[勇敢的“芯”]士兵穿戴式计算机

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  自海湾战争以来,军事领域的数字化浪潮一波接着一波:面对变幻莫测的信息化战场形势,各种数字化士兵系统更是成为几大军事强国竞相推崇的宠儿、目前,美国陆军已经批准了作战需求文件,将在2009年为第2步兵师第5“斯崔克”旅级战斗队装备“陆地勇士”系统,此前已投放了500套“陆地勇士”到伊拉克战场 与此同时,英、法、德等国的士兵系统均已进入了实际测试阶段。事实上,这些新一代产品中的武器系统并没有什么质的改变,夺人眼球的是革命性的穿戴式计算机:本文即将带您走近这些“站在最前线”的科技结晶。特别注意,本文内容均是已实用化的技术,可能会令读者中的美国大片爱好者失望,毕竟士兵像订比萨一样随意呼叫导弹的时代仍然属于未来。
  
  序言——“Why before what”
  
  在西方的武器研究思想中,“whybefore what”是其中的重要原则之一。这句话直译的意思是“为什么先于什么”,其实讲的就是需求牵引型号的发展模式。几场精彩的局部战争过后,当舆论惊叹于美国庞大的航母编队和强大的空中打击力量时,美军自己却身陷于多场低烈度地面冲突中不能自拔。每日刷新的伤亡数字令世界的目光齐刷刷地投向了作为最小作战单元的单兵。
  “海湾战争一声炮响,给世界送来了信息战理论。”这虽是一句玩笑话,但事实上20世纪90年代的几场高科技局部战争确实大大带动了信息化作战理论的发展。如果近二十年的军事理论可以统编为一本《圣经》的话,那么信息化绝对会被尊为上帝,因为在凡人眼中似乎任何问题都能用信息化来解决——信息化说“要有导航信息!”,于是士兵们腰间多了GPS;信息化说“要以网络为中心!”,于是士兵们背上了数字化电台……其后,各种通信和传感设备都争先恐后地加入到一个“理想士兵”的负载中。
  
  但是,伸开的五指不能形成有力的拳头,各种电子设备并没有一个控制中枢。实战中士兵们发现了许多问题,他们不得不暂时放下武器去查看电子地图,或者摘下热像仪去调整电台的频率,极大地影响了作战效率。所以,士兵们需要一个控制中枢来操作各种设备,把原先各自独立的电子设备变为高度集成的一体化系统。由此,专为单兵设计的穿戴式计算机应运而生。现在,人们在考虑“用什么穿戴式计算机”,而不是“为什么用穿戴式计算机”来提升单兵战斗力了。
  
  士兵系统靠什么突击
  
  宽泛地讲,各国研制的士兵系统中除去武器和个人防护部分,都可以划归穿戴式计算机的范畴。穿戴式计算机并不是某个孤立的个体,而是一个联合多种电子设备的结构紧凑、高度一体化的电子系统。当然,不同的厂商提供的设备不尽相同,但其基本组成是一样的。下面我们将为您深度解剖穿戴式计算机的几大组件。
  显示器 在人类没有进化到具备视频信号感知能力之前,所有计算机都要有个显示器,穿戴式计算机也不例外。如果是家用PC,那么把显示器往电脑桌上一放就万事大吉了;如果是商务应用,可以把笔记本放在膝上,掰开屏幕就可以办公。但我们的士兵可没有这等福气,他们面对的是枪林弹雨,没人想端着个笔记本去冲锋。士兵的选择是头盔显示器(HMD)。HMD早已在航空火控系统中成功应用,但穿戴式计算机则要求更低的功耗和更轻的重量。除了HMD,传统的液晶触摸屏也可以在士兵腾出手的状态下使用。
  
  输入设备想用鼠标?没问题!在穿戴式计算机系统中,鼠标的功能可以用一个小摇杆实现。想用键盘?可以!触摸式键盘就绑在你的手腕上。当然,如果你是个左撇子,记得要绑在右手。
  处理器 整套系统的核心。很多读者可能认为,军用设备应当具有民用设备难以望其项背的能力,所以穿戴式计算机一定是一部“超级电脑”,处理器的主频越高越好。但事实上,对于野战设备而言,处理器的速度并非越快越好。主频高了。虽然说速度会提升,但也意味着功耗增大。作为单纯依赖电池供电的系统,使用高主频CPU无疑是不明智的。另外,主频过高,更容易造成电磁泄露,可能带来严重的电磁兼容问题,因为泄露出的高频电磁波会干扰系统其它组件的正常工作。
  通信设备现代战争。似乎无“网”不胜,基于IEEE802.11协议(一种迄今为止商业应用最成功的局域网协议,目前世界几乎所有无线局域网都采用此协议)的无线路由器赋予了穿戴式计算机强大的网络功能。具有灵活组网能力的数字电台也是穿戴式计算机的必备组件。通过网络。士兵们可以打IP电话、发短信、传图像、下载电子地图、共享位置信息等等。
  电池组可供系统连续运行数小时。“陆地勇士”的早期型号因为电池质量不过关,再加上没有完善的电源管理系统,使用时间只有4小时,这个致命缺陷差点将尚未出世的“勇士”直接扼杀在摇篮中。后来得益于新的锂电池组和加入“睡眠”模式,系统才达到了12小时的工作时间。
  操作系统通用目前成熟的商用系统,Windows、Linux和Unix,这样可以最大限度地降低研制风险,压低开发费用,而且对士兵而言,操作也并不陌生。
  背包框架类似于一件背心,将所有设备固定在上面,并与集成在背包带中的电缆或蓝牙设备巧妙地连接,最大限度提高士兵的行动能力。士兵还可以通过它来调整从肩部到臀部的负荷分配,以减轻疲劳。背包框架还具有快速脱扣器,用于紧急情况下士兵快速解脱。
  
