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英国重点发展海军无人系统。
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SWORDS作战机器人准备奔赴战场。
2005 年,在国会的压力之下,美国国防部把牺牲军人家庭补偿金提高了数倍。正是在这一年,美国出现了无人驾驶飞行器研制开支的第一个高峰。2009年4月初,巴拉克奥巴马取消了长达18年的传媒代表参加在伊拉克和阿富汗阵亡者葬礼的禁令。而2010年初,WinterGreen 研究中心公布了关于军用无人驾驶和机器人化装备的现状与未来发展的科学研究报告,报告预测此类装备市场将有显著增长(达98亿美元)。
目前,实际上所有的发达国家都在研制无人驾驶和机器人化装备,但美国的计划最为庞大。五角大楼希望到2010年前使全部战斗航空装备的三分之一实现无人驾驶,包括用于对敌境纵深实施打击的装备,而到2015年前全部地面车辆的三分之一实现机器人化。美国军队的远景理想是建立完全自主的机器人化部队。
空军
美国空军最早使用无人飞行器是上世纪40年代。当时,1946-1948年,美国空军和海军使用B-17和F-6F邑飞机执行所谓的“肮脏”任务——在核弹爆炸地点上空飞行,以收集当地辐射数据。到20世纪结束前,对能减少损失并提高行动秘密性的无人驾驶系统的需要显著增加。
例如,1990-1999年,五角大楼为研制和购买无人驾驶系统支出超过30亿美元。而911事件之后,用于无人驾驶系统的支出增加了数倍。2003年财年,美国无人机开支首次超过10亿美元。2005年又增加了10亿美元。
其他国家也在努力追赶美国。目前,41个国家装备超过80个型号的无人机,32个国家自己能生产并出售超过250个型别的无人机。美国专家认为,出口无人机不仅能支持本国军事工业,降低为本国军队购买的无人机的成本,还能确保多国行动中设备的兼容性。
陆军
至于为消灭敌人基础设施和部队而进行的密集航空和导弹突击,原则上已经不止一次地进行了演练。美军地面部队在历次战争和冲突中损失惨重。一战中美国损失53513人,二战中损失405399人,朝鲜战争中损失36916人,越南战争中损失58184人,在黎巴嫩损失263人,在格林纳达损失19人,第一次海湾战争损失383人,在索马里损失43人。美军在伊拉克的作战行动损失早就超过了4000人,而在阿富汗的损失超过了1000人。
机器人再次被寄予厚望,其在冲突地区的数量一直在增加:从2004年的163件增加到2006年的4000件。目前在伊拉克和阿富汗已动用超过5000件各种用途的地面机器人装备。同时,如果说在“自由伊拉克”和“不屈自由”行动最初陆军的无人驾驶飞行器数量有显著增长的话,那么目前在地面机器人技术装备的使用中也出现了相同的趋势。
尽管目前装备的大部分地面机器人用于搜索、探测和排除炮弹、地雷、自制爆炸装置,陆军司令部仍希望最近能列装能独立绕过固定和活动障碍并能发现300米以内的破坏者的第一批机器人
第3步兵师已经装备了第一批战斗机器人——特种武器观测侦察探测系(Special Weapons Observation Remote reconnaissance Direct action System,SWORDS)。还研制了能发现狙击手的机器人的原型。名为REDOWL(Robotic Enhanced Detection Outpost With Lasers)的系统由激光测距仪、拾音设备、热像仪、GPS接收机和4部自主摄像机组成。机器人根据射击的声音能以高达94%的概率确定射手的位置。整个系统只有3公斤重。
与此同时,不久前在“未来战斗系统”计划框架内研制了主要的机器人器材。该计划是美国陆军技术装备和武器大规模改进计划的组成部分。在该计划框架内研制了:信号侦察设备,自主导弹和侦察-打击系统,无人驾驶飞行器,侦察/监视车辆、打击/突击车辆、便携式邑和轻型邑工程与后勤保障车辆。
