兵器装备工程学报

地面无人作战平台“作战机器人”国内外研究现状

分类:主编推荐 发布时间:2018-03-08 16:10 访问量:4541

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引用格式:李玉玺,李正宇,徐宏斌,等.地面无人作战平台“作战机器人”国内外研究现状[J].兵器装备工程学报,2017(12):124-130.

Citation formatLI Yuxi, LI Zhengyu, XU Hongbin,et al.Ground Unmanned Combat Platform “Combat Robot” Domestic Research Status[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(12):124-130.
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作者简介:李玉玺(1984—),男,博士,工程师,主要从事先进制造技术研究。

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地面无人作战平台作战机器人国内外研究现状

李玉玺,李正宇,徐宏斌,侯林海

(西安现代控制技术研究所, 西安 710065)

摘要:面对日益复杂的国际局势以及局部区域内不间断的军事对抗,残酷的战场环境对士兵的生命安全带来巨大威胁。地面无人作战系统以其众多优势,将逐步登上历史舞台,替代作战人员完成侦察、探雷、排雷、排爆、火力打击、掩护作战人员以及战中环境下数据传输任务。本文总结了近年来基于地面环境下国内外无人作战平台的演变与发展,分析了各无人作战系统的优缺点,结合未来的军事发展动向,提出了陆地无人作战平台的发展趋势。


关键词:无人平台;侦察;排雷;数据传输


中图分类号:TJ811  文献标识码:A  文章编号:2096-2304(2017)12-0124-07


Ground Unmanned Combat Platform “Combat Robot” Domestic Research Status

LI Yuxi, LI Zhengyu, XU Hongbin,HOU Linhai

(Xi ’an Modern Control Technology Research Institute, Xi ’an 710065, China)

Abstract: Facing the increasingly complex international situation and the constant military confrontation in the local area, the brutal battlefield environment undoubtedly poses a great threat to the life and safety of the soldiers. In contrast, ground unmanned combat systems have avoided non-combat subtraction. Aiming at the development trend of the future war, unmanned combat system will gradually boarded the stage of history, the alternative to the warfighter reconnaissance, detection, demining, complete vehicle, fire fighting, cover the warfighter and battle environment data transmission task. At home and abroad in recent years are summarized in this paper, based on the ground environment evolution and development of unmanned combat platform, analyzes the advantages and disadvantages of the unmanned combat system, combining the development trend of the future military, puts forward some land the development trend of unmanned combat platform.

Key words: unmanned platform; reconnaissance; mine; data transfer

近年来无人飞机、无人潜艇以及无人战斗机器人等无人化装备迅猛发展,并在实战中得到应用,已成为信息化战场上重要的攻击与防御力量[1-2]。其中,无人战车是指在地面上行驶的能执行特定任务的机器人,是机械化、信息化、电子化与智能化高度融合的机动作战平台[3]。随着高新技术的飞速发展与武器系统的升级换代,战场上战斗人员的生存能力越发得到重视,为保护作战人员的生命,近年来发展的地面无人作战系统能够协助士兵在复杂的作战空间探测敌人,扩大作战视野,有效在侦察、核生化武器探测、障碍突破、反狙击和直接射杀等任务时避免人员损伤,大幅提高了作战人员的生存率、灵活性和战斗力[4]。目前,地面无人作战系统己经在阿富汗洞穴探察活动、波斯尼亚雷区排爆及美国世贸中心的搜索工作中得到应用[5],并在实战考验中积累了丰富经验,日益受到各国的关注[6-8]

政治与军事需求是无人作战系统发展的直接动力,而科技的发展为无人作战平台提供了技术保障[9]。在和平发展为现代主题时代的国际局势下,还存在局部区域内的战争形势,以及各超级大国之间的军事装备不平衡带来的区域安全隐患,我国应该根据时代主题提高国家防御能力,加速我军新型装备的研发。本文以陆地无人战车(作战机器人)为研究对象,总结了近年来国内外无人作战车的演变与发展,分析了各无人作战系统的优缺点,结合未来的军事的发展动向,提出了几点陆地无人作战平台的发展趋势。

