美国陆海空三军“亮剑”80项突破性技术

2017-05-19 谌为 徐鱼 乐天 战略前沿技术 战略前沿技术

美国陆海空三军“亮剑”80项突破性技术

远望智库技术预警中心  谌为徐鱼、乐天

两年一度的美国“国防部实验室日”活动5月18日在五角大楼中央庭院举行。活动展示了全美63个国防实验室、作战中心及工程中心研发的超过80项技术创新产品。以下为陆、海、空三军相关实验室相关展示项目:


一、陆军



 反介入/区域拒止(A2/AD)美国陆军工程师研究与发展中心(ERDC)正在同美国空军、陆军、海军陆战队、国防部长办公室(OSD)、战斗命令部(COCOMs)、运输指挥部(TRANSCOM)合作,以应对在一个A2/AD的环境中获得主导权的挑战。这些挑战需通过在多个、分布式的、意想不到的渗透点、着陆区和港口同时投送众多的机动部队来应对。为了达到这种战略意图,ERDC正在发展在基础设施遭到破坏的情况下军事介入的技术。ERDC研究通过提供有利的工程解决方案,削弱敌军的反介入能力在A2/AD环境中投送兵力。这些技术包括:

l 用于快速评估受损港口/码头设施的飞行部署无人船

l 用于两栖登陆之前近岸海岸侦察的廉价无人机(UAVs)

l 机场损伤修复(ADR)技术

l 用于无人飞机系统(UAS) 起落跑道,直升机降落区和岸上作业物流的地形地表装备

l 使用次声波远程监控道路和桥梁状况

l 用于跨区域任务的全球河流流量和流速15天预报

l 用于侦察和评估的战场传感器

l 用于远程基础设施评估和战略制定的决策工具

I- Portal便携式评估系统(PAS)

I-Portal PAS是连接到计算机程序的虚拟现实头戴式视图器,可读取一系列眼运动过程,以确定受试者是否患有持续的创伤性脑损伤。这项技术旨在为战士提供准确而及时的头部损伤诊断。

复苏性血管内主动脉闭塞球囊(REBOA)

REBOA是一个可供外科医生止血的三维塑料充气球囊。它能帮助维持血液流动到关键器官直到可以通过手术控制出血。

 自主系统——有人/无人编队(MUMT)

在未来战场上,智能机器人将是无处不在。未来的智能系统必须在具有挑战性、军事相关的环境中进行操作,与士兵和指挥官合作,与其他智能系统合作,并在人的操作速度范围内做出决策。美国陆军研究实验室(ARL)将展开让机器人从工具变为战士的基础科学研究。

 微自主系统与技术(MAST)

陆军研究实验室的MAST协同技术联盟(CTA)正在发展有助于开发手掌大小的空中和地面移动自主机器人技术的基础科学研究。该系统的应用场景是当部队通过城市和其他复杂的环境时,作为先头部队进行侦测。

医疗模拟与训练研发

医疗模拟旨在提高医疗训练的效率。通过确定医疗培训差距,医学模拟与效能(MSP)分支研究、开发和应用创新技术和措施,以提高人类医疗绩效。先进的医疗训练和仿真技术将直接影响到在战场上保存的生命的数量。


第三只手——用于武器稳定的轻型外骨骼

美国陆军研究实验室(ARL)正在开发一个体佩戴武器原型,被称为“第三只手”。“第三只手”是一种同士兵的防护背心相连接和负担武器和其他工具重量的机械装置。同时,“第三只手”也提供后座缓冲系统。

战士损伤评估模型(WIAMan)

WIAMan是世界首个用于全身爆炸试验的碰撞试验假人。WIAMan将优化和提高地面车辆系统的保护性和可生存性,量化士兵受到的威胁。

下车士兵能源

当前的能源提供方案不提供产生、充电、分离和交换电源的能力,因此不满足远征中的需求。创新便携式能源方案包括:(1)分布式电源系统的控制标准和结构;(2)能源预测应用和电源管理优化工具;(3)无线电力传输。

战术增强现实

美国陆军CERDEC、ERDC、NSRDEC和ARL正在合作开发创新技术,以为士兵提供战术增强现实和实时、上下文感知的数据覆盖。战术增强现实将改变士兵的战场感知和理解,允许他们将战场中的所有元素形成一个共同的操作场景。

高能激光器技术研发与验证

陆军空间与导弹防御司令部/陆军战略司令部正在开发高能激光战术车辆演示仪作为预研原型系统,以提高反迫击炮和反无人机能力。这台原型系统将包括一个100千瓦级激光,搭载精确瞄准、高速目标跟踪波束控制系统。 

 

二、海军



适应性及可重配置射频技术  

维持电磁频谱持续优势要求无线电收发机具备在各种运行模式下快速切换的能力,同时减轻共址及对抗性干扰。为实现这一目标,海军研究实验室(NRL)正在为未来海军系统研发新的转换器、限制器及滤波器技术。这些切换器使用基于硫族化物的相变材料,可以在低温下、毫米波频率范围工作,在辐射环境下耐降解。此外,海军研究实验室正在研发相关技术,协同设计滤波器及模拟电子学设施。这些技术能促成可重配置滤波器及多路复用器,可以自主响应干扰,而无需任何控制信号,或者对频谱的数字处理,使未来的无线电收发机能在对抗性频谱环境下更优化地运行。

