美軍無人陸上戰(zhàn)車發(fā)展運(yùn)用研究

■ 李智勇 胡寶彪

無人陸上戰(zhàn)車(Unmanned ground vehicle，簡稱UGV)，是一種在與地面接觸且沒有人員承載存在情況下運(yùn)行的車輛。廣義上講，無人陸上戰(zhàn)車指代任何不攜帶人員、能夠穿越地面、機(jī)械化的、遂行指定任務(wù)的設(shè)備，主要用于攜帶工具或輸送物資。美國是無人陸上戰(zhàn)車重視程度最高、研發(fā)最早、運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)最豐富的國家之一。

1 美軍無人陸上戰(zhàn)車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展情況

從外軍無人陸上戰(zhàn)車發(fā)展情況看，雖然部分國家在某個(gè)技術(shù)方面有自己的突出優(yōu)勢，但總體上美國仍處于領(lǐng)先地位。美軍認(rèn)為：無人陸上戰(zhàn)車作為無人軍事自主系統(tǒng)中的重要一員，是陸基武器裝備發(fā)展的重要方向，其所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括戰(zhàn)場感知技術(shù)、平臺(tái)技術(shù)、控制系統(tǒng)技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)等。

1.1 戰(zhàn)場感知技術(shù)

戰(zhàn)場環(huán)境感知技術(shù)是無人機(jī)動(dòng)平臺(tái)中最重要的一環(huán)，無人機(jī)動(dòng)平臺(tái)安全、穩(wěn)定行駛的重要前提是環(huán)境感知系統(tǒng)提供的環(huán)境模型、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和準(zhǔn)確可靠的定位信息。此類技術(shù)需要廣布的傳感系統(tǒng)和適應(yīng)性強(qiáng)的算法作為支撐，而美軍在相關(guān)領(lǐng)域早已展開了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究：2015年美國陸軍裝備研究開發(fā)工程中心發(fā)布了“自主無人系統(tǒng)在GPS 無效環(huán)境中的團(tuán)隊(duì)合作”項(xiàng)目，主要研究自主無人系統(tǒng)感測、協(xié)作架構(gòu)以及在GPS 無效時(shí)仍能擊中目標(biāo)的系統(tǒng)平臺(tái)所需的相關(guān)組件，這些技術(shù)將不僅適用于未來無人戰(zhàn)車，也適用于無人機(jī)及無人水下航行器的自主運(yùn)行；美國卡內(nèi)·基梅隆大學(xué)的國家機(jī)器人工程中心研發(fā)的3D 范圍感知技術(shù)和圖像處理技術(shù)能夠適應(yīng)煙霧、灰塵和雨雪等惡劣環(huán)境，使用智能分類器使無人陸上戰(zhàn)車安全地檢測并避開樹木、陡坡、溝渠、沖擊、巖石和圍欄等障礙物，還可以為無人戰(zhàn)車規(guī)劃最佳、最安全的行進(jìn)路線。

1.2 平臺(tái)技術(shù)

平臺(tái)可以為無人陸上戰(zhàn)車提供行進(jìn)動(dòng)力、基礎(chǔ)設(shè)備和電力，是無人陸上戰(zhàn)車運(yùn)行的基礎(chǔ)，好的車輛平臺(tái)不僅能夠很好的搭載各類傳感器、武器裝備、動(dòng)力系統(tǒng)，還要有良好的戰(zhàn)場適應(yīng)能力及通過能力。美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)國家機(jī)器人工程中心開展的“自主平臺(tái)演示”項(xiàng)目，主要用于整合和測試下一代無人陸上戰(zhàn)車技術(shù)，并與無人機(jī)技術(shù)相結(jié)合。項(xiàng)目組對懸架技術(shù)和配置、車體結(jié)構(gòu)、車輛驅(qū)動(dòng)架構(gòu)、電池技術(shù)、冷卻方式和發(fā)動(dòng)機(jī)等方面展開了研究。項(xiàng)目成功最終成為大型無人陸上戰(zhàn)車集成平臺(tái)，其關(guān)鍵性能參數(shù)包括每小時(shí)80 公里的最高速度和自主執(zhí)行單車道更換的能力，于2009年對無人車輛進(jìn)行了普遍推廣。

1.3 控制系統(tǒng)技術(shù)

