武器裝備環(huán)境試驗及靶場條件建設(shè)研究*

張 夢

（海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所 大連 116018）

1 引言

環(huán)境適應(yīng)性這一概念最早是在1997 年國防科工委組織召開的“GJB 150實施十周年研討會”上提出的［1］。作為武器裝備對環(huán)境的適應(yīng)能力，是武器系統(tǒng)在實際環(huán)境下的性能、效益、可靠性達到理想環(huán)境下的程度，它由武器裝備作戰(zhàn)使用對實戰(zhàn)性能的要求和環(huán)境對武器裝備的影響程度來決定，是裝備不容忽視的質(zhì)量特性。任何武器裝備壽命周期內(nèi)都會受到各種氣候、力學(xué)環(huán)境的單獨、組合和綜合的作用。這些作用方式可能會使武器裝備的材料和結(jié)構(gòu)受到腐蝕和破壞，造成電子器件、部件和裝備性能劣化和功能失常，從而影響其作戰(zhàn)效能，使軍事行動失敗［2］。武器裝備的進步和新軍事變革的發(fā)展，對武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性研究工作提出了不斷深化發(fā)展的要求。

2 環(huán)境適應(yīng)性概念

GJB4239-2001《軍用環(huán)境工程通用要求》中，將環(huán)境適應(yīng)性定義為：裝備在其壽命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能和（或）不被破壞的能力［3］。環(huán)境適應(yīng)性是裝備的固有屬性，也是一種重要的質(zhì)量特性。它的影響因素有很多，主要是選用環(huán)境適應(yīng)性滿足要求的元器件和部件，減緩環(huán)境影響的設(shè)計，以及增強抗環(huán)境作用能力的設(shè)計和工藝，如圖1所示。

圖1 武器裝備環(huán)境適應(yīng)性的決定因素

不難看出，如果武器裝備在最初設(shè)計時的材料、結(jié)構(gòu)件、設(shè)計和工藝一旦確定，那其環(huán)境適應(yīng)性也基本形成［4］。因此，我們從立項論證開始就要有明確的目標，將環(huán)境適應(yīng)性作為一項戰(zhàn)技指標納入到工程研制和生產(chǎn)過程中，并在裝備研制要求及合同文件中予以明確［5～6］，這就需要靶場在試驗與鑒定時對環(huán)境適應(yīng)性各項內(nèi)容進行充分考核，通過試驗，分析環(huán)境對其作戰(zhàn)使用性能的影響，特別是裝備耐受最惡劣的運輸儲存環(huán)境而不被損壞的能力，以及在極端自然環(huán)境條件下正常工作的能力，確保武器裝備在多元化作戰(zhàn)任務(wù)條件下能有效發(fā)揮其綜合效能。

3 研究現(xiàn)狀

3.1 國外研究現(xiàn)狀

20世紀50年代以前，受氣候環(huán)境、貯存環(huán)境等因素綜合影響，一些軍用裝備還未使用就屢屢出現(xiàn)損壞和失效現(xiàn)象，可謂“兵未戰(zhàn)而先敗征”。德軍二戰(zhàn)失敗的重要因素之一就是軍隊的人員和武器裝備不能適應(yīng)蘇聯(lián)冬季嚴寒的低溫環(huán)境，造成了大量非戰(zhàn)斗減員和武器裝備失效［7］。一些軍事發(fā)達的國家不得不防患于未然，開始了武器裝備環(huán)境適應(yīng)性的研制工作。以美國為例，早已把環(huán)境試驗作為鑒定武器裝備定型的必經(jīng)之路，1949 年就在佛羅里達州的空軍基地建立了“麥金萊氣候?qū)嶒炇摇保两裨谌蚋鞯亟⒘四軡M足各類裝備的試驗場達50 多個，覆蓋了全世界各種典型的自然環(huán)境條件［8～9］。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，美國某試驗場在一個典型年份里要累計發(fā)射炮彈170000 發(fā)，出動飛機4000架次，履帶及輪式車輛行駛10000英里進行試驗，以便掌握作戰(zhàn)環(huán)境下最大可能發(fā)生的故障，使武器裝備獲得較高的使用環(huán)境適應(yīng)性和可靠性水平。俄羅斯、日本、英國等國家也都建立了不同氣候類型、不同規(guī)模的暴露場站，有些國家甚至還建造了海上試驗場。

