軍事極端環(huán)境模擬技術(shù)與設(shè)施發(fā)展趨勢及建設(shè)策略.pdf

1、軍人和武器裝備時刻處于并受到各種環(huán)境因素的復(fù)合作用。特別在當(dāng)前國際形勢下，各國圍繞南北極、赤道沙漠、極高海拔等具有豐富自然資源和重要戰(zhàn)略地位的地區(qū)的爭奪愈發(fā)激烈，這些地區(qū)自然資源豐富，戰(zhàn)略位置重要，但自然條件惡劣。同時，隨著未來戰(zhàn)爭模式向跨區(qū)域、快速機動變化，部隊在上述地區(qū)不僅要快速、反復(fù)進(jìn)駐，甚至可能需要長期駐留。作為執(zhí)行任務(wù)的軍人及各類裝備，不僅會受到多種復(fù)雜、惡劣環(huán)境因素的反復(fù)影響，甚至?xí)艿蕉喾N環(huán)境因素的長期、復(fù)合作用，這些因素

2、不僅損害了人體健康，降低了作業(yè)能力，嚴(yán)重時還將致殘致死。同時，惡劣環(huán)境諸因素還直接危及各類裝備的質(zhì)量與可靠性。據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局調(diào)査，由于環(huán)境溫濕度腐蝕導(dǎo)致武器裝備每年的損失高達(dá)700億美元，相當(dāng)于國民生產(chǎn)總值的4％。如何從滿足未來作戰(zhàn)需要出發(fā)，全面系統(tǒng)地研究復(fù)雜復(fù)合環(huán)境對軍人健康與作戰(zhàn)能力、對武器裝備環(huán)境適應(yīng)性以及人機環(huán)一體化影響的關(guān)鍵科學(xué)問題，確保軍人能夠有效生存和戰(zhàn)斗，確保武器裝備能夠安全、高效運行，已成為關(guān)系國家安全和民族未來發(fā)展

3、的迫切需要。
　　未來戰(zhàn)場環(huán)境的拓展和戰(zhàn)爭模式的改變，對軍人和武器裝備環(huán)境適應(yīng)性提出了更高要求，為了能夠提升軍人在各種惡劣環(huán)境下的適應(yīng)和作戰(zhàn)能力，提高武器裝備對各種惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，尤其是對軍人和武器裝備在各種復(fù)雜、未知極端環(huán)境下進(jìn)行全面系統(tǒng)的定量評價，這就需要把軍事環(huán)境醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域由維護(hù)健康的健康醫(yī)學(xué)向促進(jìn)強健的能力醫(yī)學(xué)、由單一損傷因素向復(fù)合損傷因素、由機體損傷防護(hù)向認(rèn)知提升研究領(lǐng)域拓展，并配套建設(shè)先進(jìn)的環(huán)境模擬設(shè)施，進(jìn)行復(fù)雜、

4、動態(tài)環(huán)境模擬試驗，開展人機系統(tǒng)綜合效能方面的科學(xué)研究。
　　環(huán)境模擬試驗在人和裝備環(huán)境可適性研究中具有極為重要地位。從國內(nèi)外環(huán)境模擬設(shè)施現(xiàn)狀來看，已經(jīng)建設(shè)了大量的4參數(shù)以下的環(huán)境模擬設(shè)施，基本可實現(xiàn)對一般環(huán)境的研究。但是，這些設(shè)施存在的主要問題是：模擬參數(shù)少、模擬環(huán)境種類少、模擬技術(shù)手段少、研究對象單一，還無法實現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境的準(zhǔn)確模擬和多個環(huán)境參數(shù)的動態(tài)變化，無法準(zhǔn)確建立人-機-環(huán)之間的有機聯(lián)系。從國內(nèi)外環(huán)境醫(yī)學(xué)研究現(xiàn)狀來看，還不

5、能研究復(fù)雜因素動態(tài)變化情況下軍人作業(yè)能力和人機工效變化規(guī)律。從環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展趨勢看，環(huán)境模擬設(shè)備和試驗技術(shù)正處于轉(zhuǎn)折時機，正從單參數(shù)模擬向多參數(shù)模擬、靜態(tài)模擬向動態(tài)模擬、短時程模擬向長時程模擬轉(zhuǎn)變，模擬參數(shù)可控范圍由幅度較小向幅度較大轉(zhuǎn)變，模擬環(huán)境因素的能力越來越強而且越來越趨于全面。隨著環(huán)境模擬技術(shù)的充分發(fā)展，建設(shè)國內(nèi)乃至全球領(lǐng)先的，在一個設(shè)施里能模擬南北極、赤道沙漠、極高海拔各種因素的超大型、綜合性極端環(huán)境模擬設(shè)施，已完全可行。

