美軍將實兵測試鋼鐵俠
動力裝甲離“抬手放激光 踢腳出導彈”還有多遠
在近期上演的電影《復仇者聯盟》中，身披高科技鎧甲的鋼鐵俠托尼·史塔克上天入地，在“正義聯盟”中格外引人注目。而據美國媒體近日報道，美國特種作戰司令部采購主任吉姆·史密斯稱將在一年內開始對“動力裝甲”實兵測試。據稱，這款裝置能讓特種部隊士兵成為活生生的鋼鐵俠。現實版“鋼鐵俠”真能實現嗎？它具備怎樣的威力？
追根
溯源
動力裝甲最早出現在科幻小說中
美軍即將測試的“動力裝甲”，簡單說就是一套特制“裝甲外衣”。穿在身上，可令士兵獲得各種強大戰斗力，如更強的防御力、機動力、更靈敏的信息獲取能力等等。
最早的動力裝甲，出現在1959年的科幻小說《星船傘兵》中。這套具備動作同步式驅動系統與核生化防護系統的動力服，外殼覆以輕合金，能有效地防護輕兵器或炸彈破片的攻擊。由于能同步運動再加上動力增幅，大幅地提升了士兵的防護力、運動能力與生存性。
根據小說中的描述：“動力服能給我們更敏銳的眼睛，更機警的耳朵，更強壯的后背以攜帶沉重武器和彈藥，更強大的火力，更持久的忍耐力，還令我們更不容易受傷。”
這種讓人入迷的設定，很快被許多后續的游戲、小說和影視所吸取，成為科幻戰場上的明星。而其中最著名的，當然就是鋼鐵俠史塔克。
值得一提的是，動力裝甲和機器人完全不同，它是由真人穿戴高科技裝置，而不是電腦AI操控的機器人。動力裝甲與常見的“人形兵器”也有很大區別，簡單說，后者是由人采用通常的方式(如按鍵、操縱桿等)操控武器作戰，而前者則是機器附著于人，跟隨人的動作而動作。譬如美國動畫片《太空堡壘》中，第一階段地球方面的變形戰斗機屬于“人形兵器”，而在第二階段破獲外星人技術后發展的通過操縱員神經直接映射的機甲動作，則可以歸為“動力裝甲”。
動力裝甲的體形差異也很大。如鋼鐵俠史塔克的裝甲，穿上后只是略顯粗壯魁梧；《星船傘兵》中的動力裝甲，使用者穿著后身高超過2米，全備重量將近1噸；而《太空堡壘》中的機器人形裝甲更是高達數十米，重達上百噸。
神兵
概念
裝甲最大挑戰——傳感系統
現實中的動力裝甲，或者說在未來一段時間可以期待的動力裝甲，還做不到如小說、影視中那樣夸張，不過從實現功能來說，還是大同小異。
首先，動力裝甲能通過機械增強士兵的肢體能力。士兵一只手費盡力氣只能提起幾十千克的物品，而通過動力裝甲的機械力，能讓他單手提起上百千克甚至幾百千克的重物。其次，通過動力裝甲遮蓋士兵的肢體皮膚，形成防護力，可以擋住傷害士兵的彈片和沖擊波、熱浪等。此外，動力裝甲還能增強士兵的信息探查能力和攻擊力。而要讓士兵能夠靈活操控這種裝甲，使得裝甲能跟隨士兵的動作產生反應，則需要有足夠精密的傳感系統。這才是整個裝甲項目最大的挑戰。
有趣的是，真實世界中對動力裝甲的研究，幾乎是緊跟著文藝領域進行的。早在1960年，也就是《星船傘兵》出版后的一年，美國通用電氣就開始了類似的研究。他們最早研究的是一只機械手臂，后來擴展為全身系統。這個項目被稱為Hardiman，可以實現拎起120千克的重物和平常人拎起5千克重物一樣輕松。這個項目在上世紀60年代中期取得了一定的進展。
此后，其他一些公司陸續進行了相關研究。麻省理工學院從1978年開始研發，Sarcos公司在1983年開始研發XOS項目。2000年，XOS項目被美國國防部研究計劃署選中，打算將其應用在軍隊中。后來Sarcos公司被美國著名軍火商雷神收購。美國國防部研究計劃署投資數千萬美元，為地面部隊開發外骨骼套裝。這種外骨骼又被叫作“戰術突擊輕型特種兵服裝”，不過美軍對其研發進度估計有些落后，原本他們計劃在2018年就能投入使用。
