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美军曝“第三臂”外骨骼机械臂 或成步兵战力倍增器

2019年12月3日 - 军事热点
美军曝“第三臂”外骨骼机械臂 或成步兵战力倍增器

金沙电子游戏网址平台,  出品:科普中国

问:巨型机器人、人体外骨骼等战斗兵器在未来战争中是否会出现?
高达、EVA、MH等兵器是否会在未来战争中出现?他们比起坦克飞机及未来可能会出现的太空战机拥有怎样的优势。《杀虐轮回》、《阿凡达》等作品中的机械外骨骼是否靠谱,什么样的战争才会用到这样的兵器?

  据美国陆军官网3月24日报道称,美国陆军研究实验室(ARL)目前正在研发一种绰号“第三臂”的辅助机械臂,可大幅减轻士兵作战负担,帮助士兵手持突击步枪等武器,设计理念和外形都十分接近1986年上映的科幻电影《异形2》中的科幻武器。

  作者:银翼工作室

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  “军用外骨骼系统”并非新兴事物,但辅助机械臂作为一种简化版的单兵“外骨骼”系统还是颇有创意,本文就此为您解读。

  监制:光明网科普事业部

谢邀,这东西已经有了。

  据美国陆军官网报道称,美陆军研究实验室研发的这种绰号“第三臂”的辅助机械臂(下文简称“辅助臂”),主要由碳纤维材料制成,可以在战斗中或休整状态,帮助步兵持有武器。

  说到机械外骨骼,许多人都会想起那些寄托情怀的诸多动漫和影视作品,相比于机械外骨骼在动漫和影视作品中大杀四方拯救世界的威风形象,现实世界里的机械外骨骼大多还处在“蹒跚学步”的初级阶段,但是我们不能因为正在被设计和实验的那些或笨拙或粗糙的“初代机”而气馁,想想当年的航空先驱们面对被人嘲讽为“书架”的早期飞机,再看看如今翱翔天际的隐身战机,不得不说人要是没有梦想跟咸鱼有什么区别。况且有些影视作品中的机械外骨骼才是人们心里所期待的形象,下面就来简单说一说机械外骨骼的相关问题。

看图:

  这种设计十分接近电影《异形2》中,太空陆战队使用的M56“智能机炮”,这种重型枪械自备有辅助机械臂,便于士兵能够快速操纵和开火。现实中的辅助臂“原型”仅有1.5公斤重,但能轻松举起12公斤重的M240通用机枪,试想一下,步兵在执行巡逻或是警戒任务时,使用辅助臂能够大幅减轻他们的持枪疲劳感,而且在使用武器射击时,辅助臂还能有效降低后坐力,协助提高射击的稳定性和精度。

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全身防护动力机甲,背负两具四联装导弹发射器。手上的是霰弹枪和轻机枪的结合体,一共6个管儿。头盔带有信息化系统……

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  电影《环太平洋》中的机甲

如果这个玩意不够劲的话,还有——

  ▲电影《异形2》中,陆战队员使用M56“智能机炮”开火动态图,可见在辅助臂的帮助下,即使是重型武器,人也能操纵自如。

  步兵负重和持续机动的问题亟需解决

为这个机甲笑对还有搭配步兵战车,可以在战场上快速机动。

  除持枪这一主要功能外,辅助臂还能外挂9公斤重的防弹盾牌,使步兵在执行巷战突袭或是大楼攻坚任务时具有更强的生存性,还能解放出双手,携带更多武器或是执行其他作战任务。“第三臂”其实可以看作是一种简化版的“军用外骨骼”系统。

  众所周知,从二战时期到现在,许许多多的军事技术都发生了翻天覆地的变化,比如战斗机动力从活塞发动机螺旋桨一路升级到涡轮喷气发动机,速度从六七百公里每小时提升到两三倍音速,还有一些性能参数,由于种种自然和物理规律的限制还有设计上的权衡,没有取得什么重大突破的,比如舰船的航速,同样是常规动力的埃塞克斯级和小鹰级航空母舰,最大航速都是32节。

