東南海域島礁環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爭能否取勝的關鍵，島礁環境因素是影響島礁武器裝備性能可靠性的重要因素之一，輕則導致裝備結構損壞、性能降低，重則導致武器系統功能喪失[1-2]。由于島礁地理環境較為復雜，自然氣候特殊，島礁上的武器裝備面臨著惡劣環境的挑戰。通過分析研究島礁地理、水文和氣候要素的特點，總結其對武器裝備性能的影響，探討提高武器裝備島礁環境適應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。

1 島礁區環境特點

島礁區的環境要素主要分為地理環境要素、水文環境要素和氣象環境要素。

1.1 地理環境要素

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

1.2 水文環境要素

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]。島礁區潮汐多是不規則日潮，潮差較小；潮流性質大部分與潮汐相一致，流速較大；島礁區海流隨季節風變化而變化，海流速度一般較大；海浪較大，且涌浪大于風浪；海區水溫一般較高，均勻層厚度大，躍層強度小；海區鹽度較大，躍層強度弱，隨季節變化較??；海區密度變化較小，厚度較大；海區水色高、透明度大，隨季節變化較??；島礁海區表層水較均勻，次表層水變化大，中層水和深層水較為穩定[5-6]。

1.3 氣候環境要素

氣候環境因素是影響武器裝備性能的主要環境因素。島礁區氣候環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。降水日數較多，降水量大，相對濕度較高。南海島礁區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。由于海區內豐富的水資源每天向空氣中蒸發出大量的水蒸氣，導致海區內的濕度比內陸地區要高很多，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，海洋地區在降水方面也比內陸地區不僅頻繁，而且量大，降水量大又導致了空氣濕度大。

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）和自然環境（海岸線地貌、離海距離等）等兩個方面。

2 島礁環境對武器裝備的影響

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

2.1 對結構材料的影響

島礁區武器裝備長期受惡劣氣候環境因素的影響，其結構材料極易發生物理化學反應，輕則降低結構強度，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，即發生腐蝕效應[11]。如圖1所示，表面腐蝕產物易脫落，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 結構材料表面腐蝕樣貌Fig.1 Corrosion appearance of construction material surface

在高溫條件下，設備內部銅、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，縮短設備的使用壽命，甚至造成火災等災難性事故。因此惡劣的氣候環境不僅可以破壞結構材料幾何形狀，而且容易降低結構材料的強度、塑性以及韌性等力學性能，對武器裝備造成不可估量的損失。

2.2 對電子電器設備的影響

電器設備長期處于高溫高濕以及鹽霧環境中，其內部元器件的腐蝕效應會大大加劇，導致其品質快速下降，影響電器設備的安全運行，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，使電器設備的絕緣電阻降低，甚至短路，從而導致電器設備損壞；另一方面潮濕空氣加速電氣設備中的導電金屬銹蝕，大大降低了設備的性能和使用壽命，甚至造成電器設備故障，如圖2所示。鹽霧是電子電器設備損壞失效的關鍵因素，在高鹽霧作用下，不僅會加劇電器設備內部金屬和無機材料的腐蝕[15]，而且會導致內部金屬導體表面形成晶體，晶體潮解后，會產生活性電解質溶液膜，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備性能降低或失效的主要因素。

圖2 電器設備腐蝕樣貌Fig.2 Corrosion appearance of electrical equipment

2.3 對雷達通信設備的影響

島礁氣候環境的氣溫較高、濕度較大、高鹽霧以及強太陽輻射等環境特征都會引起雷達通信設備性能下降，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，從而降低裝備結構的強度、塑性以及韌性等性能。島礁惡劣氣候環境嚴重影響雷達裝備的電磁性能，高溫高濕環境不僅容易造成零部件表面的腐蝕，而且容易導致兩個鄰接導體短路，嚴重影響雷達通信裝備的精度。雷達通信裝備內部零部件都是薄金屬導體，為了保證信號的平穩傳輸，零部件上通常用銀來鍍層，而在高溫高濕環境以及電場作用下，銀離子逐漸向絕緣材料表面遷移，導致設備短路。雷達通信設備通常都是高功率的電子設備[18]，而設備長期在高溫環境下工作，會加速電子設備的溫度上升，從而更容易導致電子設備發生故障或者系統崩潰[19]。島礁區雷達通信設備長期受到強風吹、烈日曬及鹽雨淋，容易導致接頭盒內接觸不良、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 提高武器裝備的設計要求

