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武器装备是军队现代化的重要标志，是军事斗争准备的重要基础，是国家安全和民族复兴的重要支撑，是国际战略博弈的重要砝码（ 陈东恒等，2022）。自然环境对武器装备的影响至关重要，武器装备在演习、试验、使用与保障中发生故障或者性能退化，绝大多数都可归因于环境要素的综合影响。美国国防部专门调查表明，环境因素造成武器装备的损坏，占了整个使用过程中损坏的 50%以上，已远超过战损（宋太亮等，2016）。武器装备环境研究在保障装备战备完好率以及有效发挥装备作战效能方面发挥着至关重要的基础支撑作用。
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地质环境是自然环境的重要组成部分，并且与其他环境要素形成十分复杂的相互作用关系，共同对武器装备的环境适应性和实战适用性产生影响。以往武器装备环境研究，多侧重于地形地貌、气候气象、风霜雪雨、海岸海水、植被覆盖、热冷湿腐、简单电磁条件等要素，对地质环境要素分析考虑较少（李智舜等，2009; 刘艳，2020; 史跃东等，2022），随着联合作战战场环境向全维拓展，尤其是在深地、深海、两极以及复杂电磁等极端极严酷环境条件下的战场空间，以及装备研制领域新技术、新材料、新工艺的加速研发和推广应用，对武器装备环境研究相较于机械化战争时代提出了更加严峻的挑战，在未来的武器装备研发和运用过程中，地质环境将是不得不认真考虑的重要方面。笔者等在阐述装备环境和地质环境的内涵基础上，分析了联合作战条件下装备环境表现出的特点和趋势，探讨了地质环境要素在武器装备全寿命周期中的影响和应用，并梳理了国外相关研究应用工作进展和经验启示，以期提高我国对地质环境在武器装备保障中重要性的认知和理解，促进武器装备环境理论研究和工程实践。
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1 武器装备环境
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1.1 武器装备环境的组成与特点
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1.1.1 武器装备环境的组成
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环境的概念在不同的学科和领域中有着不同的定义和理解。从生态学的视角出发，环境被定义为一系列综合的环境因子，这些因子对生物体的生长、发育、生殖、行为及分布模式产生深远影响，其强调了生物与环境间动态的相互作用关系（ 王孟本，2003）。在环境科学的框架下，环境被视作一个由大气、水体、土壤及生物等自然要素相互交织、相互制约构成的复杂系统，这一视角不仅凸显了环境系统的整体性与复杂性，还强调了人类与环境和谐共生的基本原则（仝致琦等，2012）。而在人类中心论的语境下，环境被界定为围绕人类生产、生活活动的自然与人工改造要素的总和（郭晓虹，2019），凸显了人类活动对环境的影响及人类对环境的依赖关系。尽管各学科对环境的阐释各有侧重，但有一点重要的共性，即环境总是相对于某一中心事物而言的，环境因中心事物的不同而不同，随着中心事物的变化而变化，围绕中心事物的外部空间、条件和状况，构成中心事物的环境，也就是说环境是一个相对概念，是相对主体而言的客体，主体不同，环境的内涵、内容等也就不同（宋太亮，2016）。
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表1 影响武器装备的自然环境因素及其分类（据葛良胜等，2023）
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Table1 Natural environmental factors affecting weaponry equipment and their classification (from Ge Liangsheng et al., 2023#)
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具体到武器装备环境上，武器装备自然是核心主体，是中心事物，而环境则被认为是装备在其生命周期中所遭遇的各种自然和人为因素的集合（中国人民解放军总装备部电子信息基础部，2007）。美军 MIL-STD-810 系列标准界定，装备环境为对装备产生的影响装备按预期发挥功能的能力，或在其使用寿命期间承受运输或储存的能力。英国《国防装备环境工程手册》则在自然环境和诱发环境的基础上，增加了异常环境的考量，包括非计划但预期的事件所引发的环境，如火灾、军需品受到的子弹攻击、液体燃料点火、军需品缓慢加热等（ Ministry of Defence，2006），进一步扩展了自然或诱发的物理环境应力条件，这些条件丰富了装备环境的内涵。可以看出，装备环境的构成是复杂且多维的，它不仅包括了传统的自然环境因素，还涵盖了人为和异常环境因素。这些因素共同构成了装备在其论证、设计、研制、生产、部署、使用、保障、改进、更新直至退役处理的全生命周期中所面临的环境压力。这些环境因素与装备的时空特性紧密相关，对装备的性能、可靠性和寿命都有着直接的影响。
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武器装备环境中的自然环境是自然界中由非人为因素构成的那部分环境，是由各种自然环境因素构成的综合环境，其构成复杂多样，涵盖了地下、地表、气候、生物、水面、水下直至海底等多个维度的环境因素（表1）。这些自然环境要素不仅独立作用于装备之上，更在相互关联与制约中共同塑造了装备运行的基础。其中，地下环境的稳定性直接关系到装备的隐蔽性与生存能力; 地表环境，如土壤特性、植被覆盖等，则对装备的机动性与伪装效果提出挑战; 气候条件，包括温度、湿度、风速等，是影响装备材料老化、电子设备效能的关键因素; 水面、水下及海底环境，则因其独特的物理、化学特性，对装备的浮力、耐压、耐腐蚀等性能提出更高要求（ Bate et al.，2018; 蔡健平，2019; 周成军，2022; 宣兆龙等，2023）。需要特别说明的是，电磁环境作为现代战争与装备运行不可或缺的一部分，其性质超越了传统自然环境的范畴，呈现出更为复杂的双重属性。从其自然属性维度审视，地球固有的磁场波动、雷电等自然现象构成了武器装备所面临的自然电磁环境要素，赋予了电磁环境一定的自然属性。然而，在现代科技背景下，大量的通信设备、雷达等人为电磁辐射源广泛存在，这些人为产生的电磁环境也是武器装备运行所处环境的重要组成部分。
