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【前沿技术】美国陆军“领车-跟车”项目发展研究

防务快讯 · 公众号 · · 2022-01-06 14:52

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往期回顾

摘要

利用自主车辆平台进行补给在解决不断增长的军事运输需求并改变未来战场的后勤保障模式方面具有极大的潜力。美国陆军的一支旅战斗队仅凭建制装备仅能运输58%的配属资产。为了弥补这一短板，美国陆军作战能力发展中心于2016年开始研究和测试“领车-跟车”自主地面再补给（AGR）技术。“领车-跟车”技术能够实现3-10辆无人车跟随1辆有人车进行后勤运输，从而显著提高后勤运输效率并有效降低士兵伤亡率。同时，对自主技术在军用车辆上的应用探索还能够为美国陆军的“下一代战车”（NGCV）提供支持，因而具有深远的战略意义。本文从美国陆军现有运输能力与未来作战需求之间存在的差距入手，研究了“领导-跟车”技术项目的发展动因与当前进展，分析了该项目运用的关键技术，并总结了项目研制过程中的经验教训。

地面运输是战区内军事行动的所有后勤和保障支持的基础，随着美国将重心转变为与中俄开展全面战争冲突，美国防部发现其目前正面临着越来越严峻的运输问题，已经对美国有效地向海外投送兵力造成了威胁。美国陆军的步兵旅战斗队（IBCT）一次运输仅能转移其58%的建制装备和人员，而预算限制和国防部的人员缺口打消了任何通过扩大规模来解决运输能力缺口的念头。因此，美国陆军需要一种革新但节约成本的解决方案来提升其战术地面运输能力。自主地面再补给（AGR）技术代表了一种切实可行的解决方案，特别是正在进行的“领车-跟车”项目。

“领车-跟车”项目背景

2017年，美国国防战略明确了准备与中俄开展大规模作战的基调。在伊拉克与阿富汗战争中，美军后勤保障能力受到的挑战有限，但与全球大国开展常规战争则使军事领导者重新关注军事后勤企业的战备能力，以满足在对抗越来越激烈的环境中作战的需求。2018年，美国国防科学委员会对可生存的后勤能力开展了专门研究，在其对后勤战备能力的评估报告中，就目前后勤保障能力的“重大不足”做出了如下描述：

“自冷战结束后，美国再也没有与任何一个能够对军事补给链和部署的人员和装备造成毁灭性打击的对手交锋过。因此，与国防部的其它优先事项相比，联合后勤企业（JtLE）已经经受了相当长时间的忽视和经费不足。同时，随着战略竞争对手投资反介入/区域拒止（A2AD）能力和灰色区域战术，其威胁联合后勤企业的能力正不断增强。”

国防科学委员会的报告指出了后勤行动中将会对未来战争，尤其是与大国竞争对手的战争造成重大挑战的某些关键弱点。目前令运输装备不堪重负的关键缺陷和战备问题对美军在未来的全面冲突中有效投送兵力的能力造成了威胁。在近几次冲突中，过度依赖承包商的支持也从一个侧面证明了建制运输能力的严重不足。而这仅仅是小规模冲突，更别提在未来的全面战争中提供充足的后勤支持。同时，越来越远的精确制导武器射程也拉长了导弹补给链，并且新国防战略提出了保护资产、补给库存并前推通信线路等要求。由于未来各作战域的竞争都会非常激烈，因此适应未来作战的应该是受到更小型化、越来越分散化的后勤支持的拥有先进技术的高效能作战部队，这对鲁棒的响应式地面后勤运输能力提出了更高的要求。

有望应对上述挑战的一个解决方案设想是，快速扩大无人系统的部署规模，将之前由人类执行的作战和后勤职能改为由无人系统执行。自主地面再补给（AGR）技术可实现有人系统与无人系统的无缝集成，在提升运输速度和运输量的同时降低陆军士兵们承担的风险，从而实现高对抗作战环境下的兵力投送。虽然美国防部已加大对无人系统装备的投资，但空中平台的优先级要高于地面平台。而且为了与打造更敏捷作战部队的目标保持一致，目前在地面运输领域的投资以超轻型车辆为重点，造成留给中型和重型运输平台的经费少之又少，而战区内后勤保障支持的主力恰恰是中型和重型运输平台。此外，虽然美国防部持续强调“敏捷性”的价值，但陆军执行“大规模后勤保障”的能力对于完成针对中俄的决定性行动来说仍旧是非常关键的。自主地面再补给平台的持续投资不足将使得与中俄等国旷日持久的大规模冲突更加艰难。总的来说，平衡各作战域的无人系统投资将更好地分摊作战风险，并具备打赢全面战争冲突所需的充足后勤能力。