  四款穿戴计算机性能评测
  
  名称:“陆地勇士”(Land Warrior)
  开发国:美国
  研制年代:1999
  装备现状:2007年已装备一个营赴伊参战,2009年再装备一个旅。
  简介:包括指挥员和士兵两种版本,二者的区别在于士兵版本仅包含一部摩托罗拉公司的班组电台,而指挥员版本包括一部班组电台和一部可与上级联系的SINCGARS电台,外加一个手持式数字助理,可以提供更详尽的战场信息。“陆地勇士”采用了主频733兆赫的X-Scale处理器,128~256兆的内存和容量2G的硬盘。头盔显示器采用全彩SVGA技术,提供800×600的分辨率。无线局域网(WLAN)天线安装在头盔里,通过集线器与士兵战斗负载背心里的MBITR电台相连接。在无遮挡的情况下,电台的通信距离是1千米。第9步兵团第4“斯崔克”营是该系统的第一个使用者,他们为“陆地勇士”开创了一种新的模块化结构,并以该营的名称“Manchu”为其冠名(Manchu的意思是“满洲人”,历史上该营在1900年曾参与八国联军侵华战争,故得名)。
  点评:像美国大多数军事计划一样,在国会重重阻挠下,在历经多次“死去活来”之后,“勇士”终于披挂上阵。但是,大兵们又开始对系统迟缓的反应速度和沉甸甸的重量怨声载道。网络的稳 定性似乎也不尽如人意。不过技术人员注意到,战士们普遍喜欢使用短信代替话音联络。可以肯定的是,在它的改进型中,功能肯定会加强,但重量会不会减少就难说了。
  名称:Felin
  开发国:法国
  研制年代:2004
  装备现状:2007年批量生产
  简介:系统同样包含一个手持PDA,不同的是它的使用者不仅限于指挥员,还包括基层士兵。但是二者的配置略有差别,前者配备了6.8英寸的高亮屏,后者采用了2.8英寸的QVGA液晶屏,同样以200兆赫的ARM处理芯片相连。来自于泰利斯通信的PR4G VS4战术跳频电台拥有战术互联网连接和将下车士兵链接到车载SITEL系统的能力。每套Felin装备价值2.6万欧元。系统中OH-295耳机是世界最先使用骨导技术的耳机。传统耳机是利用空气的振动传声,而骨导耳机通过直接刺激听骨来使士兵听到清晰的声音,据说抗噪声能力极佳。
  点评:“一招鲜,吃遍天。”法兰西战士可以先于世界体验骨导耳机所带来的全新听觉感受,但又不得不因处理速度仅相当于10年前家用PC的处理芯片而忍气吞声。
  名称:Dominator
  开发国:以色列
  研制年代:2005
  装备现状:2005年通过样机测试,2007年通过实验室测试,2008年进行作战测试。
  简介:5个USB接口,1个RS232串口,2个以太网适配器,一个局域网电缆接口,提供了出色的拓展能力,RMI公司出品的双核处理器是系统最大的亮点。它与Elbit公司的战术内联地理信息实时分发系统(TIGER)互通。TIGER系统利用无线电网络作信息中继站,使现有通信使用的所有无线电,如甚高频(VHF)、超高频(uHF)、天线、地面基站等等,都能对覆盖在网络内的士兵、部队以及指挥所的信息进行筛选,然后分发给信息的相关使用者。
  点评:以色列的武器设计思想向来是独树一帜的,对单兵的重视也是其一贯传统,这一点从整整四代“梅卡瓦”主战坦克的设计中就可以看出。以WindowsCE为操作系统的Dominator设计起点比较高,使用的电子设备也是第一流的。但使用电池时,4小时的工作时间不由得让人产生一丝隐忧。
  名称:IdZ
  开发国:德国
  研制年代:2006
  装备现状:正小批量投放科索沃和阿富汗战场进行野战测试。
  简介:系统的核心是挂在士兵左胸前的Navipad。它没有硬盘,而是采用单独的SD卡来存储数据。而且可以通过蓝牙与其它设备相连,包括泰利斯公司出品的Solar超高频无线电台,省去了大量的连接电缆。它采用了北约通用标准,可以满足多国协同的作战要求。
  点评:与其它系统相比,它的进展是比较顺利的,也许这与日耳曼民族的性格有关。不过从目前部队的反映来看。它还需要进一步改进,改进型IdZ-ES或于2010年交付。
  
