淺析科技創新和關鍵核心技術突破對裝備環境適應性高質量發展的重要性

羅來正，王江山

（1.西南技術工程技術研究所，重慶 400039；2.軍委裝備發展部某中心，北京 100009）

裝備環境適應性是指裝備（產品）在其壽命期內預計可能遇到的各種環境作用下能實現其所有預定功能、性能和（或）不被破壞的能力[1]，是裝備的六大重要通用質量特性之一。裝備服役過程中，環境對裝備的影響不僅造成巨大經濟損失，也嚴重影響裝備的先進性、安全性、可靠性和環境適應性，影響部隊戰斗力生成和發揮。如美國空軍總部對沿海某基地裝備故障調查表明，約52%故障由環境因素引起[2]。裝備環境適應性已成為衡量裝備是否“好用、管用、耐用、實用”的重要指標之一，貫穿于裝備論證與設計、研制與生產、使用與維護等全壽命周期各個階段，特別是在工程研制階段中發揮不可替代的重要作用。

中國工程院重大咨詢項目“中國腐蝕狀況及控制戰略研究”最新調研結果表明，2014年中國總的腐蝕損失為2.1萬億元，約占當年GDP的3.34%。美國、俄羅斯等國家非常重視裝備環境適應性技術的發展。美國國防部早在1992年就發布了《美國國防部核心技術計劃》，“環境影響”已成為該計劃11項關鍵技術的重要一項，會對裝備系統產生不良影響[3]。

習近平總書記強調：關鍵核心技術是國之重器，對推動我國經濟高質量發展、保障國家安全都具有十分重要的意義，必須切實提高我國關鍵核心技術創新能力，把科技發展主動權牢牢掌握在自己手里，為我國發展提供有力科技保障[4]。為此，在裝備環境適應性技術發展過程中，必須牢固樹立關鍵核心技術的自主創新意識，努力取得重大原創性突破，保證裝備實戰適用性的重要源頭，提升裝備環境適應性在國防科技工業基礎建設和軍工核心能力建設中的重要作用，為我國裝備又好又快發展提供可靠技術支撐。

1 裝備環境適應性關鍵核心技術

1.1 自然環境試驗與觀測站網體系建設

自然環境試驗與觀測站網是裝備環境適應性研究的基礎平臺，直接反映裝備不同環境下服役過程中的環境效應。英國作為世界上最早開展自然環境試驗研究的國家，早在1839年，就認識到裝備環境適應性研究工作的重要性。為了提升裝備的環境適應性，英國先后在本土、西非、新加坡、紐約、澳大利亞等多個地域分別建立了40個大氣環境試驗站[5]。美軍為了開展裝備環境適應性試驗與評價工作，先后在本土、太平洋和大西洋沿岸等地帶建立了21個自然環境試驗與觀測站/場，可以基本滿足與裝備研制相關的所有環境類型[6]。美國阿特拉斯耐候集團（Atlas Weathering Service Group）通過自建和共建方式，先后在全球23個地域建立了全球典型氣候的環境試驗與觀測站/場，可同時為民品和軍品提供試驗服務。阿特拉斯耐候集團建立的自然環境試驗與觀測站網體系如圖1所示。

圖1 阿特拉斯自然環境試驗與觀測站/場Fig.1 Atlas natural environment test and observation station / site

目前，我國已經建成了國防科技工業自然環境試驗與觀測站網和國家材料環境腐蝕野外科學觀察研究平臺，為裝備全壽命周期中環境適應性數據積累、關鍵核心技術研發、環境適應性試驗與評價等提供了基礎平臺。國防科技工業自然環境試驗與觀測站網包括萬寧站、敦煌站和漠河站等9個大氣環境試驗站和3個海水試驗站[7]；國家材料環境腐蝕野外科學觀察研究平臺由1個綜合研究中心和32個試驗站構成，試驗站分別包括7個水環境站、9個土壤環境站和16個大氣環境站，國防站網是其骨干力量。32個試驗站情況見表1。