3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

長期以來，我國環(huán)境試驗處于行業(yè)分割、站網(wǎng)零散、手段落后的狀態(tài)。經(jīng)過一代代人的不懈努力，在國防科工委的領(lǐng)導(dǎo)下，進步喜人。目前國防科技工業(yè)已經(jīng)建立了覆蓋我國7 大氣候區(qū)域、3 大海域的自然環(huán)境試驗站網(wǎng)［10］。擁有具備各種環(huán)境試驗?zāi)芰Φ膶嶒炇?50 多個，比如北京環(huán)境與可靠性試驗中心、北京強度環(huán)境研究所等。北京環(huán)境與可靠性試驗中心是專門從事環(huán)境適應(yīng)性及可靠性的專業(yè)試驗中心，試驗中心的環(huán)境試驗設(shè)備能夠進行低氣壓（高度）、快速減壓、高溫、低溫、溫度沖擊、濕熱、吹砂、吹塵、淋雨、太陽輻射、霉菌、鹽霧、振動、飛機炮振、沖擊（碰撞）、加速度、積冰/凍雨、溫度-高度、溫度-濕度-高度、溫度-濕度-高度-振動等項目的環(huán)境適應(yīng)性試驗，滿足GJB150、GJB150A、GB/T2423、MIL-STD-810F 等環(huán)境試驗標準的要求。同時，試驗中心的可靠性試驗系統(tǒng)，試驗箱容積從0.4m3～16m3，振動臺推力從1t～16t，能夠進行環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性增長、可靠性鑒定等類型的可靠性試驗，滿足GJB1032、GJB1407、GJB899A 等標準的要求。北京強度環(huán)境研究所是中國航天系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度和環(huán)境可靠性工程的專業(yè)中心研究所，亦是我們所熟知的702 研究所，其全箭振動塔、靜力試驗大廳等大型試驗設(shè)施堪稱國內(nèi)之最。

由于國防工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，我國武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性研究工作都在借鑒國外研究的基礎(chǔ)上進行，相對滯后，標準的制定主要是學(xué)習(xí)美軍，比如GJB 150 借鑒了MIL-STD-810C，GJB 4239 借鑒了MIL-STD-810F［11］。美國的裝備環(huán)境工程標準始終走在世界前列，制定及時、定期修訂，形成了較為系統(tǒng)和完整的標準體系［12］。

4 靶場條件建設(shè)的必要性

環(huán)境試驗場地設(shè)備是實驗室建設(shè)的核心，也是裝備環(huán)境工程發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，武器裝備環(huán)境適應(yīng)性試驗多采用組部件在陸上環(huán)境實驗室進行，部分主要環(huán)境性能指標的考核采用分析模擬等方法進行評估，存在不完善、不全面、不真實等問題，全彈（雷）實際作戰(zhàn)使用未能得到全面檢驗。造成這種現(xiàn)象的原因主要有兩個方面：一是基礎(chǔ)場所、設(shè)施設(shè)備等試驗保障能力有限；二是靶場從事研究基礎(chǔ)弱、重視性差，思想觀念還停留在武器裝備基本性能試驗的框架內(nèi)。

以裝備形成戰(zhàn)斗力為標準，加強實戰(zhàn)背景條件下的考核，加大在惡劣氣候環(huán)境、復(fù)雜地理環(huán)境、電磁干擾環(huán)境和戰(zhàn)術(shù)對抗背景下試驗考核力度，充分暴露武器裝備在設(shè)計、研制和使用中存在的問題，不斷提高定型試驗考核效能和水平，是各級首長、機關(guān)提出的具體要求，是靶場必須考慮的重大發(fā)展問題。因此，成立一個論證團隊、進行持續(xù)研究、儲備更多的知識信息和建設(shè)方案，以適應(yīng)武器裝備快速發(fā)展的需要，是當(dāng)前必須面臨的問題。

5 環(huán)境試驗系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)想

逼真而充分的試驗與鑒定是武器裝備定型和生產(chǎn)的前提，不但要做模擬試驗，而且更重視自然環(huán)境試驗。環(huán)境適應(yīng)性試驗是作戰(zhàn)試驗與鑒定的重要組成部分，加強環(huán)境試驗系統(tǒng)建設(shè)，是武器裝備環(huán)境試驗保障條件體系建設(shè)的需要。

立足實戰(zhàn)化條件，建立完善的水中兵器環(huán)境試驗系統(tǒng)，能夠著力解決環(huán)境適應(yīng)性試驗的基本保障條件，解決目前國內(nèi)無法完成整彈、整雷環(huán)境試驗的難題，解決高海況無法考核難題。例如，某型魚雷研制總要求規(guī)定“九級海況下不損壞”，該型魚雷雖然進行了戰(zhàn)雷裝載可靠度試驗、四級和五級海況發(fā)射試驗，但九級海況不損壞由于受試驗實施難度限制，短期內(nèi)無法進行實際試驗考核。其他型號魚雷、某型深彈同樣面臨無法考核的難題。為實現(xiàn)這些要求，建立環(huán)境試驗系統(tǒng)，是必不可少的基本條件。

5.1 基本性能環(huán)境試驗系統(tǒng)

基本性能環(huán)境試驗系統(tǒng)主要包括氣候環(huán)境試驗系統(tǒng)、力學(xué)環(huán)境試驗系統(tǒng)、電磁環(huán)境試驗系統(tǒng)等。

