美國國防部“實(shí)驗(yàn)室日”的高新裝備

美軍實(shí)驗(yàn)室，或許是全球范圍內(nèi)擁有最多頂尖高新裝備的地方。當(dāng)前，人們在日常工作與生活中已普遍使用的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱GPS）以及互聯(lián)網(wǎng)等科學(xué)技術(shù)，最初均源自于美軍實(shí)驗(yàn)室。不過，美軍實(shí)驗(yàn)室同時(shí)也是全球最為神秘的地方之一。諸多科幻影視作品中出來的蜘蛛俠、鋼鐵俠等各類未來技術(shù)與新型裝備，在美軍實(shí)驗(yàn)室中似乎均可以找到原型與出處。各類出自于美軍實(shí)驗(yàn)室的高新裝備，不僅幫助美軍繼續(xù)鞏固自身的高科技優(yōu)勢，亦能在未來的民用領(lǐng)域中改變?nèi)藗兊娜粘９ぷ髋c生活。

為了滿足民眾對于美軍實(shí)驗(yàn)室高新裝備的好奇心，當(dāng)?shù)貢r(shí)間2015年5月14日，美國國防部在其總部五角大樓的大院內(nèi)，舉行了首屆“實(shí)驗(yàn)室日”，面向美國國會(huì)議員、五角大樓雇員、高中理工科學(xué)生以及媒體開放，共展示了來自美軍60余個(gè)實(shí)驗(yàn)室中所研發(fā)的100多種高新武器、裝備以及頂尖技術(shù)。據(jù)美國五角大樓官員介紹稱，美國現(xiàn)有的60多個(gè)實(shí)驗(yàn)室分布在22個(gè)州，總共3.8萬名科學(xué)家與工程師，擁有強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力。這些實(shí)驗(yàn)室的宗旨就是研發(fā)作戰(zhàn)人員所亟須的各類高新武器裝備，以應(yīng)對各類不確定的因素。

實(shí)驗(yàn)室開放日當(dāng)天的展覽按照美國海軍、陸軍、空軍、醫(yī)學(xué)與生化以及機(jī)器人和信息技術(shù)分為五個(gè)部分，從某種程度也可以反映出美國海陸空多軍種與兵種之間在武器裝備方面的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢。美國國防部負(fù)責(zé)技術(shù)、采購與后勤管理的副部長弗蘭克·肯德爾（Frank Kendall）表示，“美國國防部實(shí)驗(yàn)室開放日要展示的，是當(dāng)前國防部實(shí)驗(yàn)中已取得突破性的各項(xiàng)工作與技術(shù)?！痹凇皩?shí)驗(yàn)室日”當(dāng)天展出的各項(xiàng)高新武器裝備與技術(shù)中，以下裝備尤為吸引參觀者的眼球，并引起人們的高度關(guān)注。

難以炸穿車輛底盤的“駱駝”裝甲車

當(dāng)前，在一些非對稱作戰(zhàn)中，實(shí)力明顯偏弱的一方往往采用簡易爆炸裝置（簡稱IED），即所謂的路邊炸彈來對敵方作戰(zhàn)人員與軍事裝備予以殺傷和破壞。路邊炸彈多采用廢舊手榴彈、炮彈或者民用雷管、炸藥中的爆炸物質(zhì)所組裝而成。其制作雖較為簡便，甚至頗為簡陋，但爆炸威力卻甚大。在諸如阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭以及巴以沖突等非對稱作戰(zhàn)與沖突中，實(shí)力偏弱的一方武裝人員往往將IED隱藏在道路兩側(cè)。當(dāng)對方作戰(zhàn)人員或裝甲車輛經(jīng)過時(shí)，即通過遙控方式予以引爆。由于IED的裝藥量一般均較大，引爆后能夠造成巨大的人員殺傷與裝備毀損。在一次巴以沖突中，曾有一輛自重達(dá)60余噸的以色列“梅卡瓦”（Merkava）重型主戰(zhàn)坦克被IED直接掀翻，巨大的爆炸氣流瞬間貫穿坦克底部，導(dǎo)致其底盤被炸穿，炮塔亦被炸飛十幾米之遠(yuǎn)。