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武器装备对不同自然环境的适应程度直接关系到武器装备能否在实战条件下发挥作用或效能，具有良好环境适应性的武器装备在预期的使用寿命中，在各种自然环境因素影响下，能够持续实现其预定功能、性能，并且不被破坏。要使武器装备具有较高的实战适用性，则必须注重其环境适应性，或者说武器装备的环境适应性是其实战适用性的应有之义。
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1.1.2 武器装备环境的特点和趋势
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随着现代战争形态的不断演变，战场空间呈现出前所未有的多元化拓展趋势，从陆地延伸至海洋、从地表深入深地、从海面潜入深海、从低空迈向深空、从赤道拓展至两极、从实体空间跨入虚拟空间、从电磁空间进入网络空间，装备环境的外延在持续扩大，从狭义的“小环境”走向广义的“大环境”，呈现出以下显著的特点趋势。
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空间上，现代战场空间涵盖了深地、深海、深空、极地等极端与特殊空间，并随着信息技术的发展，网络空间和电磁空间也成为新的战场领域，装备环境表现出全空域、全地域的突出特点，装备必须能够应对各种不同的空间条件，以确保在复杂多变的战场环境中发挥出应有的效能。
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时间上，武器装备环境具有全过程与全时域的显著特性。武器装备从论证阶段直至使用维护的整个过程，需要考虑在整个寿命周期中将会遭遇的所有环境，确保装备能够在其整个寿命周期内，有效应对并适应可能遭遇的各类环境挑战。同时，随着作战样式的不断演进与制造技术的飞速进步，武器装备对自然环境的适应性亦呈现出变化的趋势。不同历史时期，自然环境对武器装备的制约与影响机制显著不同，且随着时代的推进而持续丰富与深化。例如，从冷兵器与热兵器时代对地球物理场要素的相对忽视，到现代战争中钻地炸弹等高精度武器对地下地质结构的严格要求。武器装备在未来战场上需要突破传统时间窗口的限制，要确保在春夏秋冬四季更迭、昼夜交替以及风雨雷电、沙雪雾霾等极端气象条件下，均能保持稳定可靠的性能表现，具备全天候作战能力。
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要素上，具有全要素、全耦合特点。武器装备环境除了狭义上的地形、地理、气象、温度、湿度、日变、水文、地质、海洋等诸多要素所构成的所有客观自然要素及其环境总和外，进一步延伸至一切可能对武器装备发挥作用形成制约或产生影响的社会经济环境以及军事作战环境等内容。在未来战场上，高新技术武器装备的研制所考虑的因素更加广泛，诸如网电环境、复杂电磁环境、太空环境、深地环境、深海环境、两极环境、生态环境、资源环境以及核环境等方面要素均需纳入考量范畴。各环境要素间并非孤立存在，而是通过复杂的相互作用、互馈机制紧密相连耦合在一起的，不仅要关注单一要素及其变化对武器装备的影响，更需深入考量不同要素间的协同效应、反馈循环以及变化发展对武器装备产生的综合效应。
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1.2 武器装备地质环境
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地质环境是自然环境的重要组成部分，从广义看，是由岩石圈、水圈和大气圈组成的自然环境系统，是地球演化的产物; 从军事地质的角度出发，可以看作是由岩土地质体组成的地质构造、工程地质与水文地质条件、特殊地质作用和天然建筑材料等各项因素的总和（张栋等，2019）。在武器装备环境研究的视角下，武器装备地质环境可以理解为装备在全生命周期内，其所处的由地球岩石、土壤、水体、构造等地质要素，以及与这些地质实体相关的地球物理和地球化学场构成的环境条件。这些条件对装备的性能、可靠性以及使用寿命会产生显著影响，其范畴不仅囊括了自然形成的地质条件，还包含了因军事活动等人为因素诱发的地质环境变化。它与传统的地理环境要素相交织，同时又与气象、水文等环境要素相互作用，并且是自然重力、地磁、放射性等地球物理环境的初始源。
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武器装备地质环境具有明显的地域差异性与复杂性，不同区域所展现的地质构造多样性、岩土物理力学性质的显著差异以及地下水系统的动态变化，均对武器装备的适应性设计、运行稳定性及战场实战效能构成了直接影响。例如，软土区域因其低承载力和高压缩变形特性，对重型装备的机动性与运行稳定性提出了严峻挑战; 而岩溶地貌中广泛分布的溶洞与不稳定地质体，则可能诱发装备意外陷落等高风险事件，严重威胁装备安全。另外，军事行动，尤其是战场准备和作战实施，往往涉及到对地质环境的深刻改造与重塑。工事构筑、道路的快速铺设以及战场障碍物的精心设置等军事活动，不仅是对地质环境的直接干预，还可能诱发或加剧地质灾害的发生，这些灾害对装备的安全使用构成了直接威胁，并可能显著降低其作战效能与持续作战能力。值得注意的是，装备地质环境也并非静态固定，而是处于不断变化的动态平衡之中。这种动态性既源于地质过程的长期缓慢演化，如构造运动、岩土风化等，也受短期气象条件、水文循环等自然因素的显著影响，这就要求在装备设计、部署与维护策略的制定过程中，必须充分认识并考虑地质环境的这种可变性，以提升装备的环境适应性和生存能力，确保其在复杂多变的地质环境中能够保持高效稳定的作战性能。如果说在传统的战争形态下，只要搞清了常规的地理环境要素（这也是以前人们研究装备环境的重点，即地面环境）就能够有效支撑作战的话，那么在新战争形态下，由于战场空间深入地下、太空，武器装备高度复杂敏感，打击效能不断提升，仅仅关注传统的自然环境要素就远远不够了，地质环境要素的地位日益提升，作用愈发突显。
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图1 各阶段、装备各层级的环境适应性要求（据傅耘等，2023 修改）