1 国外陆地无人作战平台的发展状况

1.1 美军地面无人作战平台的发展状况

美国在地面无人作战平台的研究方面走在世界前列[10],其军用无人作战系统发展迅速,且实用价值也在不断增强,并已逐渐开始系列化[11-14]

1.1.1 “蜘蛛”无人地面战车

“蜘蛛”无人地面战车[15]于2001年开发出原型车,单次续航可达14天或450 km距离;可攀越1~2 m的障碍,最大可工作斜坡35°;有效载荷部分大于满载总体质量的25%。战车独特的车体结构可提供大容量载荷仓,并能根据有效载荷的位置上下调整载荷仓位置,能够变换四种武器站。其外观如图1所示。

图1 “蜘蛛”无人地面战车

1.1.2 “野外感知”无人地面战车

“野外感知”无人车[15]由Sarnoff公司研发,外观如图2所示。其具有感知野外复杂环境和自主导航能力的特点,在车载传感器触发之前,由“飞眼”无人机先行飞抵无人车预定地点高空搜寻危险,并将探测图像实时传至无人车系统,无人车在行驶的同时修正武器瞄准点,到达目的地直接进行打击。

图2 野外感知无人车在草地自主运行

1.1.3 “破碎机”无人地面战车

与“蜘蛛”无人地面战车比较,“破碎机”无人车[16-17]采用了新车体、新悬挂系统,并进行多项新型技术改进。“破碎机”无人车总质量5.9 t,比“蜘蛛”无人车减重30%,可垂直翻越1.22 m高墙,最大速度11 m/s,爬坡度40°,负载能力达1.36 t。“破碎机”无人车可进行货物组合负载[17],包括武器和侦察监视装备,其外形如图3所示。由于大型“破碎机”成本过于高昂,因此发展了小型“破碎机”。小型“破碎机”无人车[15]是一种小型、坚固耐用、多功能的地面车辆平台,全车外形尺寸仅762 mm×508 mm×305 mm,总质量为56.7 kg,有效载荷高达45.4 kg,其良好的机动性与稳定性和载荷能力并采用模块化的设计,使其成为危险品处理、排爆、侦察和监视等各种任务的理想平台。

图3 “破碎机”无人地面战车

1.1.4 “APD”无人地面战车

“APD”无人车 [15]于2009年8月进行了首次展示,是在“破碎机”无人车的基础上集成开发的,其最高时速达到80 km/h,并具有自主变换车道的能力;总质量为9.3吨,侦察模块伸长后全车长4.57m,采用柴电混合动力系统。

1.1.5 黑骑士无人战车

黑骑士无人战车[18]具备自动驾驶能力,其感知和控制模块包括高灵敏度的摄像机、激光雷达、热成像仪和GPS,外观如图4所示。战车总重为9.5 t,全长5 m,宽2.44 m,高2 m,配备一门25毫米的机关炮和1挺7.62 mm的机枪。该车可以手动操作和无人自主操作,能够自动规划航路,灵活地规避障碍物,昼夜都能够使用;其主要任务是实施前方侦察、收集情报、对危险地域进行勘察,也可以伴随步兵作战,提供火力支援。

图4 黑骑士无人战车

1.2 俄罗斯地面无人作战平台的发展状况

俄罗斯在无人作战平台领域起步相对较晚,但借助着雄厚的技术积累,俄罗斯地面无人作战平台的研发速度非常快[19-21],可谓“后发先至”。2016年初俄罗斯开展示了三款新型“乌兰”系列地面无人车辆[22],功能涵盖消防、扫雷和战斗。

