新材料新技術(shù)在軍事裝備領(lǐng)域的應(yīng)用

李紅陽(yáng)

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用

1.1虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境

虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境采用虛擬現(xiàn)實(shí)軟、硬件技術(shù)處理諸如戰(zhàn)場(chǎng)地形、戰(zhàn)場(chǎng)場(chǎng)景、戰(zhàn)場(chǎng)情況、戰(zhàn)場(chǎng)人員和戰(zhàn)場(chǎng)裝備等各類(lèi)重要的相關(guān)數(shù)據(jù)，為用戶(hù)營(yíng)造出逼真的三維戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。從國(guó)外目前的發(fā)展?fàn)顩r看，發(fā)達(dá)國(guó)家的軍隊(duì)一般將戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的虛擬仿真納入到未來(lái)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(guó)軍方先后研發(fā)出SUMNET，AUTD SNOW，JECM 等計(jì)劃，目的是打造一個(gè)先進(jìn)的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)，演示裝備在作戰(zhàn)環(huán)境下的技戰(zhàn)術(shù)性能。我軍也可以營(yíng)造出同樣逼真的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，模擬執(zhí)勤、處突和反恐等實(shí)際任務(wù)中的各種情況，以此提高訓(xùn)練效果，有效提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。

1.2軍事訓(xùn)練

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為軍事訓(xùn)練提供了一種全新的方法。通過(guò)模擬真實(shí)車(chē)輛和真實(shí)人員，學(xué)員可以真實(shí)感受到自身情況的影響，在低風(fēng)險(xiǎn)低能耗的訓(xùn)練環(huán)境中提高部隊(duì)單程或小范圍作戰(zhàn)的技能，因此，它被廣泛運(yùn)用于世界各國(guó)的軍隊(duì)中。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在軍事訓(xùn)練中有了廣泛的應(yīng)用。

1.3單兵模擬訓(xùn)練

基于虛擬現(xiàn)實(shí)軍事仿真訓(xùn)練最初針對(duì)的是個(gè)體作戰(zhàn)武器裝備，所以在單兵訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用也最為成熟和普遍。ESR 2000系統(tǒng)由美國(guó)ETC公司研發(fā)制造，用于美軍的模擬射擊訓(xùn)練。該系統(tǒng)具有空間目標(biāo)顯示以及多用途訓(xùn)練輔助功能，為各類(lèi)輕武器射擊訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)研究提供了科學(xué)的技術(shù)措施。美國(guó)波音公司的遙控分辨率視覺(jué)調(diào)節(jié)器是該公司新開(kāi)發(fā)的飛行員訓(xùn)練視覺(jué)顯示輔助系統(tǒng)。早在幾年前，美國(guó)軍方曾用它來(lái)進(jìn)行高速?lài)姎鈾C(jī)、旋翼機(jī)和山地叢林作戰(zhàn)的培訓(xùn)，以及可視化、虛擬樣機(jī)和分析的演示。

2. 3D打印技術(shù)在軍事偽裝中的應(yīng)用

2013年，中國(guó)中央電視臺(tái)和美國(guó)華盛頓郵報(bào)等多家媒體先后報(bào)道了美國(guó)人利用獨(dú)特的3D打印技術(shù)制作槍支的新聞，這一技術(shù)仿佛在一夜之間就進(jìn)入了平常人的視野。3D打印技術(shù)如果能運(yùn)用在軍事偽裝領(lǐng)域，同樣將會(huì)推動(dòng)偽裝理論研究、偽裝材料發(fā)展和偽裝技術(shù)的革新，將為軍事偽裝的方法改進(jìn)和技術(shù)應(yīng)用等開(kāi)辟新的天地。

2.1能生能長(zhǎng)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(duì)目標(biāo)實(shí)施外層偽裝。

如果將3D打印技術(shù)運(yùn)用在植物偽裝上，無(wú)疑將具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，其最大特點(diǎn)就體現(xiàn)在打印原料和打印模型結(jié)構(gòu)上。試想如果將背景上的植物細(xì)胞培養(yǎng)成為打印原料，以植物組織結(jié)構(gòu)作為打印材料，那么打印出來(lái)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(biāo)與背景融為一體，并且能呼吸、會(huì)生長(zhǎng)。

美國(guó)斯坦福大學(xué)的肖恩·坎普教授與同事3月4日在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章宣稱(chēng)，他們利用自制的3D打印機(jī)創(chuàng)造出了類(lèi)似于生物組織的材料模型。在不同級(jí)別的3D打印機(jī)中噴射出大量由脂質(zhì)所包裹的液滴，這些液滴相互交錯(cuò)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，組合而成質(zhì)地特別的新材料。該材料與大腦里的纖維組織類(lèi)似，可以折疊成像肌肉一樣活動(dòng)，而且具有像神經(jīng)細(xì)胞一樣的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)相互聯(lián)絡(luò)，以盡快修復(fù)或增強(qiáng)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(yīng)用則更是指日可待。