如果这玩意还不够劲的话,还有——

  “军用外骨骼”并非新鲜事物,早在2012年9月,美陆军就从美国军火巨头之一的洛马公司接收了一批改进型“人体负重外骨骼”(HULC)系统用于测试。

  其实相对于人类在这百年间沧海桑田般的科技爆发,进步最小的,就是人类本身。科技的进步和公共卫生服务的普及大大提高了人口平均预期寿命,但是人体本身,却没什么合适的科学手段去强化。从战争和军事技术的角度去看人体的话,一千年前步兵长枪手就可以披挂三十几公斤的重型札甲投入战斗,现在步兵负重也不过如此,美军还总抱怨负重过大造成士兵肌肉和骨骼损伤,最糟糕的是,目前士兵的负重毫无减轻的趋势,杂七杂八的东西越来越多,而且看来看去其中好像没什么是可以丢弃的。

大型的全地形适应两足机甲。机枪、火箭发射巢、导弹发射器一应俱全。

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澳门大金沙所有网站,如果这玩意还不够劲的话,还有——

  ▲从M56“智能机炮”的设定原稿可明显看到辅助臂的部分,甚至在手持的部分也有助力组件。

  负重的美军士兵

超级信息化士兵,全部AR战场感知系统。

  据洛马公司的公开资料显示,HULC的最大负重超过100千克,全部由背上的托盘承担,再通过机械腿直接传递到地面,穿戴者几乎感觉不到任何重量。HULC身体上半部分的承载部位可以按照需求进行配置。目前已经测试的有抓起155毫米榴弹炮弹的抓钩、持有通用机枪的特制挂架等。

  各国发展未来步兵计划时,给步兵增加的计算机火控系统、信息化装备和这些电子设备的电池进一步加重了步兵的负担,目前士兵不断增加的负重和几乎从未增长的体能之间的矛盾已经达到白热化的程度,更别提在一些国家里还出现了士兵整体身体素质开倒车的现象。既然不能增强人体,那就利用最新的科技给士兵打造一个助力器让他们拥有更强的负重和机动能力,来应对越来越复杂的地面战场和自己越发沉重的装备吧,这就是现阶段军用机械外骨骼的作用。

如果这玩意还不够劲的话,还有——

  HULC可让一名士兵在负重90公斤的情况下,以每小时10公里的速度在任何地形上行进,而且只需一块电池就能够连续工作超过72小时。穿戴HULC后,负重的情况下,穿戴者的最大冲刺速度可以达到每小时16公里,而普通人步行的时速仅为每小时6公里。

  但实际上,机械外骨骼要解决的另外一个问题,也跟士兵的负重有关,从火枪火炮淘汰了铠甲开始,步兵武器的“矛”一直强于步兵防护的“盾”,直到现代防弹材料的发展给了步兵足以对抗自己手中武器的单兵护具,而且这不再是复杂昂贵的铠甲,是可以大规模制造和装备的工业品,二战后的步兵武器中等威力和小口径化的浪潮发展至今,遭遇了无比尴尬的状况—步兵武器的威力显得不足了。

小型支援直升机,携带重火力可以远程支援。

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如果这玩意还不够劲的话,还有——

  ▲图为绰号“第三臂”的机械辅助臂,可以辅助步兵手持步枪或者加挂防弹盾牌等,颇有“未来战士”气息。

  明显超重的美国陆军士兵

战场小型步兵战车,装有一挺加特林机关炮。

  美陆军试验显示,HULC系统能够明显降低人体对氧气的消耗量。试验人员穿戴上“外骨骼”后背负36.7千克重的物资,以每小时3.2公里的速度行进,其氧气的消耗量比不穿“外骨骼”时减少约15%。而氧气消耗量越大,人就越容易疲劳。

