新能源動力走向無人戰(zhàn)場

寧浩

混合動力技術(shù)

陸地戰(zhàn)場具有探測、交火距離近，環(huán)境復(fù)雜等顯著不同于?？兆鲬?zhàn)的特點(diǎn)，使得各國軍隊對低可探測性車輛的戰(zhàn)術(shù)需求更加強(qiáng)烈。全電驅(qū)動車輛能將85%-90%的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。而且傳動過程中機(jī)械部件運(yùn)動碰撞、摩擦很少，在紅外輻射、行駛噪聲等方面具有無可比擬的優(yōu)勢，具備良好的陸戰(zhàn)場低可探測性。如果充分利用復(fù)雜的地面環(huán)境來加強(qiáng)隱蔽效果，那么被探測、跟蹤的風(fēng)險就會進(jìn)一步降低。

但全電驅(qū)動的儲能密度還比較低，限制了它在軍事領(lǐng)域的用途。一種取長補(bǔ)短的方式就是將內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)一同使用，組成混合動力。內(nèi)燃機(jī)作為發(fā)電機(jī)為電池充電，并由車載電池儲存。在車輛啟動和停止的低速狀態(tài)下，只靠電池驅(qū)動，不達(dá)到一定速度就不需要啟動內(nèi)燃機(jī)。這一組合可以讓內(nèi)燃機(jī)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，改善綜合燃油效率?；旌蟿恿夹g(shù)在戰(zhàn)場地形復(fù)雜、戰(zhàn)術(shù)機(jī)動頻繁，經(jīng)常需要停停走走的戰(zhàn)場環(huán)境下有著顯著優(yōu)勢。

正因?yàn)槿绱?，新世紀(jì)以來，各國在陸軍通用車輛研發(fā)時，高度重視混合動力技術(shù)。這類技術(shù)不但用于有人車輛，也應(yīng)用到了無人車輛上。目前無人車輛上的發(fā)展的重點(diǎn)是高功率密度發(fā)動機(jī)、混合電驅(qū)動、高能鋰離子電池以及燃料電池等。美國正在研制的多種地面機(jī)動平臺都采用了類似技術(shù)。

混合動力無人車

◎英國“狼錘2”自主式無人地面車輛

“狼錘2”是一種自主式無人車。它由英國老牌制造企業(yè)MIRA公司研發(fā)生產(chǎn)，2009年底在防務(wù)車輛越野性能展上亮相，被公認(rèn)為是歐洲防務(wù)企業(yè)近年來開發(fā)的最先進(jìn)無人作戰(zhàn)車輛?！袄清N2”是MIRA公司開發(fā)的第二代高智能無人作戰(zhàn)車輛，采用模塊化設(shè)計，搭載不同配置成為多用途平臺，能滿足各個領(lǐng)域的應(yīng)用，如貨物運(yùn)輸、護(hù)航、IED檢測、醫(yī)療援助、武器支援、巡邏執(zhí)勤和偵察監(jiān)控等。

“狼錘2”繼承了此前型號“狼錘1”無人車的優(yōu)秀設(shè)計理念，是一個多功能、重量輕的高機(jī)動平臺。其重量為1300千克，懸掛高度可調(diào)，車體最小/最大高度分別為128厘米/160厘米，轉(zhuǎn)向半徑為250厘米，離地間隙為26厘米。

“狼錘2”采用MIRA公司成熟的H4V插入式混合四驅(qū)動力系統(tǒng)，以磷酸鋰離子高效電池配合中置式TD4型100千瓦渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)，續(xù)航時間8小時。這種鋰離子電池采用納米技術(shù)，儲能密度較傳統(tǒng)鋰離子電池有不少提升。對于“狼錘2”而言，只需一塊電池就足以執(zhí)行任務(wù)。據(jù)MIRA公司透露，與同級別采用混合動力的無人車輛相比，“狼錘2”的燃油效率約高30%。

