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世界科技全景百卷书: 无线遥控机器人深潜器
电缆联接式深潜器在机动性和航速上都受到限制，而且深潜器也无法远离母船。长期以来，人们一直试图发展无线遥控深潜器，为了使这种深潜器更有效地传送和接收控制信号和信息，人们正在研究设计这类通信系统。 首先是传声通信系统。 目前我们已经使用的传声通信系统有不少严重的缺陷： 第一，深潜器与母船的距离越远，声波损失越快。随着遥控机器人深潜器远离水面母船，传声系统的传声能力必须呈几何级数增加。 第二，现有的传声通信只能传递极低速率的声频信息，在水下每秒钟只能传输1万比特，而普通的电视荧光屏每秒钟能接收6600万比特的信息。传声深潜器采用慢速扫描摄像系统，每次只能向操作手提供几张静止的画面，不能传递连续活动画面，大部分资料被录制在录像带中，待深潜器收回后查阅，这种慢速扫描电视画面的作用主要是使操作手确信摄像系统运转正常。 第三，传声信号还会因其他原因受到干扰，如海底的变化、水温度的变化、较大的障碍物都可能极大地减弱传声信号。 第四，传声信号的传递速度为1524米／秒，与声波的速度相近，同近似光速的缆线传输电磁信号的传递速度无法相比。当传声遥控器在水下2．4公里作业时，它与母船之间的信息传递一次需要3秒钟，操作手在发出指令时必须计算出深潜遥控器与母船之间的距离。 大多数传声深潜器被作为搜集海洋学与工程学方面资料的工具，美国西雅图市华盛顿大学的应用物理实验室从 1963年以来一直在研究一种水下自动推进研究船（SPURV），这种船作业时靠美国海军的海洋研究船（AGOR）导航，搜集海洋物性资料和进行潜艇尾流研究。最新研制的水下自推进研究船长4．6米，重454公斤，最大下潜深度1524米，一名操作手通过传声线路导航和控制运行。 圣地亚哥美国海军海洋系统中心研制出了AUSS高技术无人搜索系统 （AUSS）深潜器，这种机器人深潜器的筒形外壳由石墨柱体构成，两端为钛质锥体，最大下潜6100米。高技术无人搜索系统深潜器上装有先进的传声通信系统，能传送慢速扫描电视图像，这种深潜器是专为搜索海底地物而设计和装备的。 “逆戟鲸”（Epaulard）遥控机器人深潜器是法国ECA公司制造的，根据法国国家海洋勘探局提供的法国政府规范，“逆戟鲸”最大下潜深度6000米，它能在6000米深的海底进行拍摄和探测，航速2．5节。美国海军曾使用“逆戟鲸”对二次大战期间坠落在1280米深海底的“道格拉斯无敌” （Douglas Dauntless）式轰炸机搜寻定位和拍摄。“逆戟鲸”主要靠传声通信遥控，也可以靠预先输入的预编制指令航行，在寻找“无敌”式轰炸机时， “逆戟鲸”先是按照预编程序自动搜索，直到声纳探测到有障碍物时才由操作手协助遥控行动。“逆戟鲸”先把障碍物的情况报告给辅助舰船上的操作手，然后按照操作手的指令准确地接近目标，“逆戟鲸”这次作业向美国海军提供了这架有40年历史飞机的的黑白照片，它搜集的许多资料在作业时先储存起来，待返回后处理。 其次是无线电和激光通信。 由于传声通信受到多方面的限制，专家们正在研究用无线电或蓝－绿激光传递信号，新近研制出的无线电遥控器能高速远距离 （电波作用范围内）传递无线电信号。加拿大温哥华国际潜艇工程公司制造出一种高速深海导航计程平台（DOLPHIN）无线电遥控深潜器，它能在4级海情下用超高频无线电波实时向母船传递对海底勘测的计算机数据。国际潜艇工程公司总裁詹姆斯·麦克法伦认为，如果在这种无线电遥控深潜器 （RRCV）上安装电子战、反潜作战和反水雷装置，可大大提高它的能力，使用时可依作战对象的不同选用不同体积和性能的无线电遥控深潜器。 