  目前轻武器的潜力几乎已经挖掘殆尽,经过了防弹护甲和信息化加成的步兵,已经拿不动威力更大的武器了。美军在越战开始时装备的M14步枪就存在着弹药过重的问题,但是现在随着NIJⅢ级甚至Ⅳ级防弹衣的普及,连这种过去带着嫌重的全威力弹药都没法保证击穿步兵的护甲,而且由于步兵武器涉及面过广,换装新的步兵武器或者新弹药都是代价非常巨大的,这也是各国步兵武器“缝缝补补又三年”的重要原因。

那啥看了这国家装备,W君就惊呼瓦坎达科技万岁了。开放阅兵公众日的国家叫做——加纳。

  从以上数据不难看出,“军用外骨骼”对士兵作战能力的提升可达质的飞跃,负重能力的提升意味着单兵能携带火力更强的重武器(重机枪、火箭筒甚至激光武器)、更多弹药以及更完备的防护装备(重型防弹衣或盾牌),此外单兵的野战机动性能也将大幅提升,能以更快的速度(更短的时间)抵达作战区域;用于后勤任务,士兵则能在更短时间内完成重型物资(炮弹、补给)的搬运工作,效率能翻倍。

  这些就是机械外骨骼急需解决的问题,本质上都是要增加步兵的负重和持续机动能力。想象一下,如果每一名步兵都能拿起通用机枪级别的武器,身负足够的弹药,坚固的护甲和先进的信息化装备,更不要说突破了重量限制后完全可能研发出来的能够穿透敌方护甲的大威力武器和能精确制导的单兵武器,这,也许就是未来步兵的模样吧。理想很丰满,现实很残酷,现在的机械外骨骼,更像是某种助残设备,只能帮助士兵搬运重物或者进行有限的机动。

或许有人没听过这个国家吧,来,非洲地图,尼日利亚边上就是

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  动力和能源是另一致命弱点

看了他们的阅兵,W君觉得自己的重炮高达都好像很弱鸡的样子啊。

  ▲美军士兵单手测试“第三臂”辅助臂开枪动态图

  对于影视作品里看起来威风凛凛的机械外骨骼乃至动力机甲,人们在潜意识里总有着“更高、更大、更强”的期待,遗憾的是更高更大不意味着就会更强。

单兵外骨骼战斗兵器已经有了,巨型机器人其实也并不难搞。最近,美国陆军第10山地师的情报部队,测试了由美国军工巨头洛马公司开发的Onyx外骨骼系统,洛克希德-马丁公司称,ONYX外骨骼可以让携带20公斤重背包的士兵在坡度达到15度的斜坡上连续行军数小时,士兵只会感受到些许疲劳。ONYX外骨骼最近被《大众科学》月刊评选为年度100项最佳发明之一。

  尽管美陆军尚未公开有多少公司参与了“第三臂”辅助臂的研发,但可以猜测到的是,辅助臂的一些关键系统,例如蓄能电池、操纵装置肯定会借鉴现有技术(例如HULC的电池及微控计算机等),可将研发成本保持在可控范围内。

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这套系统能够识别使用者正在行进中的地形,无论是轻装还是重装行进,它都能帮上大忙。如果使用者没有负重前行,是在平坦的地形上行走,那么外骨骼系统就会关闭助力器,但如果使用者需要爬山,下山或者重装前进,那么外骨骼系统就会提供支撑,非常的灵活。这款外骨骼系统质量为6.4千克,如果要运行8小时,就需要安装质量为2.7千克的电池模块,如果运行16小时就需要5.4千克的电池模块。目前洛马公司正在寻找容量更大,质量更轻的电池方案。但是这套外骨骼系统需要在测试一年多时间后,才能投放军队,而军队也会根据测试结果向洛马提出改进建议。

