美軍大力發(fā)展智能化單兵裝備

季自力　王文華

單兵裝備是美軍部署最為廣泛的戰(zhàn)斗系統(tǒng)，也是美軍武庫中最重要的裝備。近年來，美軍“士兵”項(xiàng)目執(zhí)行辦公室通過開發(fā)、采辦、部署和維護(hù)等現(xiàn)存的單兵裝備，同時(shí)大力發(fā)展智能化單兵裝備，實(shí)現(xiàn)了將“士兵作為一個(gè)系統(tǒng)”加以管理，著力打造未來戰(zhàn)場(chǎng)上的超級(jí)戰(zhàn)士。

打造未來戰(zhàn)場(chǎng)上的超級(jí)戰(zhàn)士

美軍單兵裝備繁多，涵蓋個(gè)人防護(hù)、生存保障、武器裝備、夜視裝備等四大方面。美國(guó)陸軍的步槍手除了單兵武器外，一般身著防核生化的三防衣、手套、面具，還有標(biāo)準(zhǔn)配置的防彈背心、望遠(yuǎn)鏡、瞄準(zhǔn)鏡、夜視儀及電池等，以及吊帶式攜行具，裝有子彈、水壺、GPS、掌上電腦、偵察設(shè)備、生化武器檢測(cè)儀等。美軍普通的單兵裝備品種不下百號(hào)，一套裝備價(jià)值3萬美元左右。

美軍的新一代單兵系統(tǒng)將裝備情報(bào)、監(jiān)視和偵察系統(tǒng)，具備更快的通信、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)判斷、敵我識(shí)別等數(shù)據(jù)信息交互能力。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局研制的未來士兵頭盔，具備抬頭顯示、綜合通信、空氣過濾、夜視、光學(xué)偵察等功能;智能作戰(zhàn)服重量輕、柔韌性好，通過小型傳感器、功能結(jié)構(gòu)件和致動(dòng)器將負(fù)重分布于士兵全身，減輕負(fù)重對(duì)關(guān)節(jié)的損傷，同時(shí)帶有生物傳感器、實(shí)時(shí)健康檢測(cè)、自主治療輔助等功能。

美國(guó)智能化單兵系統(tǒng)陸地勇士已在戰(zhàn)場(chǎng)上被廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)采用熱成像儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和激光測(cè)距瞄準(zhǔn)器，其信息系統(tǒng)可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)定和攻擊，使普通士兵瞬間變身神槍手;防護(hù)系統(tǒng)不僅具備信息優(yōu)勢(shì)、機(jī)動(dòng)優(yōu)勢(shì)、火力優(yōu)勢(shì)，而且配備了性能卓越的防護(hù)裝具，除隔熱、阻燃、保溫、防紅外探測(cè)外，還能防彈、防激光和防核生化。美國(guó)陸軍推出的奈特勇士手持式視頻接收裝置，使士兵能實(shí)時(shí)獲取附近無人機(jī)和地面車輛發(fā)回的信息并可隨時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了視頻的實(shí)時(shí)獲取、實(shí)時(shí)共享、實(shí)時(shí)利用。

2017年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室開展的無人機(jī)模擬對(duì)抗試驗(yàn)中，裝備有阿爾法人工智能的無人機(jī)多次輕松擊敗飛行員。究其原因，人工智能這一“作戰(zhàn)大腦”可以從各類傳感器中接收、處理大量數(shù)據(jù)，其快速反應(yīng)和做出決定的速度比人類要快出數(shù)百倍。基于此，美軍開始大力發(fā)展智能化單兵裝備，著力打造未來戰(zhàn)場(chǎng)上的超級(jí)戰(zhàn)士。

美軍單兵的通信指揮系統(tǒng)

AWIS單兵指揮系統(tǒng)的全稱是“陸軍全球軍事指揮控制/信息系統(tǒng)”，目前已裝備美軍陸軍航空兵部隊(duì)CH-47支奴干、UH-60黑鷹等運(yùn)輸類直升機(jī)的飛行員。借助這一系統(tǒng)，美軍的直升機(jī)駕駛員可以與前線任何一個(gè)作戰(zhàn)士兵保持聯(lián)絡(luò)并指揮地面部隊(duì)的整體行動(dòng)，也可以聯(lián)系上級(jí)指揮官，獲取指令和匯報(bào)戰(zhàn)況。同時(shí)，AWIS單兵指揮系統(tǒng)還是一個(gè)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，可為美軍未來的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)指揮系統(tǒng)提供支持。