無人作戰(zhàn)車輛的自主性和智能水平在很大程度上取決于它的控制系統(tǒng)，包括從傳統(tǒng)的算法控制到分層學(xué)習(xí)、自適應(yīng)控制、中立網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)機(jī)器人協(xié)作等更加復(fù)雜的算法。目前無人作戰(zhàn)車輛按其控制系統(tǒng)分類可分為遠(yuǎn)程操作型和自主型：依賴遠(yuǎn)程操作控制技術(shù)的無人車輛是由操作人員進(jìn)行控制的，其所有的動(dòng)作都通過操作人員的指令完成；而自主型無人陸上戰(zhàn)車無需人力控制器即可運(yùn)行本質(zhì)上是一種自動(dòng)的機(jī)器人，車輛使用傳感器掌握周邊環(huán)境，然后使用控制算法對其加以利用或者應(yīng)對。在此方面美軍仍然走在前列：如洛克希德·馬丁公司開發(fā)了“車輛控制站”（VCS）軟件，該軟件是一個(gè)完全集成的命令、控制和信息系統(tǒng)，可以用于控制無人飛機(jī)、無人陸上戰(zhàn)車以及各種無人彈藥，可以支持至少一個(gè)操作員工作站的多個(gè)車輛、傳感器、數(shù)據(jù)鏈路以及其他子系統(tǒng)的操作。

1.4 人機(jī)交互技術(shù)

該技術(shù)的發(fā)展取決于無人車輛的控制方式，界面可以是操縱桿和監(jiān)視器控制面板，在被控制的情況下可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操控或更高級(jí)的操作。卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的國家機(jī)器人工程中心開發(fā)了用于無人駕駛地面車輛的頭戴式顯示器和輕型操作員控制單元，該遠(yuǎn)程操作單元使用距離傳感器和攝像機(jī)的輸入來生成車輛周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)、三維、逼真的模型，使操作員可以從任何角度觀察車輛，更好地了解車輛的環(huán)境，幫助駕駛員在其路線上發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)變化，如路邊爆炸物等。此外，2011-2012 年間，密歇根大學(xué)車輛研究中心進(jìn)行了“無人陸上戰(zhàn)車用戶界面的評(píng)估和性能建模”的研究，為了增強(qiáng)情境感，研究人員使用遠(yuǎn)程機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實(shí)視圖操作以給出機(jī)器人的鳥瞰圖操縱器的特寫鏡頭或許多其他有用的視圖。

2 美軍無人陸上戰(zhàn)車典型運(yùn)用

美軍將實(shí)戰(zhàn)中常用的無人地面作戰(zhàn)平臺(tái)按用途主要區(qū)分為4 類：小機(jī)器人建筑和隧道搜索者、小型物流搬運(yùn)機(jī)、無人僚機(jī)地面車以及自主狩獵殺手隊(duì)。這幾種裝備在實(shí)戰(zhàn)中都各自發(fā)揮不同的作用。

2.1 小機(jī)器人建筑和隧道搜索者

此類地面車輛主要用于遠(yuǎn)程目標(biāo)以及城市等復(fù)雜地區(qū)的偵察以及爆炸物拆除。其自主性相對較低，主要以人工遙控為主，可配備高分辨率相機(jī)(紅外和夜視)、各類傳感器以及機(jī)械臂，發(fā)揮其移動(dòng)性好、可穿越各種復(fù)雜地形以及多層次建筑物的優(yōu)勢，在作戰(zhàn)人員的操縱下，提前發(fā)現(xiàn)陷阱和隱藏的敵方部隊(duì)，拆除有危險(xiǎn)的爆炸物。例如：QinetiQ公司為美軍生產(chǎn)的TALON 地面機(jī)器人系列已經(jīng)在伊拉克和阿富汗執(zhí)行了約2000次任務(wù)，該系列作為一種小型遙控車輛，專為偵察及戰(zhàn)斗任務(wù)設(shè)計(jì)。

2.2 小型物流搬運(yùn)機(jī)

主要用于搬運(yùn)物資，為士兵減輕負(fù)重，可以不依賴于遠(yuǎn)程操作員。戰(zhàn)場上重負(fù)荷的彈藥和物資會(huì)嚴(yán)重制約人員的機(jī)動(dòng)速度及距離，而使用該類型車輛則可以有效為士兵減輕負(fù)重，增強(qiáng)其持續(xù)作戰(zhàn)能力。最典型的為波士頓動(dòng)力公司的“大狗”：行進(jìn)速度可以達(dá)到10km/h，爬坡高度達(dá)35 度，能夠承載150 公斤的負(fù)重，可以使用控制系統(tǒng)保持平衡并在山地、泥濘道路、雨雪環(huán)境等各種地形正常機(jī)動(dòng)并進(jìn)行自主導(dǎo)航。

2.3 無人僚機(jī)地面車

此類車輛是一種中等規(guī)模的無人地面戰(zhàn)車，主要為小規(guī)模的小型機(jī)械化步兵和裝甲部隊(duì)提供幫助?？梢酝ㄟ^對戰(zhàn)場的不斷偵察和觀察，向戰(zhàn)斗部隊(duì)提供重要情報(bào)信息；還可以憑借高科技相機(jī)、傳感器和機(jī)動(dòng)性，不間斷地執(zhí)行偵察和守衛(wèi)工作；此外該戰(zhàn)車可以用于戰(zhàn)時(shí)的數(shù)據(jù)處理、安排目標(biāo)和檢測威脅，在士兵休息、露營或執(zhí)行其他任務(wù)時(shí)保障安全性。例如洛克希德·馬丁公司為美軍研制的“班組任務(wù)支援系統(tǒng)”（SMSS）作為班組支援無人平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制及遙控控制，主要實(shí)現(xiàn)伴隨運(yùn)輸功能，還可以搭載態(tài)勢感知及打擊荷載實(shí)現(xiàn)偵察、火力支援等任務(wù)。

