“超級戰士”強勢來襲

美軍面臨的作戰環境和作戰任務日益復雜，使美軍士兵承擔的負重量和工作量也不斷增大。為了減輕單兵的工作負荷，防止他們受到過勞損傷，并大幅提高工作效率和作戰效率，美軍一直致力于研發能夠增強單兵能力的機械裝備。這種人體外部機械裝備，也稱人體外骨骼裝備，將使單兵獲得超人般的力量和耐力，既可增強士兵的后勤工作能力，也可增強它們的作戰能力。

解決了重量和機動性等方面的重大缺陷再加上新材料和新技術的發展，美國目前發展出了兩種外骨骼裝備，它們分別是洛克希德·馬丁公司研制的“人類通用負重運輸器”（HULC）和雷聲公司新開發的XOS2“第二代外骨骼裝備”。下面就這兩種裝備分別做簡單的介紹。

“人類通用負重運輸器”（HULC）

HULC由液壓驅動，可使士兵真正做到“舉重若輕”，減少士兵由于負重造成的肌肉和骨骼損傷。目前，HULC可以舉起91公斤的重物，而這些重量將主要由外骨骼裝備承擔，確保了士兵的身體不會因為受到重壓而行動遲緩。這種外骨骼裝備能夠適應各種地形。

研制歷程

2008年，伯克利仿生公司啟動了HULC項目，洛·馬丁公司于2009年從該公司獲得了設計許可。同年2月，洛·馬公司在弗羅里達勞德代爾堡舉行的美國陸軍協會冬季座談會上展示了HULC系統。2010年7月，洛·馬公司與馬薩諸塞州納提克市的陸軍納提克士兵中心簽訂了價值110萬美元的合同，開始對加固型的HULC設計進行試驗與鑒定。根據合同，納提克士兵中心要對HULC進行試驗，測試其對士兵效能的影響，測量士兵使用系統時耗費的能量，考察系統在不同負重和以不同速度運動時的適應性。2010年10月，洛·馬公司對加固型HULC系統進行了升級以提高對不同用戶的靈活性和適應性。此后，HULC又進行了一系列實驗室試驗，包括生物機械試驗、動態負重試驗和環境試驗。此外，踏板運動試驗也測量到系統使用者的新陳代謝有明顯減緩。而系統的可維護性則通過沙塵、吹風、淋雨、溫度和濕度等環境試驗進行了鑒定。2011年6月，納提克士兵中心開始對加固型HULC進行試驗。

系統設計與特點

HULC采用了人形設計，主要使用鈦金屬材料。HULC裝置由背包式外架、金屬腿及相應的動力設備組成，使用背包中的液壓傳動系統和箱式微型空速傳感儀作為液壓泵的能量來源，以全面增強人體機能。系統無纜線束縛，使用者可靈活地進行下蹲、匍匐和上肢舉重。系統不帶電池時重24公斤，設計可調節高度適用于身高1.62米至1.87米的用戶。HUCL通過系統內微型計算機感知使用者的需求并做出相應的調整，無需外部控制機制。HULC的這種完全非捆綁式、液壓驅動的人形外骨骼使得士兵們的行動坐臥毫不費力。當不需要穿戴時，可以折疊處理，裝在背包里面即可。HULC系統可在30秒時間內脫下并打包。系統具備可替換的模塊化部件，能夠幫助使用者在遭遇敵人時快速脫離危險。

HULC前后皆可負重，可在水平地面以4千米/小時的速度行進20千米，持續最大速度為11千米/小時，爆發最大速度為16千米/小時。

HULC外骨骼裝備使用鋰聚合電池，系統節能特性可確保在電池電量低的情況下承受最大負重。據稱HULC能夠負重多達100公斤，士兵能在不費多大力的情形下，憑借著一定的速度，出色地完成常人無法完成的任務。2010年1月，洛·馬公司與普羅通內克斯技術公司簽訂了合同，開始研制供HULC使用的燃料電池供電系統，計劃將其任務時間增加到72小時。配備了可充電電池的HULC使士兵在長時間遂行任務時攜帶的電池數量減少。

