核生化战剂侦防消技术发展概况

，，

(中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027)

高新技术的应用大大地推动了化学、生物、放射性和核武器(简称：核生化)的发展，在未来围绕海洋资源和海洋国土的军事斗争中，世界上许多国家都将面临核生化武器的威胁。有制约就有对抗，高新技术的发展同时也为舰艇提高核生化战剂侦察、防护和洗消能力提供了充分的可能性，通过采用高新技术可以建立舰艇应对核生化战剂攻击的侦防消全方位立体化的作战防护体系，保护舰员、船体和武器装备免受核生化战剂的污染，保持舰艇完全的作战能力。因此了解国外核生化战剂侦防消技术的发展现状，关注跟踪先进的侦防消技术，对于建立和发展我国舰船侦防消防护体系很有现实意义。

1 国外核生化侦察技术发展现状

1.1 国外辐射、核侦察技术发展状况

1)向多功能方向发展。多功能辐射检测器ADM-300A可检测α、β、γ、X射线和中子剂量率。

2)实时γ成像技术。以视频图像和γ图像实现放射源空间分布定位。

3)个人剂量仪可检测中子和γ累积剂量。依据个人剂量测定结果反映部队的受辐射程度。

4)核试验监测系统。采用地震、放射性核素、次声和水声四种监测技术。

5)1975年后，美国GPS导航定位卫星加装核爆炸监测系统，它包括光学探测、中子探测器、X射线探测器和γ探测器、核爆炸电磁脉冲传感器和红外传感器。

1.2 国外化学战剂侦察技术发展状况

20世纪60年代产生基于离子化原理、电化学原理和生化原理(酶法)的能检测多种毒剂的报警器。随着红外仪器的发展，红外吸收光谱法已广泛地应用于分析毒剂，各国纷纷建立毒剂及有关化合物的红外光谱数据库，实行自动化分析，利用计算机检索。

70年代发展了应用被动红外和主动红外激光雷达技术的遥测毒剂报警器。激光雷达可用于化学战剂的遥测，遥测装置原理见图1。每种化学战剂仅吸收特定波长的激光，对其它波长的激光是透明的。被化学战剂污染的表面则反射不同波长的激光。化学战剂的这种特性，就允许利用激光雷达探测和识别生化战剂。激光雷达可以利用差分吸收、差分散射、弹性后向散射等原理，实现化学战剂的探测。例如JSLSCAD可检测5 km范围内神经性毒剂、糜烂性毒剂和血液性毒剂。JSWILD联合预警和识别激光雷达检测器，检测20 km范围化学战剂蒸汽云团和气溶胶云团，这种检测器采用激光雷达主动探测，代表着未来的发展方向[1]。

图1 激光雷达化学战剂遥测装置原理示意

80年代出现了应用离子迁移谱(ion mobility spectrometry，IMS)和模式识别技术的新型报警器。目前技术较成熟，在美军中大量装备。此类检测仪器的优点是灵敏度高，报警快，抗潮湿；缺点是仪器较复杂，使用放射源，误报率高、IMS漂移管易烧毁，成本高。目前发展趋势是小型化，采用紫外激光(266 nm)电离源，降低灵敏度减少误报警。为了分析大分子量或低蒸汽压化学品，提出GC/IMS。

美军1999年放弃了IMS，选择了表面声波(surface acoustic wave,SAW)传感器技术。表面声波传感器SAW技术展现出巨大的应用前景，值得关注跟踪。SAW传感器利用统计和神经网络技术进行多变量分析，识别化学品蒸汽，成为便携GC和气质联用GC/MS系统的替代品。新型SAW传感器由色谱GC单元和“零恒量容积”器件组成。样品经过色谱柱分离后直接输送到SAW检测器，灵敏度达到飞克级(10-15g)。它可同时定性检测并定量分析多种毒剂蒸汽，具有从样品中分离出单一样品的能力。另外，SAW传感器还可检测放射性剂量和气溶胶浓度。SAW传感器优点是体积小，误报率低，甚至基本无误报，价格低；缺点是对湿度敏感，响应时间长。对单一技术的SAW传感器来说，聚合物膜加工困难，聚合物选择余地小，目前可使用的聚合物仅有5种。因此，SAW传感器与其他技术结合(组合)是未来发展方向，如SAW/EC(电化学传感器)[2]。

