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    单兵作战系统之于信息化战争的意义

    2月5日上映的科幻电影《流浪地球》创造了票?#31185;?#36857;,开创了国产科幻电影的新纪元。电影中的很多科幻元素,无论是无比巨大的重聚变发动机、国际空间站,还是功能超前的超重型卡车、单兵作战系统,均让人眼前一亮。这些未来科技看似遥远,但并非完全虚构,有些?#38469;?#22312;现实中已经取得了一定的进展。比如影片中救援队员身上那套犹如机器战甲?#35805;悖?#25317;?#26143;?#22823;战斗力的单兵作战系统,就不仅仅只是电影道具。目前,以美、俄为代表的军事强国均加大了在单兵作战系统方面的研发和创新力度,可以预计,未来将会?#26143;?#21147;量、快速度?#32479;?#36127;载能力的单兵作战系统运用于战场,对信息时代的战争产生重大影响。

    2018年5月29日,第五届中国(北京)国际服务贸易交易会在北京国家会议中心举行。图为观众观看一款无助力外骨骼式娱乐机甲战士机器人。陈晓根摄/光明图片

    1.电影中的“机器战甲”优势明显

    从电影《流浪地球》中展示的外观和展现的能力可以看出,救援队队员身穿的这套“机器战甲”,可以让士兵活动自如、力大无比,同时?#23578;?#24102;?#39612;?#37325;装备遂行高?#35759;?#20316;战任务。这?#21482;?#20110;机械外骨骼的单兵作战系统主要由?#25151;?#31995;统、通信系统、电源系统、防护服及背囊系统、智能计算机系统以及导航定位与监测系统组成。?#25151;?#31995;统主要包括全透明防护罩附带照明设备及夜视器材,用于观察战场。通信系统主要由单兵电台组成,该电台既能连接局域网也能接入互联网。电源系统由氚动力电池组成,可为整套系统活动提供至少48小时以?#31995;?#30005;力供应。防护服及背囊系统由机械外骨骼框架组成,能增强士兵的身体机能。智能计算机系统,由智能化微型计算机组成,分析数据辅助决策。导航定位系统由腕式导航定位模块加收发天线组成,提供导航定位服务。监测系统主要由?#39612;?#20256;感器组成,提供自检和外部监测功能。

    电影《流浪地球》海报

    该单兵作战系统紧贴实战要求,可根据任务需要更换模块,能遂行复?#29369;?#20214;下的多样化军事任务,战场适用性强,优势明显。一是单体力量强、续航能力久。以机械外骨骼系统为基础,采用核动力电池和液压助推器装置,使用坚硬的石墨烯外壳,既能发挥强大的单体力量,又能拥有持久的续航能力。从电影中我?#24378;?#20197;看到,救援队员徒手攀爬高达数百米的垂直电梯间,抓力之强甚至能使?#31181;?#23884;入金属墙面。靠两人就可拖动数吨重的“火石”进行长距离的徒步行军。

    2018年5月7日,北京第十一届中国国际国防电子展览会上,观众参观一款智能无人机。光明图片/视觉中国

    二是负重载荷高、武器火力猛。该系统不仅可配备传统单兵轻武器,还拥有背负式外挂旋转武器支架,能携带?#24187;?#22810;管?#29369;?#26519;机枪,必要时可将其改装为单兵导弹系统。单兵载重的大幅上升,可让士兵携带更多的食物从而极大提升作战持久度,装备更强的重武器可极大提升火力强度,强大的机动力使其能够穿越复杂地形并进行长时间机动。

    三是信息集成度高、系统功能全。操作人员可在计算机的辅助下精?#25151;?#21046;系统各个模块,完成各种高?#35759;?#21160;作,测量?#39612;?#25968;据并进行处理,通过腕部计算机终端提供决策依据。该系统还能提供同声翻译服务,可在不同语言间进行无障碍实时语音交流,可接入?#39612;?#20449;息网,共享数据信息。比如影片里的中学生韩朵朵可直接与空间站的刘培强进?#22411;?#35805;。

    2.各国加紧研发“机器战甲”

    人们常把科幻电影中的“黑科技”看作是未来科技发展的风向标,现实中单兵作战系统的研制程度进展如?#25991;兀科?#23454;早在2000年,以美国为首的发达国家为增强单兵作战能力,就提出了外骨骼机器人的概念,也就是人体外部“人工智能”。美国防部国防高级研究计划局(DARPA)积极推进“增强人体机能外骨骼”项目,旨在研制帮助地面部队士兵携带更多武器弹药、更好防护装具和更多补给品的外骨骼系统。法国、德国等军事强国紧随其后,陆续启动了多个军用外骨骼系统项目,以增强士兵的负载能力和作战能力,?#38469;?#36739;为成熟的主要有以下几种产品。

