【要闻】专家解读美军单兵外骨骼系统 可与士兵完美结合

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利用高新技术提高单兵作战能力是科学技术快速发展的第一个研究方向。 目前发展最快的单兵技术装备是最大限度地提高士兵潜力的军事外骨骼技术装备。 美军在正式公开单兵外骨架技术的最新进展后，立即引起了世界各国的关注。 请看科学技术日报特约特辑的——
。 最近，美国陆军将于今年9月收到洛克希德·马丁企业的改进型人体载荷外骨架( human universal load carrier，hulc )，接受测试，预计今年晚些时候安装。 这个单兵外骨架，士兵负重90公斤，可以以10公里/小时的速度在任何地形上前进，一个电池可以持续工作72小时以上。 我相信不久，这样的科幻电影中常见的“单兵作战服”会出现在战场上。

与战士完美结合

“人体载荷外骨架”(简称hulc )是模仿人体结构的优势设计的外装用型机械骨架。 最初是由罗马企业下属的伯克利仿生企业开发的，目的是士兵背着约90公斤的重物，以10公斤/小时的速度前进多个地形。 几乎不会给士兵的身体增加负担，既能完成步行、深蹲、举起重物等一系列动作，又能减少因举起沉重的战斗负荷引起的士兵肌肉骨骼的损伤。 整个系统由钛合金机械脚、驱动装置、控制计算机、背部负荷部分、散热单元等组成。 腿是基于人体模仿学设计的，结构简单，内部有液压驱动器和关节一样弯曲的结构。 戴上hulc，士兵不仅可以拿着重物自由行走，还可以蹲在面具后面射击，背着重物高速行驶。

据洛马企业称，hulc的最大负荷超过100公斤，由背部托盘负担，通过机器的腿直接传播到地面，穿用者几乎感觉不到重量。 hulc身体上半部分的载置部可以按照诉讼配置。 现在的选择是抓住子弹的钩子，抓住重枪的特制钩子等，当然也可以根据军队的要求专门设计搭载装置。

hulc是两块总重量为32kg，其动力源是总重量为3.6kg的锂聚合物电池。 一次满充电后，使用者保证以每小时4.8公里的速度背着90公里的重物连续行驶一个小时。 穿hulc系统的冲刺速度可以达到16公里/小时。 即使电池没电了，系统也能正常工作。 比起以前，穿着“金属骨架”的士兵可以在战场上更迅速更容易地转移伤员，撤退时可以毫无困难地搬运沉重的设备。

实验表明，hulc系统可以显着降低人体的耗氧量。 据统计，被实验者穿着“金属骨架”后，背着重量36.7公斤的物资以每小时3.2公斤的速度前进，氧气消耗量比不穿着“金属骨架”时减少了约15%。 耗氧量越多，人越累。

hulc系统性能先进，但控制不太复杂，不需要用操纵杆或其他机械装置控制，先进的便携式微型计算机可以协调这种外骨架和士兵们的四肢运动，与士兵完美合作。

技术人员说，hulc的高度可以调节到身高1.6—1.85米的士兵可以穿，非常方便。 穿着时，士兵只需把脚伸进靴子下面的脚床，用皮带绑住脚、腰和肩膀。 脱去“金属骨架”也只需30秒。 另外，hulc充分利用了模块化的设计理念，可以分离机器的腿和背部托盘，在不需要背负重物的情况下可以卸下托盘，使之更轻。

大幅度提高单兵战斗力

我们发现开发人体载荷外骨骼系统的根本目的是提高单兵的战斗力。

第一，提高打击能力。 士兵可以携带越来越多的武器和火力更大的武器装备，是提高单兵打击能力的核心。 大多数人能拥有的重量是有限的，因为太重的单兵装备会压垮士兵。 hulc通过研究增大其力量的功能，士兵可以携带更多的装备和粮食，提高士兵的打击能力。