為應(yīng)對防不勝防的路邊炸彈（IED），且最大限度地提升作戰(zhàn)人員及技術(shù)裝備的戰(zhàn)場生存能力，美國陸軍實(shí)驗(yàn)室對裝甲車輛的防護(hù)性能予以了重點(diǎn)攻關(guān)與研發(fā)?！皩?shí)驗(yàn)室日”當(dāng)天的美國陸軍展臺(tái)中，一輛大型黃色裝甲車輛引起了參觀者的高度興趣。該輛由美軍坦克自動(dòng)化研發(fā)工程中心研發(fā)的裝甲車輛被稱之為“駱駝”。該名稱的英文單詞“CAMEL”，系這一車輛全稱“先進(jìn)減爆軍用概念型陸地展示車”的英文縮寫。展示裝甲車的車身側(cè)面寫著“四倍底部爆炸無損傷”，其研發(fā)的重點(diǎn)即是降低路邊炸彈爆炸對于車輛底盤所帶來的毀損性影響。

“駱駝”裝甲車的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人約瑟夫·科特稱，該車輛可運(yùn)送包括兩名駕駛員在內(nèi)的11名作戰(zhàn)人員，其設(shè)計(jì)的理念即增強(qiáng)作戰(zhàn)人員的戰(zhàn)場生存能力，將運(yùn)兵的傷亡率降低一半以上。約瑟夫·科特同時(shí)表示，當(dāng)前炸彈爆炸是士兵巡邏與兵力運(yùn)輸中面臨的最大威脅。一般裝甲運(yùn)兵車的設(shè)計(jì)重點(diǎn)往往是強(qiáng)調(diào)其運(yùn)輸能力，而非對于內(nèi)部作戰(zhàn)人員的保護(hù)?！榜橊劇毖b甲車的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，則是強(qiáng)調(diào)對于內(nèi)部作戰(zhàn)人員的保護(hù)，并提升其戰(zhàn)場生存能力。為此，美軍坦克自動(dòng)化研發(fā)工程中心在“駱駝”裝甲車研發(fā)之初，即花費(fèi)了大量人力、物力來考慮，如何對身材高大的男兵與身材嬌小的女兵進(jìn)行全面保護(hù)。不過，“駱駝”裝甲車只是作為一個(gè)概念性平臺(tái)而存在，其自身并不會(huì)直接服役而介入作戰(zhàn)第一線，主要用于集成展示未來戰(zhàn)場上可能會(huì)應(yīng)用到的各類技術(shù)與裝備。

降低艦載機(jī)著艦難度的“魔毯”

美國國防部“實(shí)驗(yàn)室日”所展示的“魔毯”，并非如同“一千零一夜”故事中所描繪的飛行器。其實(shí)質(zhì)是一種能夠幫助艦載飛機(jī)在航空母艦上降落的高新技術(shù)。該“魔毯”技術(shù)，系美國國防部在“實(shí)驗(yàn)室日”當(dāng)天推薦的必看項(xiàng)目之一。

在航空母艦的各項(xiàng)操作活動(dòng)中，艦載機(jī)的航母著艦被公認(rèn)為最為復(fù)雜且危險(xiǎn)的環(huán)節(jié)之一。艦載機(jī)在航母甲板上的降落，其難度之大，風(fēng)險(xiǎn)之高，堪稱“刀尖上的舞蹈”！據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，美軍航空母艦上的各類飛行事故中，75%左右均發(fā)生于艦載機(jī)降落階段。誠然，航空母艦的長度一般均超過300米，寬度則在70～80米之間。整個(gè)飛行甲板的面積約等于三個(gè)足球場之大。但艦載機(jī)飛行員在著艦時(shí)，其從空中俯瞰到的航空母艦，猶如海面上漂浮的一片“小樹葉”。一方面，飛行員駕機(jī)要以300公里每小時(shí)的降落速度準(zhǔn)確著陸至“樹葉大小”的飛行甲板區(qū)，其難度可想而知。另一方面，航空母艦在海面上并非保持絕對之靜止，海浪、風(fēng)力以及艦尾氣流的存在，令航母時(shí)常呈現(xiàn)出上下浮沉以及縱橫擺動(dòng)。飛行員要飛上時(shí)刻處于顛簸中且具有一定傾斜度的航母飛行甲板，亦極為考驗(yàn)飛行員的高超技術(shù)。美軍自1949年在航母上大規(guī)模部署艦載機(jī)起，美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已先后損失了1.2萬余架各類型號的飛機(jī)以及8000多名艦載機(jī)飛行員。