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Fig.1 Environmental worthiness requirements for each stage and equipment level (modified from Fu Yun et al., 2023&)
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2 地质环境对武器装备全寿命周期的影响和应用
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2.1 武器装备研发的地质环境适应性
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根据自然环境数据开展武器装备的环境适应性要求论证是装备发展的首要工作，是装备论证工作的重要内容之一（图1）。进行环境适应性设计时，首先要明确装备将面临的环境条件，掌握相关环境参数，以确保装备能在特定环境中有效运作（宋太亮等，2016; 蔡健平等，2024）。不同的地质环境要求武器装备具备不同的适应性，在研发阶段，必须充分考虑地质环境特点，对武器装备进行针对性设计。如在土壤硬度较大的地区，轮式武器装备轮胎容易磨损，对装备的耐久性提出了更高的要求，研发时需要选用高强度的材料，以提高其耐磨性。地表或地下空间内接触相应界面使用的装备，需要针对岩土体介面情况，充分考虑其抗振动和抗冲击性能的设计，保证装载设备器件守好率。坚硬土壤会影响武器发射时的后坐力传递，需要在设计武器支架和底盘时进行充分考虑，确保射击的稳定性。在沙漠中的沙尘对武器装备机械部件磨损和堵塞严重，研发时需采用密封性能更好的结构和防尘措施（Gilewitch，2014）。以美国 M1A2 艾布拉姆斯主战坦克为例，其在设计过程中，研发人员就充分考虑了不同地质环境下的作战需求（Chait et al.，2005）。考虑到 M1A2 重量超过 60 t，在不同的地质条件下对地面产生的压力不同，特别是在软土、沙地等松软地面上，容易陷入，为了解决这个问题，设计者有意增加了坦克的履带接触地面的面积，以减少单位面积的压力。还针对性设计了特殊的扭力杆悬挂系统和动力调校系统，以提升履带的抓地力和底盘的稳定性。此外，坦克还配备了高级的过滤系统，以防止沙漠环境下，沙尘进入机械和电子系统内部。
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自然环境要素既是制约与影响作战行动的客观因素，反之，基于作战需求，人类亦能凭借对自然环境要素变化规律及相互作用的深刻理解，通过实施特定策略，主动调控某些要素状态，使之直接转化为作战工具，服务于既定军事目标。这一利用现代高科技手段人为调控或改造自然环境要素，旨在达成军事目的的一系列行为，通常被称为“环境战”，而运用于环境战的武器，即环境武器，属于新概念武器。从军事地球科学的视角审视，环境武器涵盖了气象武器、生物（含细菌、基因）武器、化学武器、地质武器及地球物理武器等多个分支。这些武器类型在古今中外的战争实践中均有不同程度的运用，其中，气象武器的应用尤为频繁与广泛。当前，已投入实战或实验阶段的环境（气象）武器种类繁多，包括但不限于温压弹、制寒武器、高温武器、热压气雾武器、云雾炮弹、人工消云除雾武器、人工引导雷电、太阳武器、化学雨、海啸武器、巨浪制造装置、抑氧武器、海幕遮蔽武器及臭氧调控武器等（Hummphreys，2016; Kreike，2021）。此外，历史上不乏化学武器与细菌武器的使用实例，如日本侵略中国期间（1931~1945 年）日军 731 部队的恶行，以及近年来恐怖组织与极端宗教势力所采用的神经毒气等。尽管纯粹利用地质环境作为武器，即地质地球物理武器，在公开文献中鲜有提及，但它们无疑是环境武器体系中不可或缺的重要组成部分。这两类武器是基于地质学与地球物理学基本原理，通过人工手段干预战场的地质环境，诱发地震、海啸、崩塌、滑坡、雪崩、堰塞湖溃决、泥石流、地面塌陷、地下水污染乃至火山喷发等自然灾害，以及利用地球物理场的慢性杀伤效应与蝴蝶效应等现象，实现对敌方军事行动的阻滞与破坏，乃至消灭其有生力量的一种非常规武器（刘光鼎等，2003; 张民，2010）。相较于传统常规武器，地质地球物理武器展现出巨大的破坏力、高度的隐蔽性、难以预测的控制程度以及对环境的高度敏感性等特征。正如常规武器装备的研发需以深入了解战场自然环境为前提，地质地球物理武器的有效运用同样要求对其作用地质环境的精确把握，而其难以控制和无选择的作用特点对其运用提出了更高的要求。
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2.2 武器装备精准运用的地质环境适应性
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2.2.1 导航制导
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地磁场，作为一种固有的地球物理场域，凭借其固有的稳定性与无源性特征，在军事应用领域展现出了独特价值。在导航和定位技术方面，地磁场扮演着至关重要的角色，尤其是在卫星导航信号受限或遭受干扰的复杂环境中，地磁导航技术作为一项可靠的替代方案，能够有效地保障导航和定位的连续性和准确性（Wang Qiong et al.，2022）。另外，地磁场的高度稳定性对于提升远程弹道导弹的命中精度也具有非常重要的作用，它作为影响弹道预测和校正的关键自然因素之一，对于精确打击能力的提升具有潜在的促进作用（Fontana et al.，2022）。然而，剧烈的地磁场波动可能对电子设备的正常运行产生显著干扰，进而影响精确制导武器的导航精度和控制系统稳定性，极端情况下甚至可能导致依赖磁场传感技术的引爆装置功能失效，严重威胁武器装备的作战效能和安全性。地磁场的异常变化还可能被创造性地应用于防御策略之中，通过人为诱导或利用自然发生的地磁扰动，产生高强度的电磁脉冲，对敌方电子信息系统及武器平台进行广泛而深远的电磁干扰与破坏，从而获取战场信息优势和主动权（张为华等，2013）。 1990 年海湾战争中，美军等多国部队就对伊拉克军队使用了大量的电磁脉冲弹，整个海湾战场形成了极为复杂的电磁环境。伊拉克军队在多国部队的电磁干扰下，无线电通信中断、雷达迷盲，武器装备导航制导系统能难以正常发挥作用，军队丧失指挥反击作战能力（ Zhanna et al.，2023）。