2.2惟妙惟肖的“背景殼”

3D打印技術(shù)由平面設(shè)計(jì)逐步發(fā)展到三維空間后，可以制造出其他手段無(wú)法達(dá)到的各種外形。靈活運(yùn)用這點(diǎn)就能夠真實(shí)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(biāo)融于背景之中，利用目標(biāo)現(xiàn)地材料（巖石、土壤、植被等）作為特殊“墨水”，依背景和目標(biāo)外形（背景高差、土堆、山包）設(shè)計(jì)遮障物外形結(jié)構(gòu)，制作出高仿形偽裝背景殼對(duì)目標(biāo)實(shí)施偽裝，達(dá)到惟妙惟肖的偽裝效果。

背景殼特別適合國(guó)防工程及單個(gè)技術(shù)兵器等目標(biāo)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(shè)施和模型模具，可以直接依背景地形設(shè)計(jì)三維仿形薄殼模型，再利用現(xiàn)地背景材料作為打印材質(zhì)打印出偽裝背景，

不僅縮短了作業(yè)時(shí)間，提高作業(yè)效率，還能依背景制作出復(fù)雜的外形結(jié)構(gòu)。隨著3D打印技術(shù)走向現(xiàn)代化和產(chǎn)業(yè)化，作業(yè)成本也將會(huì)隨之大大降低。

要適應(yīng)實(shí)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(jié)構(gòu)模型庫(kù)。

利用計(jì)算機(jī)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(dǎo)打印機(jī)逐步打印出成品。

建庫(kù)時(shí)要按照偽裝目標(biāo)的類(lèi)型、外形、尺寸，背景等特點(diǎn)采取偽裝措施，選用的偽裝材料等作為建庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)。建庫(kù)時(shí)，可根據(jù)目標(biāo)偽裝類(lèi)型，如國(guó)防工程偽裝、單個(gè)技術(shù)兵器、車(chē)輛類(lèi)型等分類(lèi)建庫(kù)。建庫(kù)軟件多采用CAD或3D模型制作軟件。鑒于目前3D打印機(jī)打印幅度較小，而實(shí)際需偽裝的目標(biāo)而積或體積都較大，在沒(méi)有大型打印機(jī)之前，設(shè)計(jì)時(shí)可將各類(lèi)遮蔽結(jié)構(gòu)物分塊、分區(qū)規(guī)劃建模，分區(qū)打印后進(jìn)行組裝拼裝使用。

2.3能動(dòng)會(huì)跑的“假目標(biāo)”

3D打印技術(shù)是一項(xiàng)前沿和高度先進(jìn)的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，滿(mǎn)足個(gè)性化定制和生產(chǎn)復(fù)雜困難產(chǎn)品的需求。

世界上第一臺(tái)3D打印車(chē)已經(jīng)發(fā)布，速度高達(dá)112Km/h。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始人塔克西姆表示：這輛車(chē)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)里程碑，將切實(shí)助力“數(shù)碼創(chuàng)造業(yè)”的發(fā)展。真汽車(chē)都能通過(guò)3D打印出來(lái)，制作假目標(biāo)更應(yīng)該是3D打印技術(shù)的拿手好戲。

3D打印技術(shù)制作假目標(biāo)應(yīng)充分考慮如下幾個(gè)方面。

打印材料的選取。由于軍事目標(biāo)基本上由金屬構(gòu)造，具有特別的紅外以及雷達(dá)征候，假目標(biāo)打印材料必須兼顧其戰(zhàn)、技術(shù)要求。材料選取時(shí)應(yīng)具有真目標(biāo)的材料特性，其外部結(jié)構(gòu)以金屬材料為主，具備真目標(biāo)的各種暴露特征，為了節(jié)約成本，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)則采用較便宜的塑料材料，根據(jù)作戰(zhàn)需要，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可減少其內(nèi)容結(jié)構(gòu)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(biāo)外部特征進(jìn)行模擬就行。

打印結(jié)構(gòu)件大小。為了更好地欺騙和迷惑敵人，假目標(biāo)3D模型建庫(kù)時(shí)應(yīng)按1：1比例進(jìn)行建模，目前市場(chǎng)上實(shí)施打印的是小型商用打印機(jī)，無(wú)法對(duì)大型目標(biāo)構(gòu)件進(jìn)行一次性成型打印，所以假目標(biāo)構(gòu)件的大小則要根據(jù)打印的打印幅度將3D模型進(jìn)行分塊分區(qū)設(shè)計(jì)，并在區(qū)塊連接處設(shè)計(jì)成樺卯結(jié)構(gòu)，便于實(shí)施作業(yè)時(shí)拼裝和連接，從而解決當(dāng)前沒(méi)有大型打印機(jī)的難題。據(jù)筆者了解，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)也正在進(jìn)行3D打印機(jī)的研究和研制，部分大學(xué)科技人員已初步研制出了大型的3D打印機(jī)。隨著技術(shù)的發(fā)展，將來(lái)一定能一次成型大型假目標(biāo)。