“狼錘2”具有驚人的機(jī)動性，無論是翻越障礙還是涉水或爬坡，都超過了英國國防部為“改進(jìn)型中等公路運(yùn)輸車輛”（IMMLC）而制定的標(biāo)準(zhǔn)。在涉水測試中，即使車輪幾乎完全被水淹沒，依然可以保持良好的機(jī)動性。其結(jié)構(gòu)采用輕型管式桁架，使其具備優(yōu)良的扭轉(zhuǎn)剛度性能。它有加速快、低油耗、低排放等特點(diǎn)，最高時速可達(dá)128千米/小時?！袄清N2”以常規(guī)速度行駛時可輕松跟隨典型的有人地面車輛——英國陸軍規(guī)定阿富汗戰(zhàn)場上巡邏車的時速在50千米/小時左右。

“狼錘2”高機(jī)動性的另一大秘密則在于獨(dú)立式輪轂電機(jī)。輪轂電機(jī)采用超強(qiáng)永磁性材料制造，能量轉(zhuǎn)換效率非常高。因此其越野性能優(yōu)越，可爬上45厘米的臺階。在試驗(yàn)場上，“狼錘2”極具爆發(fā)力的加減速和轉(zhuǎn)向能力給人留下了深刻的印象。

“狼錘2”負(fù)載能力非常強(qiáng)，可輕松搭載1噸的有效載荷。這使它可以搭載多種探測、預(yù)警或攻擊裝置，在擔(dān)負(fù)前沿、側(cè)翼警戒任務(wù)時具有十分突出的優(yōu)勢。

◎愛沙尼亞新概念模塊化無人車THEMIS

愛沙尼亞米爾勒姆公司推出了一款采用全新概念的模塊化混合動力步兵系統(tǒng)無人車，簡稱THEMIS（與希臘神話中的法律女神忒彌斯拼寫相同）。該無人車可在戰(zhàn)場上協(xié)助或代替士兵完成一些復(fù)雜而危險的任務(wù)。

在THEMIS的兩側(cè)履帶內(nèi)分別裝有電池組和柴油發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)為電池充電，最長續(xù)航時間可達(dá)10小時。車內(nèi)還安裝有思科樂通技術(shù)公司開發(fā)的超級電容器，可在車輛快速機(jī)動或在極嚴(yán)寒條件下啟動時提供輔助動力。該無人車最大行駛速度為35千米/小時。一個步兵營可以使用多輛搭載不同模塊的無人車。操作人員利用控制面板對其進(jìn)行遙控操作，以執(zhí)行火力支援、巡邏和監(jiān)視等任務(wù)。

THEMIS無人車的多任務(wù)能力包括：①安裝不同口徑的機(jī)槍或反坦克武器用作遙控武器平臺；②用作運(yùn)送裝備或撤離傷員的運(yùn)輸平臺；③用于搭載無人機(jī)或用作傳感器承載平臺。該無人車的基本設(shè)計概念是，將所有用于驅(qū)動無人車的部件全部置于履帶內(nèi)，而把中部的平臺空出來，用于搭載各種任務(wù)模塊。

新加坡技術(shù)動力公司與米爾勒姆公司合作，將“蝰蛇”遙控武器站安裝在了THEMIS無人車上，上面安裝了1挺12.7毫米機(jī)槍。該無人車在2016年新加坡航空展上進(jìn)行了展示。“蝰蛇”也可以裝1具40毫米自動榴彈發(fā)射器和1挺7.62毫米并列機(jī)槍。目前這兩家公司將該無人車瞄準(zhǔn)了亞洲市場、中東及北非地區(qū)、美國以及其他主要武器進(jìn)口方。

◎以色列的HMV和“蘭博”

以色列G-NIUS公司在重型巡邏和武裝機(jī)器人方面擁有最豐富的實(shí)戰(zhàn)部署經(jīng)驗(yàn)。在2014年歐洲薩托利裝備展上推出了一套混合動力無人車輛系統(tǒng)，包括混合動力無人地面車和一套遙控武器站系統(tǒng)。

