老兵不死,只是逐渐凋零!这句话用在坦克装甲车辆之上也是可以的。在过去总有人想着用新技术改老坦克,能让老坦克焕发新的生命。其实改老坦克是有很多前提条件和限制的。
比如用什么老旧坦克装甲车辆改什么无人战车,看着比较威猛,但实际上却非常的难用。就比如本届萨托利防务展上法国人展出的用AMX-30坦克底盘改的无人作战平台。
在很多人的眼里,老车不用白不用,底盘、装甲、发动机、履带全是现成的。把驾驶员请下来,装一套遥控系统,加几个摄像头、传感器、通信天线和遥控武器站,不就成”无人战车”了?听起来很美。但这件事远没有展台上看起来那么轻松。把老旧步兵战车、老坦克改成无人作战平台,在很多情况下不是”废物利用”,而是一次成本高、风险高、收益却相当有限的瞎折腾。法国这次展示的”老车无人化”方案,概念味道很浓,战场实用价值却很值得打个问号。
无人战车,不是只要能遥控开起来就行。这是个很大的误解。对于无人作战平台来说,真正关键的不是”能不能动”,而是能不能精准地动、可重复地动、在复杂地形下稳定地动,以及能不能在通信延迟、战场干扰、传感器受限的情况下可靠地动。
展台上的老步兵战车,只要能遥控前进、后退、转弯,就能拍出很酷的视频。但这距离真正的无人作战平台还差得很远。现代无人平台的核心不是”遥控玩具”,而是一个高度整合的系统——从传感器感知,到计算机判断,再到控制系统决策、执行机构动作,最后车辆运动反馈回来再次修正,整个闭环必须足够快、足够准、足够稳定。而老旧坦克和步兵战车并不具备实现高度整合的物质基础。
老旧坦克和步兵战车的动力系统,本质上是属于旧时代的产物。它们的设计逻辑是:有一个训练有素的驾驶员坐在车里,用手、脚、耳朵、身体感觉去操纵。驾驶员感受听发动机声音,感受车体震动,判断履带阻力,凭经验控制油门、离合、挡位和转向。无人化以后,驾驶员不在车上了,原来由人完成的所有细腻动作,都要交给机械执行机构和控制算法来完成。
老式装甲车辆的油门通常是机械拉杆、钢索、踏板,难以精确控制开度;变速箱是机械或液压机械式,换挡动作难同步;离合器靠人工控制半联动,自动控制难度极高;转向靠操纵杆、方向离合、制动,非线性强,地形影响大;制动系统是机械/液压/气压结构,需要远程安全冗余。对驾驶员来说这些是”感觉活”,对遥控系统来说就是难以量化的控制工程问题。
老式坦克和步兵战车的发动机、变速箱、转向机构,通常不是现代汽车那种电子油门、电子挡位、电子制动。它们大量依赖机械连杆、钢索、液压助力、机械踏板、操纵杆、离合器、手动或半自动变速机构。这类系统的共同问题是:可以让人开,但不适合让电脑精确控制。
比如油门。遥控系统可以装一个电机去拉油门线,看起来也能控制转速。但老式柴油机本身响应慢,机械间隙大,负载变化又剧烈。平地上试车还凑合,一旦进入泥地、坡地、废墟、壕沟边缘,发动机负载突然变化,控制系统就很容易出问题——油门给小了,车不动甚至熄火;油门给大了,车突然往前窜;负载变化后转速掉得太快;遥控端看到画面再修正时,车已经偏离预期动作。
再比如变速箱和离合器。有人驾驶时,换挡是一整套连续协调动作:收油门、踩离合、摘挡、挂挡、松离合、补油门。最难的是”松离合”和”补油门”的节奏,驾驶员可以凭经验完成半联动,但无人控制系统要把它变成可计算、可重复、可调参的动作,就非常麻烦。控制不好,就会出现换挡冲击、打齿、熄火、传动系统过载、履带车辆突然顿挫、低速越障失败。而履带车辆本身惯性大、传动冲击强、地面阻力变化大,比普通轮式车辆更难伺候。
所以,老车无人化的核心难题不是”装个遥控器”,而是如何把一套为人手人脚设计的机械传动系统,改造成电脑能够精准操控的线控底盘。这一步,远比展台宣传图看起来复杂。
如果只是简单加执行机构,效果很有限。理论上最彻底的办法是把动力系统操控部分全面电子化、线控化——重新改造油门、制动、转向、离合、换挡控制,以及发动机启停、状态监测、故障保护、应急停车逻辑。还要增加大量传感器:发动机转速、油压、水温、变速箱温度、挡位位置、离合器位置、制动压力、左右履带速度、车体姿态、执行机构反馈。
听起来已经不像”改装”,更像”重新造一套车控系统”?这就是问题所在。老旧步兵战车的空间、线缆布局、电源系统、散热条件、缓冲结构,原本都不是为这些电子设备准备的。往里面塞现代无人平台需要的传感器、计算机、执行机构和线束,会遇到一堆麻烦:空间不合适、线缆走线困难、振动冲击大、电磁干扰严重、原车供电能力不足、舱内散热不理想、维修口位置不友好、老车机械状态参差不齐。
最后很可能变成:为了让一辆老步兵战车”像无人车一样可控”,不得不对它做接近重构级别的改造。这时候还谈什么省钱?一辆老车的改造成本,可能已经接近甚至超过新造一台专用无人底盘的成本。而且新造平台还能从一开始就围绕无人化设计,结构更合理,可靠性也更高。老车改无人最大的问题之一就是:轻改没效果,重改不划算。
无人作战平台除了能动,还要能感知。展台上的方案通常会在车上装很多东西——摄像头、热成像、激光测距、环视系统、惯导、定位设备、通信天线、遥控武器站。看起来科技感很足,但这里还有一个容易被忽略的问题:传感器和车辆操控系统未必能形成真正有机的闭环。
