从遥遥领先到渐渐落后,中美地面与水上无人武器,系统研发对比
前言
依据操控模式的不同,无人武器可划分为人工操控、半自动操控与全自动操控三个主要类别。其中,人工操控模式与大众所熟知的无线电遥控原理相近,区别在于技术的革新已让操控距离突破了视线限制,实现了视距外操控;而半自动与全自动模式则借助不同等级的软件程序和导航设备,让无人武器具备自主航行、飞行及规避障碍的能力,这也正是无人武器系统发展的核心所在。
在无人武器领域,无人机是最早被应用于军事领域且成效显著的装备,随着计算机技术与人工智能的不断发展,无人机已从最初需完全人工遥控的侦察机型,逐步进化为如今具备自动导航功能的全能攻击机型。
然而,地面无人系统的发展进程却落后于无人机领域,主要原因在于地面环境的复杂程度远超空中与海面,且人工智能技术尚未取得突破性进展,难以应对复杂的地面场景。不过,随着信息技术的飞速发展,这些难题正逐步得到解决。各国军方预测,在2020年至2030年期间,将会有大量无人武器投入到冲突作战中。无人武器拥有极强的战场适应能力,既能够独立执行作战任务,也可以与其他装备协同作战;既能够单独使用,也能够集群部署,并且在各类气候条件、不同作战方位以及复杂环境下均能正常运作。这一特性使得进攻方的作战手段更加灵活多样,同时也迫使防御方不断丰富作战方法。此外,随着未来各类无人装备在种类和数量上的大幅增加,战争将呈现出非接触、零伤亡的特征,这无疑会对传统的作战理念和作战形态产生强烈冲击。显然,当代军事力量正处于即将发生革命性变革的关键时期。
一、美国陆军无奈选择后勤无人系统
美国陆军一直对非接触、零伤亡类型的武器装备有着浓厚兴趣,并始终将地面无人武器列为重点发展项目。此前,美国已对多种地面无人武器进行了试验,但后来由于军事预算大幅缩减,导致未来战斗系统计划几乎停滞,再加上地面无人武器系统在研制过程中出现了调转枪口攻击人类的故障,许多地面无人武器发展计划被迫终止。截至目前,美军尚未正式列装任何一款配备武器的地面无人系统。不过,随着美军士兵携带的夜视仪、个人通信设备以及定位系统等装备日益增多,电子设备数量的增加也带来了新的问题——电力供应不足。每款电子设备都依赖电池供电,无论电池容量多大,总会有耗尽电量的时候。
由此,士兵们不得不面临电池更换或充电的问题。据统计,美军士兵在作战期间平均每天需要消耗140块电池,而一次24小时的作战任务中,所用电池的总重量高达155磅。因此,美军迫切需要一套移动充电站解决方案。洛克希德公司抓住这一机会,利用此前积累的研究经验和技术,研发出了“班级任务支援系统”。该系统以技术成熟的六轮全地形车为基础,具备浮水渡河能力,车体长度为11英尺,重量达2000磅,可由黑鹰直升机吊运,或装载于CH-47、CH-53直升机的货舱内运输。其载重量为1000磅,最高行驶速度为每小时25英里,续航里程为125英里。由于无需配备武器,该系统的研发经费投入相对较低。
这款地面无人系统的设计初衷是为9至13人的作战班组提供支援,主要负责协助承载士兵的装备以及为士兵的装备提供充电服务。在配备足够数量的充电器后,该系统可在10小时内为146块电池充满电,必要时还能承担伤员后送任务。“班级任务支援系统”的核心功能是自动驾驶,开启自动驾驶模式后,无需额外安排人员操控,士兵也不必分心关注车辆状况,可专注于战斗任务。该系统设有三种行驶控制模式,分别是监督自动化模式、联网远程控制模式和全手动驾驶模式。其中,监督自动化模式的技术水平最高,其传感器组件能够锁定某名士兵的3D数字轮廓,随后跟随该士兵行进,并沿路径规避障碍。
要实现这一功能,必须依靠精度极高的先进光学感应设备和识别软件。此外,若被锁定的士兵因特殊情况(包括伤亡)离开,系统可随时切换锁定目标,将另一名士兵设为跟随对象,不会出现停滞或程序混乱的情况。即便所有士兵都伤亡,系统也能凭借自身配备的GPS定位系统自主后撤或返回营地。该系统在出发后会自动记录行驶路径,并储存相关数据,作为返航时的参考依据。2011年7月,该系统被部署至阿富汗进行战场评估,这也是具备高度人工智能的地面无人系统首次投入前线战区。美军对该系统的需求数量超过4000辆。