  或许在不久的将来,人们就能看到类似2014年的科幻电影《明日边缘》中,阿汤哥穿着的那种动力外骨骼装甲投入到实战中。

  电影《星河战队 火星叛国者》中的机械外骨骼步兵

金属外骨骼系统可是未来战争的邹形,不但可以提高单兵战斗力,还能强化士兵的肉身,属于一种开了外挂的装备。外骨骼说白了就是一种人体外挂机械装备,在感应人体活动时对其提供动力的设备。按照当前人类研发的外骨骼系统来看,它主要有这个几个特点。首先为士兵提供力量,通过增加力量的方式,让每一个士兵可以携带更多的武器装备。比如俄罗斯研发的一种“模块化系统”可以承受100多公斤的负载,还能携带反坦克导弹,便携式导弹,如果情况实属的话,那么俄军的外骨骼装备要比美军的厉害的多。

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  针对人体进行强化的机械外骨骼,脆弱这个缺点并不是很突出,因为在现代战场上人体本身就非常脆弱,机械外骨骼可以给士兵更好的负重能力,可以让士兵有更强大的火力、机动和防护,但是如果想把人形战斗机甲做得“高大上”,从军事角度看绝对不是一个好主意,因为人形机器人的弱点实在太多又没法进行集中防护,就算人形战斗机甲在机动性上有所突破,在火力和防护方面也是绝无可能超过目前可预见的地面装甲战斗车辆的。

再次,提高士兵行军速度。打仗是一个很浪费体力的活儿,很多人可能还没战死沙场,就会累死在战场上。所以如何保持体力,让士兵不会感到疲惫就成为了各国研究的重点方向。所以外骨骼的出现很好的解决了人力不足的问题。它通过一套数据系统,给士兵提供电力这样的“体力”,让后者跑起来更加的轻松,从而增强了战场生存率。此外,外骨骼还能辅助射击。比如美军曾开发的一种名为“第三只手”的机械手臂,可有效减轻士兵因持枪射击时间过长而产生的酸麻感。同时也能提高武器射击的精确性,做到弹无虚发,这种机械手臂,对于部队中的神射手或者狙击手具有很大的助力。

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  这里就不考虑过于科幻的大型和超大型动力机甲了,仅从单兵机械外骨骼来看,电池似乎是唯一比较可靠的动力来源,但是我们之前说过,过重的电池和信息化装备已经成了压倒步兵的最后一根稻草,而目前电池的技术水平放到机械外骨骼这种对动力可靠性和续航力要求都非常高的载体身上,实在没法达成一个令人满意的结果。以目前的技术水平,有些机械外骨骼实验的时候还拖着电缆,更不要说满足军方对可靠性和续航力的要求了。

另外,各国研究外骨骼的最终目的,是要开发出一种类似于“钢铁侠”一样的全面防护装备,达到真正的刀枪不入,而且还能挂载多种武器,满足各类战场需求,提高单兵火力。当然人类穿上外骨骼作战缺点还是很多的,比如电池续航能力不足,很容易导致半路抛锚,外骨骼就会成为累赘,严重的话真的会变成非战斗减员。因此最好的办法是开发出人形机器人来替代外骨骼,或许在不就的未来真的会出现科幻电影中的“超级战士”,到时候未来交战模式真的会改变。

  ▲上图:电影《明日边缘》中,阿汤哥穿着的这身外骨骼装甲,届时士兵将有“四手相助”,除双手外,还有额外的“机械臂”使用单兵电磁轨道炮和“金属风暴”多管武器系统压制敌军重型部队,起到“一骑当千”的效果。
下图:电影《明日边缘》的外骨骼装甲设定稿,两支辅助臂分别携带了多管榴弹炮和重机枪,火力堪比“轻型坦克”。

  让我们来看看这一款由洛克希德·马丁公司推出的可大幅度增加士兵负重能力的金属骨架。这种新型装备全称“人类负重外骨骼”(简称HULC),是一种能够通过提供外力来满足士兵对机动性和支撑性需要的机器人技术装备。

人体外骨骼已经装备部队测试。巨型机器人出现在战场只是时间问题。

  片中的外骨骼装甲配备有2支辅助臂,分别可搭载包括单兵电磁轨道炮、“金属风暴”多管速射武器、重型榴弹炮等多种重火力武器,配合双手搭载的其他武器,可以达到“四手同时开火”的效果,单兵火力几乎与轻型坦克不相上下,对此人们可拭目以待。