這種無人車名為HMV（混合多用途車）。其動力系統(tǒng)由一臺柴油發(fā)動機(jī)和兩臺電動機(jī)組成。在非戰(zhàn)斗狀態(tài)下轉(zhuǎn)移或部署時采用柴油機(jī)，同時為電池充電。進(jìn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)時采用電動機(jī)為動力，可減小噪聲及熱輻射。加上整個系統(tǒng)低矮的外形設(shè)計，有利于提高自身的隱蔽性。HMV總的續(xù)航能力可達(dá)50千米。HMV配備艾爾比特系統(tǒng)公司的遙控武器站系統(tǒng)，集成了戰(zhàn)場偵察、信息傳輸和火力打擊等功能。它還配備了桅桿安裝的光電傳感器組件。

2016年4月，以色列另一家公司透露了正在發(fā)展的“蘭博”地面無人車計劃細(xì)節(jié)?！疤m博”是一種6×6全地形平臺，每個車輪由輪轂電機(jī)驅(qū)動，同時裝有獨(dú)立懸掛裝置?！疤m博”目前正處在后期開發(fā)階段。該無人車重3.5噸，有效載荷1噸，后部有一個可以安裝特定任務(wù)有效載荷的貨艙。該無人車過垂直墻的高度為0.35米，涉水深度為0.7米，最大公路速度可達(dá)45千米/小時。除了遙控武器站，它還可以裝備有3米伸縮桅桿的光電攝像機(jī)。

◎美國“壓碎機(jī)”無人車

“壓碎機(jī)”是一種大型自主式高機(jī)動地面車輛，由美國國防部高技術(shù)研究計劃局支持，卡耐基·梅隆大學(xué)國家機(jī)器人技術(shù)工程中心研發(fā)制造。該車是“蜘蛛”車的繼承型和升級型，是六輪全驅(qū)動混合動力無人地面車輛。

該車在加滿燃油時重6 3 5 6千克，可承載1362千克有效載荷。一架C-130運(yùn)輸機(jī)一次可運(yùn)載2輛“壓碎機(jī)”?！皦核闄C(jī)”的電池能儲存18.7千瓦時的能量。它在柴油機(jī)行駛3～16千米時就可以充滿電。該車具有出色的越野機(jī)動性，能在7秒內(nèi)達(dá)到42千米/小時的最大行駛速度。

該無人車有三種控制方式：航路點(diǎn)跟隨模式、遙控模式和全自主模式。在全自主模式下，該無人車?yán)眉す饫走_(dá)和車載攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)動態(tài)態(tài)勢感知。在航路點(diǎn)跟隨模式下，可以每隔1千米設(shè)置一個航路點(diǎn)。

該車安裝有1個拉斐爾公司的迷你型“臺風(fēng)”武器站，包括1挺12.7毫米機(jī)槍。

◎俄羅斯MRK-002-BG-57無人車

2015年，俄羅斯內(nèi)務(wù)部隊進(jìn)行了復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的快速突擊訓(xùn)練。訓(xùn)練中展示的一款型號為MRK-002-BG-57的無人車十分引人注目，俄羅斯戰(zhàn)略導(dǎo)彈部隊正在用該無人車來執(zhí)行巡邏警戒任務(wù)。

MRK-002-BG-57無人車采用履帶式底盤，全車重1100千克，最大行程250千米，最大速度35千米/小時，最大續(xù)航時間10小時。該車采用混合電驅(qū)動裝置，動力裝置位于車體后部。在車體中部安裝有穩(wěn)定式遙控武器站。

該無人車能夠在自動和半自動模式下對目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)、跟蹤和打擊。炮塔上裝有晝用攝像機(jī)、熱成像攝像機(jī)、激光測距儀和彈道計算機(jī)，以及用于遠(yuǎn)距離監(jiān)視的雷達(dá)傳感器。在底盤上還裝有行車攝像機(jī)。車上可安裝各種不同的武器，包括1支AK系列突擊步槍、1具AG-17或AG-30 30毫米自動榴彈發(fā)射器。數(shù)據(jù)鏈的作用距離為5千米。

