美国陆军未来隐身能力建设

导读

随着侦察与精确打击技术的快速发展,未来陆军的战场生存率将面临着严峻的威胁,为此美陆军从隐身陆航装备、隐身陆战装备、伪装系统以及隐身单兵装备等多个层面全方位加强未来陆军的隐身能力建设。本文对陆军未来攻击侦察机(FARA)项目、未来低成本攻击机(LCBAA)项目、下一代步兵战车、两栖步兵战车、氢燃料坦克、3D打印软体机器人以及伪装网络系统、新一代隐身武器与单兵装备等进行了梳理。可以得出:未来陆航装备将主要从外形、材料、降噪设计等方面提高红外、雷达等隐身能力;未来陆战装备将主要从移动伪装系统、“战术伪装装甲”、声学伪装以及防红外涂料等多个方面提升隐身能力;3D软体机器人则是利用高度的结构灵活性和分布控制提高隐身机动性;伪装网络系统及单兵装备将主要从材料与设计等方面着手以实现更优的红外、雷达等隐身效果。此外,还可以得出:美陆军未来陆航、陆战装备除了具有较强的隐身能力之外,还将具有超强的信息化水平。

美国未来隐身陆航装备

未来攻击侦察机(FARA)项目原型机入选隐身直升机

美国陆军于2018年6月发布了未来攻击侦察机(FARA)项目,并于2020年4月宣布贝尔公司的“360 Invictus”和西科斯基公司的“袭击者”X两个设计方案入选未来攻击侦察机(FARA)项目的第二阶段——最为关键的原型机研发阶段。作为引领全球新一代军用直升机发展方向的项目,FARA备受各国关注,在此对入选的两款直升机的主要性能参数与系统装备进行梳理以进一步探究其相关进展。

贝尔直升机公司新型武装侦察直升机——360 Invictus

贝尔直升机公司研发的360 Invictus直升机

360 Invictus直升机采用串列座舱设计,由双人驾驶,驾驶舱中间拥有一个大型的整体式夜景显示器,两侧各有两个长方形显示器,设计与先进程度比肩F-35战斗机。其采用了与贝尔-525直升机相同的核心转子系统,可靠性高,并且测试证明该机的速度可达333公里/小时。

以美国陆军未来攻击侦察机为研发目标的360 Invictus直升机对于隐身性能的设计更是毫不含糊,从外形到装置均进行了细节设计。

图表:360 Invictus直升机的隐身设计

隐身设计 特点
外形隐身 机身细长,外形呈现六边形截面,多处采用多面体圆滑边角设计,减少了直角反射面,并将采用吸波材料;座舱采用了平板玻璃,能有效减少阳光的漫反射;排气管偏向右侧,并将采用复杂的降温、遮掩设计,排气辐射量较小;发动机进气口的开口紧贴机身,以避免雷达波照射到涡轮风扇上产生大回波;采用了倾斜式涵道风扇尾桨设计,雷达反射回波比传统尾桨少;

采用与“科曼奇”武装直升机相同的内置弹舱,在飞行时弹舱可以关闭,将导弹收入其中,实现最大隐身效果;

起落架可收起,能降低直升机的雷达反射面积。

材料隐身 将采用吸波材料,全机表面采用暗色无反光涂料,能减少反光强度,有助于实现目视隐身。

此外,该直升机配置了武器,具备一定的攻击与火力支援能力。
◆两侧的内置弹舱总计可携弹4枚,在对隐身性要求不高的任务中,该直升机的超长短翼下还能够携带2个标准的4联装反坦克导弹发射架,总计能够携带12枚反坦克导弹,比“科曼奇”武装直升机少2枚。
◆拥有一门20毫米的3管机关炮,火力支援能力强大。

据称,为了更好地适应战场侦察与指挥需求,360 Invictus直升机还将在主旋翼的桨毂中集成雷达系统,以具备操纵无人机的能力,并加装新型卫星链接通信系统等,更具信息化特点。