5)21世纪，化学战剂侦查技术发展趋势是化学战剂侦察自动化、化学战剂早期预警、核生化侦察集成化和化学战剂侦察网络化。

6)单平台概念。基于一种技术或设备检测，识别化学和生物两种战剂或核生化多种战剂。

1.3 国外生物侦察技术发展状况

1)生物检测器。主要由液体处理组件、抗体试剂盒、电位传感器和处理器组成。它利用抗体捕获相应抗原免疫反应检测和鉴别毒素和生物战剂。在舰上装备中间生物战剂检测器IBAD，用比色免疫反应化验试纸识别可疑气溶胶粒子。

2)生物战剂集成检测系统BIDS(机动微生物检验室，包括洗消和更衣间)。为了最精确检测生物战剂，采用复合技术方法，用化学生物质谱仪CBMS和生物检测器可检测可鉴别8种生物战剂。CBMS检测和定性分析所有已知的化学和生物战剂。生物检测器是基于抗体的能识别特殊生物战剂的设备。

3)联合生物点检测系统JBPDS。用于替代已有的生物检测系统(BIDS，IBAD)。它有4项功能：实时检测周围环境中气溶胶的显著变化；收集可疑的气溶胶样品并分析；检测器能分类收集样品；识别可疑样品。

4)生物战剂遥测系统。解决生物战剂预警问题，目的是给战场指挥员提供有关生物战剂攻击的更短的决策周期。目前装备有：远程生物遥测系统LRBSDS，它能检测至少50 km范围气溶胶云团，提供相对浓度、测距、定位和识别气溶胶战剂[3]。联合生物预警系统JBREWS，它将原来的系统(BIDS，JBPDS和LIDAR等)与小型化分布的点探测器阵列集成，形成传感器分布式网络。

5)基于PCR聚合酶链反应的检测。聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)是20世纪80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。能在试管内将所要研究的目的基因或某一DNA片段在数小时内扩增至十万乃至百万倍，能直接观察和判断；可从一个细胞/病毒中扩增出足量的DNA/RNA供分析研究和检测鉴定。

6)鉴定试剂研究。包括抗体、基因探针和底剂。开发检测新出现的生物战剂的试剂，并获得更有效的试剂代替老试剂。鉴定试剂支持BIDS、IBAD、JBPDS和JBREWS。

7)基于组织的生物传感器研究。探索利用生物细胞和组织做检测化学和生物毒素的传感器的检测器组件。当前主要是利用神经、免疫细胞和组织做生物传感器的检测器。为了优化传感器性能，正在进行工程化制造包括干细胞在内的基本细胞和组织，并构造测试评估的原型传感器。

1.4 国外核生化侦察技术发展方向

从技术的角度来说，核生化侦察技术是对已知或未知战剂的结构分析。目前主要围绕定性和定量开展研究，主要发展方向如下。

1)三坐标雷达、光电跟踪用于核爆炸观测。冲击波超压、电磁和光合成监测技术有进一步发展的可能性，如提高超压检测灵敏度、空间宽带电磁频谱分析、背景光强度和相位阶跃变化等。

2)实时γ成像技术。主要采用蒙特卡洛统计模型处理，对于舰艇移动检测固定或移动的空间放射源污染，实现视频和γ图像空间定位还需要解决多项关键技术。

3)IMS，SAW，SAW/GC/EC，IMS/GC、GC/MS，SAW/IMS用于化学和生物战剂检测。试验结果表明，SAW/IMS 是SAW和IMS两者取长补短，结合两者长处的最佳选择。

4)MM1 移动式GC/MS。CBMS化学生物质谱仪用于识别化学、生物战剂和有毒有害工业品，CBMS已代替MM1。自动方式检测生物战剂极限为1 μg/m3；手动方式检测生物战剂极限为100 ng/m3。

5)被动红外光谱IR探测、主动红外-激光雷达、红外多普勒雷达用于生化战剂遥测。

6)利用生物细胞和组织做检测化学战剂和生物毒素的传感器。

7)发病机理基因组测序。

2 国外防护技术和装备现状

2.1 个人防护

1)呼吸器官防护。保护人员的呼吸道、眼睛和头面部。主要采用过滤式和隔绝式防毒面具。新型防毒面具大量采用新材料、新结构和新工艺，提高了整体防护水平，改善了使用性能和生理舒适性。例如增加了饮水、防弹片及防激光等新功能；统一了接口，如与光学观测设备、通信设备、滤毒罐及飞机氧气供应系统等连接，提高了通用性。