1．美国海军的自主式机器人深潜器 美国军方和私人研究机构目前都在探索发展自主式深潜器的能力与技术。1975年华盛顿特区的美国海军研究实验所首次研制出了无人驾驶自航式深潜器 （UFSS），这是一种自主式机器人深潜器，它重2460公斤，长6米，潜水深度457米，作业范围230公里。这种深潜器最切是为收集海洋科学数据、测试海洋层流特性而设计的，它的航线和航速均由预编程序控制。研制中有人主张给它安装人工智能系统、奥米伽远程序导航系统或多普勒声纳，提高精确导航图像处理、物体识别、人工智能以及机械操作的能力，这样可以大大扩展它的使用范围，如寻找沉在海底的潜艇、搜索水雷以及确认不明物体。但由于这种深潜器的壳体只有0．3厘米厚，强度不够，耐压性能差，很难搜集到完整的海洋流层数据，UFSS研制项目最终下马了。 圣地亚哥的美国海军海洋系统中心还研制出了名为“西部”（EAVE－West）的试验自主式机器人深潜器，它与另一名为“东部”的深潜器不同，这在以后我们再作讨论。“西部”深潜器上安装回转式罗盘、侧视声纳和观测管道磁场的管道追踪辅助系统。“西部”重182公斤，长2．8米，光纤传输缆线与它的端部联接，将“西部”摄制的电视图像传送给母船上的操作手，这种光纤传输缆线不会给深潜器的运行增加阻力，“西部”的航行速度为5节，它的电池需要每小时充电一次。 位于罗得岛州新港的美国海军水下系统中心制造了一种 B－1型机器人深潜器，这种深潜器的头部为锥形，身体是球形的，还有一个小尾翼，这样的形体很适于在海洋层流中活动。B－1型深潜器上安装了障碍规避声纳、一套水声反射研究仪、用环境对本体噪声及振动研究的侧视声纳和重新定位声波发射器。它的仪器能记录52条通道的操作数据和12条通道的热膜探测数据。 佛罗里达州巴拿马城的美国海军海岸系统中心建造了一种9米长的可运行式潜艇模型，这个模型艇的设计是为了研究提高海军潜艇在几种突变情况下的控制性能，模型潜艇的航行由艇上的一台计算机控制，还安装了用于测定本体动力振动的检测仪和记录动力振动的磁带录制系统。 2．商用自主式机器人深潜器 目前美国有两种商用自主式机器人深潜器经技术改进后可作为军用系统部署，一种是名为“东部”（EAVE－East）的试验自主式机器人深潜器，它由新罕布什尔大学海上系统工程实验室建造，这种深潜器安装了称作结构检验任务系统 （SIMS）的三维解难系统，这一系统使它能够确定所要搜寻研究的物体的位置，能安全地穿越敌海域，能从多个角度收集水中物体的数据。若在“东部”自主式机器人深潜器上安装北极检验任务系统（AIMS），它就能绘制北极冰层下面的海域图，收集测量数据并存入磁泡存储器。海上系统工程实验室现在还在为“东部”深潜器研制其他仪器，他们准备为“东部”安装分辨力为0．25厘米的精密传声导航系统，这样，“东部”可进入特殊地区或沉没海底的物体内作业并确认自己的位置；他们还努力开发计算机的功能，使它尽可能占据最小的空间和完成尽可能多的工作，并准备在“东部”上安装电荷耦合器件摄像机，为了排除其他信息的干扰，“东部”上还安装采用了新算法的电视图像增强器。 国际潜艇工程公司制造的自主式机器人深潜器也是为收集探测北极冰层以下的海底和海水数据资料而设计的，这种深潜器能在水下386米深处工作23小时，航速5节，靠它的5个独立的声纳，计算机按照预编程序对5平方公里的流域进行自主探测，同时把有关的航标、海水比重、盐的浓度、水深等信息存入存储器，它的软件系统能使深潜器躲避声纳探测到障碍物。 3．布雷器和潜艇诱饵 美国国防科学委员会在1985年发表了一篇关于“新一代计算机技术的军事应用”的报告，这个委员会的委员查里斯·赫兹费尔德博士在报告中写道，计算机人工智能技术目前还不完善，但这一技术却很可能给海军带来一种新型的自主式机器人深潜器。