除了具备高速、隐身性以及不错的杀伤力等特点之外,360 Invictus直升机还具有一定的敏捷性与机械可靠性,并且成本低,易于维护。

S-97“袭击者”X高速隐身武装侦察直升机

S-97“袭击者”X高速隐身武装侦察直升机

S-97“袭击者”X高速隐身武装侦察直升机是美国西科斯基公司为满足美国陆军FARA项目要求而专门设计的新一代机型,是世界上首款采用共轴刚性双旋翼+尾部推进式螺旋桨的复合动力直升机,最高飞行速度可达480公里/小时,相当于普通现役直升机速度的两倍。

该直升机在设计制造时主要从降噪和降低雷达反射截面积两方面提升隐身性能。

图表:S-97“袭击者”X高速隐身直升机的隐身设计

设计目标 设计内容
降噪 采用了共轴刚性旋翼系统而无需尾部螺旋桨,因此能避免产生类似于传统直升机的尾部噪音。
降低雷达反射截面积 在机身设计采用了大量新型复合材料以及流线型机身的双重设计,突出部位很少,大大降低了S-97的雷达发射截面积。

 

S-97最大的优势在于其具有超高的电子设备信息化水平,同时还配备了一定武器。

◆无论该直升机在空中进行何种高难度任务,其控制系统都能够清晰显示操作步骤,统一编队的直升机之间的共享信息,只要编队中一架直升机接收到任务,其他直升机就能够快速进入执行任务状态,具有强大的实战能力。
◆在武器配备上,机身上配备一挺备弹500发的机枪,携带了7孔的射击火箭槽,机舱可以承载6名士兵,能够进行特种作战。

此外,由于该直升机在旋翼上采用了高性能的S2玻璃纤维和碳纤维复合材料,不仅使得该直升机只有4吨重,起飞重量仅约5吨,还使其能够应对各种恶劣环境对机身的侵蚀,机体结构稳定并且韧性高,具有较强的抗腐蚀性能,还提高了可维护性,延长了该机的使用寿命。

S-97自2015年首飞以来一直处于性能测试阶段,500公里的航程还是略显不足,将会对其机动性与武器挂载能力产生一定影响。

综合而言,S-97直升机目前尚且无法达到战斗机的雷达隐身水平,但该直升机能够兼具优秀的机动性能与一定的隐身能力,并且能够为己方地面部队提供一定的火力支援,还能执行武装侦察与战场救援等任务,从技术角度上已然代表了未来武装侦察直升机的发展方向。

据称,FARA项目最晚将于2023年秋季确定作为原型机的机型。

“低成本战地攻击机”(LCBAA)项目

N401“战神之子”由美国缩比复合材料有限公司(SC)研发(诺斯罗普•格鲁门公司子公司)针对美国陆军“低成本战地攻击机”(LCBAA)项目而研制的小型近地空中支援战斗机验证机,旨在填补美陆军在近距离空中支援武器领域的空白。

N401重约1700~1800公斤,翼展11米左右,最大飞行高度小于9千米,最大有效载荷约等于飞机本身的质量,高达1.8吨。

N401“战神之子”验证机

N401使用了大量碳纤维进行制造,采用流线型机身设计以及更加完善的背部进气模式,取消了鸭翼,扁平菱形机身、平直机翼和大V型尾翼利于其隐身性能的提高。

该验证机在设定上是一种可以在有人和无人驾驶两种模式间灵活切换的飞机,采用单发设计,使用一台JT15D-5涡扇发动机,最大飞行时速可达737公里。

据报道,N401“战神之子”验证机在2020年分别进行了神秘的反光测试实验、NASA F-15D伴飞实验、Model 281实验等,详情未见披露。

美陆军未来隐身陆战装备

下一代步兵战车NGCV竞标方案

美陆军下一代步兵战车NGCV自2019年开始开标,目前参与竞标的步战车方案主要包括雷声与莱茵金属联合推出的“山猫”(Lynx)KF41,与美国通用动力的“格里芬3型”(Griffin III)。