尽管“未来战斗系统”计划已经停止,包括指挥与通信系统以及大部分机器人和无人驾驶系统在内的新式武装斗争手段在新的旅战斗队改进计划中保留下来。2月底,美军方与波音公司签定了总额1380亿美元的一批试验型号的研制计划。
其他国家的地面机器人系统研制工作也在全速进行。例如,加拿大、德国、澳大利亚主要致力于研制一体化的侦察系统、控制与监视系统、新型平台、人工智能部分,提高人机接口的人体工学性能。法国在积极研制协同组织系统、杀伤兵器,提高自主性。英国正在研制特种导航系统,提高地面系统的机动性,等等。
海军
海军也没有被忽视,二战刚一结束,海军就开始使用无人舟艇。1946年,在比基尼环礁行动期间,核爆炸结束后,邑艇马上完成了收集水样的任务。60年代末,在一些装备八缸发动机的七米长的艇上安装了扫雷邑设备。这些艇部分隶属于第113扫雷艇支队。
后来,1997年1月和2月,RMOP(Remote Minehunting Operational Prototype)半潜式无人潜艇参加了为期12天的波斯湾反水雷演习。2003年,在“自由伊拉克”行动期间,为完成各种任务使用了无人潜水器,后来在美国国防部的未来武器与技术装备展示计划框架内,在波期湾进行了“斯巴达”无人艇 和“葛底斯堡”号巡洋舰联合侦察的试验。
目前,无人舟艇的主要任务是:
在航母打击编队行动区域、港口、海军基地等执行反水雷任务,此区域面积为180-1800平方公里;
反潜防御,包括监视港口和基地通道,在展开地区和向其他区域航渡时保护航母和打击编队。在执行反潜任务时,6具自主无人艇能够确保在36×54公里范围内活动的航母编队安全展开。同时作用距离为9公里的声纳能在展开的航母打击编队周围提供18公里的缓冲区域;
确保海上安全,保卫海军基地和有关基础设施免受所有可能的打击,包括恐怖袭击的威胁;
参加海上作战;
为特种作战部队的行动提供保障;
无线电电子战等。
为了完成所有任务,可能使用各种类型的邑、半自主或自主水面舟艇。除了自主程度外,美国海军还根据尺寸和使用特点,将所有在研的无人舟艇分为四类:
X级,3米以下的小型无人艇,用于为特种作战部队的行动提供保障和区域封锁。这种无人艇能进行侦察,为舰船编队的行动提供保障,可从11米长的硬式橡皮艇上投放;
“港湾”级,是在7米长硬式艇的基础上研制的,用于执行海上安全保障和侦察任务,此外,可装备各种致命和非致命武器。航速超过35节,自持力为12小时。
“斯洛科勒”级,7米长半潜艇,用于反水雷作战和反潜作战,为特种作战部队的行动提供保障。航速达15节,自持力24小时。
“舰队”级,11米硬体船,用于反水雷和反潜作战。航速32-35节,自持力48小时。
无人潜水器也分为四类:
便携式,直径7-20厘米,排水量小于45公斤,最大深度续航时间小于10小时,小深度续航时间为10-20小时;
轻型无人潜水器,直径30厘米,排水量225公斤,最大深度续航时间小于10-20小时,小深度续航时间为20-40小时;
中型无人潜水器,直径50厘米,排水量小于1350公斤,最大深度续航时间小于20-50小时,小深度续航时间为40-80小时;
重型无人潜水器,直径大于90厘米,排水量小于9000公斤,最大深度续航时间100-300小时,小深度续航时间大于400小时。
美国海军研制和装备无人艇的必要性是由海军和美军一系列官方文件确定的,包括《海上力量21》、《美国武装力量现状与发展前景全面评述》(2006)、《国家海洋安全战略》(2005)、《美国国家军事战略》(2005)等。
技术方案
