“粉碎者”:技术超前的无人战车
- 来源:轻兵器
- 关键字:粉碎者
- 发布时间:2010-04-16 15:57
UPI计划：由“旋转者”转型为“粉碎者”
“粉碎者”并非一项一蹴而就的开发项目，它随着时事的变迁而转型——其原型是2001年美国国防部启动的无人地面作战车辆(UGCV)计划中的“旋转者(Spinner)”无人车。可以想像，如果没有“9·11”事件及其后的反恐战争，当年美军的这一计划将研制出替代重型装甲车的未来地面作战平台。然而，历史不允许假设，同年爆发的“9·11”事件彻底改变了美国陆军的军事战略走向，美国陆军自此走上轻型化、特种化、无人化的转型之路。正是在这种背景下，DARPA等研究机构预便纷纷先于军方展开未来无人作战平台的预研工作。随后，美国军方为应对可以预见的漫长低强度战争及冲突，遂加速了未来战斗系统(FCS)项目的研制、装备进程。为满足军方未来的作战需求，DARPA联合陆军，以“旋转者”无人车为基础，于2004年7月启动了一项名为“UPI(Ugcv-Perceptionfor Off-Road Robots Integration)”的技术验证项目。UPI意即“无人地面作战车辆感知及越野机器人整合”项目，项目通过对各种新技术和战术的验证，以帮助军方开发符合未来作战需求的无人战车。2004年底，美国军方选定拥有先进智能机器人研制经验和技术基础的卡内基·梅隆大学国家机器人技术中心(NREC)为主研机构，并以爱尔兰Timony技术公司、美国CTC技术公司、SAFT电池公司以及波音公司地面系统分部等在新材料、车载电子系统、动力系统等领域颇有建树的知名企业作为这个项目的子承包商，共同展开“粉碎者”无人战车的开发工作。
作为一款验证军用智能作战机器人技术的技术平台，与现役战场无人作战平台相比，“粉碎者”加大了对新动力、新材料和新技术的应用，为未来10～15年内智能作战机器人真正走向战场进行探索，体现了目前作战机器人技术的最高水平。以DARPA要求UPI项目须达到的技术指标为例：样车必须采用先进的动力和悬挂系统，一次能源补给后的行程在450km以上，全系统自维持时间不少于14天；样车的基本负载模块与全系统质量的比例小于25％，负载模块可选配，且输出功率不低于10千瓦；拥有不低于现役无人作战平台的越野、越障能力；具有较高级的人工智能以及网络中心站功能，能够独立遂行巡逻、侦察等简单任务。正是在这些指标的指引下，NREC会同各子承包商在两年时间内开发出这款“粉碎者”无人战车。
技术性能特点
通过对比可以发现，“粉碎者”和“旋转者”在外形、尺寸上具有很大的相似性，只是后者两侧有明显的裙板，而前者没有。另外“粉碎者”在“旋转者”的基础上，采用了全新的车体结构和材料，在很多性能指标上都超越了原型车。
车体结构和底盘 “粉碎者”车身低矮，酷似一部未装配完成的中型车辆底盘。全车采用成熟的6×6轮式底盘驱动，柴油发动机后置。柴油机的进、排气口都置于发动机后部，而且为适应涉水潜行的需要，进、排气口皆可被密封。为满足对全车质量的严苛要求，车体采用多种高强度新型材料制造，如车身框架由CTC公司研制的高强度铝合金制成，车体前部的鼻形防撞缓冲器由钛合金制成，悬挂和减震系统则由高屈服强度系数的钢构件制成……多种措施使全车自身质量控制在6.5吨左右。
“粉碎者”在车体结构上不同于以往轮式无人车辆的一个突出特点还在于，其车体前部带有防撞缓冲装置。此鼻形缓冲装置设在车体正前部，主要功能就是防止车辆自主高速行驶时与障碍物的撞击对前轮悬挂系统和车内设备的损害。以往无人车辆或者因为智能化程度不高，需要操纵人员全程监视运行状况；或者由于车辆自身质量较小、行驶速度较低，无须采用类似装置。而“粉碎者”自身质量约6.5吨，加之其动力强劲，高速行驶时的防撞击问题遂成为焦点问题之一。