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在弹道导弹飞行过程中，时刻受到不规则地球重力场的作用。在常规的以惯性制导为主的弹道导弹打击行动中，为了明确描述导弹飞行弹道（ 轨迹），必须在建立一个既能够准确描述导弹运动，又能被导弹控制系统确定并保持的统一坐标系统基础上，准确获知地球重力场的相关信息。重力异常或扰动重力对弹道导弹的命中精度影响便体现在导弹飞行过程中的受力、惯性系统的标定和导弹的制导上（刘菲等，2014）。据一项相关研究，利用 EGM96 地球重力场模型的仿真分析表明，对于约 6000 km 射程的弹道导弹，J2 项引起的落点偏差最大可达 15 km 以上，J4 项引起的落点偏差最大可达 60 m 左右，扰动重力的影响可达到数百米（冯伟等，2009）。
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2.2.2 机动通行
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自古以来，军队的机动性便是战争中决定战略部署灵活性、快速响应战场变化及夺取战场主动权的关键因素。军用车辆等武器装备的机动通行性是军队机动性的基础，武器装备能否迅速、稳定地穿越不同地形，直接决定了部队的部署速度、作战反应时间以及战略战术的选择。这其中，自然环境尤其是地质环境相关要素对机动的影响和制约尤其明显。
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图2 北约军用车辆参考机动性模型模拟评估界面（a）和涉及的土壤参数（b）（据 Wasfy et al.，2021b）
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Fig.2 NATO reference mobility model simulation evaluation interface (a) and related soil parameters (b) (from Wasfy et al., 2021b)
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从岩体的角度看，大面积岩体分布区的机动路线承载能力大，只要地幅足够宽阔，可以支持重型武器装备机动行进，但这些地区可能路面并不平整，十分颠簸，容易损坏装备; 有些岩石如石灰岩、片岩等表面易打滑，不利于轮式车辆通过; 戈壁区路线可能大量分布带有坚硬棱角的碎石或砾石，这种路面对轮式运输工具的轮胎磨损极大，严重时会大幅度影响机动速度和效率。
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从土体的角度看，土体区是战场上最常见的机动区域，土壤通过与车辆表面（如轮胎、履带、滑雪板、支腿、车底、叶片和犁尖）的接触，以及与土壤中嵌入的障碍物（如植被根茎、岩石）的接触，对武器装备的机动性形成影响。除车辆本身的诸多因素外，从地质上看，影响军用车辆通行性的主要因素是土壤的承压特性、剪切特征等，而这些又与土壤的成分、粒度、分选性、厚度、密实度、含水性等因素密切相关。同时，其还受所处位置、湿度、降雨量、蒸发量、土地利用（农业、灌木、森林、湿地、城市等）、坡度（上坡、下坡和侧坡）、土堆/ 沟渠障碍物大小和间距等多重外界环境的综合影响，是一个十分复杂的问题，因此也成为了国内外重点研究的领域（Priddy et al.，2006; Bacon et al.，2014; Roskin et al.，2016; Balling et al.，2020; Wasfy et al.，2021a，2021b）。 20 世纪 40 年代初，美国陆军工程兵团的水道实验站发明了用圆锥头测定土壤支撑能力的方法，称为圆锥指数法，因其简单实用快速，广为世界各国军队接受（Perumpral，1987）。其后，美军又在圆锥仪法基础上，不断研发和优化升级地面机动通行性评价模型，目前，最具代表性和应用最为广泛的评估模型便是北约军用车辆参考机动性模型，该模型充分考虑了车辆参数、环境条件（地形、地质、地貌、气象）等因素，被广泛用于评估和预测军用车辆在特定条件下的机动性，包括越野性能、障碍物穿越能力、动力传动性能、车辆与地形的交互作用等（图2a）。该模型中涉及到的土壤相关参数有土壤类型、含水率、温度、容重、摩擦系数、弹性、膨胀性、压实状态等（图2b）。为避免因军用车辆沉陷等对军事行动造成影响，快速开展机动通行评价，近年来土壤相关关键参数快速获取技术也取得了显著进步，如 Sabol 等（2016）提出了利用 ASTER 数据来快速识别土壤母质岩性组成，以分析土壤物理和化学性质，可为陌生地域装备通行性评估提供关键参数支撑。
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图3 坑道工程破坏分区示意图（据杨秀敏等，2016）
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Fig.3 Sketch map of failure zone of tunnel engineering (from Yang Xiumin et al., 2016&)
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值得一提的是，鉴于沙漠特殊的作战环境和在过往和现代战争中所扮演关键的角色，沙漠环境下的装备环境适应性一直是各国关注的重点，2011 年 6 月 20 日至 24 日在美国内华达州拉斯维加斯举行的第九届国际军事地球科学会议专门研讨了沙漠环境对武器装备机动通行等方面的影响（McDonald et al.，2016）。
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2.2.3 火力运用