无人机和其他机器人技术装备的发展得益于与自动驾驶仪、惯性导航系统和许多其他技术的问世相关的一系列技术方案。同时,能补偿驾驶员的缺位、让无人驾驶飞行器飞行的关键技术是微处理器和通信设备的研制。两种技术都由民用领域——计算机工业而来,使得在无人驾驶飞行器上能使用现代化微处理器、无线通信和数据传输系统,以及专业信息压缩和防护方法。具备这些技术是确保无人驾驶飞行器、地面机器人技术装备和无人舟艇拥有必要自主性的保证。
采用牛津大学研究人员推荐的相当直观的分类法,可将未来机器人的能力分为四代:
第一代通用机器人处理器的运算速度是每秒30亿个指令,相当于蜥蜴的水平。这种机器人的主要特点是只能接受和完成一项预先编程的任务;
第二代机器人的特点(相当于老鼠的水平)是适应性行为,即直接在执行任务过程中学习;
第三代机器人处理器的运算速度将达到1千万MIPS,相当于猴子的水平。这种机器人的特点是接受任务和学习只需演示或说明;
第四代机器人应相当于人的水平,即能思维和独立定下决心。
还有更复杂的无人机自主程度十级分类法。尽管有一系列的差别,在上述方法中共同的一点是MIPS分类标准。
发达国家微电子技术现状已经可以使无人驾驶飞行器在人的参与减到最少的情况下执行任务,但最终目标是用虚拟仿真全面取代飞行员,这种虚拟仿真具有同样的定下决心速度能力、存储容量和正确的行动算法。
美国专家认为,如果要使计算机的能力与人相当,那么这种计算机的运算速度应为100万亿次,并具备足够的内存。目前微处理器技术的能力仅为其十分之一。到2015年发达国家才能达到所需水平。同时在研处理器的小型化十分重要。
今天以硅半导体为基础的处理器的最小尺寸受其基于紫外线印刷的生产技术所限。根据美国国防部机关报告的数据,到2015-2020年前将达到0.1微米的极限尺寸。
与此同时,可以用光学、生物化学、量子转换装置和分子处理器研制技术代替紫外线印刷技术。他们认为,采用量子干涉方法研制的处理器,能将计算速度提高数千倍,而纳米技术能提高数百万倍。
未来通信与数据传输设备也十分受重视,它们实际上是成功使用无人驾驶器材和机器人的关键部分。而这又是有效改造任何一国武装力量和推进军事技术革命不可分割的条件。
美国武装力量发展机器人技术装备的计划十分庞大。不仅如此,五角大楼最大胆的代表梦寐以求的场景是,成群的机器人在为输出美国“民主”而进行作战,同时美国人自己舒服地躺在家里。当然,机器人已经在执行最危险的任务,技术进步也没有止步不前。但现在说打造能独立采取作战行动的完全机器人化的作战部队的可能性还为时尚早。
不过,已经运用以下最现代化的研制技术来解决正在出现的问题:
转基因生物聚合物,用于为无人机和其他机器人技术装备研制具有隐身性能的超轻、超坚固、弹性材料;
碳纳米管,用于无人机的电子系统。此外,用导电聚合物纳米粒子制成的蒙皮能用于为机器人技术装备研制动态迷彩系统;
微机电系统将微电子与微机械部分联为一体;
氢发动机,可降低机器人技术装备噪声水平;
“智能材料”,可在外部作用下改变外形(或具备一定的功能),例如,美国国防高级研究计划局正在为无人机进行可变机翼构想试验,取消目前安装在有人飞行器上的液压千斤顶和泵之后,无人机重量将大大减轻。
能保证信息储存装置研制向前飞跃的磁纳米粒子,它能大大扩展机器人化和无人驾驶系统的“大脑”。通过使用10-20纳米的专门纳米粒子,能达到4千亿比特/平方厘米的技术潜力。
尽管许多方案和研究目前在经济上并无吸引力,主要国家的军事领导人在未来机器人化和无人驾驶武器装备研制领域仍然正在采取方向明确的长期政策,他们不仅希望保全人员生命,使执行所有的战斗和保障任务变得更安全,还希望在未来研制有效的新式装备用于确保国家安全、打击恐怖主义和非常规威胁,有效采取当前和未来的各种行动。
作者:亚历山大叶甫盖尼耶维奇康德拉季耶夫(Александр Кондратьев)
编译:知远/蓝山
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