新材料新技術在軍事裝備領域的應用

李紅陽

1.虛擬現(xiàn)實技術在軍事上的應用

1.1虛擬戰(zhàn)場環(huán)境

虛擬戰(zhàn)場環(huán)境采用虛擬現(xiàn)實軟、硬件技術處理諸如戰(zhàn)場地形、戰(zhàn)場場景、戰(zhàn)場情況、戰(zhàn)場人員和戰(zhàn)場裝備等各類重要的相關數(shù)據(jù)，為用戶營造出逼真的三維戰(zhàn)場環(huán)境。從國外目前的發(fā)展狀況看，發(fā)達國家的軍隊一般將戰(zhàn)場環(huán)境的虛擬仿真納入到未來作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的研究規(guī)劃里，并將其發(fā)展為核心力量。美國軍方先后研發(fā)出SUMNET，AUTD SNOW，JECM 等計劃，目的是打造一個先進的虛擬戰(zhàn)場，演示裝備在作戰(zhàn)環(huán)境下的技戰(zhàn)術性能。我軍也可以營造出同樣逼真的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境，模擬執(zhí)勤、處突和反恐等實際任務中的各種情況，以此提高訓練效果，有效提高部隊戰(zhàn)斗力。

1.2軍事訓練

虛擬現(xiàn)實技術為軍事訓練提供了一種全新的方法。通過模擬真實車輛和真實人員，學員可以真實感受到自身情況的影響，在低風險低能耗的訓練環(huán)境中提高部隊單程或小范圍作戰(zhàn)的技能，因此，它被廣泛運用于世界各國的軍隊中。目前，虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)在軍事訓練中有了廣泛的應用。

1.3單兵模擬訓練

基于虛擬現(xiàn)實軍事仿真訓練最初針對的是個體作戰(zhàn)武器裝備，所以在單兵訓練系統(tǒng)中的應用也最為成熟和普遍。ESR 2000系統(tǒng)由美國ETC公司研發(fā)制造，用于美軍的模擬射擊訓練。該系統(tǒng)具有空間目標顯示以及多用途訓練輔助功能，為各類輕武器射擊訓練和戰(zhàn)術研究提供了科學的技術措施。美國波音公司的遙控分辨率視覺調節(jié)器是該公司新開發(fā)的飛行員訓練視覺顯示輔助系統(tǒng)。早在幾年前，美國軍方曾用它來進行高速噴氣機、旋翼機和山地叢林作戰(zhàn)的培訓，以及可視化、虛擬樣機和分析的演示。

2. 3D打印技術在軍事偽裝中的應用

2013年，中國中央電視臺和美國華盛頓郵報等多家媒體先后報道了美國人利用獨特的3D打印技術制作槍支的新聞，這一技術仿佛在一夜之間就進入了平常人的視野。3D打印技術如果能運用在軍事偽裝領域，同樣將會推動偽裝理論研究、偽裝材料發(fā)展和偽裝技術的革新，將為軍事偽裝的方法改進和技術應用等開辟新的天地。

2.1能生能長的“植物毯”

傳統(tǒng)意義上的植物偽裝是指利用采集植物或者改變植物顏色的方法對目標實施外層偽裝。

如果將3D打印技術運用在植物偽裝上，無疑將具有獨到的優(yōu)勢，其最大特點就體現(xiàn)在打印原料和打印模型結構上。試想如果將背景上的植物細胞培養(yǎng)成為打印原料，以植物組織結構作為打印材料，那么打印出來的植被層將成為天生的“偽裝毯”，他們具有植物的生命特征，能將目標與背景融為一體，并且能呼吸、會生長。

美國斯坦福大學的肖恩·坎普教授與同事3月4日在《科學》雜志上發(fā)表文章宣稱，他們利用自制的3D打印機創(chuàng)造出了類似于生物組織的材料模型。在不同級別的3D打印機中噴射出大量由脂質所包裹的液滴，這些液滴相互交錯，形成網(wǎng)絡結構，組合而成質地特別的新材料。該材料與大腦里的纖維組織類似，可以折疊成像肌肉一樣活動，而且具有像神經(jīng)細胞一樣的通信網(wǎng)絡結構來相互聯(lián)絡，以盡快修復或增強亟待完善的器官。人體組織尚能打印，植物偽裝毯在作戰(zhàn)偽裝中的應用則更是指日可待。