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实际上人体外骨骼技术已经基本成熟,现在已经出现在各大国特种部队进行测试。美国全面装备军队估计就是这几年的事。

  洛·马公司介绍称,HULC系统的最大负重量可以达到90.7千克,据介绍,HULC是一种模仿人体结构特点设计的外穿型机械骨骼,内部配备有液压传动装置和可像关节一样弯曲的结构设计,不但能够直立行进,还可完成下蹲和匍匐等多种相对复杂的动作。

(美国Revision公司外骨骼)

  这款看起来非常完美的机械外骨骼由于总重七公斤的电池性能的限制,只能在负重状态下支撑一个小时,它也许可以满足后勤部队和炮兵的需求,但是身处前线的步兵是没法接受续航力不足的机械外骨骼的。

美国综合特种作战司令部(SOCOM)称,将开发名为“TALOS”的超级盔甲,并计划在2018年前完成开发。TALOS人体盔甲是MIT科学家正开发的一款外骨骼装甲,可让士兵抵御子弹、榴弹片和其它攻击,命名叫Tactical
Assault Light Operator
Suit。这款盔甲部分是由凯芙拉制造,同时加入了一种可在液态和固态之间转变的材料。使用这种方法,盔甲在穿戴时可保持柔软,而在受到袭击时就会变硬。TALOS的创造者称这套盔甲堪比钢铁侠的那套,因为它不仅会保护你,也会提高你的速度,增强你的力量。

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(韩国超级盔甲)

  遗憾的是影视作品中对机械外骨骼的动力也没有什么理想的方案,大多数时候都是用黑科技来解决,但是就算强如钢铁侠,在作战的时候也会因为发射武器过多或者飞行太久而出现动力不足的窘状,看来动力和能源,才是目前制约机械外骨骼发展最大的问题。

上图为韩国超级盔甲,韩国陆军计划在2026年完成自己超级盔甲的研制,现在正由韩国国防科学研究所(ADD)与三星泰利斯等进行相关的研究开发。

  说了这么多机械外骨骼需要解决的问题和机械外骨骼自身还需要解决的问题,其实现在已经出现了一种新的趋势—机器的智能化和无人化,这点从一些影视作品里也能看出些名堂,比如钢铁侠旗下可以自主作战的无人钢铁战甲和环太平洋2里面不需要驾驶员亲自上阵可以远程操控的新一代机甲。

以上只是拿韩国和美国的超级盔甲作为案例,实际上外骨骼装甲各大国都在研制,最远不会超过20年就会全面装备世界各大国军队。

  换句话说如果可以研制出堪用的步兵机械外骨骼,那么同等条件下,把人体所占的空间替换成机器,就一定可以研制出比装备了机械外骨骼的步兵更强大的战斗机器人,所以,未来的机械外骨骼,到底是增强步兵的机甲,还是食之无味的鸡肋?让我们拭目以待吧。(本文图片均来自网络)

巨型机器人受制于动力和实战需求的限制,目前研制进度缓慢。不过未来的无人化战场,巨型机器人全面装备部队只是时间的问题,在将来大国的战场上,将会很少看见人类的踪迹,绝大部分的装甲车辆和战斗飞行器甚至包括海军舰艇都会实现无人化、智能化。这些人工智能装甲车辆、飞行器、海军舰艇其实也是巨型机器人的一种。

  “科普中国-军事科技前沿”原创作品,转载请注明来源。

至于类似高达这样的拟人巨型机器人,在地球战场上应该永远不会出现。而代替坦克、装甲车的四足、六足机器人在相关技术成熟以后,应该会大面积装备军队。

下面为我所作的陆战机甲实战模拟推演,可以看到四足、六足机器人在取代现有装甲车辆这方面还是有很大优势的。

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