這次美國媒體報道的動力裝甲包括一層內襯、一層外骨骼和一層裝甲。其中，裝甲負責保護步兵，外骨骼負責提升步兵力量，內襯則是傳導步兵的身體動作。此外，還有一個復雜的頭盔系統，內置情況傳感系統和通信系統。
刀槍
不入
裝甲防護相對容易實現
既然稱為“裝甲”，大家的第一反應當然是保護士兵被殺傷的防護力。鋼鐵俠影片中，史塔克穿上鎧甲后，別說普通的槍炮難以將其傷到，面對外星人的超能力攻擊也能支撐不少回合。
現實設計中，動力裝甲的幾大要素里面，防護力其實是相對容易實現的。因為現在的個人防護技術已經比較成熟。較為先進的防彈衣是軟硬復合型，一般外部是金屬、陶瓷片、玻璃鋼等硬質材料抵擋彈片，內襯用凱夫拉、超高分子量聚乙烯纖維等減緩沖擊。對于一般的彈頭、彈片殺傷，防彈衣的強化很簡單，就是用更多的層數和厚度來實現，換句話說就是一層不夠上兩層，十層不夠上二十層，總能達到預期的防御目的。
但是，對于普通士兵來說，防彈衣當然不能無限增厚。因為穿得太多，會嚴重消耗士兵的體力和機動力。比如一件凱夫拉防彈背心就有好幾千克重，穿上后士兵承受的壓力很大。但動力裝甲卻獨具優勢。因為動力裝甲本身具備動力系統和外骨骼，穿戴上動力裝甲的士兵，負重能力大大超過普通步兵。5千克或者10千克的防彈衣對普通士兵是不小的負擔，但一整套動力裝甲卻可能有上百千克乃至數百公斤的分量。這種情況下，稍微花費一些重量在裝甲防護上根本不是大問題，系統動力和外骨骼搬動這些分量也輕而易舉。這就使得現實版“鋼鐵俠”們能夠輕易地獲得遠勝于普通士兵的防護力。
從目前公布的照片來看，美軍動力裝甲在防御上，可能是以鈦合金作為外部防御，內部以其他先進材料襯底。其厚度和覆蓋面積肯定遠遠超過普通的防彈背心，為士兵提供全方位的防護。
不過，對于更先進的一些防御模塊，如主動防御裝甲等，估計短期內不可能采用。一則，這些技術常用在裝甲車輛上，其小型化未必成熟，系統本身對于能源、彈藥等的要求較高。二則，主動防御可能給本身和鄰近的友軍單位帶來損傷，對于裝甲車輛這種損傷可以接受，但對步兵而言這種損傷卻可能是致命的。
拔山
蓋世
外骨骼動力是核心技術
動力裝甲更為核心的技術是外骨骼。我們可以把外骨骼理解為一個機器人，它緊貼著士兵的身體，并且模仿士兵的動作。這樣，當士兵需要舉起重物時，實際上是模仿他的機器人在舉起。外骨骼不但使士兵能夠攜帶更多武器和軍需品，也能使士兵穿上較重的防護設備，增強裝甲防護力?？梢哉f，對于這一套肯定會很沉重的動力裝甲而言，外骨骼是一切的基礎。20世紀60年代，通用電氣公司開發的Hardiman，首先就是一套外骨骼系統。
對外骨骼的研發而言，重點不是外骨骼能有多大的力量，畢竟比起人力來說，機械力是可以輕易超越十倍、百倍的。實現外骨骼的難度，主要在于要選擇合適的構造材料，既堅韌又要有彈性，足以用不太夸張的重量支撐整個系統；要實現外骨骼系統在機械性能方面的靈活，帶有能夠彎曲的關節，使得其可以與士兵做到相同的動作。最后，還要實現對外骨骼有效的控制，使士兵穿上外骨骼后能夠正?；顒?，促使機器順暢移動。
基本上，制造外骨骼就和制造仿真機器人一樣，唯一不同的是前者由穿戴的士兵控制，后者由AI自行操控。
在外骨骼傳動的研究中，美國科學家通過人體上幾個接觸點的信息反饋，使得外骨骼的AI電腦理解操作者的動作意圖，再配合行動。為此，系統要包含微型傳動裝置和壓力感應器等，通過液壓或電傳系統產生聯系。
這些感應器，以每秒幾百次甚至幾千次的速度，把測量到的數據傳給中央處理器，然后由中央處理器經過緊張計算，判斷操作者的意圖，并根據結果進行模仿，指揮每個關節內的每條人工肌肉如何運動。
在實驗中，操作員伸手從架子上拉下杠鈴，手上的感應器立刻檢測到變化，并啟動外骨骼。在外骨骼系統的運轉下，操作員輕易地將100磅的杠鈴舉起了數十次，而自身的手臂肌肉只承受了很輕微的壓力，體力消耗很低。
