5月30日，俄羅斯塞瓦斯托波爾的特種警察部隊“金雕”（就是被烏克蘭解散的烏克蘭“金雕”特種部隊，後加入俄羅斯內務部、俄羅斯國民警衛隊）的隊員們測試了新下發的外骨骼；26日，美國媒體也爆料稱美國“戰術突襲輕型操作套裝”（ Tactical Assault Light Operator Suit，TALOS）也將於明年交付美軍使用。一時間，美俄兩個軍事強國似乎都要進入“外骨骼時代”。作為傳統陸軍大國的中國自然也不會無動於衷，從2015年7月首次亮相以來，短短數年我國單兵外骨骼系統已經發展出了兩代。單兵外骨骼對我軍有何意義？中國未來是否應該大量裝備單兵外骨骼？本期出鞘我們就來談談單兵外骨骼這些事。
國內軍迷了解“單兵外骨骼”最早可能還是在電子遊戲與影視作品中。2008年，美國漫威出品了《鋼鐵俠》系列電影的第一部。劇中主人公託尼·斯塔克利用原始、簡陋的設備，在武裝分子的簡易工房裡製造為自己製造出了自己的第一代戰鬥外骨骼。最後斯塔克穿著這套外骨骼從武裝分子的秘密基地中逃出生天也是這部劇的第一個高潮。當然，《鋼鐵俠》中的單兵外骨骼畢竟只是這部英雄主義作品的幻想產物，同我們今天要說的實戰用單兵外骨骼還是有不少區別的。
相比之下，阿湯哥在2014年出演的戰爭題材科幻電影《明日邊緣》中出現的人類抵抗軍的單兵外骨骼就更加貼近現實中“武器”級的單兵外骨骼。這套制式單兵外骨骼中集成了1挺班用機槍、3管榴彈發射器甚至還可以選配金屬風暴武器系統、單兵反坦克導彈、脈衝武器等外掛附件。同時，《明日邊緣》中的單兵外骨骼也繼承了現實中單兵外骨骼尚未克服的缺陷——雖然極大地提升了步兵的負重能力，卻也同時限制了步兵的靈活性，除了少數“精英級”戰士以外，無論是阿湯哥這樣的“新兵”還是班裡的其他“老油條”都無法靈活的操縱這套系統。
此外，如《孤島危機》裡的“納米生化裝”、《使命召喚：搞基（哦不，是高級）戰爭》中的EXO單兵外骨骼等遊戲中出現的單兵外骨骼，則都更加強調外骨骼的“多用途”特性。如“納米生化裝”可以在力量模式、隱身模式、速度模式、裝甲模式之間隨意切換。而EXO單兵外骨骼則本身就可以分為強調不同特性的3個型號。雖然整體仍然是科幻背景下的想象產物，不過《使命召喚：高級戰爭》已經充分的考慮到了外骨骼的本質：這是一款是以現實需求為導引，為了實現其任務需求而設計出來的裝備。而非無所不能的英雄主義道具。
目前對於單兵外骨骼的發展主要集中於美俄中法加五國，其設計目標也很明確：提升單兵的負重能力、輔助士兵完成對某些武器或裝備的操作、輔助士兵完成某些人力所不能及的動作——這些可以極大地提升單兵的作戰能力。從技術上來講，目前的單兵外骨骼主要分成兩種：無動力的外骨骼以及動力外骨骼。其中前者無論是在設計、生產的難度上，還是在其採購成本上都要遠遠小於後者。當然，其相比於後者的缺點也是顯而易見的——其作用僅僅是一個“便攜式貨架”。
本次俄羅斯“金雕”特種部隊接裝測試的K-2（雖然名字有一股泡菜味，不過是實實在在的斯拉夫物件）型單兵外骨骼就是一種無動力的剛性外骨骼。K-2單兵外骨骼結構極為簡單，基本構成為一個可以配合腰部、脊椎等部位，隨身體有限活動的揹負組件和兩個綁縛在腿部，可以配合膝蓋、腳踝單軸活動的支撐組件構成。在使用時，揹負組件所承受的重力中的多半將經過支撐結構直接傳至地面。這可以在一定程度上減輕負重士兵的負擔。
K-2單兵外骨骼系統全重僅2公斤，而負重上限卻可以達到50公斤。由於結構部件較為簡單，其可靠性較好、也可以不經調試適應大部分人的身體特徵。不過也同樣是因為結構太過簡單，其行動自由性也比較受限。在此前俄羅斯方面公佈的視頻中，雖然我們看到講解員小哥在極力的證明，穿上這套外骨骼後活動有多麼輕便，但他還是沒能成功掩飾這套骨骼的所有關節都只能一維活動的事實。
不太靈便的設計也導致這套單兵外骨骼只能用來執行一些“慢工細活”，而不能用於高強度的戰鬥任務。但無論如何，K-2也是目前已知唯一參加過實戰的外骨骼系統——去年，穿戴K-2單兵外骨骼的俄羅斯工兵參與了在敘利亞境內的排雷行動。認識到了K-2的缺陷後，俄羅斯也開始著手研製更加精密的單兵動力外骨骼系統。2017年6月，俄羅斯精密機械製造中心研究所展出了一款“未來單兵戰鬥服”，除了尚未說明其全部功能的數字化頭盔以外，戰鬥服的主體部分便是俄羅斯下一代的單兵動力外骨骼系統。