身兼美国国际电话电报公司副总裁的赫兹费尔德认为，以后必将出现的这种深潜器上装配的自主式系统应具有监视和决断能力，能自主航行几千英里，能深入敌防区完成对载人舰船来说危险极大的任务。赫兹费尔德还在报告中提出了两个设想，一是制造一种自主式机器人远距离水下布雷器，这种布雷器能航行几千英里、布设几十枚水雷，布雷器上还可装配声纳探测仪和拖曳声纳。在远距离航行中布雷器靠人工智能系统决定航向在什么地方布设水雷、怎样对付敌舰和敌方的防御以及适 应环境条件。赫兹费尔德博士的第二个设想是用自主式机器人深潜器模拟潜艇的运动及特征，作为潜艇诱饵。自主式机器人深潜器的续航能力极强，能够模拟潜艇的离港情况，美国人有了它，就会使前苏联人建立抵御或拦截潜艇弹道导弹的梦想化为泡影；这种潜艇诱饵可在潜艇上部署用于突破敌方的反潜防线，迫使敌船进入误区，或诱使敌方耗尽攻击力量和传感器工作饱和。 很显然，无人深潜器比载人潜艇在某些方面更具优势，设计这种机器人深潜器不必再为了给驾驶员创造舒适、温暖而良好的通气空间而大伤脑筋，机器人深潜器的内部压力可以与它周围海水的压力相等；它也不会像人那样在危急时刻产生恐慌和怯懦，而正是在这种时刻它能给敌方以更大的打击。 （1）美国的研究工作 新罕布什尔大学的海上系统工程公司与弗吉尼亚州维也纳的申多赫系统公司在美国海军的赞助下，正在为美国海军研究设计用于21世纪的军用机器人深潜器，这种远距离续航自主式机器人深潜器长20～26米，直径4～4．6米，装载重45吨货物时可连续航行16096公里。机器人深潜器上装有水听器，在执行监视任务时，把它部署在战略抑制点上监听敌通信，它能自动将获取的敌方雷达信号及通信数据分析处理。远距离续航自主式机器人深潜器能在载人深潜器无法进入的海域执行侦察任务，如在敌方布设了大量水雷的区域，它还可以侦察敌方反潜及水面部队，并对他们的作战能力做出判断。这种先进的远距离自主式机器人深潜器还可布雷，发射鱼雷或导弹，能按预编程序输入的任何目标实施攻击或防御，它还配备了敌舰船传声信号或其他非传声信号鉴别器，使计算机系统确认机器人深潜器的环境，鉴别器识别出的敌信号密集时，计算机将命令机器人深潜器进入进攻状态并启动武器系统。 巴尔的摩西屋防御中心海洋分公司已将人工智能和专家系统用于自主式机器人深潜布雷器，西屋公司从其研究发展基金中拿出100多万美元用于该项目基础信息控制系统的研究。这种自主式机器人深潜布雷器能深入港口绘制地图，然后离港确定最佳布雷位置，之后再进港布雷，布雷后即自行离行去。美国的古德公司和电力船舶公司也在研制自主式机器人深潜器和潜艇。 美国国防高级研究计划局与美国国家标准局机器人系统部正在联合研制 “沙克”（SHARC：分级自主式机器人实时控制深潜器），国防高级研究计划局把几台新罕布什尔大学海上系统工程实验室建造的“东部”试验型自主式机器人深潜器作为实现SHARC设计方案的平台。他们在“东部”上装配了美国国家标准局研制的分级实时控制系统（RCS），这一系统包括一个组合式分级的信息处理器网络，它与共用存储器保持着通信联系。设计分级实时控制的指导思想是将综合部署指令分解成依次降低的级和执行功能，这些不同的级把控制信号传递给深潜器的发动机、传动装置和转换器；同时传感器将接收的信息并入程序处理，使预编程序与实时环境相适应，分级实时控制系统是这样让机械理解环境的，这一系统的高技术还体现在它的专家系统上，如果把专家系统装配在“东部”深潜器上，它就能作为“旗舰”从战略战术上对其他深潜器编队导航。1987年，美国国防高级研究计划局和美国国家标准局研究试验如何使深潜器联网，实现“思维”与传感信息共享。 （2）英国的研究工作 1985年9月的皇家海军装备展览会上，英国西康公司宣布了他们对下个世纪海军机器人深潜器的设想。他们设计的“西康”水下巡逻机器人（SPUR）长11米，重45吨，潜水深度超过6000米，航速12节，实施进攻时的设计航速为50节，靠闭式循环内燃机驱动。水下巡逻机器人通过数字水文数据库自主导航，它的地形模拟取景器与高安全定向回波器配合将测得的水深与数据库存储的资料进行比较之后确认航向，当它在地势比较平坦的海域航行时，惯性导航系统自动启动导航。 “西康”水下巡逻机器人上装配的人工智能系统能保证它在海上自主巡逻两个月，它携带的战术武器包括自备鱼雷和固定战斗部，这种战斗部在自杀性攻击时同它体内剩余的燃料一同爆炸，它还能往敌舰船的螺旋浆上缠绕金属缆线，实施隐蔽性破坏。 在执行任务时可将“西康”水下巡逻机器人编成一个分舰队，由辅助舰船送到作业海域，辅助舰船侧翼的水下释放装置释放机器人入水，在紧急情况下也可由直升机释放。作业时机器人深潜器能巡查传感器有效作用的所有区域，在燃料和军需装备不足或自身受到毁坏时，它的内部控制器便立即启动归航系统及时返回母舰。“西康”水下巡逻机器人还可以部署在遥远的敌海岸附近，它能伪装成商船在水面上行驶，也可以入水隐蔽靠载人潜艇操纵执行任务。 英国的机器人专家M·W·斯林提出了建造另一种小型机器人深潜器的设想，这种小型机器人深潜器能携带核武器，利用航位推测法和声纳导航系统航行数千英里侦察敌港口及海岸设施，必要时用核爆炸将其摧毁。小型机器人深潜器在计算机控制下可搜索潜艇、航空母舰及大型商船，当它的声纳和磁性传感器探测到敌舰船之后也可以以自身撞击敌舰船，但有一个先决条件，即撞击时小型机器人深潜器的航速要达到93海里／小时，而这个速度只有采用以小型核反应堆为推进动力源才有可能达到。 近年来人工智能、机器人系统、水下通信及其他相关技术的进展，使自主式武器系统日臻完善并引起公众的关注，遥控深潜器已能完成搜索、回收、救险、布雷和排雷等多种军事任务，“机器人杀手”将会对未来海战产生极大的影响，也许那时机器人能指挥自己的舰队巡逻，或用新式武器实施进攻，所以现在就有不少人怀疑未来的海战是否还有载人舰船的立锥之地。 天基机器人 1．新高地 在作战中致胜的关键步骤是占领“高地”，从这种俯瞰的位置更容易监视敌人，也更容易打击敌人。在现代战争中，占据高地就意味着控制太空，因此，通信、导航、照相侦察、电子侦察、信号、侦察以及战略武器系统都在很大程度上取决于太空作战。在今后一二十年内战争的焦点是控制这个“高地”，各国都将发展极为有效的军用空间站和天基武器系统，而机器人技术正是产生这些非常完善的系统的要素之一。人们在和平时期将不断向太空进军，然而，核抽运X射线激光器、电磁轨道炮和带电粒子束所构成的作战环境将极大地危害人们的生命。因射线、波束和粒子束释放而造成的泄露，将对太空平台上的人员造成伤害，机器人太空平台是太空武器的唯一的选择。 在目前所有环绕地球飞行的系统中，至少有四分之三具有军事用途，其中绝大部分是无人的。军用卫星对战略和战术行动都是必不可少的，天基机器人是国防机构越来越依赖的耳目。 2．空间站及其机器人 即使是有人空间站计划也需要大量的机器人和自动化装置。建造空间站对国家安全至关重要，同时也能为民用事业服务。前苏联拥有永久性空间站， “联盟”号宇宙飞船在地球和“礼炮”空间站之间运送宇航员和给养；美国的空间站计划涉及的范围更广，它的航天飞机能运送研究器材和宇航员。未来的空间站可作为太空武器平台和特种天基部队 （人或机器人）的基地，可对抗敌方的卫星、空间站、空间战略防御网及任何地面目标。 