◎德國RoboScout“壁虎”無人車

2005年4月，德國國防部授予“魯阿格10號基地”公司一項(xiàng)研究合同，研制3噸級別的無人車。2010年，其生產(chǎn)出一組演示樣車系統(tǒng)，由2輛無人車和1輛指揮車組成。該無人車的初步用途是為德國陸軍裝甲和偵察部隊提供支援，增強(qiáng)其機(jī)動、打擊和情報收集能力。整個系統(tǒng)由“壁虎”無人地面車、模塊化負(fù)載和控制站組成。無人車可以從指揮所內(nèi)利用衛(wèi)星通信或地面通信進(jìn)行遙控，也具備半自主工作模式。

“壁虎”無人車采用混合電驅(qū)動系統(tǒng)，動力部分由柴油發(fā)電機(jī)、蓄電池和4個輪轂電機(jī)組成。每輛車上裝有1個機(jī)械臂，上面可以安裝偵察部件。“壁虎”可以攜帶各種負(fù)載，也可作為拖車牽引一輛掛車。最大牽引重量為1500千克。

“壁虎”裝有多種自主部件，可靠的實(shí)時通信是其性能發(fā)揮的關(guān)鍵。承包商選用了美國RTI公司的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可為通信和集成提供理想架構(gòu)。RTI數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)中間件模型也能確?！氨诨ⅰ蔽磥淼纳壓蛿U(kuò)充。在增加功能時，可以大幅縮短集成新軟件所用的時間，并使該無人車系統(tǒng)與軍用通信網(wǎng)絡(luò)兼容。

◎法國Robbox無人車

Robbox可以譯為“盒子機(jī)器人”，由法國塞拉工程公司與法國奈克斯特機(jī)器人公司聯(lián)合研制，是一種大型后勤和多用途無人車。該無人車最大爬坡度為22°，過垂直墻的高度為250毫米。在遙控模式時，最大速度40千米每小時。采用柴油機(jī)驅(qū)動模式時，最大行程300千米。在電驅(qū)動時，其行駛速度為8千米/小時。

Robbox最大載荷為500千克，可以提供2千瓦的電力供車載設(shè)備使用。Robbox可分成兩個模塊，上部模塊最大尺寸為2400×1200×400毫米，下部模塊為1200×1500×550毫米。車底距地面為250毫米，具有優(yōu)良越障機(jī)動能力。

Robbox無人車由獨(dú)立的前輪和后輪模塊組成，中間是一個連接平臺，用于安裝傳感器或攜帶物資。該車在野外也可作為充電平臺。柴油機(jī)功率為12.3千瓦，驅(qū)動電機(jī)功率15千瓦，配用的鋰電池組容量為6千瓦時。

該無人車有三種不同的指揮與控制組件：基本配置只有遙控器，中級配置有數(shù)據(jù)鏈、6臺攝像機(jī)和1臺遙控器，專業(yè)配置要與第三方共同開發(fā)。2014年9月，Robbox無人車開始進(jìn)行機(jī)動試驗(yàn)，2015年初開始進(jìn)行作戰(zhàn)評估實(shí)驗(yàn)。首要實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證該車的各種自主工作模式，尤其是跟隨工作模式。

◎新加坡“耶格”8無人車

新加坡技術(shù)動力公司在2016年新加坡航展上披露了其先進(jìn)機(jī)器人部研制的新型“耶格”系列無人車。其中的“耶格”8型長2.9米、寬1.6米，重1噸，可攜帶680千克的載荷?！耙瘛?無人車配裝了混合電驅(qū)動系統(tǒng)，滿載時速度為16千米/小時。在電驅(qū)動模式下可行駛1小時，使用車載發(fā)電機(jī)充電的情況下續(xù)航時間達(dá)2小時。

需要解決的問題

目前的混動無人車的發(fā)展有幾個問題需要解決。首先是噪音問題，雖然電動機(jī)的噪音很小，但柴油機(jī)的噪音卻依然很明顯。美國海軍陸戰(zhàn)隊一直抱怨柴油機(jī)聲音太大，在叢林作戰(zhàn)中難以隱蔽。其次是態(tài)勢感知，2015年美國海軍陸戰(zhàn)隊作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室細(xì)化了混合動力無人系統(tǒng)的牽引和支持能力，可能會在車輛后方增加第三個傳感器以改善其后方的態(tài)勢感知能力，還將引入多光譜圖像能力，以提高無人車對地形的識別和分析能力。