1.2.1 “乌兰”-6型MRTK-R多功能无人扫雷车

“乌兰”-6无人驾驶多功能扫雷系统结构紧凑,外观低矮,车头前方安装扫雷连枷,如图5所示。“乌兰”-6车顶安装有摄像头、天线等设备,自带的扫雷工具组件包括:扫雷辊、推土铲、夹爪、叉车和机械臂等,同时还配备了不同类型的车载仪表以及4个全方位摄像头。

图5 “乌兰”-6型MRTK-R多功能无人扫雷车

1.2.2 “乌兰”-9武装无人战斗车

“乌兰”-9武装无人战斗车[22]在总体设计上与“乌兰”-6基本相似,但它不是工程辅助类无人车辆,而是战斗型无人车,如图6所示。全车装有8~10 mm钢装甲,其中发动机舱等关键部位的防护经特别加强,整车能够防护7.62 mm口径枪弹攻击。制导方式采用无线电指令与激光驾束技术,命中率较高,其最大射程为8 km。“乌兰”-9还可以选装侦察设备,在实战中一辆安装侦察设备的侦察型“乌兰”-9和另一辆安装无人武器站的武装型“乌兰”-9相配合,可构成一个车组,以执行侦察和火力支援的协同任务。

图6 俄罗斯新涂装的“乌兰”-9无人战车

1.2.3 “乌兰”-14型MRTK-P无人消防/扫雷车

“乌兰”-14是一种专门针对具有生命危险的高危环境和交通不便地区研发的无人车系统。与“乌兰”-6类似,但尺寸更大。其空载重量为11吨,战斗全重14吨。“乌兰”-14的钢装甲主要不是针对枪弹打击,而是应对防爆。“乌兰”-14的车体前部仍保留有破障清障工具,“乌兰”-14还可以临时兼职扫雷无人车任务,其结构如图7所示。

图7 “乌兰”-14无人消防车

1.2.4 俄罗斯其它型号无人战车

俄罗斯还研发了更大尺寸的“天王星9”多功能无人战车,可搭载30毫米机关炮以及反坦克导弹发射筒,具有可升降式武器平台,使其可隐藏在隐蔽物后方发动攻击,其外观如图8所示。

图9为“平台”M无人战车,该车配有重机枪和四联装火箭筒发射器,火力远胜于美军同类作战机器人。

图10为俄军另一种“阿尔戈”轮式无人战车。其具有较强的两栖横渡能力,且还能在水上开火,多轮式结构便于其在沙漠中驰骋。

图8 “天王星9”多功能无人战车

图9 “平台”M无人战车

图10 “阿尔戈”轮式无人战车“阿尔戈”

1.3 乌克兰地面无人作战平台的发展状况

1.3.1 “Phantom”无人战车

“Phantom”外观如图11所示。“Phantom”上装备四台ATGM“屏障”发射器,一台12.7毫米机枪以及榴弹发射器、热成像相机和激光测距仪等智能模块。“Phantom”具有6×6的轮子配置、独立悬架以及能够达到38 km/h的柴油发动机,车中重1吨,可携带多达350 kg的武器或有效载荷。该车具有较高的渗透性,可用于侦察和作战目的,也可作为交付弹药或疏散伤员的车辆。

图11 乌克兰无人战斗车“Phantom”

1.3.2 乌克兰最新无人战斗车

乌克兰最新一款地面无人作战车外观结构如图12所示。该车集成了可见光、微光、红外、激光、雷达等观测系统,可完成复杂战场环境下对目标的搜索、探测、识别、定位和跟踪,并实时将目标图像和位置信息传输到上级指挥所。

图12 乌克兰最新无人战斗车

1.4 西方其他国家地面无人作战平台的发展状况

英国雷声公司研制的“德米斯”履带式无人步兵系统[23]如图13所示,战车两侧分别装配一套履带舱,每套履带舱都安装独立的动力系统。中央装载舱装载整合了多种武器设备,使其成为名副其实的“百变金刚”。由于装配了先进的“地面之眼”传感器,可以对战场上的爆炸物进行全方位的探测与定位。