美國(guó)智能化單兵系統(tǒng)陸地勇士已經(jīng)在戰(zhàn)場(chǎng)上被廣泛應(yīng)用

美國(guó)國(guó)防部啟動(dòng)NettWarrior計(jì)劃，旨在用智能手機(jī)替代美軍士兵當(dāng)前使用的便攜式電腦。目前入圍的手機(jī)產(chǎn)品，包括摩托羅拉Atrix系列和三星Galaxy系列，搭載的是經(jīng)過定制的強(qiáng)化安全系統(tǒng)，以防止敵人竊聽、劫持信號(hào)等問題。手機(jī)的觸摸屏和機(jī)身都經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，以適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)上惡劣的環(huán)境。相比于傳統(tǒng)的便攜式電腦，智能手機(jī)更適合拍照也更便于攜帶，還可以用APP遙控偵察無人機(jī)。

美國(guó)陸軍的“陸戰(zhàn)網(wǎng)”涵蓋陸軍所有網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)，包括聯(lián)接固定設(shè)施的固定通信系統(tǒng)，如陸軍后備隊(duì)的“后備隊(duì)網(wǎng)”、國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)的“警衛(wèi)隊(duì)網(wǎng)”和GIG-帶寬擴(kuò)展網(wǎng)以及諸如戰(zhàn)術(shù)級(jí)作戰(zhàn)人員信息網(wǎng)，聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)和中繼通信系統(tǒng)之類的機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)。“陸戰(zhàn)網(wǎng)”將使美國(guó)陸軍成為一支“以知識(shí)為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)為中心”的部隊(duì)，使每個(gè)士兵可以在全球任何地點(diǎn)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息接收、存儲(chǔ)、處理和傳輸，使在任何地方、使用任何裝備的士兵都能迅速獲取所需的任何信息。

美國(guó)陸軍裝備司令部通信-電子研究、開發(fā)和工程中心計(jì)劃啟動(dòng)CVS項(xiàng)目，旨在通過綜合應(yīng)用認(rèn)知計(jì)算和人工智能等技術(shù)，以應(yīng)對(duì)海量數(shù)據(jù)源和復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，提供主動(dòng)建議、高級(jí)分析和自然人機(jī)交互，為單兵制定戰(zhàn)術(shù)決策提供從規(guī)劃、準(zhǔn)備、執(zhí)行到戰(zhàn)場(chǎng)行動(dòng)回顧全過程的決策支持。目前，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局已部署了一系列面向?qū)嶋H作戰(zhàn)任務(wù)背景的單兵智能化項(xiàng)目。例如，Mind's Eye計(jì)劃用于單兵根據(jù)視覺信息進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)認(rèn)知和推理的監(jiān)視系統(tǒng);戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗環(huán)境中目標(biāo)識(shí)別與適應(yīng)計(jì)劃，嘗試用機(jī)器學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)等智能算法和人工智能芯片，解決單兵戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)目標(biāo)的自主認(rèn)知，幫助士兵快速定位、識(shí)別目標(biāo)并判斷其威脅程度。

美軍單兵的戰(zhàn)場(chǎng)偵察裝備

美軍單兵的ENVG頭盔式夜視鏡已經(jīng)開始裝備普通作戰(zhàn)部隊(duì)，系統(tǒng)全重0.9千克，續(xù)航時(shí)間為7.5小時(shí)，識(shí)別率為150米處80%、300米處50%。ENVG不僅僅是一臺(tái)簡(jiǎn)單的熱成像儀，還搭載了智能的集像增強(qiáng)功能，可以對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字處理以增強(qiáng)清晰度，并輸入和輸出含有數(shù)據(jù)或地圖的數(shù)字文檔。此外，ENVG還兼容激光照準(zhǔn)器，可以利用傳統(tǒng)熱成像進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，并用激光技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，在城區(qū)巷戰(zhàn)、低光照甚至完全黑暗的環(huán)境中幫助士兵更有效地觀察戰(zhàn)場(chǎng)。美軍的單兵雷達(dá)頭盔項(xiàng)目，是通過運(yùn)動(dòng)傳感器，讓士兵看到半徑25米內(nèi)的“運(yùn)動(dòng)”情況。整套系統(tǒng)重量不超過1.1千克，大約不到一半的重量附著在頭盔上，士兵們可以提前發(fā)現(xiàn)潛在的伏擊。