“山猫”KF41步兵战车 “格里芬3型”步兵战车

其中,“山猫”KF41步兵战车的最大爬坡度为60°和最大侧倾为30°,能够跨越2.5米宽的沟渠,涉水深度达到1.5米,并通过1米高的垂直障碍物;“格里芬3型”采用通用动力ASCOD装甲车的车体与底盘,整车90%以上零部件可保证美国本土生产,最大航程500公里,可攀越0.6米高垂直墙,越壕宽2.1米,爬坡度60%。

这两款步战车均采用了大量的新技术与设计理念,在技术方面虽各有千秋,但却有一个共同点,即都进行了一定的隐身设计。
◆“山猫”KF41:机关炮炮管加装用于隔热和冷却的金属护套,车体表面喷涂防红外涂料,并采用移动伪装系统,减少热信号以及红外、视觉和雷达特征;与前几代步兵战车相比,其轮廓更小,噪音和排放也更少,也有助于提高其隐身性能。
◆“格里芬3型”:采用“战术伪装装甲”(由美国Armorworks装甲防护公司研发),六边形贴片附加装甲不规则的凹凸与倾斜角度帖附在主装甲上,降低红外、雷达反射,具备声学伪装;并且其装甲可根据作战需求涂喷颜色,干扰敌方观察、测距等。

在加强步战车隐身性能的同时,两款步战车在机动性、防护、火力以及态势感知等方面也是各具特色,如下表所示。

图表:“山猫”KF41步战车与“格里芬3型”步战车的主要性

步战车型号 山猫KF41步战车 格里芬3步战车
机动性 战斗全重达44吨,配备了1156马力的大功率柴油发动机。 需加装附加装甲,全重达40吨。
防护 车体和炮塔都由装甲钢焊接而成,内有防剥落衬层,外有模块化附加装甲,还可根据作战需求继续加厚装甲;可选配硬杀伤主动防御系统,进行360°主动防护。 “铁拳”主动防御系统可拦截坦克炮弹、非制导火箭、反坦克导弹,可使用光电定向干扰器;反狙击手系统能通过声学感应器与计算机传送枪声信息并判别枪手位置,再用火控系统反击;配有烟幕弹发射器,能在交火时隐藏战车位置。
火力 配备了一门WOTAN35炮,采用35×228mm的厄利空弹药,也可发射尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS);一挺7.62mm同轴机枪和炮塔顶部12.7mm遥控机枪。 一门35/50mm双口径设计的机关炮,配备了自动装弹装置,爆炸威力为25毫米机关炮弹的10倍,射程远2倍。
战场感知 遍布360°潜望镜系统,在炮塔上方与左侧分别安装了一步三合一观瞄系统(集成昼间CCD成像、热像仪与激光测距)。 采用一套融合有光电、红外线和热成像系统的车长周视镜(位于炮塔上方)与炮长镜(位于炮塔正面),可俯仰方向绕轴旋转。
可携带人数 3名车组+8名步兵 3名车组+6名步兵。

此外,“山猫”KF41步兵战车还具有更高的信息化水平,并采用了高度模块化设计,允许集成特殊任务套件以生成特定的变型车,装备了HSWL 256自动6速变速箱,能够安全地移动、转向和制动车辆,其全数字火控系统能够使其在移动中准确命中3000米高的高速飞行目标,射速为每分钟200发。

未来美陆军除了从以上几方面进行考量之外,还将从维护、通用性、升级潜力以及价格等方面进行综合评估,方能确定最终方案。根据美国陆军的构想,下一代战车将在2030年到2035年装备部队,以替换届时服役期将超过50年的M2“布雷德利”履带式步兵战车。