为克服实心轮胎行驶时的颠簸对车载精密设备的影响，车身两侧轮胎并未采用轻型、小型无人车辆上常用的实心轮胎，而是采用直径1.2m的失压续行轮胎，既可根据车辆行驶的地面状况调整轮胎内的气压数值，提高燃油效率以实现较远的续航里程，又可在遭到弹丸或弹片贯穿后，继续保持迅速机动能力。另外，每只车轮的独立悬挂装置都被密闭在车体两侧突出的防尘、防水密封盒内。
“粉碎者”车体上方的空间为负载区，其体积远比一般中、小型无人车辆大，可加装大尺寸负载模块。
技术性能指标 与现役各类无人车辆相比，“粉碎者”是个名副其实的大家伙。全车自身质量约6.5吨，其基本负载模块的质量达到3.63吨，基本负载模块／系统总质量比达到36％，远高于UPI要求的25％。车体全长5.11m、宽2.59m、高1.52m，在车轮压力适中的条件下，底盘距地面约0.4m。
主动力系统采用一台60千瓦的低温增压柴油机，其燃气排出温度不超过300℃，10m范围内噪声低于57分贝，可在7秒内将整车从静止状态加速至41.8km／h。副动力系统由SAFT公司的锂离子聚合物电池包组成，输出功率为18.7千瓦，能支持全车不低于60分钟的全速行驶。
其之所以重视车辆的电驱动能力，源于陆地战场具有探测、交火距离近以及环境复杂等与海、空作战模式和环境显著不同的特点，加之近年来战场监控系统的完善，以红外搜索与跟踪(IRST)系统为代表的被动探测手段兴起，低噪声、低红外辐射的电驱动越来越成为各国陆军看好的先进动力驱动方式。
该车的转向控制系统把轮式转向方式和滑动转向方式结合起来，而滑动转向方式以前只用于履带式车辆。高速行驶时，车辆可以利用传统的轮式转向；低速行驶时，转向系统会对两边车轮的速度加以控制，使两侧车轮产生速度差，实现滑动转向，从而使车辆在类似于城市战环境的狭窄空间内具有更好的机动能力。
在越野、越障能力方面，“粉碎者”也有不俗表现。它可以攀爬40°的斜坡、在30°侧斜的陡坡上正常行驶，在独立、高度可调的悬挂系统的帮助下可轻松翻越1.22m的矮障，能越过2m宽的堑壕和深沟。
为验证未来无人平台战术，“粉碎者”也具备多种控制手段，如无线电摇控、智能全自主控制等。
人工智能的先行者
与二战时期全凭人类控制的机械化作战平台相比，配备了现代计算机技术的信息化作战平台在更好地发挥装备性能方面，取得了极大的成功。然而，机器终归是机器，即便是拥有超强记忆能力、高速计算速度的电子系统，在情况瞬息万变的战场上也略显笨拙。而研制“粉碎者”的一个重要目的正在于验证并发展当前的人工智能技术，以期引领未来无人作战平台的发展。虽然在计算机技术未取得突破性进展的当代，希望通过“粉碎者”的开发使系统具备类人的思维、判断能力仍属梦想，但DARPA和NREC的技术人员仍希望通过各种技术手段，使“粉碎者”的智能尽可能地达到更高水平，拥有一定的“自主判断”、“自主学习”的能力。