美軍耗資1.51億美元采購的AN/PPS-26探測(cè)儀系統(tǒng)，可以通過發(fā)出雷達(dá)波穿透20厘米厚的墻體，發(fā)現(xiàn)墻后人員并探知其活動(dòng)。同時(shí)，這種探測(cè)儀的作用距離可達(dá)20米，為士兵們提供了足夠的保護(hù)空間。目前這套設(shè)備智能化水平還不高，不能判斷出藏身墻后人員的身份，但在便攜性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，美軍已計(jì)劃在未來3年內(nèi)采購近萬套此類探測(cè)儀。此外，美軍單兵配備的LA-8/P手指式激光敵友識(shí)別器，用于夜間特種作戰(zhàn)的敵我識(shí)別。美國(guó)陸軍開發(fā)的“城市軍刀”項(xiàng)目，旨在依托認(rèn)知技術(shù)，幫助士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)自主探測(cè)、識(shí)別、分類、定位和快速攻擊。

美軍單兵的智能武器

目前美軍單兵配備的武器，主要有使用光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡、夜視鏡、激光瞄準(zhǔn)器、強(qiáng)光照明燈、握柄以及戰(zhàn)術(shù)燈的M16步槍，輕量化、小型化的M4卡賓槍，尉官以上軍官配備的M9手槍，輕型小口徑M249班用機(jī)槍，M136AT4火箭筒和M203榴彈發(fā)射器。美國(guó)陸軍的模塊化武器系統(tǒng)，將提供一種安裝導(dǎo)軌系統(tǒng)，以及使單個(gè)步槍手在戰(zhàn)場(chǎng)上不用任何工具就能根據(jù)需要配置武器的多種方式，包括多種晝間和夜間瞄準(zhǔn)鏡、指示器、瞄準(zhǔn)裝置和輔助器材。模塊化已成美國(guó)陸軍未來輕武器發(fā)展的主要趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)步榴合一、步霰合一、致命和非致命合一，不僅大大減輕了單兵輜重的攜行負(fù)擔(dān)，而且可以通過與激光指示器、戰(zhàn)術(shù)燈、瞄準(zhǔn)裝置、夜視裝置的結(jié)合，大大提高武器裝備戰(zhàn)術(shù)性能和單兵作戰(zhàn)能力。

2011年6月16日，美國(guó)DRS技術(shù)公司偵察監(jiān)視與目標(biāo)捕獲分部與L-3通信公司勇士系統(tǒng)分部共同獲得了一份價(jià)值9.5億美元的合同，將為美軍生產(chǎn)AN/PSQ-23微型激光測(cè)距儀。AN/PSQ-23微型激光測(cè)距儀由陸軍“士兵”項(xiàng)目執(zhí)行辦公室牽頭開發(fā)，使用2節(jié)DL123電池供電，可以大大改善步槍和機(jī)槍的射擊精度。美國(guó)陸軍研發(fā)的輕型激光指示器測(cè)距機(jī)是一種可供單兵攜帶的組件化目標(biāo)定位和指示系統(tǒng)，主要部件有目標(biāo)定位組件、激光指示器組件、電池和三腳架。輕型激光指示器測(cè)距儀支持直射、間射和激光制導(dǎo)彈藥。目標(biāo)定位組件包含CCD攝像機(jī)、熱成像儀、人員安全激光測(cè)距機(jī)、數(shù)字式磁羅盤、GPS和數(shù)字化出口。激光指示器組件能夠指示遠(yuǎn)達(dá)5千米上的目標(biāo)，進(jìn)行精確打擊。

AWIS單兵指揮系統(tǒng)目前已裝備美軍UH-60黑鷹等運(yùn)輸類直升機(jī)的飛行員

美國(guó)陸軍近期研發(fā)了專用于特種作戰(zhàn)的MAARS機(jī)器人

近年來，美軍加快發(fā)展單兵精確打擊武器，給精確制導(dǎo)彈藥植入人工智能芯片、加上“智能大腦”，通過與戰(zhàn)場(chǎng)感知系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通，自主機(jī)動(dòng)規(guī)避、自動(dòng)識(shí)別定位、自動(dòng)鎖定目標(biāo)，極大提升了打擊精度、速度和毀傷能力。美國(guó)陸軍研制的一種傻瓜型智能狙擊步槍，配備的微型電腦可提供制導(dǎo)扳機(jī)和目標(biāo)鎖定技術(shù)，哪怕是從來都沒有使用過槍械的人也能在1200碼的距離精確擊中目標(biāo)。這些步槍還配備有WiFi天線，允許使用者實(shí)時(shí)收集彈道數(shù)據(jù)，并通過Facebook、YouTube、Instagram或電子郵件進(jìn)行流媒體共享。

美軍單兵的ENVG頭盔式夜視鏡已經(jīng)開始裝備普通作戰(zhàn)部隊(duì)

