美国智库CNAS发布“超级战士”报告之《新兴技术》

         1023日,美国智库新美国安全中心(CNAS)发布超级战士系列报告之五《新兴技术》[1],重点分析了未来可能提高士兵生存能力和作战效能的若干颠覆性技术领域,包括新材料、护甲和外骨骼、机器人、轻型作战能源技术,并向美陆军提出了针对性的发展建议。CNAS超级战士系列研究始于20184月,回应了为美国陆军研究实验室所做的关于士兵生存能力下降的研究结果,提出可以通过改变策略、改善设备和利用新兴技术提高士兵的生存能力。系列报告包括《提高作战人员生存能力的策略》、《现代士兵保护》、《士兵应对爆炸防护》、《士兵的重负荷》、《新兴技术》以及即将发布的《人类机能增进》及《调查结果和建议总结》。

  《新兴技术》报告重点研究了可能提高士兵生存能力和作战效能的4个技术领域。

  一、新材料

  当前的防弹衣包括硬防护和软防护设计。理想的防弹衣应具备较高的硬度、韧性和强度。潜在前沿技术材料如下:

  1金刚石。金刚石硬度极大,且比很多当前防弹衣材料更轻质,是非常有潜力的硬防护材料。

  2、二维聚合物。二维聚合物可以堆叠成互锁片层,提供更高的强度。当今最具发展前景的二维聚合物之一是石墨烯,其具有轻质、柔韧和高强度等特点,是目前已知的最轻、最薄、最高强度的化合物。

  二、护甲和外骨骼

  护甲和外骨骼通过转移负重或缓解疲劳等方式,为士兵提供机械辅助,增强其承重能力、防弹能力,并提升其运动的容易程度和持续时间。关键技术领域如下:

  1动力。使用电池作为动力来源面临电池重量难题,使用小型气动发动机则又面临噪声问题,燃气电力混合动力系统可能成为最佳解决方案。

  2、控制。当前研究和设计主要局限于在平地上行走和奔跑等动作的控制,但士兵必须具备实施全方位战斗动作的能力。因此,确保外骨骼和护甲能在不妨碍士兵自然运动的情况下为其提供协助至关重要。

  三、机器人

  机器人可用于减轻士兵负重、提高其运动能力,并为其提供额外的态势感知、杀伤力和防护。技术趋势和局限性如下:

  1自主性。当前技术已能让无人机实现完全自主运行。但对于地面机器人而言,自主运行则是一个更富挑战的问题。不过,随着人工智能技术的发展,更先进的自主感知和决策将成为可能。

  2、动力。未来一段时间,动力问题仍将是机器人发展的限制因素。较大型系统(如小队任务装备运输系统)可使用内燃机提供动力,但噪声较大;较小型系统(如微型无人机)使用电池提供动力,但电池技术发展较慢,依靠较大型系统作为充电站或将成为一个潜在解决方案。

  四、轻型作战能源

  战场技术的能源需求是妨碍士兵减负目标实现的重要制约因素。减轻士兵的能源负荷可以通过提高技术效率或者减少能源本身的重量来实现。可能的技术方案如下:

  1可靠地延长电池寿命。近年来,电池技术非军事应用开发取得了一定进展。除锂离子电池外,当前还有很多其他电池技术可带来逐步的性能提升:锂空气电池的成本和重量都低于锂离子电池,但相关技术还需要510年才能发展成熟;英国政府正致力于锂硫电池研究,其能量密度高于锂离子电池。

  2、新型电力解决方案纳米技术的进步可能带来新的电源方案。热光伏系统能将热量转换为电能,与产生热能的放射性同位素电源结合使用,可形成小型、超长持久电源。该技术具有热屏蔽特性;不过,放射性同位素电源虽然具有较长耐久性,但其性能也会在几年后衰减。

  3、远程充电。机器人队友远程供电设备也可成为班组的能量源。利用磁场的无线非辐射电力传输能在数米内的短距离提供几十瓦级的低功率电力。

  4、集成电源。集成电源解决方案可以通过将电池直接集成到士兵设备中来减轻重量。新型锂离子纤维可以将电池编织进现有作战服中,或制成能为设备充电的新战服。目前,该技术仍在接受安全性测试。

  5、太阳能。美国海军开发的海上简易巡逻系统已得到验证。系统由9×14英寸的太阳能电池板及重量不足1.5千克的可充电蓄电池组成,可在更广泛范围内捕获太阳能,突破50%的光电转化效率门槛。

  6、能量采集。士兵运动本身也是潜在的能量源。加拿大仿生电力公司开发了PowerWalk动能采集器系统,可以利用士兵在战场上的运动给电池或设备充电。此外,背包也能改装成士兵运动能量采集器,该系统已于2015年接受了人体工程学测试。

  7、生物电池。生物电池是由有机化合物驱动的电池。人体在运动过程中会产生乳酸。生物电池皮肤贴片可以捕获人体释放的乳酸并将其转化为能量,为iPodGPS或健康监测设备等小型设备供电。士兵的汗水也可以用于为穿戴式健康追踪器或其他小型设备供电。 (徐婧)

 

  


 

[1] Emerging Technologies. https://www.cnas.org/publications/reports/emerging-technologies-1

原文始发于:美国智库CNAS发布“超级战士”报告之《新兴技术》

 

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