2)皮肤防护。保护人员的全身皮肤。皮肤防护服装主要有隔绝式和透气式两种。防护服防化学战剂蒸汽和液滴、生物战剂(包括毒素)以及放射性α和β粒子。采用活性碳技术代替膨体活性碳填充聚氨酯泡沫体，不断地改进活性碳粒与织物结合的工艺，增加了透气性，减轻重量和热效应，提高了防护效果。

3)防疫服。防止生物战剂污染或传染病媒介动物叮咬的服装。

2.2 集体防护

1)隔绝防护。依靠舰艇上的气密隔离结构防止外界染毒空气、放射性污染物和细菌气溶胶透入舰艇舱内引起人员伤害，在设计上考虑满足坚固性基本要素，舱室应具有良好的气密闭结构。一般在核生化沾染环境不能维持作战。美国对海军未设立核生化战剂污染防护区的舰艇增加选择区域集体防护系统或一体化集体防护系统。

2)过滤防护。除密闭结构外，还要有滤毒通风装置或分散滤器。滤毒通风装置高压风机抽进大气环境染毒的空气，经过滤器催化剂吸收，将染毒空气流中的毒剂、放射性尘埃和生物战剂气溶胶滤掉，为舰员提供洁净空气，补充的空气在密闭舱形成超压，阻止外界染毒空气透入密闭舱。装备过滤式防护装置的舰艇，具备在核生化沾染环境维持作战的条件，是未来发展方向。

3)集体防护系统洗消站。组成见图2。

图2 集体防护系统洗消站组成

它专门用于舰员洗消。设计集体防护系统洗消站的目的是防止污染物在舰艇内传播，尽可能减少受核生化战剂污染人员数量。所有在化学袭击期间或者在此之后暴露在露天下的人员应被认为是已经受了污染，应经过洗消站或污染控制区重新进入舰艇。

2.3 防护装备发展方向

通过采用新材料、新结构和新工艺，国外个人防护器材和集体防护器材得到较快发展，并普遍使用。呈现出以下趋势。

1)个人防护器材。个人防护器材经过一个世纪的发展，其基本概念几乎没有变化。然而，在提供防护面具的材料上有重要的改进；保护个人的整套防护服，更有效、更耐用，穿戴不再笨重。主要进展如下。

(1)改进滤器材料，开发选择性渗透膜材料作为防护服材料，防护更广泛的核生化战剂污染，增加透气性；

(2)提高整体防护水平，改善使用性能，提高生理舒适性；

(3)改进作战服、防护服防火性能(阻燃)；

(4)提高通用性、组件模块化和统一接口，与飞机供氧系统、光学设备和作战服接口。

2)集体防护装备。

(1)对无防护区的舰艇增加选择区域集体防护系统和一体化集体防护系统，集体防护增加热和环境控制功能；

(2)技术改进减低能耗，提高过滤当前和未来战剂的能力，延长粒子滤器寿命，达到最少连续使用3年或一次战剂攻击；

(3)支持滤器改进长期实船试验，开发滤器寿命数据库；

(4)气体吸附剂滤器防护应用。研究吸附剂是一次性和再生滤器应用的关键。

3 国外洗消技术和装备发展现状

当污染不能避免时，在核生化战剂环境暴露后，必须对人员和装备洗消，以减少或消除危险。基本洗消方法有物理去除法、化学解除法、生物解除法和自然衰减等。

3.1 洗消装备发展现状

1)舰面洗消站。采用物理和化学方法防止舰艇表面被放射性灰尘、化学毒剂和生物战剂气溶胶污染，对舰面污染区实施洗消清除，控制甲板和上层建筑火灾蔓延。

2)局部高温高压蒸汽喷射洗消装置。它利用高温和高压形成的射流洗消，产生物理和化学双重洗消效能，因此具有洗消效率高、省时、省力、省洗消剂甚至不用洗消剂等特点，代表了洗消装备的发展趋势。高温指水温80 ℃、蒸汽温度140～200 ℃，高压指工作压力为6～7 MPa。