與俄羅斯的K-2單兵外骨骼類似，加拿大的MAWASHI公司推出了一款名為UPRISE（Ultralight Passive Ruggedized Integrated Soldier Exoskeleton，超輕型被動綜合單兵外骨骼）的無動力單兵外骨骼系統。相比於K-2這種外骨骼系統更加強調仿生學，其揹負系統仿照人類的脊椎骨設計，支撐組件則可以支持腳踝的多維運動。同時UPRISE還加入了腰部滑動組件以增強整個系統的靈活性。從其公司的宣傳片中可以看出，UPRISE系統已經可以滿足士兵的大部分戰術動作需要，已經是一款較為成熟的外骨骼系統。
說到單兵外骨骼，就不可能不提到在這個領域的發展上遙遙領先的美國人。2013年，由美國特種作戰司令部牽頭提出了TALOS單兵套裝的構想。而動力外骨骼正是這一套裝的核心組件之一。為了在一年內開發出擁有“第一代能力”的動力外骨骼系統，56家公司、16個政府機構、13所大學和10個國家實驗室被動員起來通力合作。美國人本來期望能夠在2014年6月之前交付3套TALOS系統，不過最終直到2015年，美國人才完成了第一個TALOS系統原型機。這也突出體現了動力外骨骼系統研製的艱辛。
早在TALOS的概念之前，美國的防務公司已經開始在自行研製單兵外骨骼系統了。這其中比較著名的就是洛克希德馬丁公司的HULC（Human Universal Load Carrier，人類通用載重載具）系統。HULC系統在2008年由伯克利仿生學公司提出並研發。嗅到了商機的洛克希德馬丁公司在次年與伯克利仿生學達成協議購買了HULC的知識產權並開始了自主研發。與K-2、UPRISE等外骨骼不同，HULC除了能夠協助士兵負重以外，還增加了搬運重物（彈藥箱、重炮炮彈等）的功能。
2010年，美國陸軍納蒂克士兵中心與洛克希德馬丁簽訂了價值110萬美元的合同，用於測試、評估並完善HULC系統。由於關節的設計更加靈活，同時採用了數字化的控制系統。HULC將可以最大程度的支持士兵的動作：如深蹲、臥倒、爬行和跳躍。該系統的燃料電池可以支持士兵以4公里的時速行進20公里的距離。同時HULC能夠支持士兵在90公斤的負重下以11公里的時速長時間奔跑、短時間爆發速度可以達到16公里/小時。在電力耗盡後，士兵還可以在30秒內脫下外骨骼以免被其拖累。
此外，曾經有美國民間槍支愛好者自行發明了一種能夠協助握持、穩定槍支的機械臂。該發明立刻獲得了美軍的重視。美國陸軍研究實驗室隨即開始研發自己的輔助機械臂。後來，美國陸軍研究實驗室開發的這款機械臂被命名為“第三臂”。目前，第三臂的原理還僅僅是將槍支的部分重量通過機械連接傳遞至射手的腰部，並不能起到為射手“減負”的作用，目前測試過的最重的武器也不過是長身管的SCAR-H步槍（黑鬍子福音）。不過未來如果能夠配合如HULC等負重外骨骼的使用，第三臂或許能夠將單兵武器的重量上限提升一個檔次。
中國的單兵外骨骼發展雖然還沒有達到美國這樣的高度，但也已經是世界上為數不多正在開發多款軍用單兵外骨骼系統的國家。至目前為止，已知的中國擁有兩款單兵外骨骼系統、多款未言明軍用的負重型外骨骼系統在研，這些外骨骼系統全部為動力外骨骼。中國首款曝光的單兵外骨骼為某軍工集團某研究所研發的動力外骨骼系統（以下簡稱第一代）。第一代動力外骨骼系統同美國HULC系統一樣，不僅可以實現負重運輸，同時也擁有負重搬運的功能。
第一代動力外骨骼系統形制上也與HULC系統十分相似。均採用了腿部外側杆式結構承重的結構。相比於K-2與UPRISE的腿面承重結構，這樣的結構更加有利於腿部的靈活運動。當然，腿外承重結構的缺點也是顯而易見的——這種結構並不利於重力的剛性傳遞。也正是基於這個原因，只有能夠以自身動力輔助平衡的動力外骨骼才會採用這一結構。在2015年的軍民融合技術裝備博覽會上，官方公佈了第一代動力外骨骼的基本參數：揹負負重35公斤，搬運負重50公斤，35公斤負重下以4.5公里的時速運行20公里。可以發現，這一性能指標距HULC還有相當不小的差距，不過從解決“有無”的角度上來看已經算是比較成功了。