為了使武器裝備能更好地適應島礁區惡劣環境，必須在裝備的設計研發階段充分考慮島礁惡劣環境的特點及對武器裝備帶來的影響，即在總體結構設計、材料選擇、電器設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備的可靠性，材料的選擇尤為重要。在充分考慮島礁區高溫、高濕以及高鹽霧等環境特點以及滿足結構和強度要求的前提下，應當優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境適應性。對結構材料表面采取防護措施能夠避免或降低材料的腐蝕。表面防護技術是結構材料非常重要的防腐技術，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，避免了對結構表面的直接腐蝕，大大提高了武器裝備性能及環境適應性[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構設計密切相關。裝備結構設計關系到武器裝備使用壽命長短，合理的結構設計可以減緩高溫、高濕與高鹽霧對結構材料的腐蝕作用；而結構設計不合理則會加劇材料的腐蝕，從而降低裝備的使用壽命。合理的裝備結構設計中，應避免出現應力腐蝕、接觸腐蝕，以及避免出現易引起液態或氣態腐蝕介質浸入、聚集、凝露等的結構缺陷[24-27]，如對易腐蝕材料采用合理的密封設計，尤其是電子元器件、接插件等系統，防止空氣中水、鹽介質與材料接觸；合理設置排水孔，防止由于冷凝水等在材料表面長期滯留；合理設計通風結構，防止水蒸氣、鹽霧滯留，降低與材料表面反應；在不同材料之間相互連接時，連接處應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計要求的各項性能指標。因此在試驗設計中應嚴格把控試驗指標。

多種環境因素綜合作用，加劇了裝備性能的降低或失效，為了使試驗結果更接近實際，必須全面考慮裝備使用地的環境條件，科學地設計試驗條件與檢驗方法。試驗必須明確島礁區的環境條件，以及使用時的局部環境條件。試驗期間定期對結構材料及性能進行檢測，對于易發生腐蝕的關鍵部位應重點檢測。試驗樣品應該要采用裝備實際產品，也可以用替代樣品，但是要求基本材料要與實際產品一致。試驗環境條件必須接近真實環境，比如試驗場地建立在島礁區，如果是實驗室環境下模擬試驗，一定要對實驗室內溫度、濕度、鹽霧、太陽輻射、風速等重要參數進行合理控制[28]。總之試驗目的就是在盡量真實的島礁區惡劣環境條件中，檢驗裝備的環境適應性，從而實現問題早發現、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境下的戰斗力以及使用壽命，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。

加強武器裝備的檢查，縮短裝備維護保養周期。電器設備、金屬材料等在高濕度、高鹽霧的空氣中極易發生腐蝕，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執行要求之外，還應重點檢查金屬材料表面、電子電器元件、艙內溫濕度、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，針對其惡劣環境條件，縮短對武器裝備的維護保養時間，不僅可以降低島礁惡劣環境對裝備的腐蝕影響，及時發現局部腐蝕區域，及時清除腐蝕產物、噴灑緩蝕劑、表面涂油以及安裝鹽霧凈化處理系統等措施，控制腐蝕的發展，而且可以提前發現電器設備的氣密性是否良好，及時修補密封劑，降低腐蝕效應。建立適宜的維護、保養程序和方法，對降低裝備腐蝕效應是非常必要的[29]。

制定合理的預防性維修方案。在高鹽霧加溫濕度的綜合作用下，武器裝備電子設備以及金屬表面極易腐蝕。因此根據武器裝備性能，視情調整裝備大、中修周期，并制定預防性維修方案以及預先規劃好配套設備。根據島礁環境特點合理規劃武器人員、維修保養設備、工具、零配件等武器資源，制定裝備武器方案和應急措施，及時解決特殊島礁環境裝備運用的武器問題，實現裝備武器到位，滿足規定期限內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揮裝備的效能，節約資源與費用，如美國民兵Ⅲ型洲際彈道導彈服役至今已長達1/2世紀，其超長壽命正是有賴于持續的環境損傷監測與腐蝕維修控制[30]。

4 結語

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