美軍戰(zhàn)場(chǎng)上的機(jī)器人戰(zhàn)士

隨著新一代人工智能技術(shù)的發(fā)展，美軍的“致命性自主武器”（LAWS）技術(shù)越來越成熟。LAWS實(shí)際上是一種軍用智能機(jī)器人，這種機(jī)器人與人臉識(shí)別、無人機(jī)、精準(zhǔn)定位等技術(shù)的結(jié)合，可以不經(jīng)過人的控制和干預(yù)，自主選擇和攻擊包括人員和裝備在內(nèi)的軍事目標(biāo)。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局在2013財(cái)年投入700萬美元研發(fā)了一種自主式雙腳機(jī)器人，能夠讓士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上遠(yuǎn)程控制，以替代士兵執(zhí)行部分作戰(zhàn)任務(wù)，如放置監(jiān)視設(shè)備、搜索并攻擊建筑物內(nèi)的威脅目標(biāo)、救助傷員、設(shè)置障礙物等。

2015年底，美國(guó)陸軍發(fā)布的《2050年地面戰(zhàn)場(chǎng)的戰(zhàn)術(shù)展望》指出：“2050年的戰(zhàn)場(chǎng)將出現(xiàn)大量用途各異的自主機(jī)器人。這些機(jī)器人更加智能，擁有更強(qiáng)的自主能力，具備強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)、通信及協(xié)作能力，能在地面或空中機(jī)動(dòng)，甚至可能具備仿生特征。”機(jī)器人可以代替人類到戰(zhàn)場(chǎng)上執(zhí)勤站崗、偵察保障、布雷掃雷和執(zhí)行攻擊任務(wù)等，使戰(zhàn)爭(zhēng)傷亡減少到最低限度，甚至實(shí)現(xiàn)零死亡。美軍已列入研制計(jì)劃的智能化機(jī)器人超過100種。美國(guó)陸軍計(jì)劃到2020年，參戰(zhàn)的作戰(zhàn)平臺(tái)中將有2/3是無人化的。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，利劍機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于巡邏、防衛(wèi)、打擊等各種任務(wù)。

美國(guó)陸軍正在大力推動(dòng)先進(jìn)機(jī)器人的軍事應(yīng)用進(jìn)程，以替代士兵執(zhí)行諸如枯燥、骯臟或危險(xiǎn)的特殊任務(wù)等，并減少他們的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。美國(guó)陸軍近期研發(fā)了專用于特種作戰(zhàn)的MAARS機(jī)器人，配備1挺機(jī)槍、4個(gè)槍榴彈發(fā)射器，能裝備激光發(fā)射器及消音器，每分鐘能發(fā)射1000發(fā)子彈;擁有360度視野、雙向通信能力、夜視能力，并配備雷達(dá);可抗干擾奔跑12小時(shí)，不僅可以引爆炸藥，還可以將傷兵拖回基地。美國(guó)陸軍裝備的魔爪軍用機(jī)器人，能夠以8.4千米的時(shí)速持續(xù)行走約32千米，執(zhí)行拆除簡(jiǎn)易爆炸裝置、偵察、支援戰(zhàn)斗工程和輔助特種部隊(duì)等任務(wù)。美國(guó)陸軍研發(fā)了一種新技術(shù)，可以迅速教會(huì)軍用機(jī)器人在最低限度人為干預(yù)的情況下完成新的穿越動(dòng)作，在作戰(zhàn)環(huán)境中自主導(dǎo)航，完成作戰(zhàn)行動(dòng)任務(wù)。在未來戰(zhàn)場(chǎng)上，將賦予武器裝備“隨心所動(dòng)”的智能化操作，各種“代理戰(zhàn)士”“機(jī)器人士兵”將有望成為美軍無人作戰(zhàn)的新樣式、新角色。

美軍單兵的電源系統(tǒng)

美軍新一代單兵系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)電源提出了更高的需求：一是發(fā)展更高比能、更高比功的電源，包括一次電池、可充電電池、超級(jí)電容器等;二是發(fā)展小型便攜式電源，包括小型燃料電池、便攜式發(fā)電機(jī)、太陽能電池板;三是發(fā)展能量回收系統(tǒng)，回收因運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的靜電力和壓力發(fā)電。