很多老车改无人平台,本质上还是”远程代驾”。
一般来说其控制链路是这样的:车上传感器采集画面和数据,通过通信链路传回后方遥控终端,操作员根据画面做判断,发出驾驶指令,指令再通过通信链路传回车辆,车载控制系统驱动执行机构,执行机构再去拉油门、踩刹车、控制转向,老旧动力系统经过机械延迟后产生实际动作。
这条链路太长了。中间每一环都会带来延迟和误差:摄像头有延迟,视频压缩有延迟,通信传输有延迟,操作员反应有延迟,指令回传有延迟,执行机构动作有延迟,老式发动机和传动系统本身还有机械延迟。最后的结果是,操作员看到的是”过去的车”,发出的指令作用在”现在的车”,而车辆真正做出动作时,已经是”下一秒的车”。
如果只是慢慢在平地上开,这个问题还不明显。但在复杂地形、高风险区域、城市废墟、狭窄街道里,这种延迟就非常致命。车体稍微偏一点,操作员看到后修正,修正指令传回去时,车已经偏得更多,于是再修正,又可能修过头。典型结果就是蛇形前进、转向过度、刹车不及时、碰撞障碍、陷车、误入危险区域。这不是无人化,而是把一个原本就不好开的老式履带车,变成了一辆隔着网络延迟驾驶的老式履带车。不知道现在的山口丁和魔法雷霆玩家能受的了早年ping值动不动就999的效果。
真正成熟的无人平台,应该让传感器、控制器、执行机构在车上形成高速本地闭环。车辆本身要能快速完成发现姿态变化、判断运动状态、修正油门和转向、检测履带打滑、调整动力输出。这些动作不能全部依赖后方操作员实时遥控。后方操作员更适合下达高层指令——去某个区域、沿某条路线前进、停在某个位置观察、对某个目标进行监视、需要时授权开火。而不是像玩遥控车一样,实时一点一点控制油门、刹车和转向。
问题在于,老旧步兵战车的机械底盘很难支撑这种高级控制。它的动力系统不是为高频控制设计的,传动系统响应慢,执行机构反馈不足,左右履带状态也未必能被精确感知。于是传感器虽然装上去了,但它们获得的数据很难直接和动力控制系统深度融合。换句话说,车上有”眼睛”,但这个”眼睛”看到的东西,无法及时指挥”四肢”做出精准动作。这就像给一个反应迟钝、关节老化的人戴上高端夜视仪——不光看得晕,而且跑不稳。
工业界其实早就有类似经验。多旋翼无人机为什么能大规模普及?不是因为有人突然给传统直升机装了几个摄像头,而是因为外转子无刷电机成熟,电调响应速度足够快,锂电池能量密度提高,MEMS陀螺仪和加速度计普及,飞控系统可以实现高频闭环控制,传感器和动力系统能毫秒级联动。
多旋翼无人机真正厉害的地方在于,它的飞控系统可以实时读取姿态变化,然后以极高频率调整每个电机转速。姿态传感器检测倾斜,飞控计算修正量,电调改变电机转速,机体姿态被快速修正——整个过程极快,几乎不依赖人的手动微操。这才是现代无人系统能成功的原因。如果没有快速、线性、可控的动力响应,多旋翼无人机根本不可能普及。回到老步兵战车也是一样。如果底盘动力系统本身反应迟钝、控制粗糙、反馈不足,那么再好的传感器和通信系统,也很难把它变成真正成熟的无人作战平台。
在过去,我们的科研单位,院校普遍都尝试过用59式坦克,63装甲车等老旧履带底盘改无人底盘,最终的效果就是改的简单了,基本上走起来就是东倒西歪,晃晃悠悠;改的复杂之后,虽然走起来正常了,但是却没办法像原先的底盘那样行动敏捷了。
法国在萨托利防务展上展示的这种老旧步兵战车改无人平台,从忽悠人的角度来说,确实非常高大威猛,然后细细的想来,他能用于什么场景呢?
无法进行精确控制,那就别想搞什么有人无人联动,搞什么无人平台作战协同。有时候真感叹,萨托利上的无人平台概念实在是外表光亮,内里嘛,还都停留在十年前。不得不说在萨托利上的无人平台早就比不上珠海航展了。
这一类老车平台还有个问题就是可靠性非常成问题。老车本身就老,发动机、变速箱、液压系统、制动系统、履带机构,都可能存在寿命和维护问题。再加一大堆电子设备,故障点只会更多。维护一辆老车本来就够难了,现在还要维护一辆遥控的老车……这难度简直就是后勤兄弟的噩梦。
当然,这类老车改无人不是完全没价值,靶车、诱饵、排雷、工兵遥控、固定线路补给这些低要求、可损耗的场景,老底盘还能派上用场。但要是把它包装成下一代智能无人战车,那就过了。
真正的无人作战平台,应该从图纸阶段就围绕无人化来设计,电控底盘/动力、本地闭环、传感器融合、冗余通信、模块化载荷,整套逻辑是操作员下任务,车自己规划执行,而不是操作员盯着视频手动控油门打方向。前者是无人系统,后者是远程代驾。
一句话,髪国人啊,好好在SCORPION 数字化作战体系之下搞个正经的重型无人平台不好么,非要拿个老掉牙的破烂出来忽悠人。
如果仅仅的是为了展示重型无人平台概念的话,那是不是说髪国人连无人重型底盘都搞不出来了?
所以下次再看到这类展台概念,先别急着喊”未来已来”。先问问自己:这东西是给战场造的,还是给镜头造的?
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