此外，HULC可以選裝附加裝備，例如防彈板、降溫/加熱系統和感應裝置。HULC配備較多的傳感器，如角辨向器、肌電傳感器、地面傳感器等。新型傳感器可對士兵的呼吸和脈搏進行測量，也可以在士兵中彈或受傷時識別震蕩波，隨后自動以準確的位置坐標向救援站報告，以便傷者盡早被營救。HULC系統所有動力驅動、測量系統、計算機、無線網絡和動力供應設備都裝在背包中，電池掛在腰部，是一個可佩戴的混合控制系統，根據生理反饋和前饋原理研制的動力輔助控制器可以調整人的姿態，使其感到舒適。這些裝置都是士兵能夠抵抗敵人襲擊的強有力防護和反擊手段。另外最令人心動的是，HULC可以將槍支或導彈加掛到士兵的肩膀上，并且與頭盔瞄準具配合，精確打擊敵人和敵方目標。新式頭盔瞄準具可拍攝光學和紅外照片，并將這些照片即時傳送給作戰單位，為精確打擊目標做好準備。

總之，HULC將提高士兵的能力，增強士兵的力量和持續長時間的戰斗力，尤其是適應艱苦戰場環境的能力。

HULC的技術難題

HULC在發展的過程中，還有些技術難題需要解決，主要是在能否適應未來戰爭需要上，美國國防高級研究計劃局（DARPA）對其進行了概括：

（1）外骨骼必須用堅韌、輕質且有彈性的復合材料制成。

（2）補給一次能量，外骨骼必須足以運行24小時。

（3）外骨骼的控制必須是無縫的，使用者在穿上該設備后必須能夠正常活動。

（4）繼續增強攜帶殺傷性武器的能力，以及網絡化作戰能力。

（5）抗損傷性能還有待進一步提高。

XOS/XOS2“第一/二代外骨骼裝備”

XOS外骨骼系統是斯蒂芬·雅克布森（SteveJacobsen）博士的得意之作，目的是為創造出超人的士兵。該系統經過7年秘密研制而成，美國國防部高級研究計劃局提供了1000萬美元的研究預算，代表了機械外骨骼領域最先進的水平。到目前為止，已經發展出了XOS/XOS2兩種外骨骼裝備。

發展歷程

1983年Sarcos公司開始了動力外骨骼方面的探索，該公司創始人斯蒂芬·雅克布森親切地叫它XOS。2000年XOS從14個類似的裝備中脫穎而出，被美國國防部高級研究計劃局選中發展。后來Sarcos公司被雷聲公司收購。針對XOS外骨骼存在的缺陷，雷聲公司進行了改進，并在此基礎上發展出了XOS2第二代軍用外骨骼，于2010年9月進行了公開展示，宣稱這種裝備與《鋼鐵俠》系列電影中的鋼鐵盔甲能力相似。《時代》雜志曾將這一裝備評選為2010年“最具震懾力”的發明。

系統設計

XOS是全身型外骨骼，其控制系統通過自身的傳感器和計算機系統來判斷人的下個動作，從而決定加給人體多大的助力及速度，通過液壓系統將力傳給外骨骼機構。XOS動作較從前的外骨骼設備動作要敏捷和有力。利用附在身體上的傳感器，可以毫不延遲地響應身體的動作，輸出強大的力量。當穿上XOS時，舉起90.7公斤的重物時人體感覺只有9千克，能連續舉50-500次。但目前XOS有一個重大缺陷，就是必須拖著一根電線才行，而自帶的電池只能使用40分鐘，如果這個問題解決了，相信很快就可以實現實用化。