6、
　　因此，充分分析國防建設(shè)重大戰(zhàn)略需求，詳細(xì)了解和掌握國內(nèi)外環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境模擬技術(shù)和設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)分析軍事環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境模擬技術(shù)和設(shè)施未來發(fā)展趨勢，提出全過程綜合動態(tài)環(huán)境模擬設(shè)施建設(shè)策略，對于支撐特殊環(huán)境醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究和學(xué)科發(fā)展、開拓特殊環(huán)境模擬技術(shù)的創(chuàng)新與突破、提升我軍聯(lián)勤服務(wù)與保障能力，具有十分重要的意義。
　　本課題的研究主要基于情報研究視角，采用文獻(xiàn)調(diào)研、專家咨詢、對比分析、歸納總結(jié)等軟科學(xué)研究方法，對國內(nèi)外環(huán)

7、境醫(yī)學(xué)、環(huán)境模擬設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行系統(tǒng)梳理，仔細(xì)分析未來戰(zhàn)場環(huán)境變化對人員和裝備適應(yīng)性所帶來的影響，針對我軍未來20-30內(nèi)進(jìn)入南北極、赤道沙漠、極高海拔等極端環(huán)境地區(qū)所面臨的挑戰(zhàn)，提出建設(shè)一個綜合性動態(tài)環(huán)境模擬設(shè)施的初步方案，為開展人員作業(yè)能力提升、裝備環(huán)境適應(yīng)性評價、人機整體效能提升等研究提供先進(jìn)技術(shù)平臺。
　　本課題主要分為以下五個部分：
　　第一部分是軍事極端環(huán)境的形成及其內(nèi)涵，主要解釋環(huán)境、極端環(huán)境的定

8、義，未來戰(zhàn)場環(huán)境發(fā)展的變化，以及軍事極端環(huán)境范圍拓展導(dǎo)致的損傷新特征，提出針對這種損傷新特征，軍事環(huán)境醫(yī)學(xué)應(yīng)著重從研究理念、技術(shù)平臺等方面進(jìn)行更新提升。
　　第二部分是國內(nèi)外環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境模擬技術(shù)和設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀及問題分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境醫(yī)學(xué)研究理念上，外軍高度重視依托環(huán)境模擬設(shè)施開展特殊環(huán)境下人員作業(yè)能力提升技術(shù)與裝備研究、特種作戰(zhàn)部隊極端環(huán)境適應(yīng)性訓(xùn)練、各類裝備環(huán)境適應(yīng)性評價。在環(huán)境模擬技術(shù)和設(shè)施上，目前國內(nèi)外已建的環(huán)境模

9、擬設(shè)施大部分僅可實現(xiàn)對某種單一環(huán)境的簡單模擬，少數(shù)設(shè)施可實現(xiàn)2個參數(shù)協(xié)調(diào)變化，但是，仍無法全面正確反映復(fù)雜環(huán)境的真實特點，并且在復(fù)雜環(huán)境下人-機動態(tài)、協(xié)同效應(yīng)研究方面還有待進(jìn)一步強化。
　　第三部分是提出軍事極端環(huán)境模擬設(shè)施建設(shè)構(gòu)想。該部分詳細(xì)分析了環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展趨勢，提出未來環(huán)境模擬技術(shù)將發(fā)生五大轉(zhuǎn)變：由單參數(shù)模擬向多參數(shù)模擬轉(zhuǎn)變、由靜態(tài)模擬向動態(tài)模擬轉(zhuǎn)變、由真實環(huán)境向計算機仿真模擬轉(zhuǎn)變、由物理控制向數(shù)字化控制發(fā)展、由固有范