“凯普蓝”20新一代两栖步兵战车

“凯普蓝”20新一代步兵战车

“凯普蓝”20由美国联合防务公司(FNSS)研发,是目前少数具备两栖作战能力的步兵战车之一,近几年备受美国陆军青睐。

该步战车外形简洁,没有明显突出物,并采取了一系列措施来降低战车的红外特征,加之该车的发动机噪音十分小,所以具有不错的隐身性能。

“凯普蓝”20长6.5米,宽3.15米,高2米,功重比和最大公路速度也均明显优于M2布拉德利。其乘员为3人,可携带6名步兵,其履带有6个负重轮,对不同地形均具有良好的通过性,能适应不同天气情况,具备两栖作战能力,并装备了武器系统与火控系统。

 

图表:“凯普蓝”20新一代步兵战车主要设计与系统装备

主要设计与系统装备 特点/参数
两栖作战设计 车体、舱门和封闭盖均防水;

车体后方还有2个用来喷水推进的喷口,无需改装即能进行两栖作战或者潜渡,据称还可在水中转向甚至倒车。

武器系统 带Mk 44 Bushmaster II 30mm机炮的遥控炮塔,炮塔上装备一门7.62mm的同轴机枪,也可装备105mm坦克炮;

车体两侧装备的烟雾弹发射器也可发射枪榴弹。

火控系统 车长和炮长配备了热象仪和激光测距仪的独立360全向观瞄系统;

炮塔安装了独立的稳定系统以提高射击精度。

此外,该步战车还安装了导航系统、360°态势感知系统、装甲透视系统、日光自适应室内照明系统、战场管理系统、无线乘员对讲系统和敌我识别系统。另外,其观瞄装置玻璃具备强光防护功能,可避免高强度光线损伤乘员视力。

新型氢能源战车

氢电燃料驱动的坦克模型

据《防务博客》2019年8月28日报道称,美国陆军正在研发新型氢能源战车,相关项目由来自美国陆军作战能力发展司令部的“地面车辆系统中心”(GVSC)和美国陆军研究实验室合作开发,用于制造未来坦克与步兵战车。
◆采用氢燃料电池技术的驱动系统不会产生烟雾与气味,并且具有低噪音、低热量等特征,十分有助于提高战车的隐身特性。
◆氢燃料电池技术可以在减少对石油的依赖的同时,减少对环境的破坏。
◆新的氢电源组还将为未来的坦克提供了诸多优势,如其提供的高扭矩使坦克能够通过粗糙路面和陡峭的地形,加之其具有多样化的燃料补充来源,将使得未来坦克具有更强的作战和生存能力。

根据GVSC的最新数据,美国陆军目前正在探索和评估新型电池发电技术,包括氢燃料电池技术及其相关辅助设备,未来一旦研发成功,该技术将为地面车辆系统提供战术优势,在提高生存能力的同时进一步增强其作战能力。

3D打印软体机器人

早在2018年,美国陆军研究实验室和明尼苏达大学之间的一项联合研究项目就开始利用3D打印技术来开发用于战斗场合的新型柔性机器人。

图表:3D打印软体机器人主要性能特点

新型技术 主要内容
提高机器人隐身性的新思路 通过实现机器人高度的结构灵活性和分布控制,使其能够进入狭窄空间长时间运行并模拟生物学形态和适应性,从而提高其在战场上的隐身机动性、可操作性与弹性。
采用通用模型,利用3D打印技术以及具有机械特性的柔软可拉伸材料制备3D打印原型 制备得到能够执行高弯曲运动的完全3D打印介电弹性体致动器(DEA)。

由于其基本材料的属性具有可操作性与易操作性,并且无需干燥与组装等后处理步骤,可节省大量时间,即使在战术要求较高的情况下,士兵也可以轻松组装,未来在军事行动方面将具有一定优势。目前该型软体机器人还在进一步的测试当中。