  训练——打造真人版CS
  
  喜欢游戏的读者肯定知道,CS是一款曾经风靡一时的第一视角射击游戏。在游戏中,玩家可以选择心仪的武器左冲右突,与团队共同完成任务。游戏提供了几可乱真的音效和视觉效果,使人如临其境,纵然游戏中的你可能身中数十弹溘然长逝含笑九泉,但坐在电脑前真实的你仍然毫发无损(突发不可抗力因素除外)。利用电脑游戏拓展军事训练的提法早已有之,穿戴式计算机的出现,将这种设想变成了现实。
  嵌入训练是穿戴式计算机的重要应用之一。Quantum3D是一家全球领先的交互式开放架构可视化计算解决方案开发商和制造商,它的主要客户是虚拟实境的高端用户,同时也兼理一些电子游戏业务。ExpeditionDI是该公司应美国军方要求开发的模拟训练系统,专门为穿戴式计算机设计。ExpeditionDI完全采用商用现货,兼容的游戏引擎是它的一大特色。
  ExpeditionDI系统采用6个运动传感器来获取穿戴者的运动状态,分别固定在头盔、背心和膝盖等部位,扭头、转身、跪地、卧倒等肢体动作都可以被系统感知,并通过头盔显示器反馈给穿戴者。但是,操作者的运动基本是在原地进行,虚拟士兵的位置移动靠武器握把上一个拇指操作的摇杆来完成。每名使用者通过无线局域网与处理中心相连。
  这种技术不仅可以用于日常的基本训练,还为士兵完成一些高危任务提供了“任务预演”的功能。比如遇到劫机或人质劫持等突发情况时,可以先令士兵在虚拟环境下验证行动计划的可行性,全面了解可能遇到的威胁。这样,在真正的行动中,士兵们的行动可以更加高效,同时将伤亡减少到最低程度。
  
  作战——想说爱你不容易
  
  2007年9月,5名美国大兵在巴格达外围执行清剿任务时,由于行动前情报不准确,突然遭遇众多武装分子伏击。战士们没有像过去那样向指挥官详细描述需增援地区的地理特征,只是汇报遭袭,增援兵力便迅速赶到,这是因为“陆地勇士”系统发挥了重要作用。在GPS把遭伏击地点的详细地理坐标传输到指挥官那里的同时,该系统也已经让指挥官清楚地掌握部队其它作战人员的位置,使其及时调派最近的人员前往支援。支援部队也根据共享的地理坐标准确地抵达作战区域,大大提升了作战效率。
  这是士兵穿戴式计算机在战场上的首次亮相。但是,在它的使用者——美军第4“斯崔克”旅的官兵们心中,穿戴式计算机获得了两种截然不同的评价。
  诸多战士对新一代穿戴式计算机颇有微词。大多数士兵在使用M4卡宾枪震耳欲聋的6发点射时。根本不会考虑察看电子地图上友军的方位。一名中士在接受过士兵系统的培训后说道:“那只是一些我们不需要的玩意,他让我们变成了一个个笨重、迟缓的活靶子。”而且战士们反映,由于采用了低速率的处理器,摄像头有1秒钟的延迟,使得士兵们在拐角察看敌情时,宁愿用一个3美元15美分的镜子代替价值1.5万美元的系统,而数字地图上的战场态势更新时间更是长达1分钟之久。在这个时间内,敌军装备可能早已移动了数百米。
  但是在军官们眼中,它们几乎是无懈可击的。事实上,穿戴式计算机的出现的确为指挥官阶层提供了大量非常宝贵的信息,他们再也不用单凭经验或直觉做出判断,而且大幅减少了友军误击误伤的概率。以往需要一个排完成的清查任务,现在只需要一个班。在军官们眼中,重量并不是什么大问题,重要的是提供完备的功能。
  在硅晶芯片已经渗透到人类社会生活各个领域的今天,曾被认为是冰肌玉骨、娇贵无比的计算机设备也被推上了严酷的战场,与基层士兵共同接受血与火的考验。穿戴式计算机,曾经是若干年前科幻小说的主题,但如今已出现在士兵的装备清单中。虽然说,第一批投放部队的装备还存在着诸多需要改进之处,但仍然可以预见,各国都对用信息化装备武装起自己的士兵信心满怀,未来会有越来越多的穿戴式计算机伴随士兵们出生入死,令战场上的最小火力单元发挥出前所未有的巨大威力。
  
  编辑 何 懿
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