图13 “米德斯”履带式步兵战车

德国现装备的地面无人机器人主要以扫雷和排爆为主,其中最具代表性的当属“清道夫”2000扫雷车、“犀牛”扫雷车、Rode爆炸物清除机器人以及GARANT-3多用途机器人等。埃尔比特公司研制的“前卫”自主式无人地面车辆和飞机工业公司研制的“守护者”无人安全车是以色列地面无人找车的代表作。两家公司合力研制的“前卫守护者”的无人地面车辆,则是以色列第三代无人地面车辆,携载3部电视摄像机,配备2个数据传输通道和1个音频通道,能够和其它无人设备(无人机)建立通信联络和进行数据传输。

除了上述国家外,目前地面无人车辆研发项目还有加拿大的“改进型地雷探测计划”,意大利、法国和西班牙联合开展的“先进移动机器人”项目和西班牙的“罗德”轮式无人地面车辆等。

2 国内地面无人作战平台的发展状况

我国在地面无人作战系统的研发方面与发达国家相比有一定差距[24-25]。但我国政府一直非常重视军用机器人技术的研究与开发,面对这种新型武器带来的全方位冲击,拟定了陆海空无人作战平台发展方向,针对陆地无人作战平台,以中国兵器工业集团为代表的各科研单位在陆地无人作战平台方面也开始崭露头角[26]

2.1 “猛狮-3(Fierce Lion 3)”地面无人车

“猛狮-3(Fierce Lion 3)”无人驾驶汽车与SUV十分相似,车顶架设有摄像系统,车体上装有多种微型传感器与车载雷达,装备有先进专用计算机,可以通过雷达、图像识别系统和卫星导航系统跟踪定位附近的车辆,确保车辆安全行驶,同时避让其他机动车辆,汽车结构如图14所示。技术人员正在全力研发该车的配套设施及武器装备,因此这款车很可能服役列装于中国陆军部队。

图14 猛狮-3无人车辆外形

2.2 中国“五虎”地面无人战车

2.2.1 “GHRYSOR”地面无人车

“GHRYSOR”地面无人车由中国兵器北方车辆研究所研制,其外观如图15所示。GHRYSOR全地形车长2.92 m,宽1.64 m,高1.92 m,重950 kg,地面最大载荷为680 kg,水上最大载重为300 kg,其地面行驶速度高达45 km/h,水中达4 km/h,最大爬坡度大于37°。底部车身采用高密度聚乙烯材料,因此可在-40℃~50℃宽温度范围下工作。

图15 GHRYSOR外观图

2.2.2 “MOSRO”室内监控机器人

MOSRO是一款用于室内监控的机器人,可以代替警卫人员在仓库、机场、停车场等重点场所执勤,内置多种语音库,可完成更复杂的对话。上面安装有各种气体、温度传感器以及毒气检测传感器,能自动感知周围的障碍物,从而在室内自由行走,最大行进速度4 km/h,可爬13°的斜坡,从而可以减少军队后勤人员的工作量,并能完成一些危险性的检查工作。

2.2.3 “ASENDRO EOD”模块式排爆机器人

ASENDRO EOD长约0.6 m,宽高0.4 m,使用直流电机驱动,最大行驶速度可达10 km/h。该机器人采用2 400 MHz通信频率,同时具有433 MHz的安全数据无线通信功能,可进行视频传输。在野外无线遥控的效半径可达2 km。ASENDRO EOD的上方将安装精密的操作臂,操作臂顶端是立体摄像机和平行爪,用来抓取未爆炸弹等危险物。

2.2.4 “ASENDROSCOUT”野外侦察机器人

侦察机器人ASENDROSCOUT的基本结构、控制站与ASENDRO EOD基本一致,只是把上方的平行爪、立体摄像机,换成了宽角彩色和热成像摄像机,具备运动识别能力。最大光学变焦18倍,可以工作在7~14 μm波段,镜头视角达50°×35°。行走装置可以快速更换为四个轮胎,更便于在野外执行任务。