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现代战争条件下，能否精准掌握进攻目标属性，以科学有效组织火力分配与部署，对打击效果乃至整个战场态势有重大的影响。不同地质环境中的地质体，由于组成其岩石地层厚度、密度、软硬不同，岩石产状、结构、构造、风化程度、裂隙发育程度等不同，就具有不同的抗爆打击能力。标准抛掷爆破条件下，岩石硬度越大，韧性越高，密度越大时，每爆破单位体积的岩体所消耗的炸药量就越大。同等条件下，风化程度深与未风化的同类型岩石相比，用药量有可能降低 2~5 个等级。岩层内部的不连续面，如节理和裂隙的大量发育，将导致其呈现出显著的非均质特性。这种特性意味着，即便弹体以垂直角度撞击，也可能发生偏移。弹体进入岩体后形成的弯曲轨迹会对后续弹体造成影响，导致更大幅度的偏转，进而减少穿透深度，影响攻击效果。对于土体而言，土质不同打击效果也不同。炮弹在松软土中爆炸，有 50%的碎片在 8~12 m 半径内很快减速; 炮弹在砂土地、沼泽地爆炸，其杀伤面积较硬土地分别减少二分之一和三分之一（张为华等，2013）。因此，需要根据打击目的，针对不同地质属性特征的目标体，设计不同的火力打击强度，包括打击武器类型选择、参数设置、药型药量确定等，以保证打击目的的实现。
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试验数据表明，中等硬度岩石的动静强度均超过 C40 混凝土。如果一个地下坑道上覆岩体厚度达到 100 m，那么在敌方火力攻击时，这 100 m 的岩层将发挥相当于百米厚混凝土层的防护作用（杨秀敏等，2016）。在当前各国将很多重要的军事设备隐藏于地下深处的背景下，大量武器装备研发也瞄准深地战场，面对日益深入地下的军事目标和众多类型的打击武器，需要科学合理地选择配置武器系统，以发挥火力打击的最佳效能。针对现代钻地炸弹对不同地质环境下地下工程的破坏（图3），地面或地下工程防护的岩石力学相关问题也日益受到关注（Eastler et al.，1998; Ehlen et al.，1998，2001; Bastante et al.，2012）。任辉启等（2016）对重大国防工程抗爆打击问题开展了一系列的试验研究，通过对抗爆试验区地质结构，特别是岩石状况、断层结构等及其对不同当量、层次、型式爆炸的响应机制现场勘察和深入分析，掌握了工程抗爆打击的基本规律，有效提升了我国有关工程建设的抗爆打击性能，最大程度避免了工程建设事故及其利用效率。美国长期将深地工程的情报搜集视为重要任务，据《地下武器效应及其种类》记载，美国国防部推测，全球潜在对手的疆域内隐藏着超过一万多处深藏地下的设施。这些设施中，大约两千多处扮演着关键的战略角色，且半数位于城市区域或其近郊。众多地下指挥、控制及通讯（C3）综合设施与导弹发射场地多建于地下 100~400 m 之间，在质地优良的花岗岩和白云岩地层中，设施的建设深度可延伸至 500 m 乃至 700 m 深（李春海等，2024）。海湾战争期间，美军在高—低空配套、高精度探测的战场信息侦察系统的基础上，还向伊军纵深内派遣了 9000 多人的特种作战部队实施情报侦察，搜集掌握了伊军地下目标地质背景、岩石地层特征等信息，评估地下工事抗爆打击能力，利用地质参数精确选配钻地武器的型号和药量，成功摧毁了包括巴格达的阿米里亚地下防空洞在内的几乎所有伊拉克地下军事设施（Leith et al.，1998; Johnson，2014）。
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2.2.4 洗消用水
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水是保障作战人员生存和作战行动实施不可缺少的重要资源，除了部队人员饮用、卫生和生活需要大量用水外，技术兵器、车辆、机械等装备的冷却、洗涤及洗消等也需要消耗大量水（表2）。通常，如果作战行动过程短暂，主要以自主携带方式供应水，但如战斗进程拉长或反复，一般选择在现地构筑野战给水站实施给水。由于地表水易遭破坏和污染，因此，分析区域地质环境，选择一定深度的地下水就显得非常重要。运用军事地质环境信息助力野战给水，保障武器装备、人员和给水工程建设等一直是外军重点加以研究并付诸于作战实践的重要工作，相关的研究成果、经验总结也是历来有关军事地质会议交流和探讨的重要内容。如 2012 年英国地质学会出版的专辑《地下水的军事应用》专辑中，20 篇文章集中讨论了美、英、德等国家军队到 2010 年历次战争中的野战装备及人员给水相关问题、主要做法、研究进展等问题，涉及到地下水在军事活动中的广泛应用。 Gellasch（2014）详尽探讨了阿富汗战争中喀布尔地区的地质和水文条件，以及这些条件如何影响军事行动。他强调了在干旱区域，尤其是在地表水稀缺的环境中，水对军事行动的关键作用，并主张将地下水作为主要水源进行详细评估。实际上，地下水资源对于在阿富汗的美军及其联军的作战和后勤支持至关重要。为了确保这一资源的可用性，美国军队在 2007 年之前就开始对潜在营地的水源进行了彻底的检查，并对井水进行了分析。美军对于阿富汗水文地质条件的分析研究工作，对于装备和人员提供足够高质量水源、保证战斗效能发挥了至关重要的作用。
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2.3 武器装备维护保养的地质环境适应性
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武器装备是特殊的军事用品，它们并非生产出来后立即投入使用，很多需要长期贮存。除非真空状态，否则几乎所有武器装备的使用和贮存均暴露在大气环境中，或与水体或地下岩土体等直接接触，遭受腐蚀，不仅会影响武器装备的作战性能，还会大大降低其使用年限，是武器装备维护保养面临的一项严峻挑战，被视为其性能与寿命的头号敌人。据统计，仅美国海军陆战队地面车辆在 2005 财政年度因腐蚀而产生的费用就高达 5.45×108 美元，随后在 2006 年~2007 年财政年度，这一费用攀升至 7×108 美元，之后 3 个财年，腐蚀费用分别占其相应财政年度维修总费用的 18.7%、12.3%和 14.3%（冯林等，2023）。
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作为成分复杂、地球化学行为多变且极为活跃的介质，地下水携带着溶解氧、硫化氢、多种盐类以及微生物，这些因素共同作用于金属装备，诱导并加剧了腐蚀过程。相关研究表明，地下水可通过导弹发射井壁及坑道壁渗透进入，不仅直接腐蚀导弹系统的电气设备与水管，还可能广泛影响导弹的各类精密部件及其制导系统（王尔介，1984）。除了与武器装备直接接触造成腐蚀外，地下水也可以通过影响装备储存环境的空气水分含量，即湿度条件，造成腐蚀。在相对湿度较高的环境中，金属表面易于形成一层富含电解质与阴极去极化剂的薄水膜。一旦湿度逾越某一临界阈值（表3），该水膜将全面覆盖金属表面，促使腐蚀机制由化学腐蚀转变为电化学腐蚀，腐蚀速率因此急剧上升（ White，1992; Chen Xulong et al.，2019）。此外，环境温度的升高还会进一步加剧这一进程，具体表现为氧的扩散系数增大，使得溶解氧更易抵达阴极区域，加速去极化反应，并同步提升溶液的电导率，从而增强了腐蚀电流的强度（Galvan，2024）。这些环境因素的协同作用，使得在高湿度和较高温度条件下，金属的腐蚀速度显著加快。我军有些导弹发射井因高温、潮湿，弹体、发射架、控制设备、监测设备等锈蚀严重，使导弹发射井由承担战备任务降级为训练使用（徐滨士等，2004）。
