中国未来士兵作战系统 (未来单兵综合系统)

美国陆军纳蒂克士兵中心(Natick Soldier Research, Development and Engineering Center,NSRDEC)是研究士兵技术的最前沿的机构,士兵系统的概念是由该中心于1989年引入的,当时开发了第一个全面的集成士兵系统,1991年科学委员会(Science Board)强化了这个概念,并认为士兵系统应被看作是一个同坦克或直升机一样能起作用的系统。1993年,北约对士兵系统概念进行了描述,即:生存性、可持续性、机动性、*伤杀**力和C4I。随后,世界各国相继开展研究并为自己的*队军**配置了士兵系统。2002年,美国陆军在麻省理工学院建立了士兵纳米技术研究所,目的是探索纳米技术的潜在力量,使士兵保护和生存能力方面取得前所未有的进步的成果。此举标示着美军开启了士兵综合系统的战略性研究计划,换言之,志在打造“超级士兵”。2009年,纳蒂克士兵中心发布了“2030年的未来士兵倡议”概念蓝图,在这份长达19页的蓝图中,NSRDEC从7个技术领域描述了在2030年未来士兵如何装备的概念,并表明这个概念是通过将逻辑和想象力应用到当前的形势和技术中,激发想象力而产生的设计考虑,目的是帮助未来士兵集中和识别可能的潜在能力。自此,美国陆军的未来士兵综合系统项目(2009年—2030年)拉开了序幕。有意思的是,在随后几年,几个军事大国也公布了各自的士兵综合系统开发计划,如:英国国防部2012年公布了“2024年未来士兵愿景(Future Soldier Vision)”项目;加拿大国防部公布了2011年—2025年的士兵技术路线图;德国国防部投入了数亿欧元开发名为“未来的步兵(Infanterist der Zukunft)”项目,这是一个以网络为中心的士兵综合系统,将于2020年交付;2011年俄罗斯也启动了未来士兵系统项目,旨在将士兵装备数字化,预计2020年准备就绪。

中国的未来士兵系统,未来士兵系统

美国陆军未来士兵系统概念

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加拿大的未来士兵综合系统

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英国的Future Soldier Vision

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德国的未来士兵系统概念

NSRDEC从七个技术领域阐述了2030年超级士兵的综合愿景,并且用这样一段文字来描述未来的士兵系统:士兵制服将配备纳米天线阵列,能够与从无人机到卫星的任何通信系统进行通信;由于穿戴了基于纳米技术的外骨骼,所有的士兵都将是强壮的、敏捷的蜘蛛人;“神经修复术”和“智能药物”将使士兵成为战场上的超人;本地电脑会让士兵理解每一种语言,就好像他们是本地人一样;士兵身上那柔软的纳米纤维制服将完全不受*弹子**、火焰和激光的影响。

在这七个技术领域中,每一个领域又细分成多个研制方向,看似像科幻电影中才会有的技术,实际上其中许多项目正分别得到资助和开发。媒体称,美军为2030年未来士兵项目预计投入2.5亿至4.99亿美元。

技术领域一:人的表现与培训

研究项目细分为:机能增强;心理和身体状态监控;个人智能代理子系统—士兵中心;个人建模和仿真工具;文化辅助;生物特征面部识别算法;选拔与培训。机能增强主要开发认知增强剂、身体增强剂、神经修复术等。比较值得一提的神经修复术项目,即植入式神经接口(NESD),这可能会大大提高士兵的表现,并在战斗中提供巨大的优势,但这存在一个非常有争议的道德问题,也有可能在2030年无处不在。使用虚拟现实(VR)系统和游戏技术将是人员选拔和培训的主要方式。增强和虚拟环境将无处不在,并将支持战争的几乎每一个方面,包括通信、数据可视化、系统控制和训练。士兵将能够在真实、增强和虚拟环境中无缝移动。培训将被嵌入并且随时随地可展开。