3)背负式洗消器。用于对难以洗消的区域、武器和室内洗消。国外主要装备M11和M13洗消器，使用DS-2洗消液。

4)电动、机动洗消器。用于对大区域、武器、露天甲板洗消，使用DS-2洗消剂。

5)免水洗消设备。对光电精密装备和敏感材料的洗消方法主要有热空气洗消法、有机溶剂洗消法和大气压力等离子体喷射器(APPJ)洗消。使用APPJ洗消装备不使用危害环境的洗消剂或溶剂，温度降低到60 ℃，也可对人员洗消，它具有巨大的应用潜力。

3.2 洗消剂发展现状

洗消剂是实施核生化战剂洗消的最基本方法。目前各国装备的洗消剂主要有三大类：以氯化、氧化为消毒机制的次氯酸盐和有机氯胺；以碱性消除或碱性水解为消毒机制的苛性碱和有机超碱体系；吸附消毒粉[4]。这些洗消剂在洗消效果上基本都能满足洗消的要求，但存在对金属腐蚀性强、污染大及后勤负担重等问题。针对这些问题，研究多用途、低腐蚀、无污染且具有快速反应能力的洗消剂是今后洗消剂研究的方向。

3.3 洗消装备发展方向

洗消科学和技术的目标是开发消除有毒物质而对被污染对象无性能降低的技术，该技术具有无腐蚀、环境安全和易使用特点。通过采用新材料、新技术，国外洗消装备得到快速发展。呈现出以下趋势。

1)洗消装备

(1)高温、高压、射流洗消装备利用高温和高压形成的射流洗消，产生物理和化学双重洗消效能，因此具有洗消效率高、省时、省力、省洗消剂，甚至不用洗消剂等特点，代表了当今洗消装备的国际水平和发展趋势。

(2)洗消装备向多功能、模块化、智能化方向发展。多功能，不仅可用于武器装备的洗消，还能够用于人员、服装和舰艇甲板洗消，还能够用于灭火；模块化，是通过开发高性能的洗消核心模块，经模块之间组合，配以通用性好的零备件组合成不同型号的洗消装备；智能化，智能控制洗消过程，达到精确洗消的目的。

(3)内部空间洗消装备。洗消装备提供洗消而对机组、使命或平台性能没有不利影响。洗消剂中的表面活化剂和柔性氧化剂找出化学战剂中把分子连接在一起的磷键或硫键，并将这些分子“劈成”无毒的碎片；表面活化剂还“刺穿”孢子的蛋白质“盔甲”，由氧化剂攻击它内部的遗传物质。这是内部空间简便有效的一种洗消方法。

(4)提高对电子设备和其他敏感装备的洗消能力。开发新型免水洗消方法、研制免水洗消装备已成为新时期极为紧迫的研究课题，主要是循环溶剂超声波浴洗消和APPJ洗消装备。

(5)个人洗消器材向轻便、高效、无刺激方向发展。目前主要方向是开发生物酶、反应型高倍吸附洗消剂和醛肟灯洗消器。

2)预防性洗消技术研究。为了减少人员和装备受污染的可能性及降低装备受污染的程度，保证装备适合在污染环境中使用，进行了系统的理论研究。提出了装备结构设计上尽量减少凹、沟、槽，尽量避免使用合叶、细螺纹螺钉、弹簧旋钮等不易被洗消干净的部件；对电子元件，要采用可剥性保护层加以覆盖。

3)洗消剂。研究多用途、低腐蚀、无污染且具有快速反应能力的洗消剂是发展的主要趋势。研究方向有生物酶催化、过氧化物消毒剂、纳米金属氧化物和自动消毒涂料等。

[1] U S DOD.Joint Service Chemical and Biological Defense Program FY00-02 Overview[R]. U.S：DOD，2001：26-29.

[2] U S DOD.2010 Annual Report to Congress.Department of Defense Chemical and Biological Defense Program[R]. U.S：DOD，2010：7-12.

[3] 美国海军.美国海军舰船技术手册.第470章舰船生物/化学战剂防御与对抗措施 [M].翟少晓，刘书子，译.北京：中国船舶信息中心，2004.

[4] 核生化防护(内部教材)[M].北京：解放军出版社，2002.