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表2 汽车、技术兵器昼夜用水量（据张为华等，2013）
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Table2 Water consumption of automobiles and technical weaponry (from Zhang Weihua et al., 2013#)
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表3 几种常用金属的临界湿度（据宋太亮，2016）
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Table3 Critical humidity of several common metals (from Song Tailiang, 2016#)
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岩石和土壤则可通过其所含的具有腐蚀能力的元素化合物对武器装备造成腐蚀。其腐蚀性主要表现为两种方式。一种是通过岩土中所含的特殊物质进入在其中构建的地下空间（大气中），进而对相关装备进行腐蚀。另一种是对与其直接接触或埋藏其中的装备进行腐蚀，如埋于地下的各类军用管道、通信与电力线缆、地雷、弹药等（Bundy et al.，1996）。 McDonald 等（2008） 系统研究分析了伊拉克地区尘土的矿物学组成与地球化学特征，揭示了该地域尘土富含碳酸盐、硫酸盐及氯化物等多种具有腐蚀性的化合物，这些化合物的存在对美军装甲车辆等军事装备构成了显著的腐蚀威胁，导致装备性能退化乃至功能失效。
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3 国外相关经验启示
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以美国等为代表的西方军事强国对武器装备的作战实用性和包括地质环境要素在内的自然环境适应性高度重视，广泛开展面向复杂环境的武器装备试验研究与基础设施能力建设，有关标准规范和技术要求相当细致严苛且成体系化，不断加快数字化智能化步伐和深度，对于推动我国武器装备地质环境研究和实践相关工作具有重要借鉴意义。
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3.1 高度重视包含地质环境要素在内的自然环境试验及相关标准规范体系建设
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自然环境试验能够将武器装备暴露在自然环境下，在试验过程中对武器装备定期测试，最能真实地反映实战状态环境下武器装备的使用状态，具有真实再现装备实际效应的特点，是掌握复杂环境下装备性能底数的必要手段（张伦武等，2024）。西方军事强国很早就重视建设自然环境试验场进行武器装备试验，其中不少涉及地质环境要素。
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1839 年，英国在世界上首次开展了自然环境试验，迄今其已在本土及英联邦成员国及海外基地建立武器装备试验站 40 多个。其中，威尔士的拉德诺靶场专门进行武器、弹药、火药和爆炸物的测试和评估，能够对轮式及装甲车辆在不同地质环境下的通行能力进行全面系统的测试。第二次世界大战后，美国意识到武器装备环境适应性的重要性，为了其全球战略需要在本国和世界各地共建立了 50 多个装备试验场，由国防部统一管理、规划和投资，基本涵盖了与装备研制有关的所有自然环境类型。针对典型气候区特点，建设了 3 个大型武器装备自然环境试验场，分别为陆军寒区试验中心、陆军沙漠自然环境试验中心以及陆军热带试验中心（张伦武等，2003; 文邦伟等，2004; 胡杰等，2024）。其中，美国陆军沙漠自然环境试验中心始建于 1942 年，占地面积达 896000 英亩（ 1 英亩 = 4046.86 m2; 或 1 km2 = 247.105 英亩），“沙漠风暴” 行动中所配备和应用的主要武器装备系统均在此进行了详尽彻底的试验。试验中心内的车辆耐力试验场地主要为沙漠地带的沙土、碎石、砾石和卵石等路段（表4），支持车辆在具有各种地形条件的道路上运行数英里（1 英里 = 1609.34 m）的模拟任务，以达到对车辆和其他武器装备在沙漠特殊路段及高温环境下的运行持久性和可靠性进行试验验证（蓝德智库，2023）。总体来看，目前这些试验基地开展的武器装备试验涉及到地质环境因素的主要有气候类环境类型中的沙尘、浸渍等试验项目，电磁环境效应试验，力学类型中地表土体物理及力学参数试验，地下岩土体类型与结构及其对冲击波的传导能力、吸收能力、抵抗能力，以及地层岩石内部应力状态、对外部振动和冲击的响应等以至饱和水性等相关试验项目。近年来，美英等国在继续优化完善自然环境试验基地的同时，还更加注重发展针对深地等极端、复杂环境的环境试验技术，不断丰富完善其试验体系，确保装备未来在深地等极端环境中能够稳定运行。在环境试验的基础上，美军建立了多个与武器装备研制运用等相关的自然环境数据库。
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表4 尤马试验中心车辆耐力试验场地主要试验区及类型（据蓝德智库，2023）