战斗艇与无人水面艇  

海军水面战中心(NSWC)卡德洛克战斗艇分部(CCD)是海军及国防部的有人、无人艇、战斗艇整机工程研制创新中心,其展品突出强调有益于海军、海军陆战队未来作战需求的一系列当前及未来有人、无人战斗艇(专门建造或被重新赋予新用途)工作,包括正在进行的“卡德罗克战斗无人水面艇”科技/研发工作、一种便携式无人水面艇,也将包括“短剑”海上演示验证平台的视频和信息。

高能激光器  高能激光器可以为海军平台提供高效、经济可承受的防御能力,对抗很多水面、空中威胁、未来反舰巡航导弹,以及小艇集群;也可以在对抗高密度、低价值目标方面为造价高昂的导弹提供有效补充。

 

尘埃等离子体  

尘埃等离子体是一种带电尘埃颗粒,天然存在于大气层中间层。动态的尘埃等离子体有潜力为高超声速及再入飞行器打开中断的通信渠道,也可能有助于理解3-D打印过程中的电中和问题。

联合兵种爆炸物处理(JSEOD)无人系统  

美海军远征任务项目管理办公室(PMS 408)管理着一系列联合兵种爆炸物处理无人系统列编项目。“便携式机器人系统”((MTRS)项目2006年以来已部署超过3000套系统。作为该项目一部分部署的无人地面车辆 MK1 (Packbot)和MK2 (Talon),为联合兵种爆炸物处理操作人员提供了在防区外距离进行爆炸物处理的能力。MTRS平台自部署以来进行过若干次升级和改装。未来,“先进爆炸物处理机器人系统”(AEODRS)项目将部署一个基于通用体系结构的系统族。

低成本超宽带相控阵天线  

超宽带相控阵天线能通过支持使用创新性低成本、高性能构造的多任务操作,带来显著的成本节约。其他优点还包括:维持跟踪低高度可视物的稳定性、降低舰船目标识别信号等。

 无人机多入多出毫米波机载雷达  

毫米波多入多出雷达采用一种为低成本无人机三维感知而进行优化的不规则阵列天线拓扑。该天线阵列包含相对较少数量的发送和接收子阵列,不同阵列的尺寸差距较大。这些阵列天线旨在实现宽边高增益,同时维持足够的扫描能力,用于无人机开展目标识别、感知与避碰、终端导航、地面侦察等。这种设计方法可以减少天线子阵列的数量,从而节约成本。

海军医疗研究中心生物防御研究局移动实验室  

海军医疗研究中心生物防御研究局(NMRC BDRD)研制出首个可在战场上进行分子检测的便携式实验室:其重约1000磅(约454千克),需三个人运行;可以搭载商业航班,仅需汽油和机油即可工作;拥有利用聚合酶链反应(PCR)及酶联免疫吸附测定(ELISA)检测处理约150个样本的足够补给;还包括人员防护装置、一台发电机、一座冷冻室、战场照明,以及战场不间断电源(UPS)。

海军轨道炮  

电磁轨道炮发射器是一种远程武器,利用电力而不是化学推进剂发射弹丸。高电流(high electrical currents)生成的磁场可以对两轨道间的滑动金属导体或衔铁进行加速,以4500英里/小时(约7242千米/小时)的速度发射弹丸

光学标记、跟踪与定位技术(TTL)  

美海军研究实验室开发出在嘈杂环境下跟踪移动车辆/物体或定位被标记目标的新型光学标签系统材料,这些材料是无源的(不发出电子或光学信号),作为肉眼不可见的透明或颜色匹配型涂层、处理方法使用,但可以被可视区域外专门设计的摄像机轻松探测到。该技术采用基于差分吸收和反射的运作机制:其标签具有窄带频谱特点,在视敏感度以外区域拥有独特的识别信号、对肉眼则不可视;提供独特的光谱条码,以区分同一场景的多个目标。

量化轻度创伤性脑损伤  

美海军研究实验室一直在开发将细胞培养物暴露于真实、模拟爆炸和冲击环境下的方法,旨在理解爆炸作战环境,改进训练方案,降低“轻度创伤性脑损伤”(mTBI)/医疗费用,并量化导致细胞变化的爆炸特性。该研究的最终目标是,设计和制造一种可在各种战区环境保护作战人员的移动、轻型、舒适头盔。

纳米卫星的快速研发、集成与试验  

美海军太空与海战系统中心太平洋分部正在开发一种政府纳米卫星集成能力,名为“加快的纳米卫星试验与集成能力”(ACTION),将纳米卫星平台与军事专用及涉密有效载荷相集成,向作战人员提供一种快速反应能力,应对美国维持太空领域信息优势所面临的日益加强威胁。

