单兵多功能作战载具的造型设计研究文献综述

 2022-11-28 04:11

随着各类智能技术的发展,在未来战场上,各类作战载具将会使用非常多的先进技术来保证高机动性、高准确度、高存活率。李小鹿《从叙利亚战争看当今战争特点和未来趋势》中指出未来战争将会是高技术体系作战,在叙利亚战争中,美俄两国都进行了电子战、机器人战,运用各类先进技术帮助士兵提高战力。[1]张申也在《美国陆军武器装备的发展趋势》一文中提出,未来战争将会是高科技化、一体化的作战,未来的作战装备也将实现信息化、模块化、智能化。美国陆军近年来大力推动建立人工智能作战体系的工作。美军将人工智能、导航定位、传感器、生物特征识别、物联网、大数据等新一代信息技术应用于传统兵器中,目前在轻武器方面,美国陆军已经研制出一种傻瓜型智能狙击步枪,这种造价27000美元的狙击步枪,配备了一种微型电脑,这种电脑可提供制导扳机和目标锁定技术,即使是从来都没有使用过枪械的人也能在1200码的距离击中目标,精准度几乎为100%。[2]

近年来,世界各国也在进行着新型载具的研发工作。美军在2010年正式开始了“GCV地面作战车辆”计划,[16]希望设计出一款机动性更强、更加先进,防护能力更加强大,能够有效抵抗如阿富汗战争中给美军带来极大困扰的RPG和路边炸弹的袭击的新作战载具,美军期望使用GCV系列替代曾经的布兰德利和斯崔克装甲车,成为美军新一代的装甲载具。这款载具拥有更高的机动性,不仅自身的能耗更低、速度更快,还可以承担空降突袭任务。在武器方面,充分利用先进的智能化技术,搭载了模块化的自动加农炮、同轴武器和反装甲车辆制导导弹系统,并且可以在自动系统损坏的情况下手动操作。GCV计划满足了美军对未来战争中对模块化、智能化的需求,但使用先进技术带来的成本问题依然是其全面列装的首要阻碍。[6]

人工智能也可以用于作战机器人研发,各国军队将使用自主作战装备投入战场。美军目前已经大量使用无人机进行空对地作战,并且无人机在设计过程中可以不考虑驾驶员的生命维持系统设计,从而能够做出更多高难度的机动动作来提高打击能力和生存能力。在火炮方面,美军已经开始了“dragon fire Ⅱ”自主火炮系统计划,该系统可自动进行准确预测火力所需的载荷和弹道计算,在12秒内可以完成所有准备工作为前线提供火力支援。[17]美军曾在2017年第9届地面车辆系统工程技术研讨会上展出“TITAN”无人地面车辆(UGV),该车可以搭载救援设备或武器装备,可替代士兵完成危险战区的任务,减少士兵的损耗和牺牲。[15]以色列的“守护者”,俄罗斯的“天王星”等无人地面车辆都已经进入了成熟阶段。[14]朱成贤在《智能无人战车在未来作战中的应用研究》对无人战车的作战方式进行了详细的叙述,无人战车在未来可以用于前线突防作战、敌后隐蔽作战、侦查巡逻作战以及地空一体化作战,人工智能控制的武器系统将会有着非常大的发展潜力,但文中也提到无人战车并不能完全自主化,还需要保持设备的可控性。[13]

目前所使用的人工智能虽然具有先进的感知技术,但这些自主武器的缺点在于无法适应战场这样的“非标准条件”,以及受到情感、伦理和相关法律的限制,人工智能还无法完全替代人完成任务,需要在一些关键节点上使用人工干预,以避开受国际人道法保护的目标。[9][17]张卫华博士在《人工智能武器对国际人道法的新挑战》一文中对纯人工智能武器需要受到的限制进行了详细的说明。[10]

赵卓在《无人武器对装甲车辆和未来战争的影响》中提出,越来越先进的人工智能技术将使装甲车辆逐渐少人化、无人化。未来的装甲车辆将有两种发展思路,一种是类似无人机,士兵对车辆进行遥控,实现较为简单。另一种是由装甲车辆的智能核心操作,人只起很少辅助作用的装甲车辆。[12]这种装甲车辆将会有非常强大敏锐的传感器系统来自动识别敌人,并用智能的控制软件来实现快速锁定攻击,并且会根据攻击数据的反馈来调整下一次攻击。在开战之前,技术人员给装甲车辆下达攻击任务和目标后,装甲车辆就会根据目标来自动前进或者攻击。这样的装甲车辆对操作者的要求就会大大降低,也不需要3-4人各司其职的车组人员,车身体积可以大幅度减小,同时制造成本和形成战斗力的培训成本也将降低。

综合装甲车辆和人工智能武器的发展来看,未来最为可能将会出现大量的单兵多功能作战载具,通过人工智能的辅助来帮助战车实现少人化、轻便化,以适应未来的小型局部战争。在相关技术研发的同时,这些装备的造型设计也将是极大的需求。未来的单兵多功能作战载具体积更小,武器安装、操作方式也会与现在的常规战车有很大不同。在造型设计方面,李修谕的《某无人战车的外观设计与研究》一文中对无人战车造型设计的一些论点可作为单兵载具设计的有效参考:在设计外形时,要关注到战车外形的风格统一、造型美感,同时还要考虑到材料的使用、造型与功能之间的联系、仿生学的应用等方面,最终结合起来,得到一款成功的、具有标志性的战车外观设计。[7]

在未来战场上,随着各类电子信息技术的应用,载具的隐蔽性也需要随之更新,伪装色、伪装网等原始的伪装工具已经很难将载具在敌方雷达的探测下保存下来,为了提高单兵多功能载具的隐蔽性,提高它的战场存活率,在其外形设计中也需要将雷达隐形功能或视觉隐形功能作造型设计的重点。隐形技术在战机中应用较多,如《美国空军隐形战机的外形隐身技术》中列举了如多面体隐身、圆滑机身隐身、边缘尖利武器舱内置、特殊进气道干扰等诸多外形隐形技术,可以将这类技术应用到单兵多功能载具上,达到“悄无声息”“隐蔽突袭”的作战目标。[5]除雷达隐身外,还可以在造型确定后的涂装阶段,使用新型有效的迷彩涂装进行进一步伪装,以适应近距离交战的战场。[4][11]

在设计方法方面,一些汽车设计的方法可以移植到作战载具的设计中来,管继轩和周力辉的《汽车造型特征提取与认知质量评价在未来战车概念设计中的运用》提供了一种很好的造型特征提取方法,在该实验中,以坚固感和威猛感为主要指标进行了测试,得到了对于战车造型设计具有显著影响的一些因素,可对其结果和实验方法进行参考,在单兵多功能作战载具的设计中使用,帮助设计师提取有利的设计特征。[8]

以上文献中包括了对未来作战方式的预测、现有的一些新型战车、无人战车在人工智能辅助作战中的一些探索案例以及未来单兵多功能作战载具造型设计中的一些相关技术支持。综合来看,未来作战载具的小型化、智能化是必然趋势,但全无人化部队的作战方式目前还不适应现代战场的作战需求,因此类似于智能狙击枪、GCV自主武器系统等单兵作战载具 人工智能辅助作战的装备将会在未来有很重要的作用,本次课题就将围绕这类单兵多功能作战载具进行一系列车型的造型设计,结合作战需求与国家形象,为我国国防武器设计贡献新的设计思路。

参考文献:

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