“领车-跟车”系统是目前最具代表性的自主地面再补给技术项目，有望填补地面运输能力的缺口。作为一种能力有限的自主控制系统，“领车-跟车”系统已安装到现有的军用车辆平台上，使这些车辆能够在不需要人类操作的情况下有效完成机动运输任务。“领车-跟车”系统能够以约为新型联合轻型战术车（JLTV）四分之一的成本，为机动编队编队带来后勤保障模式转型的可能性。如果“领车-跟车”技术能够显著改善后勤保障能力，美国陆军就能克服运输问题，更好地迎接与中俄的全面战争。

“领车-跟车”项目进展

“领车-跟车”技术是“自主地面再补给”领域半自主能力技术的最新成果，使一辆有人驾驶的“领车”能够指挥、引导3~9辆无人“跟车”完成运输任务。考虑到过去在地面再补给行动中遭受的大量伤亡，“领车-跟车”技术为限制人员暴露于敌对环境方面提供了一种切实可行的解决方案，同时还能扩大后勤运输的吞吐量，这些因素都为该技术的开发提供了一个强有力的理由。

2017年，“领车-跟车”项目团队曾提出一项为期7年的采办策略，以确保为该技术集成到重型战术轮式车辆（TWV）平台上提供所需的资金。但是，美国陆军参谋长拒绝了这一计划，并要求该项目团队在36个月内将“足够好、足够快、足够便宜”的“领车-跟车”能力交付到士兵手中。为了满足这一意图，“领车-跟车”项目开发团队提出了基于“自主地面再补给”项目下开发的appliqué自主套件的系统解决方案，即在现役的重型战术卡车上加装自动控制传感器套件并进行车辆线控和主动安全升级。美国陆军在2017年5月4日签署的项目“指导需求”（DR）中正式发布了设计和建造原型系统所需的资金，并于2018年2月由陆军需求监督委员会发起能力开发倡议。

图1 接受测试的“领车-跟车”原型

2018年6月，奥什科什（Oshkosh）防务公司获得了一份价值4900万美元的“领车-跟车”项目合同，将自主驾驶套件集成到该公司生产的重型卡车上以实现对车辆的控制并提供驾驶辅助功能。为了推进该项目，美国陆军已向两支合成卡车连队派遣了60辆具备无人驾驶能力的车辆，目的是将配备无人驾驶车辆的排与有人驾驶车辆排进行比较，以确定“领车-跟车”能力是否能有效提高战术部队的后勤运输能力。据美国国会研究署（CRS）2018年11月发布的《美国地面部队机器人和自主系统（RAS）和人工智能（AI）：国会的考虑因素》报告披露，“领车-跟车”项目预计于2021年实现低速初期生产，2023年实现全速生产，2027年完成全部生产计划。该能力预计将解决美国陆军约80％的后勤运输需求。

自主技术的应用及意义

“领车-跟车”项目代表了自主技术发展和技术获取方式上的重大进步。该项目在概念和设计上都具有创新能力，具备解决后勤保障领域面临的重大挑战的潜力，并形成了新的支持概念。

（一）自主性定义

简单地说，自主性是一种使机器人能够执行传统上由人类执行的功能的技术。自主性通常包括通过“感知-认知-行动”这一信息处理环对环境进行感知和反应的能力。机器自主性依赖人工智能来执行视觉感知、声音识别或决策等任务。

正确评价一个自主系统的高级特性，需要区分该系统相对于其它自主系统所具备的自主程度。然而，试图在单一尺度上定义自主性等级只会造成混乱。因此，美国国防科学委员会建议重点关注自主性如何为自主系统内的某些特定能力提供支持。采用类似的逻辑，北约于2015年在一份研究报告中提出了一框架，根据以下三个关键属性对自主技术进行分类：

（1）人机指挥控制关系

（2）自动化决策的类型

（3）机器决策的熟练程度

澳大利亚国防部发布的一份研究报告对北约这一自主技术分类框架进行了简要总结，如图2所示。

图2 人机指挥控制关系图

自主性可以认为是控制范畴中一种可能的极限状态。然而研究表明，在未来30年里，大多数系统可能实际上只能达到某种程度的半自主能力。并且随着软件和硬件涵盖越来越多的情况或操作模式，以及随着系统在更复杂的环境中使用，将会产生相当高的系统复杂性。可能会造成以下几个问题：（1）由复杂性带来的系统可理解性降低；（2）系统在任意情况下的工作方式变得更难预测，为必须与系统进行交互的人带来了挑战；（3）为了解决前两项问题而创建了用于人为干预自主系统的通信链路，进而产生了更高的脆弱性。因此在可预见的未来，美军的大多数或所有行动将需要以人类与自主系统相结合的方式开展，以应对各种作战状况和意志坚定的对手。