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与此同时，为保障环境试验规范开展，早在 1962 年，美军便制定了 MIL-STD-810 标准，并以三军联合文件的权威形式发布，该标准体系自问世以来，每 7 至 8 年均会经历一次全面的修订和更新，历经多次迭代、丰富和深化，直至 2019 年，美军推出了最新的 MIL-STD-810H《环境工程考量与实验室试验》 标准，其中涉及不少地质环境要素相关试验。这一系列标准不仅引领了国际军用环境试验的先进趋势，还持续贡献了诸多创新理念与技术框架，对全球军事科技领域产生了深远影响（Li Dewei et al.，2024）。英国早在 1962 年与 1970 年，便分别制定了环境试验标准（ 2G100）及飞机设备通用要求（3G100），并于 1975 年颁布了《军用装备环境试验》 国防标准（DEF-07-55）。进入 21 世纪后，英国于 2009 年进一步发布了《国防装备环境手册》（DEF00-35）第四版，该手册作为指导性原则，为国防装备的环境适应性设计与验证提供了详尽的规范。北约 1998 年发布了《环境试验》 系列出版物（ STANAG 4370），并于 2006 年推出了第三版，该系列涵盖了 AECTP-100《国防装备环境指南》、AECTP-200《环境条件》、AECTP-300《气候环境试验》、AECTP-400《机械环境试验》、AECTP-500《电气/ 电磁环境试验》及 AECTP-600 等多个专业分册，形成了一个全面而系统的环境适应性标准体系。这些标准不仅严格规范了武器装备的研发流程，还确保了装备在复杂多变的环境条件下具备高度的作战适用性与环境适应性，为提升军事装备的整体效能和可靠性奠定了坚实的基础。
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3.2 深度研究推进环境适应性表征精细化、评估综合化智能化
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在现代战争中武器系统需要具备快速机动、跨域作战的能力，装备所处的环境适应性不仅仅局限于传统意义上的单一要素制约影响，而是转变为涵盖极端环境、多环境因素复合作用及装备在高速机动状态下转换的综合性影响评估。美国、以色列等正引领着极端环境多因素复合条件下跨区域作战环境中多种自然因素（包括但不限于极端气候、深地极地、复杂地理地质、高强度电磁干扰等）对武器装备性能影响的深度研究（王晓明等，2017; Roskin，2020; 文邦伟等，2021; 吴建国等，2024）。相关研究对环境中的温度、湿度、压力、振动、电磁辐射等多种因素进行了深入剖析，通过环境因素的析出、环境效应的参数化、各种参数权重的确定，力求对环境效应的精确定量化描述，并借助隶属度函数、层次分析法等模糊数学和统计分析数学方法，逐步构建全过程覆盖、动态化模拟的多参数耦合条件下的装备环境适应性综合评估模型，不仅为武器装备的研发与改进提供了科学依据，还能够为装备在复杂多变战场环境中的性能预测与优化提供有力支持。
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近年来，随着机器学习技术的迭代升级、人工智能大模型的广泛应用、数字样机技术的持续精进、数字孪生理念的深入渗透以及集成仿真方法的日益成熟，西方军事强国正以前所未有的重视程度，聚焦于这些前沿科技在规模化环境适应性数据挖掘与建模领域的深度整合与高效应用。利用机器学习技术的强大优势，实现对其积累的海量环境适应性数据的高效处理和深入分析，深度挖掘数据中的复杂关联与潜在规律，揭示影响武器装备环境适应性的关键因素，为武器装备的环境适应性设计提供了坚实的理论基础和科学依据，不仅显著提升数据处理的效率和精度，更在一定程度上实现了对环境适应性规律的精准捕捉和前瞻预测（Teichmann，2022）。美军非常注重利用计算机仿真技术的独特优势，构建高度逼真的虚拟环境模型，这些模型能够模拟各种极端且复杂的环境条件，如极端温度、高湿度环境以及强电磁干扰等，为武器装备的环境适应性评估提供丰富的测试场景与实验条件。通过将武器装备数字模型置于虚拟环境中进行试验，美军能够全面、系统地评估装备在不同环境条件下的性能表现与适应性水平（李永哲等，2021; 卫旭芳等，2023; 刘泽卿等，2023）。 2023 年，美国国防部投资约 3.2 亿美元，通过利用工业领域先进的设备、建模仿真和网络技术，加速试验与评估技术应用研究和先期技术开发，特别针对自主性和人工智能试验技术体系关键技术研发进行了部署，致力于攻关自主系统试验规划技术、自主系统试验实施与控制技术和自主系统性能评估技术（韩明磊等，2023）。
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3.3 积极谋划布局环境武器研发应用
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已公开的有限资料表明，西方军事强国在环境武器领域的研发与应用探索持续未歇，众多类型的环境武器均在高度保密的状态下被深入研发。从技术成熟度和实用性角度分析，美国、俄罗斯（含苏联时期）等在该领域处于领先地位。
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地球物理原理应用于环境武器制造的实践可追溯至 20 世纪初叶，其中，尼古拉·特斯拉于 1912 年提出的理论尤为引人注目，他提出“若把物体的振动与地球的谐振频率正确地结合起来，在几个星期内，就可以造成地动山摇、地面升降”，这一理论在 1935 年通过其所谓的“特斯拉实验”得到了初步验证，该实验被后世铭记为一次人工诱发地震的成功尝试（王家映等，2004）。进入 1950 年代，苏联和美国科学家秘密探讨了电磁辐射，特别是低频电磁辐射对生物体的潜在危害与影响，苏联因此还制造了一个被称为“莫斯科信号”或“莫斯科啄木鸟”的外交事件。 20 世纪 80~90 年代，苏联开始研究“水星计划”，试图利用地下的核弹爆炸产生定向的声波和重力波，造成巨大的冲击力，从而引发地震和海啸（徐萍等，2005）。近半个世纪以来，美国军方实施了一系列地球物理武器的秘密研究项目，其中最为有名的当属 HAARP 计划（亦称“竖琴” 项目）。该项目经美国参议院批准，始于 1993 年，至 2002 年前后逐步建成，自 2003 年起正式投入高频有源极光研究计划的各类实验。该计划由美国空军与海军在阿拉斯加州合作建设并共同管理，尽管官方一再强调 HAARP 纯粹是一项旨在探索电离层和空间天气的科学研究计划，但众多美国科学家及媒体依据 HAARP 实验内容及潜在能力认为，HAARP 对于地球物理场的改变，必然对大气层（涵盖对流层、平流层及电离层）的密度、结构和对流过程产生深远影响。在特定情境下，HAARP 或可被用作战争工具，可以干扰敌方的通讯系统，使飞机、导弹、卫星等军事装备的电子系统失效，还能通过改变大气环流，引发暴雨、洪灾、飓风等重大灾害，对敌方的军事设施和人员造成破坏（Jerry，1998; Travis，2023）。