“粉碎者”的人工智能系统由NREC负责开发。该智能系统由高性能计算模块、存储模块、数据分析融合模块和车载多功能传感器构成。作为一个能自主行驶的高智能无人平台，使车载控制系统能够“感知”外部环境，灵活应对运行过程中的各种情况，遂成为巨大的技术挑战。在当前信息技术仍未获得突破性进展之时，各类传感器，如可见光、红外、紫外、声、压力等传感器，只是将外界的变化情况转化为磁存储介质上的高低电平。传感器本身不能判断外界环境性质，比如在车辆行驶过程中，遭遇到一堵无法翻越的土墙或是一丛同样高度、颜色的枯灌木丛时，单一类型的传感器无法判断两者的区别，而其他频段的传感器即便能探知障碍物的区别，也会因与另外的传感器感知结论相矛盾而使控制系统陷入混乱。而“粉碎者”的控制系统通过复杂的多光谱彩色图像分析算法、数据融合和经验匹配的方式，使车辆在预判外界环境、自主决定行动方式上具备了一定的智能水平。
仍以上述场景为例，“粉碎者”载有彩色可见光、红外和紫外等多种传感器，在行驶过程中，探路雷达在远距离发现行驶路径上的障碍物后，各类传感器就会对障碍物进行扫描，扫描结果经处理器使用复杂图形分析算法处理后，判断出障碍物性质，比如，障碍物是否坚硬无法穿越等。通过对多传感器数据的融合处理，“粉碎者”已具备判断环境中各类自然物体的能力。比如，在上述场景中，“粉碎者”在遇到灌木丛时会径直驶过，而面对尺寸相似的土墙时，则会避而远之绕道而行。
此外，“粉碎者”除通过本身传感器获得外界信息外，还可通过数据链接受卫星、无人侦察机发回的高解析度图像资料，用于在更大范围内判断前方情况。同时，“粉碎者”还能将遭遇到的各种情况、场景特性等信息记录下来，下次再遇到类似情况时，根据以往经验采取相应的运作，即具有一定的学习和经验积累能力。
“粉碎者”智能系统的另一个挑战则是对城市战环境的判断以及如何具体行动。城市战环境中，地形更加复杂、道路曲折，加之人员车辆等动态障碍出现，使其面临着比野外环境更为困难的技术挑战。对无人作战平台而言，在城市战环境中，目前迫切需要解决的是对敌我双方作战人员的识别。事实上，战场上的误击原本就是一种极难杜绝的现象，即便在冷战后爆发的几次重要局部冲突中，大型有人作战平台普遍配备有目标识别装置，仍不能彻底根除因识别设备偶然失效而造成的误伤事件。随着作战机器人走向战场的步伐越来越快，与敌方战斗员直接交火自然也无法避免。“粉碎者”的出现，正担负有探索无人作战平台未来如何直接进入战斗角色的重任。
据NREC介绍，“粉碎者”仍将利用多种传感器模块以及数据融合能力，提高对单兵等个体目标的智能鉴别能力。对于单兵这样的个体对象，即使为其配备敌我识别器也无法完全解决问题，而且在城市战环境下，敌、我、友、平民混杂，只为我方、友方的单兵装备敌我识别器，无人平台仍无法将敌方武装人员与平民作有效区分。因此，“粉碎者”的智能鉴别能力将重点放在对人员脸部、肤色和衣着等特征的识别上。
客观上，“粉碎者”也有“变聪明”的需要。以往，小型无人作战平台主要依赖半自动的操纵方式，操作者在显示屏前通过无线信号实时获取平台所处环境的信息，并以此作为控制机器运行的前提，这在中、近距离内没什么问题。但对于像“粉碎者”这样的大、中型无人作战平台而言，由于其续航里程较远、自维持时间也很长，仍沿用半自动的操作方式不再现实；而且身处前方的无人车如果经常采用大功率无线信号与后方联系，也容易被对方探知。因此大、中型无人平台需要具备更高的智能水平，研制团队为“粉碎者”开发了一套低功率低带宽无线通信系统，用于远距离通信。
结语
根据NREC和DARPA的规划，现已制成的两辆“粉碎者”样车将陆续完成一系列技术验证项目，最终发展出一种更加智能化的车载控制系统，它能最大限度地减少人为干预，自主完成指定任务。用美陆军军方高层的话说，如果这一项目按预期顺利进展，那么在未来5～15年内，新的更加智能化的无人地面平台将真正走上战场。
编辑／刘兰芳
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