技术领域二:士兵保护

如果说技术领域一的研制是为了突破士兵的身体极限而提高士兵的表现,那么技术领域二的作用就是将士兵放到一个“铜墙铁壁”中。研究项目细分为:士兵服装;弹道和防爆保护;活性阻燃性;生理、神经生理和创伤感测;对化学/生物/辐射/有毒工业材料具有自净化能力的保护;伤口/出血管理;多种环境小气候调节。无论是哪一方面几乎都可以找到相关的项目发布信息,而且研制进展也很快。

由于未来的头盔被设想为一种复杂的设备,将集成更多的电子和传感系统,陆军将需要“一种比现有热固性复合模型更轻的头盔,同时提供更多的保护”。因此,在2018年5月24日至25日的“近距离战斗致命技术日”上,我们看到了美国陆军纳蒂克士兵研发和工程中心的代表在五角大楼展示了最新款的头盔(NSRDEC原型),新款头盔使用了一种不同的材料:超高分子量聚乙烯(UHMWPE),提供了与早期头盔同等的保护,但重量更轻。

中国的未来士兵系统,未来士兵系统

美国陆军新款头盔

到2030年,智能织物将成熟到和士兵的制服融为一体的程度,看起来就像第二张皮肤。电力和数据网络将集成在一个纵横全身的自组织网络中,没有笨重的电缆和连接器,传感器将利用这个网络进行生理感测、创伤感测、有毒化学物质感测等。由纳米纤维和合金纤维制成的纤维系统被集成在制服中,将提供战斗识别,如:被动和主动响应系统、*击狙**手探测、声音捕获,以及士兵间的秘密通信。生物识别技术将使用在制服中,并与一个士兵进行匹配。如果这个士兵死了,那么系统将提供一个基于安全的归零功能,这样敌人就无法利用这个制服。士兵的靴子将采用生物力学进行设计并定制成增强的舒适性并减少能源消耗,将包含纳米材料以增加爆炸保护功能,将包含相变材料以减少足底冲击力和提高士兵耐力。纳米纤维和纳米结构材料构成一个符合标准的灵活的模块化防弹背心,将提供来自步枪*弹子**对最关键器官伤害的保护。剪切增稠液和织物复合材料将提供轻量级的肢体保护,关节处进行强化设计以提供防爆保护效果和极限运动能力,同时不限制自然运动和功能。为保护士兵免受割伤和碎片的伤害,士兵制服使用了由碳纳米管制成的锁链式结构。外骨骼结构能对四肢提供额外的保护。制服中热塑性、微结构和纳米结构的非织造材料将创造一个屏障层,在不妨碍佩戴者舒适的情况下,用于对抗有源火焰和热威胁。通过在制服中加入各种有毒物质响应系统,一旦检测到pH值的变化,战术处理器向士兵发出有毒物质存在的警告,酶或反应性纳米粒子进入到制服中将立即开始中和有毒物质。抗菌性能将被设计到士兵制服的纤维中,以加强身体健康和卫生,降低皮肤刺激和真菌的滋生,也有可能加入对跳蚤、扁虱和其他害虫的抵抗力。制服中还将有仿生人造血管系统(在2015年,美科学家就可以用3D技术打印出人造血管),如果一名士兵手臂或腿部受伤,纳米纤维织物会收缩成止血带,这将是一个真正的救星。未来的士兵可能会有一个轻型、低功耗的小气候调节系统,这个系统在寒冷天气提供加热,在炎热天气提供冷却,以确保作战人员有舒适、安全的核心体温。

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纳米背心

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2016年DARPA在五角大楼展示的透明护甲

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可贴在皮肤上的感测身体创伤的传感器

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美国陆军生化战斗制服

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美国陆军生化内衣

从2018年开始,美国陆军将部署一种改进的战术士兵保护系统,包括一个模块化可伸缩背心、弹道战斗衬衫、骨盆爆炸保护系统和战斗腰带。由此可见,该技术领域中的各项研制正在逐步实施,有些已经具有一定的研究成果。