為了降低艦載機(jī)著艦難度，并強(qiáng)化飛行員以及飛行設(shè)備的安全保障能力，美軍實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了前述這款名為“魔毯”的飛行控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者稱，“魔毯”系統(tǒng)作為幫助艦載機(jī)在航母上著艦的新型技術(shù)，可稱得上是艦載機(jī)著艦“游戲規(guī)則”的改變者。美國海軍航空系統(tǒng)司令部航空力學(xué)部高級經(jīng)理詹姆斯·德納姆介紹稱，“魔毯”技術(shù)利用了一系列飛行控制算法，以精確控制艦載機(jī)著艦時(shí)的飛行角度，并提升艦載機(jī)著艦環(huán)節(jié)中的可控性，進(jìn)而有效降低飛行員駕駛飛機(jī)著艦的難度。有了“魔毯”技術(shù)后，飛行員只需改變飛機(jī)的飛行線路即可，并不需要在駕駛艙內(nèi)付出過多的人力勞動(dòng)。艦載機(jī)著艦時(shí)的諸多操作與工具，均可以由“魔毯”這一飛行控制系統(tǒng)所自動(dòng)完成。作為一項(xiàng)程序化的應(yīng)用方案，“魔毯”技術(shù)所擁有的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)大于現(xiàn)有的手動(dòng)操控方式，可以有效降低艦載機(jī)飛行員的日常訓(xùn)練負(fù)擔(dān)，并有效提升飛機(jī)著艦時(shí)的安全性與可控性。不過，“魔毯”技術(shù)并未使艦載體的著艦實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。該系統(tǒng)并不知道航空母艦所處的方位，故艦載機(jī)在降落時(shí)，仍需飛行員來駕駛飛機(jī)。該系統(tǒng)的研發(fā)者同時(shí)介紹，“魔毯”技術(shù)最早在2018年時(shí)，即可投入實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。

提升作戰(zhàn)者單兵能力的人力增強(qiáng)系統(tǒng)

美國國防部“實(shí)驗(yàn)室日”活動(dòng)中，展出了各類用以提升作戰(zhàn)人員能力的新型武器裝備。其中，一款名為“人力增強(qiáng)系統(tǒng)”的軍用外骨骼裝備，吸引了大部分參觀者的眼球。

“軍用外骨骼系統(tǒng)”是一種模仿人體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的外置性機(jī)械骨骼。該裝備研發(fā)的目的，主要是為了提升作戰(zhàn)人員的單兵能力以及全身力量。“軍用外骨骼系統(tǒng)”由鈦合金制成的機(jī)械手臂、腿、脊柱，控制計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、背部負(fù)重以及散熱單元等部分所組成。機(jī)械手臂與腿系按照人體仿生學(xué)原理所設(shè)計(jì)，不僅結(jié)構(gòu)簡單，其內(nèi)部亦裝有可像人體關(guān)節(jié)一樣彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)的專門結(jié)構(gòu)以及液壓傳動(dòng)部件?！败娪猛夤趋老到y(tǒng)”雖有一定自重，但其幾乎不會(huì)對使用者的身體造成負(fù)擔(dān)。相反，該系統(tǒng)不僅幫助完成提舉重物、深蹲、爬行等各種動(dòng)作，亦可消減作戰(zhàn)人員應(yīng)負(fù)重或提舉較重負(fù)荷而引發(fā)的疲勞之感。

根據(jù)“軍用外骨骼系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)要求，作戰(zhàn)人員穿戴好“外骨骼”后，能夠背負(fù)100公斤的重物，且以10千米每小時(shí)的速度在多種地形上自由行進(jìn)。同時(shí)，“外骨骼系統(tǒng)”的液壓裝置以及關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，能夠令作戰(zhàn)人員行動(dòng)靈活，不僅可以背負(fù)重物高速奔跑，亦可蹲于掩體之后進(jìn)行射擊。此外，穿著有“軍用外骨骼系統(tǒng)”的作戰(zhàn)士兵在戰(zhàn)場上可更為輕易且快速地轉(zhuǎn)移傷員，并可在撤退時(shí)輕松帶走眾多沉重之裝備。

“軍用外骨骼系統(tǒng)”的動(dòng)力來源為兩塊鋰聚合物電池。一次充滿電后，電池能夠保證使用者背負(fù)100公斤重物，以4.8公里每小時(shí)的時(shí)速連續(xù)行走一個(gè)小時(shí)左右。當(dāng)作戰(zhàn)人員身穿“軍用外骨骼系統(tǒng)”進(jìn)行沖刺加速時(shí)，其最高時(shí)速可達(dá)到16公里每小時(shí)。研發(fā)人員測試顯示，“軍用外骨骼系統(tǒng)”能夠有效降低作戰(zhàn)人員對于氧氣的消耗量。眾所周知，人體對于氧氣消耗量越大，人就會(huì)感到越疲勞。根據(jù)測試結(jié)果，穿戴“軍用外骨骼系統(tǒng)”后負(fù)重約27公斤重物，并以3.2公里每小時(shí)的速度行進(jìn)，其消耗氧氣量比不穿“軍用外骨骼系統(tǒng)”時(shí)減少15%左右。