2.2.5 “OFRO”微型坦克

“OFRO”微型坦克长1.12 m,宽0.7 m,高0.4 m,重54 kg,最大载重40 kg。全车采用电池供电方式,在满电方式下可连续工作12 h。速度可以达到7.2 km/h。工作温度在-20℃~60℃。车上安装有超声测距传感器、红外传感器、DGPS接收器、GSM/GPRS/UMTS通信模块等设备,既能自主巡逻,也可以遥控操纵。“OFRO”微型坦克拥有多项功能,只要安装不同的任务设备即可。该型机器人能够探测出目前所有的军事、工业用有毒气体,并在数秒钟内给出确切的分析结果。OFRO外观如图16所示。

图16 OFRO外观图

2.3 火箭军某新型遥控特种车辆

据解放军火箭军某部组织的一场实战化演练传来的报道,火箭军已经装备了新型遥控特种车辆,这种无人遥控车辆在平时、战时均可发挥巨大作用,可减少人员伤亡率,提高作战效率,同时还具有火灾消防功能,新型遥控特种车辆如图17所示。

图17 新型遥控车辆

2.4 “自动驾驶”装甲车

图18这款所示的无人驾驶装甲车是在水路两栖63式装甲运兵车基础上改进的,安装有雷达和摄像头视频系统。作为军用自动驾驶车辆,需要更多的传感器数据来完成侦察和再补给任务,今后还可能加入战斗或工程等领域。

图18 自动驾驶装甲车

3 总结与展望

无人作战平台是无人系统向更高技术和更强作战能力方向深入发展的一种全新武器系统,涉及到控制、电子、信息、通信、计算机、材料等多项技术领域。无人战车作战具有无人员伤亡、突袭性强、火力强大、机动速度快、作战效益高、战场部署快等诸多优点,可能实现以零伤亡的代价完成作战使命,显著提高系统作战效能,在战场应用对增强部队的作战能力、保存有生力量及提高作战效能具有重要意义。随着微电子、光电子、纳米材料、微机电、计算机、动力装备等高新技术的不断发展,无人作战系统执行任务的领域将不断扩大、完成各种作战任务的能力不断提高,无人作战系统在未来信息化战争以及反恐战争中的作用将日趋突显。因此,迫切需要深入研究无人作战系统,努力突破相关学科的关键技术,增强无人作战系统的操作性和开放性,以促进无人作战系统的快速发展,满足未来信息化战争中关键作战任务的需要。

1) 利用专用传感设备结合计算机系统对战场上的物体、环境、语言、符号等信息进行自动识别,使之不仅能高效识别目标性质、目标间关系,还能实现人和机器、机器人与机器人之间的信息交流。

2) 隐身技术已经成功的应用到战斗机上,从而减小了战斗机的可探测性,为了进一步提高陆地无人战车的生存能力,使陆地无人战车披上隐身的“外衣”,从而在战场上获得先机。

3) 研制可搭载各类自动武器站的地面无人战车,使陆地无人作战平台可针对不同的作战环境选配合适的武器战,这样一车配多器的方式不但可以有效的降低成本,还可大大提高其特定环境下的作战能力。

4) 在陆地无人平台外部装载先进的触觉感知传感器以及化学传感器,对周围环境以及敌情进行实时感知,进一步提高无人作战平台的快速反应能力。

5) 为了防止电磁战使无人作战平台致盲甚至瘫痪,应致力于研发反电磁信息装备,使系统能屏蔽任何频率以及带宽的干扰。

6) 无人平台武器系统是各国有待继续探索的新领域,从总体到部件设计均要充分考虑地面无人作战平台的新型作战形式,该系统的研发将促进兵器工业进一步开拓新的技术领域,实现陆军武器装备的跨越式发展。

7) 针对现代复杂的战争样式、模式,陆海空联合无人作战平台将引领是未来战争形态的一个必然趋势,如何提高信息化条件下三种无人平台的联合作战能力,将是一个全新的课题。

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