項目負責人詹姆斯·米勒上校透露，目前最大的困難正是在于外骨骼。當前的外骨骼系統還存在很多問題。其原型機由800個部件構成，大量使用碳纖維塑料，但是價格過于昂貴，而且不能滿足“粗暴”操作的需要。他們下一步可能會用鈦合金來制造外骨骼。
了如
指掌
信息與通信系統較為成熟
現代鋼鐵俠中還有一些較為成熟的子系統，例如信息與通信系統以及與之適應的內襯系統。畢竟，戰場信息傳輸和網絡化平臺是美軍已經研究了數十年的系統，技術比較成熟。在具體應用中，如同防彈衣一樣，通常由于體積和重量的約束攜帶不便，制約信息設備的廣泛和深入使用。而在動力裝甲中，由于外骨骼令士兵負重能力提高了許多倍，自然也可以承載更為全面和完善的信息與通信系統。
動力裝甲的內襯系統，具備熱特征管理能力，有一整套分布式傳感器，安裝在身體各個位置，來監控士兵的生理情況，包括體溫、心跳、呼吸、血壓、血糖等參數，然后根據這套參數，完成適宜的操作，比如向士兵提出警告和建議、聯絡附近友軍和醫療單位，或者調解裝甲的內部溫度等。這幾項功能，作為美軍單兵作戰系統的組成部分，現在已經實用化了。例如溫度調節，是通過在內襯的管路里注入冷或熱的液體來實現的。
除此之外，裝甲的頭盔部分還裝有小型顯示器，安裝在士兵的眼睛下方，只要向下一瞥就能看到所需的各種信息。這些信息除了士兵和裝甲系統自身參數，還包括來自友軍和上級的指示、消息，來自偵查設備包括衛星傳輸的敵情和戰場信息等。利用傳感器和全球定位系統(GPS)接收器，士兵可以了解有關他們正在穿越的地形信息，計算機還能找出行進到指定位置的最佳路線。當然，這些本來就是美軍獨立的科技模塊，只不過被集成到動力裝甲中而已。
尚需
努力
離史塔克還差很遠
在提高士兵的攻擊力方面，動力裝甲無疑具備先天優勢。依靠外骨骼產生的承載力，士兵可以攜帶更重而且威力更大的武器、更充足的彈藥、更敏銳的偵查和火控設備等，從而直接提升戰斗力。
此外，穿戴動力裝甲的士兵，其操作武器可以不只是局限于兩手，還能攜帶更多的自動裝彈設備，更靈活地切換武器的狀態。在未來，用裝甲上附加戰斗攻擊模塊，通過某些特殊動作(如打個響指)的方式來操作，將使士兵更具備全方位的殺傷力。不過，目前的研究尚且停留在基礎外骨骼層次，畢竟只有外骨骼問題解決了，加裝武器模塊不過是分分鐘的事。當然，要做到電影中史塔克那種抬手放激光、踢腳出導彈的效果，那還差得遠。
相對來說，如何為這些機器提供能量更令人頭疼。如此力量巨大、功能齊全的設備，消耗的能量不是小數目。根據設計需要，士兵們的動力裝甲應該能在充滿能量之后，堅持24個小時的運行而不需要補給。
目前使用的能源裝置實在做不到這一點。而一旦能量耗盡，龐大的動力裝甲將成為致命的鐵皮罐頭，穿著它的士兵寸步難行。據稱，該系統曾經使用鋰聚合物電池，但現在已被放棄。美軍米勒上校表示，目前該系統準備采用的能源是一種固態氧化物燃料電池。這種電池原本在日本為建筑物供電。當然，固體氧化物燃料電池的小型化是很難的，面臨著工作高溫的挑戰。
至于動力裝甲的機動力，也是一個老大難。在電影中，史塔克穿著動力裝甲能夠翻山越嶺，這個當然是幻想。如此沉重的玩意要飛上天，在新式發動機出現前根本就不可能。
實際上對當前的動力研究來說，如何驅使穿戴這套外骨骼模仿人類走路，其實比讓它提起上百千克重物要難得多。畢竟后者只需要增加機械的功率，前者需要研究和實現許多個精細的微觀工作。通過增強機械力量和減少體力消耗，理論上可以讓士兵實現更快的速度和更持久的奔走，但前提是先要讓它學會調節平衡。據稱，目前一種獨立開發的放大行走器的時速可超過16千米，還能讓士兵跳得更高更遠。
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