“軍用外骨骼系統(tǒng)”的高度可自由調(diào)節(jié)，能夠滿足身高從1.6米-1.85米的士兵使用，且穿戴與脫卸均極為方便。穿用“軍用外骨骼系統(tǒng)”時(shí)，士兵只需將相關(guān)部件固定在肩部、腰部與腿部等位置。而脫下“軍用外骨骼系統(tǒng)”系統(tǒng)時(shí)，也僅僅只需要花費(fèi)30秒時(shí)間?！败娪猛夤趋老到y(tǒng)”在研發(fā)時(shí)采用了模塊化的設(shè)計(jì)理念，其背部負(fù)重托盤可與系統(tǒng)主體部件分離。如作戰(zhàn)士兵無需背負(fù)重物時(shí)，即可將托盤取下，以便于進(jìn)一步減輕系統(tǒng)重量。

“軍用外骨骼系統(tǒng)”的性能雖極為先進(jìn)，且面向未來化作戰(zhàn)，但其操控卻較為簡便，并不需要依賴操縱桿或其他裝置予以控制。該系統(tǒng)內(nèi)置的微型計(jì)算機(jī)能夠令金屬骨骼與穿戴者完美匹配，并與其四肢活動(dòng)保持協(xié)調(diào)一致。

“軍用外骨骼系統(tǒng)”的研發(fā)目的，即是通過人力增強(qiáng)，來提升作戰(zhàn)者的單兵戰(zhàn)斗能力。毫不夸張地說，“軍用外骨骼系統(tǒng)”一旦投入至實(shí)戰(zhàn)引用，即可使裝備其的士兵變化為“超級士兵”，不僅可擁有強(qiáng)大的力量支撐，其作戰(zhàn)能力亦將成倍提升。首先，士兵是否能攜帶更多的武器與彈藥，是提升單兵作戰(zhàn)能力的一大關(guān)鍵。但受制于人體負(fù)重的極限，普通士兵能夠攜帶的裝備往往比較有限，且過重的裝備一家加速消耗士兵的體力。為此，“軍用外骨骼”依靠體強(qiáng)大的人力增強(qiáng)系統(tǒng)，使得作戰(zhàn)士兵能夠攜帶更多的武器、彈藥與給養(yǎng)，從而提升作戰(zhàn)者的單兵打擊能力。其次，普通個(gè)體行進(jìn)的時(shí)速約為6-10公里每小時(shí)。但作戰(zhàn)士兵攜帶各類武器裝備與給養(yǎng)后，很難以較快速度持續(xù)行進(jìn)。而“軍用外骨骼系統(tǒng)”的負(fù)重能力，能夠幫助作戰(zhàn)士兵在負(fù)重的情形下，仍可保證11公里每小時(shí)的持續(xù)行進(jìn)速度，并具有16公里每小時(shí)的最大爆發(fā)速度，進(jìn)而大大提升作戰(zhàn)人員的單兵機(jī)動(dòng)能力。再次，為了保證作戰(zhàn)士兵的戰(zhàn)場生存率，單兵防護(hù)能力的提升亦是需要考慮的一大重要方面?！败娪猛夤趋老到y(tǒng)”極為強(qiáng)悍的負(fù)重能力，能夠使其加裝適合于單兵防護(hù)的復(fù)合裝甲材料，進(jìn)而令作戰(zhàn)者的防護(hù)能力得以有效提升。最后，“軍用外骨骼系統(tǒng)”的裝備，可以提升士兵在戰(zhàn)場中的感知能力。作為模塊化的裝備系統(tǒng)，“軍用外骨骼系統(tǒng)”可以加裝有關(guān)傳感器，以強(qiáng)化作戰(zhàn)士兵對于戰(zhàn)場局勢的感知能力。此外，“軍用外骨骼系統(tǒng)”亦可加裝有衛(wèi)星通信與定位裝置，從而令每一個(gè)士兵均成為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)，能夠令指揮系統(tǒng)直接掌握每個(gè)士兵當(dāng)前所處的具體位置。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com