在麻省理工学院士兵纳米技术研究所的网站上,有几行醒目的字“帮助*队军**创造一种21世纪的战斗服,它结合了高科技的保护和生存能力,重量轻,舒适度高。”显而易见,纳米技术在未来的士兵保护系统中将起到至关重要的作用。

技术领域三:*伤杀**力

未来士兵*器武**系统将在未来战场上提供无与伦比的*伤杀**力和多功能性。*器武**系统将允许直接和间接的目标交战,同时在更大的范围内对目标产生决定性的*伤杀**力和抑制作用。火控光电系统将无缝集成到士兵平台中,将*器武**的复杂性降到最低。*器武**瞄准点将在头盔显示器上被点亮,火控光电算法将通过在头盔系统显示器上对目标进行电子标记,大大增加在城市地形、丛林、沙漠和乡村环境中的军事行动中可观测目标的数量。通过创建“虚拟触发”功能,数字战场的无线连接扩展了每一个士兵的*伤杀**力维度。所有步兵都将拥有“前方观察员”的能力,并且能够从一套空中、地面和水上*伤杀**力平台呼叫火力。

技术领域四:机动性与后勤

未来的士兵将拥有模块化和定制的外骨骼系统,允许士兵按照任务要求进行配置和使用,即快速改变或修改外骨骼的关键部件,以更好地完成各种任务。这些外骨骼或提供增强力量的作用或提供达到极限耐力的作用,以及完全保护的作用。

中国的未来士兵系统,未来士兵系统

提高耐力的下肢外骨骼

技术领域五:士兵网络

陆军战术指挥、控制和通信应用的主要需求分为两类。首先,为了提高未来士兵的*伤杀**力,需要先进的信息技术来确保可靠的宽带网络,以便在不断变化的战场环境中进行通信。第二,未来士兵要具有信息优势,下一代通信系统将采用认知推理技术。认知网络将允许网络不断学习外部态势数据和内部性能数据,预测和适应用户不断变化的需求和战场环境的动态。认知网络将为士兵提供最佳的通信性能。

技术领域六:士兵天线系统

2030年的士兵天线系统重量轻,完全分布在士兵的骨骼周围,以支持多功能操作。支持技术包括:纳米天线阵列结构、射频纳米开关、谐振器和滤波器;基于光子的天线馈电系统;可重构变形天线结构(利用电激发聚合物改变其形状和辐射特性的天线元件);以及全息天线结构,使电磁波能够绕过士兵系统上的障碍物,并提供更好的图案覆盖。还能通过纳米天线阵列收集能量,为有源天线元件或模块提供能量,并增加燃料电池以延长任务持续时间。

技术领域七:电力系统

主电源将由一个多燃料发电机和一个小型可充电电池组成。这种多燃料发电机可以将现场可用的任何液体燃料(甲醇、丁醇、喷气燃料、柴油和非化石燃料产品)通过电化学方法直接转化为电能,既安静又高效。可充电电池是采用了一种高效纳米结构固态复合材料。嵌入到装甲关键部件中的轻型、可充电、聚合纳米纤维电池片重量不到1盎司。这些小的分布式电源可以给士兵提供3个小时的电力。发电机和可充电电池的能量密度非常高,可维持4天的电力。主电源中的集成电路还将包含一个纳米纤维系统,以捕获传输到集成电路中的能量。无线能量传输系统可以让士兵在不插入设备的情况下充电,能量将从车辆或其他设备中获取。

在2009年的时候,你会觉得这个未来士兵系统项目可能只是一个既能吸引人的想象力,又能吸引人的眼球的乌托邦式的科幻小说,现在呢?可以看到20多个北约国家(NATO)及其盟国投入了大量资金进行这方面的开发。人们希望未来的士兵能够使用最新的技术,突破智能纺织品和其他集成系统的极限,另一方面,一个先进士兵系统的价值需要一场战争来检验,这并不是人们所乐见的。