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”項目執(zhí)行辦公室通過開發(fā)、采辦、部署和維護等現(xiàn)存的單兵裝備，同時大力發(fā)展智能化單兵裝備，實現(xiàn)了將“士兵作為一個系統(tǒng)”加以管理，著力打造未來戰(zhàn)場上的超級戰(zhàn)士。

打造未來戰(zhàn)場上的超級戰(zhàn)士

美軍單兵裝備繁多，涵蓋個人防護、生存保障、武器裝備、夜視裝備等四大方面。美國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，還有標準配置的防彈背心、望遠鏡、瞄準鏡、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、生化武器檢測儀等。美軍普通的單兵裝備品種不下百號，一套裝備價值3萬美元左右。

美軍的新一代單兵系統(tǒng)將裝備情報、監(jiān)視和偵察系統(tǒng)，具備更快的通信、戰(zhàn)場態(tài)勢判斷、敵我識別等數(shù)據(jù)信息交互能力。美國國防高級研究計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)件和致動器將負重分布于士兵全身，減輕負重對關(guān)節(jié)的損傷，同時帶有生物傳感器、實時健康檢測、自主治療輔助等功能。

美國智能化單兵系統(tǒng)陸地勇士已在戰(zhàn)場上被廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)采用熱成像儀、數(shù)字攝像機和激光測距瞄準器，其信息系統(tǒng)可以對目標進行自動測定和攻擊，使普通士兵瞬間變身神槍手;防護系統(tǒng)不僅具備信息優(yōu)勢、機動優(yōu)勢、火力優(yōu)勢，而且配備了性能卓越的防護裝具，除隔熱、阻燃、保溫、防紅外探測外，還能防彈、防激光和防核生化。美國陸軍推出的奈特勇士手持式視頻接收裝置，使士兵能實時獲取附近無人機和地面車輛發(fā)回的信息并可隨時轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)了視頻的實時獲取、實時共享、實時利用。

2017年，美國空軍研究實驗室開展的無人機模擬對抗試驗中，裝備有阿爾法人工智能的無人機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)場上的超級戰(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CH-47支奴干、UH-60黑鷹等運輸類直升機的飛行員。借助這一系統(tǒng)，美軍的直升機駕駛員可以與前線任何一個作戰(zhàn)士兵保持聯(lián)絡(luò)并指揮地面部隊的整體行動，也可以聯(lián)系上級指揮官，獲取指令和匯報戰(zhàn)況。同時，AWIS單兵指揮系統(tǒng)還是一個數(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)場指揮系統(tǒng)提供支持。

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

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

美國陸軍的“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)，如陸軍后備隊的“后備隊網(wǎng)”、國民警衛(wèi)隊的“警衛(wèi)隊網(wǎng)”和GIG-帶寬擴展網(wǎng)以及諸如戰(zhàn)術(shù)級作戰(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)之類的機動通信系統(tǒng)。“陸戰(zhàn)網(wǎng)”將使美國陸軍成為一支“以知識為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)為中心”的部隊，使每個士兵可以在全球任何地點進入網(wǎng)絡(luò)，并通過網(wǎng)絡(luò)進行信息接收、存儲、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。

美國陸軍裝備司令部通信-電子研究、開發(fā)和工程中心計劃啟動CVS項目，旨在通過綜合應(yīng)用認知計算和人工智能等技術(shù)，以應(yīng)對海量數(shù)據(jù)源和復(fù)雜戰(zhàn)場態(tài)勢，提供主動建議、高級分析和自然人機交互，為單兵制定戰(zhàn)術(shù)決策提供從規(guī)劃、準備、執(zhí)行到戰(zhàn)場行動回顧全過程的決策支持。目前，美國國防高級研究計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目。例如，Mind's Eye計劃用于單兵根據(jù)視覺信息進行戰(zhàn)場態(tài)勢認知和推理的監(jiān)視系統(tǒng);戰(zhàn)場對抗環(huán)境中目標識別與適應(yīng)計劃，嘗試用機器學(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)場態(tài)勢目標的自主認知，幫助士兵快速定位、識別目標并判斷其威脅程度。

