美发布报告阐述 提升超级士兵能力的新兴技术的发展方向

10月23日,新美国安全中心发布“超级士兵”系列的第五份报告《新兴技术》,分析新材料、外骨骼、机器人、轻型作战能源等4个新兴技术领域的发展趋势及局限性,并为美陆军提出发展方向和投资重点建议。

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调查结果

二战中,步兵是美军第三大致死兵种,仅次于炮兵和潜艇兵。二战以来,美80%伤亡人员来自步兵,而步兵仅占总兵力的4%。导致步兵生存能力差的重要原因是人的载重能力有限,体重增加会阻碍机动性。而新兴技术可提高士兵的生存能力、机动性、杀伤力和态势感知能力。新材料、外骨骼、机器人、轻型能源技术4个新兴领域可通过以下方式改变步兵的生存状态:减轻士兵装备重量;提高士兵机动性;增强士兵力量;减轻士兵负重;在不牺牲机动性前提下提高士兵的载重能力;不增加额外重量情况下提高士兵生存能力和效能。

一名士兵展示洛·马公司“ONYX”下身外骨骼。外骨骼可以帮助作战人员在不平坦的地形上搬运重物,减少能量消耗

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新兴技术的发展趋势和局限性

(1)长期来看,军队可采用更好的装甲材料,但短期内较难显著改善材料性能。

(2)刚性和柔性外骨骼的概念验证原型已在实验室建立并演示,但在部署前需进一步完善。

(3)短期内,联合外骨骼及机械护甲可辅助运动,减少5%~10%的能量消耗,改善机动性,抗疲劳,提高生存能力。

(4)从长远看,硬质外骨骼是唯一可能真正打破限制,提高杀伤力、机动性和防护力“铁三角”的技术。外骨骼可从根本上改变徒步士兵效能。混合燃气-电力方案可以使外骨骼在作战应用中更具持久性。

(5)机器人队友可以携带士兵装备,快速补给,并提高士兵的态势感知能力和杀伤力。

(6)机器人队友也可通过盾牌或其他装置保护士兵免受弹道和爆炸威胁,也能促进高挠度材料的出现,为防护材料开辟新天地。

(7)计算机处理技术提高了机器人系统的自主性,但其动力问题还需进一步解决。

Courtney Webster博士通过DARPA的“Warrior Web”计划,改进了哈佛大学研发的一种柔性外骨骼。

(8)能源补给是徒步士兵的长期载重负担,也是机器人和外骨骼等防护增强技术的限制因素。

(9)让“机器骡子”携带电池或快速补给,可作为物流解决方案,但这一方案仅增加了电池数量,并不能解决动力问题。

(10)混合电力解决方案适于短时内安静运行的大型物理系统,如机器人队友或外骨骼等。

(11)在战场上可使用有机能源、太阳能以及能量捕获设备来辅助电力设备提供电力。

士兵携带16磅重的电池可以执行72小时的任务

(12)长远看,与热光电池耦合的放射性同位素电池可能是潜在的解决方案,但它无法为外骨骼、机器人队友等耗电量大的设备提供足够动力。

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调查结果

陆军在新材料、外骨骼、机器人、轻型作战能源技术领域的投资重点和发展方向应为:

(1)采用装甲材料的对冲策略,投资金刚石或二维聚合物合成等基础研究,同时继续改进现有装甲材料。

(2)开展机械护甲和外骨骼开发计划,包括原型设计、实验、概念开发和研究,以开发成熟的机械护甲和外骨骼技术及概念,在5年内过渡到下半身外骨骼采办项目,10年内完成全身外骨骼采办。

美国陆军研究实验室的研究人员正在对一名穿着机械护甲的战士进行能量消耗测试

(3)继续投资发展机器人队友项目,如班组多用途运输装备计划和自动货物补给系统,减轻士兵负担,提高士兵机动性和效能。

(4)研究新材料,为机载航空或地面机器人队友提供弹道和爆炸威胁防护。

(5)继续发展机器人队友项目,提高士兵杀伤力、态势感知能力和生存能力。

(6)尽可能多地采用商用能源解决方案,如电动汽车电池或结构碳纤维电源。

(7)投资可快速进行军事应用的研究,如生物电池、能量捕获和机器骡子的混合电动发动机。

(9)与弹药或水类似,预计未来能源仍是陆军必须管理的有限资源。

来源:美国CNAS网站/图片来自互联网

军事科学院军事科学信息研究中心 薛晓芳

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