基本性能環(huán)境試驗通常以試驗室試驗為主，國內(nèi)科研院校建有各種類型的環(huán)境實驗室。過去進行的水中兵器環(huán)境試驗是借助工業(yè)部門的設(shè)施完成，使得試驗地點分散、試驗周期長、組織協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)多、試驗進度難于控制等試驗不利因素。同時，武器及武器系統(tǒng)環(huán)境實驗室模擬試驗，只能進行功能檢查，不能夠進行武器實彈試驗，武器是否滿足極地或熱帶等區(qū)域的環(huán)境適應(yīng)性要求，也還未知。

圖2 靶場環(huán)境適應(yīng)性試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

氣候環(huán)境和力學(xué)環(huán)境有兩種建設(shè)方案，一是實驗室固定方式，這種方式能夠滿足GJB150、GJB150A 等全部試驗內(nèi)容，其缺點是建設(shè)規(guī)模大；二是綜合環(huán)境試驗方艙方案，將常用的高溫、低溫、溫度變化、交變濕熱、霉菌及鹽霧等試驗內(nèi)容綜合為一體，在箱底部加裝振動裝置，可以進行一定程度的振動試驗，這種方案的缺點是只能完成部分試驗內(nèi)容。

采用實驗室與綜合環(huán)境試驗方艙相結(jié)合的建設(shè)方案，實驗室主要完成淋雨、大型武器裝備振動、沖擊（碰撞）、跌落等試驗內(nèi)容；環(huán)境試驗方艙為可移動式，滿足艦載使用要求，能夠遂軍艦形成海上環(huán)境試驗場的發(fā)射陣地，對全彈整體使用性能的溫濕度環(huán)境適應(yīng)性進行考核。

電磁環(huán)境試驗系統(tǒng)包括磁場及電場輻射、磁場及電場測試等試驗內(nèi)容，能夠滿足GJB152A等環(huán)境試驗標準的要求，主要解決水中兵器及武器系統(tǒng)電磁環(huán)境適應(yīng)性試驗無保障條件的難題。

5.2 作戰(zhàn)適應(yīng)性環(huán)境試驗系統(tǒng)

作戰(zhàn)適應(yīng)性環(huán)境試驗系統(tǒng)主要包括自然環(huán)境試驗系統(tǒng)、高海況環(huán)境試驗系統(tǒng)等。

自然環(huán)境系統(tǒng)主要解決水中兵器自然環(huán)境戰(zhàn)斗有效期試驗，包括庫房及艦艇存放期（非密封）、庫房（密封）、艦上存放期（密封）。解決水雷抗自然干擾試驗、水雷引信抗流試驗、抗潮汐性能試驗、錨雷抓力試驗、浸漬試驗、抗生物性能試驗、抗臺風(fēng)試驗等系統(tǒng)建設(shè)。

高海況環(huán)境試驗系統(tǒng)主要由海上試驗方艙、水平發(fā)射裝置、垂直發(fā)射裝置、傾斜和搖擺裝置、記錄設(shè)備、錨定設(shè)備及吊放設(shè)備組成。試驗方艙主要用于在規(guī)定極端溫度、時間條件下遂行水中兵器發(fā)射試驗、運輸試驗、綜合環(huán)境適應(yīng)性試驗、裝載可靠度試驗等，檢驗兵器的裝載、發(fā)射及運輸安全性。這些極端溫度環(huán)境，靶場無條件進行。

6 結(jié)語

我國對武器裝備環(huán)境試驗及環(huán)境適應(yīng)性的研究工作重視不夠、差距明顯［13～14］，總體而言，針對裝備用材料、工藝、部件開展的環(huán)境適應(yīng)性工作開展較多，針對分系統(tǒng)、整機（雷、彈）開展的工作較少；開展的自然環(huán)境試驗和實驗室環(huán)境試驗較多，而使用環(huán)境試驗開展較少；對環(huán)境的短期影響考核較多，環(huán)境的長期慢作用考核較少。這一現(xiàn)狀是多方面的原因造成的，也與國家的經(jīng)濟實力密切相關(guān)。未來我們必將走出實驗室，更多的走向外場，所以加強環(huán)境試驗場地的建設(shè)成為必然，特別是極端環(huán)境條件的試驗場。除此之外，一些新的試驗手段如仿真技術(shù)、虛擬試驗技術(shù)及相應(yīng)的評價機制等也應(yīng)開始廣泛研究，為后續(xù)的試驗考核與評價提供充分的技術(shù)支持。

世界各國都在進行環(huán)境適應(yīng)性研究，美國、日本等國都在積極進行武器裝備海洋適應(yīng)性研究和建立海洋環(huán)境資料數(shù)據(jù)庫等。從提高我國武器裝備的使用效能和未來軍事斗爭的準備需要，我們也應(yīng)該盡快制訂環(huán)境適應(yīng)性評價的指導(dǎo)性標準，明確環(huán)境適應(yīng)性評價的內(nèi)容和方法，實現(xiàn)從戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能考核向作戰(zhàn)適用性轉(zhuǎn)變，并為最終轉(zhuǎn)向?qū)崙?zhàn)考核做準備，以適應(yīng)武器裝備試驗與鑒定的需要，對打贏未來戰(zhàn)爭具有十分重大的意義。