美軍新一代單兵的電源從單電池發(fā)展為包含柔性電源、便攜式自發(fā)電、貼合人體能量回收的綜合能源系統(tǒng)，能夠有效延長(zhǎng)士兵攜帶傳感器、電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的續(xù)航力。柔性可拉伸電源主要包括柔性鋰離子電池、柔性超級(jí)電容器和柔性太陽能電池。柔性鋰離子電池可以使用紙狀、纖維、波浪等電極結(jié)構(gòu)：紙狀柔性電池是將電極材料獨(dú)立成膜或涂覆在柔性紙狀基底上，制成電池貼片;纖維柔性電池可以在棉質(zhì)、聚酯質(zhì)纖維上涂覆電極材料;波浪柔性電池是在預(yù)應(yīng)變彈性基板上沉積電極材料，釋放應(yīng)變構(gòu)成波浪形的可拉伸電極。柔性超級(jí)電容器將電極捻在一起或逐層組裝制成纖維，制造二維柔性超級(jí)電容器，可為L(zhǎng)ED燈、二極管、低功率人體傳感器等供電。

美軍啟動(dòng)了多個(gè)軍用外骨骼系統(tǒng)的項(xiàng)目，以增強(qiáng)士兵的作戰(zhàn)能力

美軍單兵的M-25燃料電池是一種移動(dòng)電源，來自杜邦和德國(guó)一家燃料電池公司的解決方案，結(jié)合了傳統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)和甲醇技術(shù)，在提供至少72小時(shí)、最低20瓦最高200瓦的持續(xù)供電能力的同時(shí)，比同等時(shí)長(zhǎng)的傳統(tǒng)電池輕80%，比美軍配備的供電設(shè)備性能提高了3倍。目前這項(xiàng)新技術(shù)已獲得美國(guó)國(guó)防部的認(rèn)可，即將裝備部隊(duì)。美國(guó)陸軍通信與電子研發(fā)和工程中心同通用汽車公司合作，推出了一款用于單兵可穿戴設(shè)備的新型氫燃料電池系統(tǒng)。美軍目前裝備的軍用燃料電池，尺寸與傳統(tǒng)的一次性小型電池相同，輸出的電流量卻提高了1倍。

美軍陸地勇士單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)使用鋰離子電池。美軍研發(fā)出一款可拉伸的鋰離子電池，為單兵智能手表等裝置供電。現(xiàn)有鋰離子電池比能約100～200瓦時(shí)/千克，美國(guó)陸軍要求未來單兵電源的比能達(dá)到600～800瓦時(shí)/千克，是目前的4～6倍。

單兵外骨骼系統(tǒng)能夠有效減輕士兵的負(fù)重，還能增強(qiáng)穿戴者的力量、速度、耐力。美軍啟動(dòng)了多個(gè)軍用外骨骼系統(tǒng)的項(xiàng)目，以增強(qiáng)士兵的作戰(zhàn)能力。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局資助研發(fā)的勇士織衣是一種重量輕、柔韌性好的內(nèi)穿型作戰(zhàn)服，美軍對(duì)電池系統(tǒng)提出的作戰(zhàn)指標(biāo)是重不超4.5千克，在不充電的情況下可以連續(xù)使用24小時(shí)。

美軍單兵配備的軍用便攜式太陽能充電系統(tǒng)，具備充電效率高、重量輕、可彎曲和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，適合在野外為GPS定位儀、電臺(tái)、移動(dòng)電話和筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品充電，還可以通過多組級(jí)聯(lián)提高功率給汽車等大功率設(shè)備充電。目前的太陽能電池效率最高達(dá)到46%。鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型方案，制造成本低，實(shí)際效率大幅提升，鈣鈦礦-硅混合電池效率高達(dá)28%，加入普通手電筒大小的單兵步行發(fā)電器，可使美軍官兵行進(jìn)時(shí)帶動(dòng)掛在身上的發(fā)電器晃動(dòng)完成發(fā)電，保證陰雨天也有電源可用。

美軍單兵裝備的人體能量回收系統(tǒng)一般采用機(jī)電系統(tǒng)，裝備在腿部、關(guān)節(jié)處。此外，還可采用摩擦納米發(fā)電機(jī)、溫差發(fā)電熱電池、壓電納米發(fā)電機(jī)等，構(gòu)建綜合能量回收體系，驅(qū)動(dòng)低功耗小型電子設(shè)備。柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)通過兩種不同的聚合物/金屬材料接觸時(shí)的摩擦發(fā)電，可以制成薄膜貼片或纖維織物。美軍還利用彈性體電極和水凝膠電介質(zhì)，制成可拉伸10倍的摩擦納米發(fā)電機(jī);使用聚乳酸-石墨烯-特氟龍薄膜，通過簡(jiǎn)單的拍手動(dòng)作，將發(fā)電電壓提高至3千伏，可用于3米范圍內(nèi)的無線充電。

責(zé)任編輯：張傳良