二是提高防护能力。 由于hulc的承载能力远远超过人体，因此在其上安装适合单兵的复合材料装甲，可以将单兵防护提高到新的水平。

三是提高机动能力。 普通人走路的时速是6—10公里，但士兵通常有沉重的军需品，不能走得太快。 hulc前后都可以加载，水平地面可以以4公里/小时的速度前进20公里，最大速度为11公里/小时，爆炸最大速度为16公里/小时，可以大幅提高单兵的机动能力。

四是提高战场感知能力。 hulc可以加装传感器系统，加装可以加强士兵战场状况感知能力的卫星通信和定位装置，使每个士兵成为网络通信节点。 司令部可以清楚地知道每个士兵现在的位置。

也就是说，未来的士兵装备hulc后，就会成为超级战士，拥有巨大的力量，战斗能力倍增。

依然面临着巨大的挑战

罗马企业的hulc人体载荷外骨架系统项目已经成熟，但在现在的情况下，这种外骨架系统要成为美军未来单兵装备系统的一部分，还为时尚早。

这是因为这个系统存在以下几个需要尽快应对的问题。 一是价格太高。hulc人体载荷外骨架系统大量采用了多种不同先进的电子传感器、轻量高效的中央微机解决器、灵活的液压活动部件和许多复杂的控制系统，减轻了系统的重量，为采用者提供了轻量的防护

二是远程攻击能力不强。 hulc人体载荷外骨架系统摆脱电缆束缚实现完美的能力，但供电问题仍有待处理。 远程工作需要用发电机代替电池，但普通发电机必须没有能力，强大无噪音。

三是反应速度的提高。 hulc人体载荷外骨架系统必须具有足够的智能和灵敏度，在作战行动中任何条件下都可以与战斗人员一起展开“亲密无间”的同步交互。 即使稍微晚了一点，操作者抬起脚走路的话，水中步行通常感觉很吃力。 它的外骨架只能是沉重精致的金属笼子。

四、外骨架装备没有安全性或有无效的动作和行动。 只有处理同样的问题，才能不对士兵造成意外的冲突伤害，使系统的运动不超过士兵身体的极限。 通过关节限制，可以处理一些类似的问题，但只要继续提高传感器的分辨率，就可以避免打喷嚏和肌肉痉挛等意想不到的动作带来的风险。

其他产品和应用前景

hulc人体载荷外骨骼系统有多个突出的优点，但该系统及其改进型毕竟只有两条可控的机器腿。 这离五角大楼要求的、由双机器人和双机械脚组成的完全机械外骨架系统有相当大的距离。

因此，在罗姆人企业开始第一代hulc人体载荷外骨架系统的研究开发后不久，2007年夏天，美国国防部高级研究计划局开始了新型机械外骨架系统的招标，萨斯高新技术研究企业设计的xos完全机械外骨架系统项目的方案 中标后不久，萨科斯企业被美国著名的国防部承包商雷神企业收购。 经过近两年的技术难关，年初，雷神企业推出了第一套xos 1机械外骨架系统，同年9月开发了改进型xos 2外骨架系统，强调了这种装备与《钢铁侠》系列电影中的钢铁盔甲能力类似。 那一年，《时代》杂志将这种装备评为年“最有感染力的发明”。

xos和hulc的差别比较大，几乎将整体包含在xos内。 xos是目前最先进的人体外骨骼，在提高重物和四肢的控制精度方面优于hulc。 xos 2可以加快单兵的就业速度，延长就业时间，将就业能力提高1~2倍。 xos 2可以简单地进行足球和打沙袋等灵巧的动作，另外右手的钩子可以打破墙壁。 现在xos 2主要有两种型号。 一个是“战斗型”，只包括与hulc相似的外骨骼腿和腰部附件。 另一个是“后勤型”，具有整齐的身材。

现在美军的外骨骼装备主要比较了后勤用途，但考虑到其潜在能力巨大，不排除将来成为单兵武器平台的可能性。 洛马企业和雷神企业相信，如果得到持续的经费支持，外骨架装备将在5年内列装美军部队。