10、圍向新型范圍拓展。同時，提出伴隨著環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境模擬設(shè)施也將在前兩代的基礎(chǔ)上向第三代模擬設(shè)施發(fā)展。第一代環(huán)境模擬設(shè)施主要特點是規(guī)模小、模擬因素單一、模擬參數(shù)范圍不大、連續(xù)工作時間較短、模擬參數(shù)無法耦合變化，主要用于對某種特定環(huán)境的簡單模擬。第二代環(huán)境模擬設(shè)施無論在艙體容量、模擬參數(shù)范圍、連續(xù)工作時間等都有所改進(jìn)或延長，個別設(shè)施可實現(xiàn)兩參數(shù)耦合變化，能夠在一個設(shè)施里實現(xiàn)對多種環(huán)境的模擬。我們認(rèn)為為滿足未來復(fù)雜多變戰(zhàn)爭環(huán)境對軍人作

11、戰(zhàn)能力提出的新要求、新挑戰(zhàn)，針對南北極、極高海拔、赤道沙漠等新環(huán)境，應(yīng)建設(shè)第三代環(huán)境模擬設(shè)施，即在一個設(shè)施內(nèi)可準(zhǔn)確模擬上述環(huán)境特點、并可開展綜合、動態(tài)人機效能研究的大型環(huán)境模擬設(shè)施。該設(shè)施主要特點包括多因素復(fù)合、動態(tài)化模擬、全過程覆蓋、計算機虛擬現(xiàn)實，包括三大部分，主體結(jié)構(gòu)為一個可實現(xiàn)多因素、全過程、動態(tài)化、計算機虛擬現(xiàn)實的立式結(jié)構(gòu)環(huán)境艙，最大可容納30人同時進(jìn)入且能夠組織小范圍軍事作業(yè)，主要技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)包括溫度、壓力、濕度等8項，整體尺

12、寸為Φ15×10m，設(shè)置兩個氣閘艙；二是附屬動力設(shè)施，包括制冷、加熱、加溫等17個模塊，主要用于為環(huán)境模擬艙提供動力支持和數(shù)據(jù)傳輸；三是科學(xué)實驗設(shè)施，包括極端環(huán)境機體生理變化在線監(jiān)測技術(shù)實驗室、人機效能提升技術(shù)實驗室、計算機虛擬仿真評估實驗室、極端環(huán)境耐受生物信息技術(shù)實驗室、生物仿生技術(shù)實驗室等，主要開展特殊環(huán)境下生物耐受機制與防護(hù)技術(shù)、人機效能增強技術(shù)、衛(wèi)生裝備環(huán)境可適性評價等研究。同時，也提出了建設(shè)第三代環(huán)境模擬設(shè)施亟待攻克的五個關(guān)

13、鍵技術(shù)難點。
　　第四部分是提出全過程綜合動態(tài)環(huán)境模擬原理機設(shè)計方案。軍事極端環(huán)境模擬設(shè)施建設(shè)還面臨著諸多技術(shù)難點，不確定因素還比較多、技術(shù)風(fēng)險比較大。為突破上述技術(shù)難點，降低設(shè)施建設(shè)的技術(shù)風(fēng)險，我們與北京航空航天大學(xué)王浚院士課題組共同設(shè)計了全過程綜合動態(tài)環(huán)境模擬原理機，來開展先期技術(shù)研究，驗證關(guān)鍵技術(shù)的可行性和實用性，為軍事極端環(huán)境模擬設(shè)施的建設(shè)、利用提供技術(shù)儲備和技術(shù)支撐。該原理機主要復(fù)合溫度、濕度、壓力、光照四個環(huán)境參數(shù)，可

14、實現(xiàn)外界環(huán)境動態(tài)變化的模擬，擬采用空氣制冷技術(shù)獲得低于-80℃的低溫環(huán)境，采用進(jìn)、排氣壓力快速雙向調(diào)節(jié)技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境艙內(nèi)壓力的快速變化，采用低溫冷板技術(shù)保證低氣壓條件下環(huán)境艙內(nèi)溫濕度的均勻度，采用先進(jìn)解耦控制技術(shù)保證各環(huán)境參數(shù)的精確調(diào)節(jié)。
　　第五部分是軍事極端環(huán)境模擬研究應(yīng)用領(lǐng)域展望。該部分主要是展望了利用該環(huán)境模擬設(shè)施未來可開展的一些研究內(nèi)容，主要用于開展基礎(chǔ)研究和衛(wèi)生防護(hù)裝備效能評價，可適用于國內(nèi)從事特殊環(huán)境醫(yī)學(xué)損傷與防護(hù)研究