美国国家宇航局在 1984年的一项研究中评估了可能采用的空间站的设 计和构想，认为空间站和载人计划一般要包括先进的自动化、机器人和人工 智能技术的广泛使用。其中某些技术目前已能够为空间站所采用，但大量引 入则还需要在机器人技术的开发和完善方面投入不少经费。 美国国家宇航局分析了机器人和自动化技术带来的最明显的好处。看 来，宇航员将更多地作为利用空间站的管理者，而较少作为担负一般职能的 操作者。专家系统和先进的机器智能的采用足以使站上人员不依赖地面控制 台即可识别、判定、维修和排除不正常状态，因此，宇航员们可获得较大的 自主性。 机器人运载工具和系统将减少人员在危险场合的工作，比如飞行器外的 活动 （即空间站外），包括加注燃料的作业和在很高的同步轨道上进行与卫 星有关的操作。机器人能够承受特殊的有害辐射。 使用机器人空间站对商业和工业应用具有更强的通用性和适应性。无人 系统的使用可使生产效率提高，成本降低。伴随着空间机器人和自动化技术 的进展，将会带来经济利益；空间领域的机器人技术同样适用于地球上的危 险性场合，如大洋深处、核电站以及战场。 （1）进行空间机器人应用研究的公司 在一项评估机器人和先进的自动化系统如何最有效地应用于空间站的研究项目中，美国国家宇航局与数家航空公司签订了具体应用领域的研究合同。波音公司试制了一种人机接口，并认为到90年代中期开发一种初级的舱外机器人系统在技术上是可行的，到2010年可望研制出更复杂的舱外机器人。使用这种比人稍大的机器人将减少宇航员的常规和危险工作，增加在空间站周围的舱外活动。 砷化镓晶体和微电子－芯片制造厂商的初步工作具体体现在通用电气公 司生产的自动化机械中，该公司发现，为太空实验室制造的机器人和遥控装 置需要采用比目前地球上的设备轻得多的材料，以符合微重力环境运动学和 动力学，所以首先要研制可进行维护、修理和设备更新的“智能”工具。 休斯公司研究了分系统控制和任务操作的自动化，重点研究宇航员的操 作。考虑到电源、热控制和通信问题，休斯公司提出应当把自动语音识别及 合成与人机接口结合在一起，实现对空间站的指挥与控制。采用自动化装置 能够检测和隔离空间站的故障，并作出相应的修复动作。 马丁·马丽埃公司研究了2000年的空间站在装配、结构、维修和调整方 面的自动化。他们认为自动化技术将迅速发展，并告诫人们，空间站的设计 必须适应这种发展。比如进出路径、舱内通道和工作现场的“休息处”应当 有足够的空间，还要考虑扩展已有控制设备功能的支援设施。马丁·马丽埃 塔公司预言，太空基地在初期需要投入大量人员，但最终需要人来做的只有 管理和处理意外事件等工作。 TRW公司致力于研究空间站的卫星自动管理，包括支援低地球轨道卫星 和轨道信息处理设备、装载有效载荷，并由可回收的轨道运载器管理地球同 步卫星。TRW公司认为，卫星的管理要求加速采用遥控设备，但仍然需要由 人员处理各种各样意想不到的事情。 （2）美国国家宇航局的机器人运载器 ①宇宙拖船 国家宇航局的近期计划中包括在空间采用几种机器人运载器和系统。轨道机动运载器（OMV）通常称为宇宙拖船，是一种遥控飞行器，用于增大航天飞机的作用范围。它先由航天飞机运载到高空，然后被发射到2254公里以外，在很高的轨道回收卫星。这些卫星由航天飞机上的人员维护或送回地球修理。然后，轨道机动运载器可以把它们重新置于原来的位置上。美国国防部证实，这样一来，由于延长了卫星的使用寿命，可节省大量费用。 这种机器人运载器由地面站的人员通过手动控制器操纵。LTV、马丁·马丽埃塔和TRW公司都参与了这项合同的竞争，而国家宇航局在1986年7月将它包给了TRW公司。国家宇航局希望在90年代完成该项工作。这种宇宙拖船还将与空间站一起清除太空垃圾并完成各种建站工作。 ②轨道运载器 （OTV） 另一种试验性的无人运载器是轨道运载器。设想将它作为一种高空平台，能够在离地球35900公里的高空进入同步轨道，运送有效载荷。之后，它能够自己返回，以便再次使用。国家宇航局设想使轨道运载器既能停留在太空，又能往返飞往于地球与太空之间。美国国防部和国家宇航局对一种名为“达特”（DART）的系统十分感兴趣，它还在由匹兹堡的太空技术国际公司进行研制。该公司估计，这种重复使用型轨道运载器的全部研制过程，从正式拨款之日起将需要约30个月。该公司采取项目管理，选择麦克唐纳·道格拉斯公司作为系统研制的主要承包商。美国空军与波音航空公司签订了一项合同，建造另一种类型的轨道运载器，即惯性高空平台（IUS）助推器，它可把卫星从宇宙飞船所运达的轨道上进一步推送到地球同步轨道上。不过，这种惯性高空平台不能重复使用。 ③遥控维护单元 （TSU） 有一种类似于国家宇航局有人航天器的运载器，只是不搭载宇航员，这就是遥控维护单元，它能像人那样在空间进行维护操作。它是由麻省理工学院与国家宇航局共同设计的一种方形运载器，其前部有两只大型机械手，侧面有两只较小的手臂，在这些手臂的下面装有工具架和备件。遥控维护单元依靠宇宙拖船作为工作站之间的交通工具，为电池充电，还能储存较大型的部件。 ④机械手 美国国家宇航局计划为空间站安装几处类似于宇宙飞船上安装的机器人手臂。这些机械手与活动架相连，能够伸到空间站的任何部位，为空间站的构建和站上工作提供帮助。这种机械手可以装在一个架子上，从而在空间站的主体部分往来运行，或利用末端操纵装置在站上移动。像在宇宙飞船的研制上一样，加拿大在空间站机械手的研制方面发挥着重要作用。在综合和测试方面的工作包括：安装带有触觉和视觉传感器的操纵装置，提供较高程度的自主能力，提高灵巧性，对有效载荷进行维护。像拧卸螺丝之类乏味而琐碎的工作，将由遥控装置完成，使宇航员得以执行管理和监控者的职能。设在加拿大安大略省的斯帕尔宇航有限公司遥控系统分部是该项目的主要承包者，他们预计机器人综合维护和测试技术将在下个世纪的宇宙拖船、轨道运载器及空间站上推广。 （3）军事应用方面的研究 1986年2月，美国空军系统司令部公布了《工程发展纲要（Ⅱ）》的草案，旨在确认和采用新兴的技术和系统，提高美空军21世纪的作战能力。与许多远期军事计划不同，美空军已经准备在6年内使这方面的投资占空军全部科学和技术预算的10％。用在发展《工程发展纲要（Ⅱ）》所提出的技术和系统上的费用约20亿美元，其中以对机器人技术的研究为重点，包括遥控机器人如何承担原来由宇航员承担的任务，减小人员在空间飞行对抗中的危险。美空军对遥控器尤其感兴趣，这种遥控器并不是一个智囊，而是一个视觉和臂力都很强的操作系统，这种遥控系统的空间应用是在同步轨道空间站上维修卫星，不久的将来它还将在月球上工作。 机器人完成繁重而单调工作的能力会比人高十倍甚至百倍，原来由操作人员在大型线路控制板上进行的工作，现在由机器人在微集成电路片上就能完成。除空间应用以外，空军也认为拟人的遥控器在飞机维修和在核生化条件下补充给养方面也有应用价值。 设在加利福尼亚州圣地亚哥的美国海军海洋系统中心已在着手一项拟人系统的研制工作，这一系统将用于空间和其他危险场合。在该系统中操作员接收来自各种传感器的信息，犹如身临其境。这种遥控包括一个液压驱动的 “头”，有三个摆动角度，装在同样具有三个摆动角度的“躯干”上。除此之外，还有两只类似于手臂的操作装置，有七个转动角度。由两部电视摄像机和两路听觉系统为操作员提供远距离视觉和听觉。操作员的动作控制遥控器的动作，操作员的头、身体和手臂的位置经电位计监视和记录后，将信号传给遥控器，再由遥控器相应地控制机器人的身体和机械手。 