美軍單兵的戰(zhàn)場偵察裝備

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，系統(tǒng)全重0.9千克，續(xù)航時間為7.5小時，識別率為150米處80%、300米處50%。ENVG不僅僅是一臺簡單的熱成像儀，還搭載了智能的集像增強功能，可以對圖像進行數(shù)字處理以增強清晰度，并輸入和輸出含有數(shù)據(jù)或地圖的數(shù)字文檔。此外，ENVG還兼容激光照準器，可以利用傳統(tǒng)熱成像進行目標探測，并用激光技術(shù)進行目標識別，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。美軍的單兵雷達頭盔項目，是通過運動傳感器，讓士兵看到半徑25米內(nèi)的“運動”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探測儀系統(tǒng)，可以通過發(fā)出雷達波穿透20厘米厚的墻體，發(fā)現(xiàn)墻后人員并探知其活動。同時，這種探測儀的作用距離可達20米，為士兵們提供了足夠的保護空間。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，美軍已計劃在未來3年內(nèi)采購近萬套此類探測儀。此外，美軍單兵配備的LA-8/P手指式激光敵友識別器，用于夜間特種作戰(zhàn)的敵我識別。美國陸軍開發(fā)的“城市軍刀”項目，旨在依托認知技術(shù)，幫助士兵在戰(zhàn)場上實現(xiàn)自主探測、識別、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)瞄準鏡、夜視鏡、激光瞄準器、強光照明燈、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班用機槍，M136AT4火箭筒和M203榴彈發(fā)射器。美國陸軍的模塊化武器系統(tǒng)，將提供一種安裝導(dǎo)軌系統(tǒng)，以及使單個步槍手在戰(zhàn)場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鏡、指示器、瞄準裝置和輔助器材。模塊化已成美國陸軍未來輕武器發(fā)展的主要趨勢，實現(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擔(dān)，而且可以通過與激光指示器、戰(zhàn)術(shù)燈、瞄準裝置、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DRS技術(shù)公司偵察監(jiān)視與目標捕獲分部與L-3通信公司勇士系統(tǒng)分部共同獲得了一份價值9.5億美元的合同，將為美軍生產(chǎn)AN/PSQ-23微型激光測距儀。AN/PSQ-23微型激光測距儀由陸軍“士兵”項目執(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槍的射擊精度。美國陸軍研發(fā)的輕型激光指示器測距機是一種可供單兵攜帶的組件化目標定位和指示系統(tǒng)，主要部件有目標定位組件、激光指示器組件、電池和三腳架。輕型激光指示器測距儀支持直射、間射和激光制導(dǎo)彈藥。目標定位組件包含CCD攝像機、熱成像儀、人員安全激光測距機、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達5千米上的目標，進行精確打擊。

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

美國陸軍近期研發(fā)了專用于特種作戰(zhàn)的MAARS機器人

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)場感知系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)的互聯(lián)互通，自主機動規(guī)避、自動識別定位、自動鎖定目標，極大提升了打擊精度、速度和毀傷能力。美國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)扳機和目標鎖定技術(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。這些步槍還配備有WiFi天線，允許使用者實時收集彈道數(shù)據(jù)，并通過Facebook、YouTube、Instagram或電子郵件進行流媒體共享。

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

美軍戰(zhàn)場上的機器人戰(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實際上是一種軍用智能機器人，這種機器人與人臉識別、無人機、精準定位等技術(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。美國國防高級研究計劃局在2013財年投入700萬美元研發(fā)了一種自主式雙腳機器人，能夠讓士兵在戰(zhàn)場上遠程控制，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、救助傷員、設(shè)置障礙物等。

