料很容易凍結并且燃燒時不夠充分，造成了車輛啟動困難，發動機及路線容易受到破壞；風沙大對武器裝備的零部件造成污染，容易產生故障，而且給保養帶來了較大困難。在無風的情況下，高原高寒環境含塵密度仍超過12 g/m3，因此高原高寒地區的大氣粉塵含量一方面使發動機的阻力增大、功率降低，另一方面加大了武器裝備的保養難度和頻率，縮短了裝備的使用壽命，降低了工作效率，導致裝備的早期磨損并縮短了大修期時間[7]。

2.5 對射程偏差的影響

西南高原高寒地區的風力、風速大，風壓小，沙塵多，并隨著海拔高度的變化而變化。彈道上風的分布不均勻，因而存在風切變。風切變對運動中的裝備會產生很大的應力的機動性，重者可造成事故，不同的風切變對射程產生不同的影響。風切變分為垂直切變和水平切變。首先建立風切變的風場模型，然后針對建立的模型進行彈道仿真分析，最后為彈道設計提供理論上的分析。結果表明，風切變對彈道偏差產生影響，并且垂直切變比水平切變對彈道偏差的影響大得多，根據研究資料顯示：在直線模型中風切變強度為2×10-3～2.5×10-3（m·s-1）/m時，產生的射程偏差為115 m，而風切變強度為2× 10-3～1.2×10-2（m·s-1）/m時，產生的射程偏差為435 m。因此，風切變強度越大，其對射程偏差的影響越大[8]。

2.6 對武器裝備機動能力的影響

制約裝備機動保障能力，使其大大降低的因素包括以下三個方面：一是該地區的道路非常稀少，只有少量的干線和支線公路，而且絕大部分是低等級及等外級公路；二是該地區道路的特點是路面窄、路況差，坡度大，在8°～12°之間，彎道又多又急；三是并非所有的作戰地域都有現成的公路，許多地段是礫石路和石階路，并且有的道路只能單車行駛。車輛在以30 km/h以下速度行駛時，車體顛簸嚴重。車輛涉水后，由于氣溫低，在300～500m距離內制動基本失效，行駛不安全。由于氧氣不足，車輛在冰雪路面行駛輪胎易打滑，上坡和彎道多，比平原地區平均油耗增加15%～30%，行駛里程大大縮短[9]。對道路影響最嚴重的季節是夏天和冬天，夏天的雨水較多，路面過水處也比較多，冬天大雪封山，車輛在很多路段沒有辦法通行。這給車輛的行駛帶來了嚴重的阻礙。在執行交通運輸任務時，車輛機動靈活性較差，運行起來比較困難，并且產生了很多損耗，嚴重的時候通行異常困難，因此，在組織指揮車輛時要做到嚴密精細[10]。

3 結語

西南高原高寒地區的復雜地理環境和惡劣的氣候條件對武器裝備的作戰性能影響非常大，應該引起高度的重視。武器裝備在高原高寒地區的環境適應性關系到裝備在戰場環境條件下的作戰能力和生存能力的發揮，為了應對未來可能來自西南高原高寒地區的軍事威脅，提高在西南高原高寒地區的裝備水平和作戰能力，就必須全面、科學、系統地研究西南高原高寒地區對武器裝備作戰性能的影響[11—12]，研究表明，高原高寒環境對武器裝備的性能、電子設備、機能、維修保養、射程偏差、機動能力等方面帶來較大影響。高原高寒環境因素影響降低了武器裝備環境適應性能力，降低了其原有的作戰效能。研究分析結果將為相關論證、研制、生產、使用部門提供重要的借鑒意義，也為實現信息化條件下能打仗、打勝仗提供了強有力的理論支持。

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