今年1月份，某造船集團下屬某研究所官方也曝光了一款動力外骨骼系統（以下簡稱第二代）。1月10日該研究所官方微信號發佈消息，該所外骨骼機器人項目順利通過有關方面組織的現場驗收考核。第二代動力外骨骼具有創新性設計，突破了結構設計與裝配、多傳感器信息採集與處理、人體動作意圖捕獲與識別、微小液壓系統設計與控制、人機控制系統等一系列關鍵技術，具備了基本行走能力，達到國內先進水平。最值得稱道的是第二代動力外骨骼系統全重（含電池）僅6.5公斤，相比於結構與之類似的HULC系統的24公斤（不含電池）實在是在減重上做足了工夫。
除了這兩款由軍工研究所研製的動力外骨骼系統，此前中科院旗下的兩個研究所，解放軍某醫院還曝出過三款負重型動力外骨骼。從外觀上看，早在2005年開始研製的中科院某研究所外骨骼系統原理樣機，與解放軍某醫院的動力外骨骼系統還都極為原始。前者極為簡陋，而後者則更像一個“移動貨架”。此後曝光的中科院某研究所EXOP-1型雖然相比於前兩者有了極大的進步，不過對比上文提到的第一代、第二代單兵動力外骨骼系統還是顯得太過臃腫。相比之下，這三款動力外骨骼系統更像是技術儲備而非產品。
同中美俄相比，法國的單兵動力外骨骼則顯得更加原始。2009年，法國開始研製其軍民兩用動力外骨骼系統“海克力士”（即希臘神話中的赫拉克勒斯），至今已經發展了4代。2016年的歐洲國際防務展上法國人展出了這一裝備。當時法國人公佈的“海克力士v3”性能是“海克力士”自重17公斤，舉重上限為60公斤，可持續運行3-6小時。不過直到“海克力士v4”法國人依舊沒有解決其靈活性問題，在最新的宣傳片中，穿戴“海克力士v4”的測試者運動起來仍像在月球漫步。
動力外骨骼系統的發展還不僅僅集中在軍事領域。目前，民用動力外骨骼的研究重點集中於醫療領域，多用於行動不便的病人的康復治療。在醫用動力外骨骼的發展上，日本、韓國及我國臺灣地區都有了一定的技術積累。這其中最著名的還是日本的HAL（混合輔助肢體）動力外骨骼。目前HAL是世界上唯一一款可以藉由探測人腦發出運動指令的電波運動，而不依賴人體自身運動的動力外骨骼。這意味著今後人類將可以實現自維多利亞時代以來的夢想——蒸汽朋克！當然，更重要的是HAL甚至可能可以幫助殘疾人重新獲得部分肢體能力——這可以改變成千上萬傷殘老兵的命運（這，是人類的，聖經！）。
目前無論是軍用動力外骨骼還是民用動力外骨骼都還出於發展的早期階段。其用途還較為單一。不過可以預見的是，動力外骨骼在未來擁有極為廣闊的發展前景。尤其對於我國來說，我國未來需要面對幾種特殊的戰場環境：高原（印度）、山地（東南亞）、海灘（臺灣）、城市（臺灣）以及密林（東南亞）。在高原，空氣中氧氣含量僅有內地的三分之二到二分之一，負重要比在內地困難數倍；而在山地作戰及密林作戰中，則需要面對大量起伏的地形，這也會增加負重的難度。動力外骨骼的裝備可以提升士兵在上述戰場環境中負重行軍、搬運重物的能力。
在登陸作戰及後續的城市戰中，步兵則需要面對大量的防禦工事。眾所周知目前世界各國裝備的步槍都無法應對良好的防禦工事。為了提升步兵對於防禦工事的威脅，美國率先搞出了可以發射中速榴彈的OICW武器系統。在此之後中國也發展出了類似的“戰略步槍”。但是這些武器也都存在著榴彈初速較低精度也較低的問題。而動力外骨骼的使用則為步兵提供了更多的可能性。比如：人手一把高初速榴彈發射器/狙擊榴。這可以在很大程度上提升步兵攻擊灘頭、城市中的防禦工事的能力。
從原理上來講，軍用機器人也與動力外骨骼有一定的相似之處。而兩者最大的區別是：軍用智能機器人需要在戰場上通過AI進行自主決策，而動力外骨骼僅需要追蹤、判定並輔助人的行動就好。這意味著動力外骨骼的設計和研發要比軍用智能機器人簡單得多，生產和製造也要比軍用智能機器人廉價得多。兩者都可以看做革命性的陸軍裝備，但是在可以預見的未來，動力外骨骼必然有其不可替代的作用。對於這一裝備的研發和列裝，將使中國陸軍在近未來的軍事準備中居於優勢地位。那麼本期《出鞘》就到這裡，我們下期再見。
閱讀更多 BOOM視頻 的文章
