化学急袭在海战场中的杀伤威力估算研究

穆中国，白雪莲，杨洪禹

(海军大连舰艇学院 水武与防化系，辽宁 大连 116018)

作为一种威力巨大的大规模杀伤性武器，化学武器利用毒剂形成大面积的染毒区域，对人员产生大规模杀伤作用。在战场上，为充分发挥化学武器的威力，往往会采用化学急袭对目标发动攻击，化学急袭就是在规定的时间内，用最大的射速把化学弹药齐射出去，形成高浓度染毒区域的化学武器作战样式[1]。国外研究表明，化学急袭在其中心区域所形成的毒害剂量比致死剂量或半致死剂量高出数倍[2]，人员如没有进行事先防护，在高剂量毒剂的作用下，将会迅速中毒，由此造成大量人员伤亡。在两伊战争中，伊拉克军队就利用此种方式对伊朗军队实施打击，使其深受重创。在未来海战中，敌方为实现其军事目的，在战局不利的情况下，很可能会寻求利用化学武器的威力来扭转战局，化学急袭将成为其攻击水面舰艇的主要手段，舰艇官兵如不及时采取正确防护措施，将会伤亡惨重，甚至会导致作战行动功亏一篑。 因此为了应对未来海战中可能出现的化学急袭威胁，舰艇部队应该对化学急袭的杀伤威力及特点有所了解。

目前，有关化学急袭研究十分有限，且主要以陆地战场为研究对象[1,3,4]，有关海战场的化学急袭至今尚未见文献报道。海战场环境同陆地战场环境存在较大的差别，这也决定了化学急袭在海战场中有不同于陆地战场的变化特点。因此，为准确了解化学急袭在海战场中的杀伤威力，有必要结合海战场环境特点展开研究。本文立足现状，结合海战场环境特点，对此进行了初步研究。

1 海战场影响毒剂云团扩散的主要因素

化学急袭所产生的毒剂云团在海战场的扩散主要受风速、海面粗糙度和大气扩散系数的影响。由于海面粗糙度与10 m高风速有着密切的关系，因此本文主要利用10 m高风速研究海战场毒剂云团的扩散规律。

1.1 海战场风速变化规律

风速是影响化学急袭在海战场性能的重要气象参数，在自然环境中，不同高度风速的关系满足风速断面方程[3]：

(1)

式(1)中，u、u1分别为高度z1、z1处的风速；n为大气稳定度；z0为下垫面粗糙度。

海战场环境的空气垂直稳定度可近似看成等温，在等温条件下，式(1)可用拉庇达尔定律表示为[1]：

(2)

在海战场环境中，海面粗糙度与10 m高风速存在如下关系[5-6]：

(3)

人文主义精神是一种普遍的人类自我关怀，表现为对人的尊严、价值、命运的维护、追求和关切[4]。受市场经济等因素影响，我国医疗卫生事业中部分医务人员道德素质下降，医患关系日益紧张，对医学生自身发展和病人健康造成冲击，医学的人性光芒日趋黯淡，医学的人文主义精神衰落，同样也对整个社会的伦理道德产生严重冲击。为此，加强医学生人文主义教育成为高等医学院校思想政治教育的主要任务，具体内容及实施路径见图1。

在等温条件下，由方程(2)和方程(3)可知，海面风速的断面方程为：

(4)

整理可得距海面zm处的风速与10 m处的风速存在如下关系：

(5)

1.2 海战场毒剂云团扩散系数

海战场环境的空气垂直稳定度可近似看成等温，在海面上方影响化学武器毒剂云团的扩散系数主要有数垂直扩散系数和水平扩散系。

在等温条件下，距海面zm处的垂直扩散系数为：

(6)

式(6)中，k为卡门常数，一般取0.4；z0为粗糙度；u1为1 m高的风速。

由式(3)整理可得：

(7)

由此可知，若知道1 m高和10 m高的风速，可由公式(7)求得距海面任意高度处的垂直扩散系数。

2 化学急袭杀伤威力数学模型

单枚化学武器爆炸后，所产生毒剂云团的初始半径r和初始高度h可由下式计算[1]:

(8)

(9)

目前有关化学武器杀伤性能的研究理论主要有萨顿、罗别特斯尔和莱赫特曼等人的理论[1,3,4]，其中最为准确、应用最为广泛的理论是莱赫特曼理论。该理论特别适合于瞬时体源的扩散规律研究。化学武器(如化学炮弹、炸弹)的爆炸可看成是瞬时体源的一种形式，因此本文利用莱赫特曼理论研究化学急袭的杀伤威力，通过计算毒害剂量和半致死作用距离，衡量化学急袭的杀伤威力。

可参照文献[1,7]，运用莱赫特曼方程和正态浓度方程来计算化学急袭时贴近海面处的浓度，其表达式如下：

(10)

(11)