2.4 自主狩獵殺手隊(duì)

該類型車輛可以在各種地形和天氣條件下深入到戰(zhàn)場的前線進(jìn)行伏擊和終止任務(wù)。此類型車輛主要用于代替士兵深入到地形復(fù)雜或者高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)，依托其先進(jìn)的傳感設(shè)備及高度的智能性執(zhí)行定點(diǎn)巡邏、偵察以及作戰(zhàn)任務(wù)，此類裝備自主性較高，大多處于研發(fā)試用階段。如美軍的MAARS 重型無人地面車，能夠自動(dòng)躲避致命傷害，具有模塊化設(shè)計(jì)、能夠插入多種任務(wù)組件，具備綜合態(tài)勢感知、近距離戰(zhàn)斗、偵察、巡邏、鎮(zhèn)暴等功能。

3 對我軍無人地面裝備發(fā)展與運(yùn)用的啟示

發(fā)展無人地面裝備是我陸軍軍事裝備轉(zhuǎn)型、打贏具有智能化特征的信息化局部戰(zhàn)爭的必由之路。而我軍在無人陸上戰(zhàn)車的研發(fā)與運(yùn)用方面同美軍相比還有著較大差距。這需要著眼長遠(yuǎn)規(guī)劃發(fā)展路線，發(fā)揮軍民融合優(yōu)勢，將無人地面裝備融入作戰(zhàn)訓(xùn)練，促進(jìn)我軍無人地面裝備體系建設(shè)快速發(fā)展。

3.1 著眼長遠(yuǎn)設(shè)計(jì)發(fā)展路線

早在2017 年，美陸軍訓(xùn)練與條令司令部即發(fā)布了《機(jī)器人與自主系統(tǒng)戰(zhàn)略》，詳細(xì)闡述了美陸軍未來25 年在無人作戰(zhàn)領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)、能力建設(shè)目標(biāo)及實(shí)施途徑、方式、步驟等，以指導(dǎo)無人地面系統(tǒng)及無人機(jī)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。而我軍無人陸上戰(zhàn)車還處于部分試驗(yàn)論證階段，也沒有相關(guān)發(fā)展的指導(dǎo)性文件。我軍應(yīng)立足當(dāng)前無人地面裝備發(fā)展現(xiàn)狀，針對自身的作戰(zhàn)任務(wù)、技術(shù)儲(chǔ)備、研究特點(diǎn)來設(shè)計(jì)長遠(yuǎn)發(fā)展的路線圖，在戰(zhàn)略層面上制定相關(guān)的規(guī)劃和技術(shù)路線，以把準(zhǔn)未來無人地面裝備研發(fā)與運(yùn)用的基本方向。

3.2 發(fā)揮軍民融合優(yōu)勢

美軍在無人陸上戰(zhàn)車發(fā)展研究上不只依賴于其國家隊(duì)：國家機(jī)器人工程中心，許多軍火供應(yīng)商如洛克希德·馬丁、北美QinetiQ等公司在無人地面系統(tǒng)上均有著自己的亮點(diǎn)技術(shù)，其各有所長、相互協(xié)作促成了美軍無人地面裝備體系的快速發(fā)展。在我國無人地面裝備所需的部分關(guān)鍵技術(shù)如傳感技術(shù)、系統(tǒng)集成、AI 技術(shù)、各類算法、自動(dòng)駕駛技術(shù)等，需要發(fā)揮軍民融合優(yōu)勢，整合部隊(duì)作戰(zhàn)需求與地方技術(shù)優(yōu)勢，促進(jìn)無人地面作戰(zhàn)裝備快速發(fā)展。

3.3 研究作戰(zhàn)訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)

美軍在無人陸上戰(zhàn)車的運(yùn)用上有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，在伊拉克、阿富汗戰(zhàn)場上，美軍使用了大量的無人地面裝備擔(dān)負(fù)城市偵察、爆炸物拆除、戰(zhàn)場巡邏監(jiān)視以及物資輸送等任務(wù)。我軍需有預(yù)見性地研究無人地面裝備的作戰(zhàn)運(yùn)用與訓(xùn)練，加大無人地面裝備操作訓(xùn)練力度、融入聯(lián)合訓(xùn)練體系，以確保無人地面裝備快速融入作戰(zhàn)體系、發(fā)揮作戰(zhàn)效能。