（二）关键技术应用及战略意义

与以往运用于无人机或爆炸物处理机器人的远程控制技术相比，“领车-跟车”项目代表了无人系统装备领域的重大技术进步，它真正意义上将具备自主能力的无人系统应用到军事行动中。该项目具备解决地面机动领域关键后勤挑战的潜力，自主能力与地面运输平台相结合将提高整个配送体系的效率，并极大降低士兵的风险。

“领车-跟车”项目采用appliqué解决方案，通过在现有车辆上集成可适用于多种平台的模块化硬件套件来实现自主能力，因而成本仅为开发一辆全新车辆的十分之一。作为一种应用于中型机动平台的无人地面车辆技术，该项目的成本在国防部无人系统技术领域的投资占比可以忽略不计，远远低于国防部对无人机和超轻型机器人系统的投资。“领车-跟车”项目还应用了称为MOSA的可扩展的开放式架构。MOSA的模块化、开源特性有助于实现互操作性，为未来无人系统装备领域的大部分投资计划提供支撑，对于国防部“有人-无人编队”这一远景构想具有重要的战略意义。

“领车-跟车”项目的成功经验

由于美国陆军系统装备普遍具备较长的生命周期，因此无法充分利用商用领域车辆自主性技术的发展。例如，与以消费者为中心的公司相比，美国陆军通常需要更长的时间来列装新型卡车。当陆军的新型卡车部署至战场时，其车载电子设备可能已经过时，这使得添加新技术（如今天的机器人技术）变得很困难。美陆军在“领车-跟车”项目的研制过程中发现，对于新项目和服务寿命延长项目，开发人员和项目经理应该从一开始就将系统设计为“自主就绪”。例如，在基础配置中加入成本相对较低的线控技术，可使以后添加自主功能变得更加容易和经济。美陆军建议，车辆出厂就应具备以下能力：

（1）串行数据总线和商用安全技术

串行数据总线可以实现各种机器人功能，并且可以通过升级实现更强的能力。防抱死制动系统、电子稳定控制、碰撞缓解制动、自动车道检测和警告、盲点警告、倒车摄像头和路径显示等在商用领域广泛运用的主动安全技术能够显著增强安全性能，并为将来增加主动安全、无人或自主能力奠定基础。

（2）数字化或线控驱动

应根据车辆的能力和预期用途，将特定的线控要求包含在开发过程中。线控组件的选择在很大程度上取决于特定的基础车辆，如果需要完全无人操作的功能，不仅应该考虑系统转向、制动和传动的线控，还应该致动器的线控。

（3）互操作性合规性

美陆军与其行业合作伙伴共同拟制了机器人和自主系统地面互操作性配置文件，已经符合互操作性配置文件要求的系统，一旦增加自主能力，将具备更强的互操作性。

（4）物理接口

系统工程师应考虑使用汽车工程师与电气和电子工程师等协会的商用标准来定义附加套件集成的物理接口。工程师们还应留出足够的物理空间，以便之后增加无线电、计算机等硬件和相关的电气布线和连接。

（5）车载诊断

基础配置中包含车载诊断系统的好处是改善维护、保障和安全性。此外，诊断所需的传感器和数据为将来系统具备无人驾驶功能奠定了基础。

结语

战争性质的转变将使士兵们未来的作战方式发生翻天覆地的变化。美国陆军领导层将未来作战环境的特征描述为大国竞争、科技飞速发展、难以置信的速度与自主使能技术的出现。为了应对未来的复杂作战环境，美国陆军一直致力于将无人驾驶车辆纳入其后勤运输车队中，其目标是减少执行地面再补给任务的伤亡人数。在经过多年探索之后，美国陆军通过在现役的运输车辆中加装自动控制传感器套件并进行车辆线控和主动安全升级，实现了“领车-跟车” 能力，并朝着全面实现自主化地面再补给的目标稳步迈进。对自主技术的探索还将为美国陆军的“下一代战车”计划提供支持，进而实现美国防部“有人-无人编队”这一作战应用构想。

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