3 化学急袭杀伤威力的估算研究

通过比较主要军用毒剂的综合使用性能和应用价值[8]，选用沙林毒剂为代表毒剂，研究化学急袭在海战场的杀伤威力，其半致死剂量为0.07 mg·min/L，半致死距离为毒害剂量为半致死剂量的下风方向某点与化学急袭爆炸中心的距离。参照外军资料设置估算条件[3]，设所发射的炮弹数为96枚，所产生的初生毒剂云团与风向平行方向的纵深为Ld为80 m，与风向垂直方向的纵深Lf为150 m，海面风速为2 m/s，毒剂与弹药质量比为0.8，毒剂利用率为ku=0.3，化学急袭时间为τH为1 min。由公式(7)可求得距海面1 m高处的垂直扩散系数k1=0.031 7。

3.1 弹药质量对化学急袭杀伤威力的影响

将上述数值代入公式(11)，可求得在海面上,当炮弹弹药量不同时，距化学急袭爆炸中心不同位置的毒害剂量。其结果如图1所示。

从图1可以看出，当单枚炮弹装药量从1 kg增加到4 kg时，在化学急袭爆炸中心，毒害剂量从0.4 mg·min/L 增加到0.75 mg·min/L，分别是沙林半致死剂量的6倍和11倍左右。化学急袭半死剂量的作用距离从25 km增加到70 km。

从计算结果可知，随着弹药量增大，化学急袭的毒害剂量和半致死作用距离显著增加，化学武器的杀伤威力明显增大，远程攻击能力进一步提高。随着军事技术的不断发展，通过改进结构，增加化学武器的弹药量已非难题。在未来海战中，敌人很可能通过增加弹药量进一步提高化学急袭的杀伤威力。舱面人员如不及时采取防护措施，在高毒害剂量作用下，将会大量伤亡。杀伤范围的增大也给水面舰艇的疏散规避带来很大困难，由此对我海上军事行动产生严重的阻碍和干扰。另外，由于弹药量的增加会显著提高化学急袭的毒害作用距离，敌人很可能会利用这一特性在舰艇编队上风方向发动远程化学急袭，远程化学急袭在海战场上很难被侦察发现，由此增加化学急袭的突然性和隐秘性，对水面舰艇的海上生存构成更大的威胁。

3.2 纵深对化学急袭威力的影响

纵深与发射的弹药数量相关，一般来说，弹药的数量增加3倍，纵深也会增加1倍，设所发射的炮弹数增加3倍，由96枚增至384枚，则毒剂云团与风向平行方向的纵深为Ld由80 m增加到160 m，与风向垂直方向的纵深Lf为由150 m增加到300 m。纵深对化学急袭杀伤威力的影响如图2所示。

从图2可以看出，当纵深增大1倍时，在化学急袭中心区域，沙林毒害剂量从0.40 mg·min/L增加到0.775 mg·min/L，分别为其半致死剂量的6倍和11倍左右。半致死作用距离从25 km增加到70 km。由计算结果可知，纵深增加1倍，所产生的杀伤威力与弹药量增加3倍所得到的结果类似。由此可见，和弹药量类似，毒害纵深的增加也会显著增加化学急袭的杀伤威力，会对水面舰艇的生存构成严重威胁。但从实战价值来看，若想通过增加毒害纵深来提高化学急袭的杀伤威力，需将化学武器的部署量增加数倍。这不仅会显著增加作战负担和作战部署难度，而且不利于隐秘使用化学武器。其实战价值不及通过加大装药量提高化学急袭杀伤威力的作战手段。因此，在未来海战中，为增加杀伤威力，敌方可能更倾向于运用高弹药量化学武器发动化学急袭。

3.3 化学急袭在不同战场环境中的杀伤威力对比

由文献[1]可求得，在本文研究条件下，陆地战场大气垂直扩散系数K1=0.033，化学急袭在不同战场环境中的杀伤威力如图3所示。

从图3可以看出，在海战场，化学急袭区域的沙林毒害剂量约为0.4 mg·min/L，约为半致死剂量的6倍，半致死作用距离超过30 km。在平坦陆地战场，化学急袭区域的沙林毒害剂量约为0.35 mg·min/L，约为半致死毒害剂量的5倍，半致死作用距离约为25 km。通过比较可以看出，在化学武器性能和气象条件相同的情况下，化学急袭在海战场上的毒害剂量和毒害作用距离略高于陆地战场，这表明化学急袭在海战场上的杀伤威力更大。舰艇编队远离海岸，一旦遭受化学急袭，难以获得外部支援，只能依靠舰艇所配备的集体防护器材和个人防护器材来避免受到化学急袭的伤害作用，一旦出现人员中毒，其救治难度也高于陆地战场环境。敌人为强化杀伤作用，可能会通过多次化学急袭攻击舰艇编队，以扰乱舰艇编队阵型，消耗舰艇防护器材的防毒效能。这使得海上作战力量比陆上作战力量面对更为严峻的威胁，稍有闪失，就可能引起大量伤亡，对舰艇部队的作战行动和士气造成严重影响。

4 结论

1) 密切关注化学武器研发进展，了解化学武器弹药量、结构和使用手段的变化；

2) 对化学急袭应予高度重视，结合其特点，制定相应的防化保障方案和训练计划，加强有关舰艇编队在海上遭敌化学急袭时的防护训练和演练；

3) 加强远程预警和侦察能力，以便及时发现已发动的远程化学急袭，为舰艇及时采取防护提供依据；

4) 加强研究，进一步提高集体和个人防护器材的性能，确保舰艇部队能从容应对敌方的多次化学急袭。