伪装网络系统、新一代隐身武器与单兵装备

除了研发具备隐身能力的新一代侦察武装直升机、步兵战车等,美陆军也加大了伪装网络系统的装备力度,以及具有隐身性能的武器以及单兵装备的研究力度。

伪装网络系统
为避免战场上的士兵与车辆等的热辐射与雷达反射截面,被敌方的红外探测或者雷达等装备探测到,美陆军已经装备了大量的伪装网络系统,主要包括瑞典萨博公司(Saab)的“超轻型伪装网络系统”与以色列Fibrotex公司的“超光伪装网络系统”。

超轻型伪装网络系统” 超光伪装网络系统”

其中,“超光伪装网络系统”是目前世界上最轻的伪装网之一。美国陆军在在马萨诸塞州纳提克士兵系统中心利用最先进的战场侦察传感器测试了全球主要的伪装技术,经过近2年的试验和数据收集后,最终证明“超光伪装网络系统”能够在整个电磁频谱范围内成功实现在目前战场上所有已知传感器探测下的隐身,故而将其选定为下一代陆军通用伪装系统。

在此将两种伪装系统的主要性能/参数与特点进行梳理,如下表所示。

图表:“超轻型伪装网络系统”与“超光伪装网络系统”主要性能

伪装系统名称 “超轻型伪装网络系统” “超光伪装网络系统”
主要性能/参数 重量比约为300g/m2

配备有温控系统和降温装置,能够适应-21℃~80℃的温度变化,并能够一定温度范围内与周围环境同时发生变化,足以应对红外探测;

组成:一层纤维材料+一层网格结构,可减少近80%的热传递。

重量比约为165g/m2

雷达单程透射率为3dB,最大阻燃时间2s,最大无焰燃烧时间20s;

系统材料为100%聚酯纱,采用了双向设计,使系统正反两面具有不同模式和能力,可让士兵、车辆和武器系统在各种作战环境中实现隐身。

主要特点 可减弱使用者的电磁信号,吸收部分雷达波,屏蔽热辐射;

重量轻,具备快速部署的功能;

适用于多种恶劣环境,外部涂层耐腐蚀,可长时间保持本色;

有林地绿、沙漠黄和雪地白三种伪装可供选择。

提供可见光、近红外、雷达、热红外等多谱段伪装,能提供持久的抗红外和反雷达功能;

使用时不需要任何支撑杆等辅助器材,不会勾挂在车辆的尖角、弯头上;

作业性能良好;

在野外只需简单的缝纫线即可修补。

“超光伪装网络系统”能够使伪装的士兵或装备成功躲开视觉、激光雷达、雷达、热成像探测仪和高光谱成像装备等各种探测传感器的监测,从而大大增强野外战场上士兵、部队等的生存能力。

据消息称,2018年11月美国陆军已向瑞典萨博公司订购了6600万美元的订单,用于为地面部队和车辆提供“超轻型伪装网络系统”,交付已于2019年开始,并会持续到2020年。目前“超轻型伪装网络系统”已被美国陆军部署到多个部队。同年年底美陆军还授予以色列Fibrotex公司一份10年无限期交货合同,价值4.8亿美元,该公司已经于2019年开始了全面生产。

 

新一代隐身武器——高超音速巡飞弹

高超音速巡飞弹源于代号为“Vintage Racer”的项目,续航时间可达到60~90分钟,其最大的亮点在于兼具高超音速与隐身能力。

图表:高超音速巡飞弹主要性能特点

性能 主要特点
高超音速 能够以高于5马赫的高超音速达到目标,可确保快速响应时间,并使武器难以被击落。
隐身性能 弹药将具有隐身的雷达横截面和整体“低特征”,还能结合其他功能在一定程度上减少红外、视觉和声学特征,不易被发现。
制导/数据传输/人工控制 用多模式制导系统,可通过双向卫星数据链路,使用人在回路控制系统进入预期目标;能够提供额外的准确性,尤其针对移动目标,并具有快速转移焦点的能力;能够允许控制者中止打击,从而避免附带伤害。
多任务执行能力 可能会被用于摧毁重要、可移动、对时间敏感的目标;也可接受模块化有效载荷的多任务武器设计,能够承担非动力学打击任务,例如情报、监视、侦察和电子战。