2.2惟妙惟肖的“背景殼”

3D打印技術由平面設計逐步發(fā)展到三維空間后，可以制造出其他手段無法達到的各種外形。靈活運用這點就能夠真實有效地創(chuàng)造出足以隱真示假的“背景層”，能非常巧妙地將目標融于背景之中，利用目標現(xiàn)地材料（巖石、土壤、植被等）作為特殊“墨水”，依背景和目標外形（背景高差、土堆、山包）設計遮障物外形結構，制作出高仿形偽裝背景殼對目標實施偽裝，達到惟妙惟肖的偽裝效果。

背景殼特別適合國防工程及單個技術兵器等目標的偽裝，與聚氨酚發(fā)泡材料和沙石仿形材料制作相比，3D打印不需要作業(yè)設施和模型模具，可以直接依背景地形設計三維仿形薄殼模型，再利用現(xiàn)地背景材料作為打印材質打印出偽裝背景，

不僅縮短了作業(yè)時間，提高作業(yè)效率，還能依背景制作出復雜的外形結構。隨著3D打印技術走向現(xiàn)代化和產業(yè)化，作業(yè)成本也將會隨之大大降低。

要適應實戰(zhàn)化和快速偽裝的要求，背景殼偽裝必須建立3D偽裝遮蔽物結構模型庫。

利用計算機建模軟件建立背景偽裝模型，將建立的三維模型“分割”成逐層部分，引導打印機逐步打印出成品。

建庫時要按照偽裝目標的類型、外形、尺寸，背景等特點采取偽裝措施，選用的偽裝材料等作為建庫的標準。建庫時，可根據(jù)目標偽裝類型，如國防工程偽裝、單個技術兵器、車輛類型等分類建庫。建庫軟件多采用CAD或3D模型制作軟件。鑒于目前3D打印機打印幅度較小，而實際需偽裝的目標而積或體積都較大，在沒有大型打印機之前，設計時可將各類遮蔽結構物分塊、分區(qū)規(guī)劃建模，分區(qū)打印后進行組裝拼裝使用。

2.3能動會跑的“假目標”

3D打印技術是一項前沿和高度先進的技術，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉型升級，滿足個性化定制和生產復雜困難產品的需求。

世界上第一臺3D打印車已經(jīng)發(fā)布，速度高達112Km/h。該團隊創(chuàng)始人塔克西姆表示：這輛車的開發(fā)是一個里程碑，將切實助力“數(shù)碼創(chuàng)造業(yè)”的發(fā)展。真汽車都能通過3D打印出來，制作假目標更應該是3D打印技術的拿手好戲。

3D打印技術制作假目標應充分考慮如下幾個方面。

打印材料的選取。由于軍事目標基本上由金屬構造，具有特別的紅外以及雷達征候，假目標打印材料必須兼顧其戰(zhàn)、技術要求。材料選取時應具有真目標的材料特性，其外部結構以金屬材料為主，具備真目標的各種暴露特征，為了節(jié)約成本，其內部結構則采用較便宜的塑料材料，根據(jù)作戰(zhàn)需要，在設計過程中可減少其內容結構組成或降低其表面材料的厚度，除特殊要求外，一般打印假目標外部特征進行模擬就行。

打印結構件大小。為了更好地欺騙和迷惑敵人，假目標3D模型建庫時應按1：1比例進行建模，目前市場上實施打印的是小型商用打印機，無法對大型目標構件進行一次性成型打印，所以假目標構件的大小則要根據(jù)打印的打印幅度將3D模型進行分塊分區(qū)設計，并在區(qū)塊連接處設計成樺卯結構，便于實施作業(yè)時拼裝和連接，從而解決當前沒有大型打印機的難題。據(jù)筆者了解，我國科研機構也正在進行3D打印機的研究和研制，部分大學科技人員已初步研制出了大型的3D打印機。隨著技術的發(fā)展，將來一定能一次成型大型假目標。