二、中国陆军选择战斗无人系统
中国在地面无人系统领域的起步虽比美国稍晚,但发展速度并不缓慢。早在2009年,国防科技大学就已研发出载重量为100千克的四履带侦察排爆地面无人系统。2014年7月27日,中国兵器地面无人平台研发中心正式成立,此后,中国地面无人系统的研发速度不断加快,各类小型军警用无人地面平台相继问世。中国陆军每年都会举办一次无人平台挑战赛,吸引了众多富有创新理念的产品参与,为后续地面无人系统的发展奠定了坚实基础。在2018年珠海航展上,中国兵器工业集团展示了7种无人作战车辆,涵盖了配备12.7毫米机枪和反坦克火箭筒的履带式纯电力驱动地面无人系统,以及装备30毫米自动炮的履带式侦察作战地面无人系统。
中国北方工业公司研发的锐爪1型小型履带式无人战车和“锐爪”2型无人战车,最初是为外贸市场设计的,但凭借出色的性能获得了军方认可,目前已列装中国人民解放军东部战区。锐爪1型无人战车与美军曾出现调转枪口攻击人类故障的“魔爪”无人战车外形相似,其重量仅为120千克,可安装轻机枪或自动榴弹发射器,并携带集成式侦察设备,主要配发给班/排级步兵分队,用于执行近距离侦察任务以及歼灭建筑物、坑道内的敌人。该战车的操控范围为1千米,具备三通道信号传输能力,能够有效抵御电子干扰。
不过,锐爪1型无人战车体型较小,仅能在近距离范围内移动,因此中国研发了与之配套的“锐爪”2型无人平台。“锐爪”2型无人平台的后部设有一个储物舱,既可存放步兵班组的装备和物资,也能搭载锐爪1型无人战车,锐爪1型无人战车可通过倾斜的滑道进出储物舱。“锐爪”2型无人平台重量约为1000公斤,采用6×6独立弹簧悬挂轮式全地形车技术设计,配备菠萝纹宽胎,能够在山地、丛林、岸滩、沙漠、草原、雪地等复杂特殊地形行驶。该平台安装了白光、红外和激光探测系统,具备远程遥控和自主通行能力,拍摄到的画面可实时回传至控制站,并且支持语音指挥、手势指挥、人员伴随等多种操控模式切换,其功能与美军的“班级任务支援系统”极为相似。
此外,“锐爪”地面无人系统采用模块化设计,可根据实际需求更换任务模块,既能执行战场侦察、巡逻和突击任务,也能运输弹药,还可开展自主战场救护、自主边境巡逻等工作,性能与美国“班级任务支援系统”相差无几,但价格却低廉得多。以无人机为例,美军一套包含装备、后勤、训练等服务的“捕食者”先进无人机,平均每架成本超过3000万美元,而功能相近的中国翼龙无人机,售价仅为100万美元。“锐爪”地面无人系统的单价仅需几千美元,而洛克希德·马丁公司粗略估算,“班级任务支援系统”量产后的单价约为每辆20万美元。
三、美国海军无人船
若从技术风险和成熟度的角度进行评估,水面领域将先于地面领域,成为无人武器下一个快速发展的领域。早在1985年,美国就在海军研究办公室的主导下,开始研发“猫头鹰二型”小型无人船,并曾在1998年5月的“98河川共同作业演习”中投入使用。2000年10月12日,美国海军“科尔”号驱逐舰在也门遭遇袭击,这一事件促使美国海军更加重视无人船的发展与应用。2003年,“斯巴达斥候”无人船被部署到在波斯湾巡航的“盖茨堡”号巡洋舰上进行测试。
“斯巴达斥候”计划始于2001年,是由美国国防部主导、海军水下作战中心负责督导的“先进概念技术展示”计划的一部分。该计划所使用的载体为两种硬件充气小艇,长度分别为7公尺和11公尺,载重量分别为3000磅和5000磅。小艇的基本武器为一挺遥控12.7毫米机枪,此外还可配备各类光电、红外线侦察监视传感器以及搜索雷达等设备。不过,目前在无人船市场发展中处于领先地位的是拉斐尔公司,该公司研发的“保护者”无人船堪称技术最成熟的产品,以色列军方是其首个客户,将该无人船用于沿岸、港口的巡逻以及反恐等任务。新加坡海军也是“保护者”无人船的使用者,其“决心”号两栖登陆舰上就配备了该型无人船,用于协助保护海域内的钻油平台。