透明仿生盔甲  

美海军研究实验室研制的透明仿生盔甲可以增强对作战人员的防护,同时减轻负荷、提升生存能力、移动性及可运输性。

 

三、空军



高级军需技术

美国空军研究实验室(AFRL)高级军需技术将改善未来的武器。尽管弹头变得更结实、引信更智能、火药更具威力,但其基本设计同一个世纪前相同。保持我们的作战优势需要新的方法。

当前和未来的隐形空中平台需要更小的弹药,适合内置弹舱。在未来,小型武器的杀伤力必须达到或超过较大型常规武器。此外,由于有限的运输能力,未来武器遇到不同的目标时,必须能够在动态飞行中重新分配任务,保证其灵活性。

AFRL的弹药局正在开发一套集成的技术解决方案,采用的是体积更小、效果更佳、更具选择性的武器。可定制技术可减少飞行员突击次数,增加武器效果。

此外,用活性金属代替弹头中的钢,可以减少武器的大小而不会降低火药效力。纳米材料可以制造更小的武器,且效果更佳。相对传统炸药,这些高能材料能更快、更有效地释放能量。最后,增材打印将提高我们可以更新和定制技术的速度,形成武器的独特结构。

这些技术将整合到2017财年军事建设项目。作为一个完整的军械系统(例如弹头的高能材料和引信),这是第一次同时开发。

合成生物学方法推进生物传感器发展

合成生物学促进传感器检测模块和可定制材料的发展。高度特殊的传感器模块已被用于合成生物。扩大传感元件至更稳定的生物分子如DNA适配体和肽,使得更便捷的解决方案成为可能。

自2006年,在空军科学研究局的资助下,AFRL已经率先开发生物传感器材料,利用合成生物学的方法,增加作战应用。

AFRL基因工程微生物,能敏感检测目标化合物、生物标志物,广泛应用于缓解检测、国防、医药和安全。该小组已经生产细菌来检测非天然化学品,并通过荧光蛋白报告检测结果。

低成本耐消耗飞机技术

 “低成本耐消耗飞机技术” (LCAAT) 主要开发大规模低成本无人机。

在前沿阵地难以部署的地方,这些无人机可提供远程响应能力。由于成本低,无人机将增强现有的武器系统,对于特定任务具有高度定制/优化角色的特点,包括武器运送、发现和定位目标、干扰或通信。LCAAT可在载人飞机前飞到作战激烈的区域。无人驾驶飞机将支持无人机,从而提高激战中的作战能力。

该计划的目标是开发一系列低成本无人机,基于100架无人机的数量价格是300万美元。该计划还侧重于减少生命周期成本,侧重作战和维护,提高周转时间而减少人员配备要求。

该项目可以快速生产,降低劳动成本,最终降低成本,缩短工程和生产周期,支持作战人员快速响应的需求,无需昂贵的保养。

依靠神经形态计算机的机器学习

失去网络连接、人为控制或在有争议的地区降落,都可能会导致任务失败。一架战机无法识别目标的合成孔径雷达(SAR)图像将是主要的缺点。这就需要一种技术,可以检测目标和无需外力支持就可操作。

AFRL结合机器学习、神经计算技术、IBM TrueNorth处理器,可减少对外部因素的依赖。深层神经网络(DNN)的应用可实现超90%的精度,能源效率达20倍以上。

机器学习是一种人工智能,能够从数据中学习,然后执行认知功能,而不显式编程。使用类神经计算机的灵感来自与16个IBM TrueNorth处理器,仿人类大脑的工作机制,能处理光电、红外和无线电频率(光电/红外/射频)的图片和视频,然后可以分目标检测。

这一技术将作战人员提供全新的能力,如加强大数据分析,更迅捷的目标/事件识别,提高情景意识。我们的目标是让其更及时和更坚决地决策。这个工具适用于在交战区的无人机,能提供高达一百倍的能源效率,提升智能高级处理,分析和决策,以及自主的情报、监视和侦察能力。

随着这项技术的进步,我们将能够实现给飞机装配更小的计算机,而不会有损数据处理能力。未来的应用程序包括计算机连接到多个平台。

自保护高能激光验证机

空军正寻求激光武器系统(LWS)和大功率的电磁,以打击对手可能试图介入和区域拒止的作战能力。

通过多年对激光源、光学、光束控制、电源和热管理支持系统的研究,激光技术在性能和成熟度上取得飞跃性进展。电气固态和光纤激光器,原本主要用于战术交战,现在适合机载紧凑系统的武器级应用。

自我保护高能量激光演示器证明,集成式吊舱式激光系统可行,在高空平台有能力保护飞机。该项目将在战术飞机上开发和集成一个紧凑的、坚固耐用的高能激光系统,证明其在自我复杂的飞行环境中可有效防御威胁。

该项目旨在精确计算和减少机载激光武器的风险,解决功率、光束质量、热管理和包装问题。飞行演示将验证目标跟踪的范围和速度。飞行试验预计将在2021年。

 



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