    美国洛马公司研制的ONYX机械外骨骼,基于FORTIS的第二代机械外骨骼,?#24187;?#22269;陆军评价为“?#38469;?#25104;熟”,届时将会成为第一种实用化的机械外骨骼,包含微型动力马达、关节柔软组件。该系统自重轻,下半身力量强,耗能低,续航久。配备1360g锂电池,能让士兵携带82公斤重物进?#20449;?#29228;,可使士兵执行任务过程中节省9%的体力,减轻士兵的疲?#36879;瀉统?#37325;感,可辅助士兵在山区执行任务;加州大学伯克利?#20013;?#30740;制的BLEEX外骨骼系统,包含外架、机械腿以及驱动装置三部分。外架用于负重,采用背包?#20581;?#39537;动装置采用液压助力,除去自身45公斤重量,还可额外负重35公斤,而使用者只感受到2公斤的重量?#24187;?#22269;雷神公司研制的XOS-2机械外骨骼系统,?#24187;?#22269;《时代?#20998;?#21002;杂志评选为2010年度“最具震慑力”的发明。它采用高压液?#39592;?#21160;,包含?#39612;?#20256;感器和控制器,号称“钢铁侠战衣”。这套外骨骼系统能使穿戴者轻松反复举起重约90公斤的重物,可将3英寸厚度的木板轻松击穿。

    法国军方研制的“大力神”可穿戴式外骨骼系统,能?#35805;?#21161;士兵增?#31185;?#22312;战场?#31995;?#36127;重能力?#32479;中?#20316;战能力。“大力神”由机械系统、计算机系统、电子系统和背部支架系统组成,穿戴者可在100公斤的负重下以每小时4公里的速度?#20013;?#34892;进约20公里;由德国一家工程研究机构于2015年研发的2Robo-Mate机械外骨骼系统,包含机械四肢和背部机械支撑架,可在软件的帮助下模拟出人工的行为,将士兵负重能力提升10倍,同时还可?#21592;?#25252;脊?#24471;?#21463;伤害。

    我国的机械外骨骼系统研发起步较晚,主要分为军用领域和民用领域。军用领域方面,我国兵器集团202研究所于2017年研制成功的星云L70单兵外骨骼机器人,其额定背负负荷35公斤,额定搬运负荷50公斤,平均行走速度为4.5千米每小时。适用于侦察、巡逻等行动任务。目前,该产品已经进入自?#25442;?#22659;下实装应用阶段。民用领域方面,由浙江大学团队设计的带有回转马达的可穿戴式外骨骼机器人手臂,使用了带有关节力矩控制的一种新型的灵活的气动人工肌肉。北京大艾机器人科技有限公司旗下的外骨骼机器人可为失去站立或行走功能的患者,提供仿人直立行走功能。

    3.“机器战甲”带来作战质的飞跃

    未来单兵作战系统到底如何发展,我们也许可?#28304;癰骼?#31185;幻电影中推测一二。在2014年美国科幻电影《明日边缘》中出现的外骨骼机器人,能够操作?#39612;?#37325;武器,人类甚至可?#28304;?#30528;它与外星人展开近身搏斗。而《钢铁侠》电影中的钢铁战衣则是单兵外骨骼装甲的终极目标。它采用微型核聚变电池,动力源源不绝,同时采用先进的纳米金属打造,不仅机动性能好,能上天入地,又有良好的防护能力,可?#37096;垢骼?#25915;击完好无损,还能随意变化?#39612;?#27494;器,唯一不足的是没有护盾系统。

    速度快、力量强、负载高、防护好、用途广、续航久将是未来机械外骨骼?#38469;?#21457;展的主要方向。该?#38469;?#33021;大幅度提高士兵的?#35270;?#33021;力,?#21592;?#22312;高寒地区、山地丛林、沙漠戈壁等环境复杂区域执行?#39612;?#20891;事任务。还可以装备于特种部队、边防部队、海军陆战队以及一线作战部队等,能有效增强部队的战斗力。用于特种作战、反恐维?#21462;?#36793;境巡逻、抢?#31449;?#28798;等军事任务或非战争军事行动,可提高任务效?#30465;?#30446;前,世界各国的军用机械外骨骼系统还处在快速发?#26500;?#31243;中,作为提高单兵作战能力的外部辅助系统,机械外骨骼系统有着极大的吸引力,但在减少自身重量和电源能耗、增大装置灵活性、降?#32479;?#26412;等方面尚待突破。未?#21019;际?#21462;得突破后,基于机械外骨骼的单兵作战系统将会给单兵作战能力带来质的飞跃,成为影响信息时代战争胜负的重要因素。?#25317;?#21069;我国机械外骨骼?#38469;?#21457;展情况看,此类?#38469;?#22312;民用领域应用较广,特别是在医疗、工业领域,?#38469;?#36739;为成熟,加强军民融合,吸收先进的民用?#38469;酰?#26082;能降低研发成本、缩短研发周期,又能整合?#38469;?#36164;源、提高军事科技竞争力,以确保我国未来能够在新军事变革中夺得优势。

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