2015年底，美國陸軍發(fā)布的《2050年地面戰(zhàn)場的戰(zhàn)術(shù)展望》指出：“2050年的戰(zhàn)場將出現(xiàn)大量用途各異的自主機器人。這些機器人更加智能，擁有更強的自主能力，具備強大的聯(lián)網(wǎng)、通信及協(xié)作能力，能在地面或空中機動，甚至可能具備仿生特征?！睓C器人可以代替人類到戰(zhàn)場上執(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)爭傷亡減少到最低限度，甚至實現(xiàn)零死亡。美軍已列入研制計劃的智能化機器人超過100種。美國陸軍計劃到2020年，參戰(zhàn)的作戰(zhàn)平臺中將有2/3是無人化的。伊拉克戰(zhàn)爭中，利劍機器人被廣泛應(yīng)用于巡邏、防衛(wèi)、打擊等各種任務(wù)。

美國陸軍正在大力推動先進機器人的軍事應(yīng)用進程，以替代士兵執(zhí)行諸如枯燥、骯臟或危險的特殊任務(wù)等，并減少他們的認知負擔(dān)。美國陸軍近期研發(fā)了專用于特種作戰(zhàn)的MAARS機器人，配備1挺機槍、4個槍榴彈發(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;可抗干擾奔跑12小時，不僅可以引爆炸藥，還可以將傷兵拖回基地。美國陸軍裝備的魔爪軍用機器人，能夠以8.4千米的時速持續(xù)行走約32千米，執(zhí)行拆除簡易爆炸裝置、偵察、支援戰(zhàn)斗工程和輔助特種部隊等任務(wù)。美國陸軍研發(fā)了一種新技術(shù)，可以迅速教會軍用機器人在最低限度人為干預(yù)的情況下完成新的穿越動作，在作戰(zhàn)環(huán)境中自主導(dǎo)航，完成作戰(zhàn)行動任務(wù)。在未來戰(zhàn)場上，將賦予武器裝備“隨心所動”的智能化操作，各種“代理戰(zhàn)士”“機器人士兵”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、太陽能電池板;三是發(fā)展能量回收系統(tǒng)，回收因運動產(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，制造二維柔性超級電容器，可為LED燈、二極管、低功率人體傳感器等供電。

美軍啟動了多個軍用外骨骼系統(tǒng)的項目，以增強士兵的作戰(zhàn)能力

美軍單兵的M-25燃料電池是一種移動電源，來自杜邦和德國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、最低20瓦最高200瓦的持續(xù)供電能力的同時，比同等時長的傳統(tǒng)電池輕80%，比美軍配備的供電設(shè)備性能提高了3倍。目前這項新技術(shù)已獲得美國國防部的認可，即將裝備部隊。美國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?，F(xiàn)有鋰離子電池比能約100～200瓦時/千克，美國陸軍要求未來單兵電源的比能達到600～800瓦時/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重，還能增強穿戴者的力量、速度、耐力。美軍啟動了多個軍用外骨骼系統(tǒng)的項目，以增強士兵的作戰(zhàn)能力。美國國防高級研究計劃局資助研發(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，美軍對電池系統(tǒng)提出的作戰(zhàn)指標是重不超4.5千克，在不充電的情況下可以連續(xù)使用24小時。

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、可彎曲和免維護等優(yōu)點，適合在野外為GPS定位儀、電臺、移動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到46%。鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型方案，制造成本低，實際效率大幅提升，鈣鈦礦-硅混合電池效率高達28%，加入普通手電筒大小的單兵步行發(fā)電器，可使美軍官兵行進時帶動掛在身上的發(fā)電器晃動完成發(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、溫差發(fā)電熱電池、壓電納米發(fā)電機等，構(gòu)建綜合能量回收體系，驅(qū)動低功耗小型電子設(shè)備。柔性摩擦納米發(fā)電機通過兩種不同的聚合物/金屬材料接觸時的摩擦發(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;使用聚乳酸-石墨烯-特氟龍薄膜，通過簡單的拍手動作，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