表1 32個試驗站情況Tab.1 32 test stations

由上述分析得知，歐美等發達國家自然環境試驗與觀測站網涵蓋了全球典型氣候環境，而我國站網均集中于我國主要典型氣候區域。隨著我國綜合國力的提升，裝備必將走向世界各地，而世界各地自然環境條件差異較大，急需建立覆蓋面更廣的全球典型氣候區域的自然環境試驗與觀測站網體系，保證我國裝備全球環境下安全、可靠服役。

1.2 環境適應性數據資源建設

環境適應性數據包括環境因素數據和裝備（產品）環境效應數據兩大類，它反映了裝備（產品）在預期服役環境中的環境適應性，具有典型性、真實性和不可替代性的特征[8]。國外環境適應性研究起步很早，到目前已經形成了環境適應性數據采集、試驗評價、標準規范建立、數據手冊、數據庫建設等數據資源成果推廣應用的成熟體系。從20世紀60年代開始，美國海軍土木工程實驗室、海軍應用科研實驗室和海軍研究實驗室，先后在全球11個海水試驗站對鋼、鋁合金、復合材料等材料進行了長達16年的環境適應性研究，并在太平洋表層海水和不同深度海水環境下，對475種合金、2萬余件樣品進行了3~36個月的環境適應性研究[9]。歐洲腐蝕聯盟于1992年分別在8個國家的11種典型環境下進行了海水環境適應性研究。國際標準化組織從1986年開始分別在全世界64種典型環境下對4種金屬材料開展了大氣環境適應性研究。日本曾與美國、英國、法國等國家一起研究了多種鋼材在不同國家的工業、農村和海洋環境下不同朝向和角度放置的環境適應性，研究周期長達16年[10-11]。通過長期的裝備（產品）環境適應性數據采集與積累研究，歐美等發達國家及時分析各種環境適應性數據，并將其固化成手冊、標準和環境適應性數據庫等形式，極大發展與豐富了環境適應性數據資源。俄羅斯出版了OCT 190368《飛機和直升機金屬材料和抗腐蝕防護涂層的選擇》，美國腐蝕工程師協會早在1985年就出版了《Corrosion Data Survey》，美國海軍出版了《海水腐蝕手冊》，美國出版了MIL-HDBK-310《全球氣候極值》等，英國出版了DEF STAN00-35《國防裝備環境手冊》。同時，美國還建立了腐蝕數據中心，涵蓋了20余萬條數據、103個文摘庫和多個專家咨詢系統[12]，這些手冊、標準和數據庫有效地指導了裝備的選材設計。

以國防科技工業自然環境試驗與觀測站網為依托，我國從“十五”開始，對環境適應性數據資源開展了有效、連續的建設，先后采集了航空、航天、兵器、電子、船舶等裝備（產品）上千種材料、工藝及結構件的環境適應性數據。截止目前，積累的環境適應性數據超過10萬個[13]，初步構建了環境因素與環境效應數據庫。但與國外相比，固化成冊、公開出版的可鑒數據手冊、標準等很少，數據庫也未發揮應有的作用。

由于世界各國自然環境條件差異較大，裝備環境適應性數據無處引進、無可替代。目前由于受自然環境試驗與觀測站網體系的限制，建立的環境適應性數據資源均來自國內典型氣候區域，尚無法滿足我國裝備全球化服役的需求。

1.3 環境適應性模擬加速試驗設備開發

國外從20世紀60年代開始開發環境適應性試驗設備。實驗室加速模擬試驗設備開發方面，先后開發了包括高低溫、高低濕、太陽輻射、雨、雪、沙塵暴、凍冰等大量的實驗室試驗模擬設備。利用這些試驗設備，美國建立了麥金利氣候實驗室，俄羅斯建立了導彈加速模擬和貯存實驗室。自然環境加速試驗設備開發方面，美國阿特拉斯耐候集團20世紀70年代研發的跟蹤太陽暴露試驗機，被廣泛應用于高分子材料自然環境加速試驗，得出了涂層材料自然環境暴露試驗14周等于自然暴露3年的結論[14]。近年來，阿特拉斯耐候集團研發了一種大型跟蹤太陽發射聚能試驗設備（見圖2），利用該設備可聚焦相當于自然光50~100倍的紫外強度。試驗表明，該裝置戶外1年接受的紫外輻照量相當于美國弗羅里達州63年的紫外輻射總量，成功解決了樣品表面溫度控制的難度[15]。這些加速試驗設備的開發，極大地縮短了裝備的研制周期，加速了裝備發展。