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与核武器类似，地质地球物理武器作为一种非常规武器，具有极大的杀伤力，对人类、环境、生物乃至整个地球都可能带来灾难性后果，其残酷程度甚至超越核武器。即便小规模使用，也极有可能对地球生态和环境造成不可恢复的破坏。因此，地质地球物理武器的试验和使用必须受到严格的人道、道德及伦理约束。无节制地使用此类武器，无疑将导致人类自我毁灭，理应受到强烈谴责，这显然也与战争的终极目标背道而驰。世界各国理应从法理层面达成一致，逐步减少、严格控制并最终全面禁止此类武器的研发和使用。尽管在 1978 年，75 个国家批准、另外 17 个国家签署了《禁止军事或任何其他敌对性使用环境改造技术公约》，明确禁止使用环境改造技术引发地震和海啸等现象，但部分西方国家似乎并未完全执行这一公约。对此我们应该保持警觉。
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4 结语
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随着作战空间向全域多维的延伸拓展，武器装备环境的外延也在持续扩大，表现出全空域、全地域、全过程、全时域、全要素、全耦合等特点和趋势，地质环境作为装备自然环境的重要组成部分，在武器装备设计研制、部署使用、维护保养等方面的重要性日益凸显，需要予以充分重视。国外在自然环境试验、环境适应性评估和环境武器研发等方面的经验，为我国武器装备地质环境适应性理论研究和工程实践提供了重要参考。我国装备保障相关部门要树立武器装备大环境观，强化地球系统科学思维，在装备研制过程中加强包括地质环境在内的多要素耦合的环境适应性设计，并注重充分集成利用地方地质数据积累、技术储备、人才队伍等优势资源，加快地质环境要素参数快速获取和精细化表征等关键技术攻关，进一步优化完善相关标准规范体系，统筹推进试验场建设，促进装备全域全寿命期高环境适应能力生成。
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致谢:研究成果得到中国地质调查局军民融合地质研究中心专家指导。感谢审稿专家对本文提出的建设性意见!
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摘要
武器装备是军事斗争准备的重要基础,其环境适应性至关重要。地质环境作为装备自然环境的重要组成部分,对武器装备的性能、可靠性及使用寿命具有显著影响,但在以往环境适应性研究中未得到重视。笔者等在对装备环境和地质环境概念内涵阐述的基础上,提出联合作战条件下装备环境具有全空域、全地域、全过程、全时域、全要素、全耦合的特点和趋势,探讨了地质环境在武器装备研发、导航制导、机动通行、火力运用、洗消用水、维护保养等方面的影响和实践应用。最后,通过梳理国外在自然环境试验、环境适应性评估和环境武器研发等方面的进展,提出了我国武器装备地质环境适应性研究和工程实践的 3 方面启示,以促进装备全域全寿命期高环境适应能力生成,助力装备高质量发展。
Abstract
Weaponry equipment constitutes a vital foundation for military preparedness, and their environmental adaptability is of paramount importance. The geological environment, as a significant component of the natural environment for weaponry equipment, exerts notable influences on the performance, reliability, and service life of weapon systems, yet it has been overlooked in previous environmental adaptability studies. Based on the elucidation of the conceptual connotations of weaponry equipment environment and geological environment, this paper proposes the characteristics and trends of equipment environment that under joint warfare conditions. It explores the role and practical application of the geological environment in the development, navigation and guidance, mobility, firepower application, water supply, and maintenance of military equipment. Finally, by reviewing advancements in natural environment testing, environmental worthiness assessments, and environmental weapon development abroad, this paper presents three insights for the research and engineering practice of geological environment worthiness for weaponry equipment in China, aiming to facilitate the development of high environmental worthiness throughout the entire lifespan of equipment across all domains and contribute to the high-quality development of weaponry equipment.