XOS2屬于可穿戴式的機器人套裝，重量約為210磅（XOS重150磅），負載能力達200磅。XOS2可以顯著增加人的力量，延長士兵的連續用力能力。XOS2由一系列結構、傳感器、傳動裝置以及控制器構成，由高壓液壓驅動。借助于這種外骨骼，佩戴者可輕松將200磅重的重物舉起幾百次同時不會感到疲勞。XOS2系統采用具有電氣系統的內燃液壓發動機，發動機驅動液壓制動。整個系統在指定位置配備了各種傳感器，整套裝備的每個節點上都安裝有計算機處理器，傳感器通過以太網向計算機處理器發送信號，通過使用液壓系統進一步提示執行器提供200千克/平方厘米的動力。它可以使士兵的每個手臂提起50磅的重物。

性能特點

在各項指標上，XOS2都明顯優于XOS，簡單說就是更輕更快更強，在功效上有了明顯改進，耗電量卻降低了50%。降低功耗可使動力系統的重量更輕，并最終增加有效載荷。同時使用更多的液壓油來減少整套裝備的無故振蕩，給佩戴者帶來方便和舒適。XOS2采用加強型結構設計，在材料上采用高強度鋁合金和鋼結構，這意味著佩戴者能夠在更大程度上應對周圍的惡劣環境。雷聲公司表示這種裝備是為美國陸軍量身打造的，一旦穿上這套裝備，你的能力將大幅強化，比如可以完成上千次俯臥撐卻若無其事，輕而易舉地舉起重達200磅的重物，單手劈開厚達3英寸的木板，但奔跑時速被限制在3英里/小時以內。雷聲公司設想的XOS2軍用外骨骼的主要客戶就是經常進行繁重體力勞動的后勤部隊，比如為軍機加掛彈藥（通常1枚格斗彈需要3人合力安裝）的地勤人員。

XOS2可以使單兵的工作速度加快，工作時間延長，工作能力提高了1-2倍。雖然目前的系統還需要纜繩供電，但無需纜繩的系統已經在研制中了。XOS2的一大功用就是代替佩戴者舉起重物，進而降低過度疲勞和虛脫的風險。此外，XOS2也可幫助佩戴者更快速地完成工作。這種外骨骼的佩戴者能夠承受2-3名士兵的工作量。也就是說，使用外骨骼允許對軍方人員進行重新調配，執行更具戰略意義的任務。XOS2可以輕松進行踢足球和擊打沙袋等靈巧動作，而且右手的吊鉤可以擊穿墻壁。目前，XOS2主要有兩種型號：一種是“戰斗型”，只包括外骨骼的腿部和腰部附件，與HULC類似；另一種是“后勤型”，具備完整的身形。

雷聲公司正計劃開發一種能夠攜載燃料的通用液壓伺服系統，可以保證8小時的工作能力。它將使超級士兵在作戰環境下保持機動性和作戰能力。同時將使用液壓作為動力源，而不是鋰離子電池，消除被破壞和意外爆炸的危險。

發展展望

美軍研發外骨骼裝備的主要目的是減少從事繁重體力工作的人數，因此，只有不斷提高其效能，外骨骼裝備才能獲得更多的研究經費。目前，HULC和XOS2兩種外骨骼裝備都已經通過概念驗證，開始進行樣機試驗和研制。洛·馬公司由于已經開始在納提克士兵研究中心進行HULC試驗，可以說暫時領先其競爭對手雷聲公司。

未來，上述兩種外骨骼裝備系統都將擺脫電纜的束縛以達到實用能力，不過這將有賴于電源供應問題得到解決。電氣化學和固態氧化物燃料電池可能成為合適的選擇。此外，兩種外骨骼裝備還存在非安全性或無效動作等問題，只有解決好類似問題才能避免士兵遭受意外碰撞傷害，才能確保系統運動不會超出士兵的身體極限。雖然通過關節限制，可以解決部分問題，但是只有不斷增強傳感器的分辨能力，才能避免士兵打噴嚏和肌肉痙攣等無意動作帶來的風險。

雖然目前美軍的外骨骼裝備研制主要針對后勤用途，但是考慮到其潛在的能力巨大，不排除其在將來成為單兵武器平臺的可能性。洛·馬公司和雷聲公司相信，只要能過獲得持續的經費支持，外骨骼裝備將在2015年左右列裝美軍部隊。