圖2 大型跟蹤太陽發射聚能試驗設備Fig.2 Large-scale test equipment for tracking solar emission and energy accumulation

國內圍繞裝備（產品）研制、生產、使用急需，先后開發了一大批大氣環境試驗設備，如大氣環境綜合自然加速試驗設備[16]、氣候環境-工況耦合試驗設備[17-21]等，如圖3、4所示。盡管近年來國內的模擬加速試驗設備發展迅猛，但在某些關鍵領域，如光老化試驗設備的燈管、反射元件、集光器等核心元件，仍然需要從國外進口。

圖3 大氣環境綜合自然加速試驗設備Fig.3 Integrated natural acceleration test equipment for atmospheric environment

圖4 氣候環境-工況耦合試驗設備Fig.4 Coupling test equipment for climate environment and working conditions

1.4 環境適應性量化評價

目前，裝備環境適應性只能進行定性評價，不能進行量化表征，導致型號論證設計、鑒定與驗收等環節無法提出具體的指標參數，環境適應性量化表征一直是困擾軍方、型號研制單位和環境試驗專業研究機構的技術難題。國內外在環境適應性量化表征方面尚沒有明顯突破，急需形成相應的量化評價指標，量化評價步驟及標準等，滿足裝備環境適應性的論證、表示、計算、評價和考核需求，推動該專業發展。

2 科技創新與裝備環境適應性高質量發展的關系

近一段時期以來，我國經濟發展的環境發生了深度變化，需要面對美國貿易霸凌主義和國際貿易保護主義，眾多核心關鍵領域面臨“卡脖子”問題，急需提升核心技術創新能力，扭轉不利局面。

建立健全基礎研究創新體系，提升科技創新整體實力，開展裝備環境適應性前瞻性、基礎性創新研究，推動高新裝備創新發展。始終把原始創新能力擺在首位，加強基礎研究前瞻性部署，引導技術能力突出的創新型領軍企業加強基礎研究，堅固科技創新整體實力提升的基石。國家應建立健全基礎研究的長期穩定支持機制，集中力量加大對基礎研究創新領域的財政穩定支持力度，同時加強對科研院所創新能力建設的投入，為從事基礎研究的科研人員有效提供“一輩子只干好一件事”的必要條件。裝備環境適應性發展要緊密圍繞國家戰略，以新時期軍事斗爭需求和高新裝備發展存在的瓶頸問題為導向，以裝備環境適應性關鍵核心技術突破為首要工作，以裝備環境適應性體系自我良性發展為目標，將裝備環境適應性體系建設成更高水平的集公益性、基礎性、創新性為一體的重大科研基礎設施，全面貫徹科技創新發展戰略，全面支撐質量強國戰略，推動我國高新裝備創新發展，提升裝備質量保證能力，服務國民經濟建設和國家安全。

3 結語

當今世界正處于大變革、大發展、大調整時期，世界格局正發生深刻、復雜的變化，為保障國家建設與發展，維護國家安全，裝備走向深藍、走向全球的戰略需求日益緊迫，裝備使用強度及頻率日益加大，使用環境日益復雜嚴酷，裝備作戰適用性的問題日益凸顯。為滿足我國高新裝備創新發展的需求，進一步提升裝備質量保證能力，裝備環境適應性建設一是需要拓展海外典型環境試驗站網；二是建立長期的環境適應性數據采集機制；三是突破環境適應性量化表征等關鍵核心技術；四是整合力量，加強核心領域核心元件的技術突破。