此外,可快速部署的特性还很有可能使该巡飞弹成为填补关键操作期间连接空白的重要手段。

据称,该项目已经通过风洞测试成功验证了空气动力学设计,集成了针对目标动力学影响的制导子系统,并且在2019年的一次飞行测试中实现了成功飞行,现已交予美国陆军进一步开发,未来很有可能会变成一种作战武器。

尽管以目前的工程技术尚且无法实现无人机在全航段中的高超音速飞行,美国的这一项目成果最终能否成功实现应用尚未可知,但相关研究必将为高超音速武器在隐身性能、制导、数据传输以及人工控制等方面的探索奠定基础。

 

单兵隐身装备

隐身步枪

为了使士兵在夜战和特殊作战环境下依然能够具备明显优势,美国陆军装备部门已于2019年开始着手采用最新技术来降低下一代步枪的射击噪音与视觉特征,以提高其隐身能力。据称该型隐身步枪很有可能是针对阿富汗、伊拉克和叙利亚等非常规战争而研发。

目前美陆军主要从降噪和提高红外隐身性能两方面开展相关工作。

图表:隐身步枪隐身设计

设计目标 研究内容
降噪 采用安装消音器,降低装弹量等降低步枪的发射噪音。
提升红外隐身能力 致力于减少发射所产生的枪口火焰,未来将开发一种安装在枪内的气体净化系统,从枪管中清除氧气,以减少第一次射击时的武器闪光,并且保证枪支的精度和射程不被降低。

此外,实现轻量化枪身、低视觉识别度以及降低后坐力,也将是美陆军新一代隐身步枪研究的关注点所在。未来若能实现在保证精度与射程的前提下,提高步枪的隐身性能,将有助于美国陆军建立单兵乃至班组火力的隐身优势,尤其在夜战环境中更是极具实战意义。

隐身军服

为应对目前普遍应用的光电探测设备和战场监视雷达的威胁,美陆军也开始着手研发雷达隐身军服,并于2018年5月发布了“隐形士兵”招标书。据称美军的新型作战服将主要在衣服面料上进行革新,采用吸波纤维材料作为面料,外观上与美军现役的全地形迷彩作战服相似。

美军对雷达隐身衣提出了如下要求:
◆能够吸收KU波段到X波段的所有雷达波,身穿该军服的士兵在12公里之外不会被敌方雷达侦测到;
◆隐身军服必须透气、耐用,并且可承受最低零下30度到最高50度的气温,能够耐受潮湿和恶劣天气;
◆隐身军服还必须具有可伸缩性、可靠性、可重复性和操作应用性。

目前该款隐身军服尚在研制阶段,若成功研发出能够满足以上要求的隐身军服,美陆军将用该隐身军服大规模装备部队。

 

小结

美陆军从陆航装备、陆战装备、隐身武器到单兵装备等多个层面加强了全方位的隐身能力建设。其下一代武装直升机将不仅兼具隐身性、高速以及杀伤力,还将大大增强信息化能力;下一代步兵战车则将在加强隐身性能的同时,也注重机动性、防护、火力以及态势感知等能力的提升;高超音速巡飞弹将兼具高超音速与隐身能力,并且能够实现60~90分钟的续航能力;加之未来伪装网络系统、隐身步枪以及隐身军服等的深入研发,未来一旦装备,将全面促进美陆军在隐身优势下作战能力的大幅提升。

主要参考资料
1.Bell 360 Invictus:Built to fight and survive.
2.Raider-X:Sikorsky’s Supersized S-97 For Army Scout.
3.The US Army is serious about developing invisibility cloaks.
4.KAPLAN MT Poised to Become Force Multiplier for Indonesia.
5.Pentagon Has Tested A Suicide Drone That Gets To Its Target Area At Hypersonic Speed.
6.Ultra-lightweight camouflage-net system.

2020-08-12智邦网

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