2007年,美国海军发布无人系统发展规划文件,其中明确界定了无人水面艇在军中承担的七类任务,涵盖反水雷作战、反潜侦察、海上安全维护、水面攻防、特种行动支援、电子对抗以及协助海上封锁等。与此同时,该文件还规划了美军后续所需无人水面载具的四个等级与类型,分别是「X」级、「港口」级、「史诺克/浮潜」级和「舰队」级。其中,「X」级属于3米长的小型功能限定载具,可通过常用的11米硬壳充气艇投放;「港口」级由标准7米硬壳充气艇改装而来,能够根据需求加装武器系统;而7米长的「史诺克/浮潜」级为半潜式设计,核心任务包括反水雷、反潜及支援特定特种作战。
四类载具中体型最大的是11米长的「舰队」级硬壳充气艇,其原定作为濒海战斗舰的标配装备。早在2006年,拉斐尔公司便联合BAE系统与洛克希德·马丁组建团队,向美军推销"保护者"无人艇,试图争取成为濒海战斗舰的标准配置。不过,通用动力公司机器人部门已于2008年5月交付两艘自主设计的「舰队」级载具,另一家企业AAI也在2009年年中提交了专属设计方案,并携其产品参与了2011年美军"三叉戟战士"实战演练。但该型载具始终未能列装部队,部署进程受两大因素制约:一是美军将其定位为「任务模块」,功能需依附于主战舰艇展开;二是强制要求保留有人操作选项,这一限制严重束缚了设计优化与配置灵活性。
四、中国海军无人船
中国在无人水面艇研发领域不受此类限制,中船重工研制的JARI-USV无人导弹艇实现了技术突破,该艇可由船坞登陆舰等舰船搭载至远海,通过遥控或自主模式执行对海打击、防空拦截、反潜搜索等多元作战任务。其搭载8枚导弹与2枚鱼雷,最大续航里程达500海里,综合战力远超以色列同类产品。民营企业云洲智能也推出了"瞭望者II"无人导弹艇,该艇尺寸仅为JARI-USV的一半,排水量3.7吨,配备1座4联装导弹发射装置,射程5千米,可承担海上巡逻警戒、打击敌方中小型舰船及近岸精确打击等任务。得益于小巧的体型,其隐身性能远超有人驾驶导弹快艇——中国海军200吨级的022型隐身导弹艇雷达反射面积已堪比独木舟,曾在实战对抗演习中,于敌方数十部雷达的严密监控下穿梭自如,即便暴露行踪,也能使敌方大批来袭导弹因难以锁定而失效。
022型导弹艇已具备显著隐身优势,而体积仅为其几十分之一的无人导弹艇,隐身性能无疑会提升数十倍,且制造成本大幅降低。集群作战是中国无人导弹艇的核心发展方向:2014年8月,美军曾开展无人艇"蜂群"作战演示,动用5艘自主控制艇与8艘遥控艇围攻"敌舰"并完成任务,随即宣称取得重大技术突破;而中国云洲智能在南海万山群岛附近的试验中,一次性投入56艘全自主控制无人快艇,实现了高精度编队协同,技术水平较美军的所谓突破领先一个量级。
三、结语
显然,中国在无人系统核心的机器人技术领域已实现对美国的超越,其计算机操控环境及无人驾驶车辆管理系统的软硬件均已达到成熟状态,而美国则呈现技术滞后态势。当前中美机器人技术的竞争格局,与70年前英美航空技术的较量高度相似:英国率先发明喷气发动机、喷气战斗机与喷气客机,20世纪50年代其战斗机远销全球数十国,但最终因资金匮乏导致技术衰退,被美国后来居上。
如今的美国正重蹈覆辙:F-35战斗机故障频发,"福特"号航母延期数年才勉强服役,"朱姆沃尔特"级驱逐舰更是陷入实用化困境。尽管美国年度军费高达7000亿美元,但资金使用效率极低:他国地面无人系统单价仅数千美元,美军同类装备却达20万美元;他国055型万吨驱逐舰造价8亿美元,美军同类舰艇则需40亿美元;他国隐形战斗机单价数千万美元,美军则高达2亿美元;他国军人月薪约1000美元,美军却达4万美元。如此计算,美国7000亿美元军费的实际效用尚不及他国2000亿美元。若美国想维持军事科技领先地位,军费规模或需增至2万亿美元,否则其军事科技必将重蹈英国航空技术的没落覆辙。这也难怪美国战略技术办公室主任蒂姆·加里森坦言:"要为敌人技术领先美国的时代做准备了"。
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