3．战略防御机器人 人们在20世纪初的作品中曾幻想火箭飞船飞越太空，地球人与外星人展开搏斗，双方使用致命的“死亡射线”相互交战。这种幻想导致了德国人的 “齐柏林”飞艇的出现。儿童影片中也出现了不少像巴克·罗杰斯和弗拉什·戈登那样的英雄，在这种影片影响下充满幻想的孩子们如今已成为科学家、军事首脑甚至国家总统，他们正在将这些梦想变为现实。当20世纪接近尾声的时候，人类已进入“星球大战”的时代，然而与人们熟知的乔治·卢卡斯的影片不同，发射激光和带电粒子束的宇宙飞船将无需搭乘人员，无生命、无情感，人类有史以来的具有最强计算机处理能力的机器人将成为选择目标和攻击目标的主宰。 （1）“战略防御倡议” 1983年3月，里根总统发表政策演说时提出一项计划，其核心是要拦截并击毁核武器——战略弹道导弹。美国弹道导弹防御的全部研究计划是在独立的战略防御司令部的领导下实施的。 美国“战略防御倡议”计划包括一整套共三个层次的防御系统。来袭的大部分洲际弹道导弹将在发射后不久被击毁。在火箭助推器从发射到燃料耗尽的3～5分钟的助推阶段中，导弹目标明显，易受攻击。那些突防的导弹将在弹道中段受到第二次攻击，此时弹道导弹在被击毁前已进入太空，这个阶段最长不超过20分钟。最后残存下来的弹头将在再入大气层时受到陆基反弹道导弹系统的攻击，这个最后阶段所剩的时间不足1分钟。在导弹爬升阶段的弹道中段，机器人天基武器网将是主要的防御系统。 目前，这些系统尚处在概念阶段，不过人们已经提出了各种配置上的设想。“星球大战”计划设想了一种有50个空间作战平台的系统，用于在前苏联导弹来袭时保护整个美国。每个空间作战平台有一个极为先进的计算机系统，能够对数枚导弹进行探测、识别、跟踪，并以强激光束对准导弹，迅速依次击毁。在陆基指挥中心设置一台控制每个作战平台的中央计算机，预警 卫星能够在导弹刚一发射时就探测到它们，并将信息转发到指挥中心，指挥 中心发出指令启动空间作战平台。 ① 激光和带电粒子束 目前有好几种激光器正在研制，拟用于作战平台，它主要包括化学和X射线激光器。化学激光器是通过两种气体混合反应而获得能量，如氢／氟、氧／磺及氚／氟。战略防御计划的设想之一是研制一种2兆瓦氢－氟激光器，以验证建造一部25兆瓦天基激光器的可行性。X射线激光器或许是最有争义的战略防御项目，它是在一个小当量核爆炸源周围放置达50个激光棒。用这些激光棒对准各个来袭导弹，引爆核弹头后，它们便辐射强烈的X射线脉冲。X射线能够毁坏导弹的电子器件，并产生足以击毁导弹外壳的冲击波。 因受激准分子和自由电子激光器体积太大，在天基平台上要消耗太多的 功率，所以另一种防御系统理论则设想采用装有巨型反射镜的天基运载器， 以直径4米的反射镜将陆基自由电子和受激准分子激光器的波束折射到目标 上。 “战略防御倡仪”计划包括研究带电粒子束的应用。粒子束如同一道可 控制的闪电，它是通过粒子加速器中的电场将亚原子粒子加速到接近光速而 形成的波束。产生这种波束的加速器必须相当轻，才能装配在太空平台上。 带电粒子束的波束，在远距离传播时，由于地球磁场的作用会发生弯曲，在 地球低轨道上使用这种波束时可用激光在稀薄的近空间层面上穿一个可使波 束通过的孔来发射粒子束，假若带电的气体离子具有静电复原能力，那就能 抵消地球磁场力的作用。 ②动能装置 摧毁目标的传统的方法是一个比目标飞得更快的弹头打击它，而动能天 基武器将以运动物体本身的动能撞击来摧毁导弹，这就是电磁轨道炮。电磁 轨道炮是一种动能发射装置，它有很强的电流，若干个放大器和两条平行的 轨道，弹丸沿着轨道推出。试验型轨道炮能够将25克的颗粒物加速到8．6 公里／秒，并能击穿0．5厘米厚的钢板，对重300克的弹丸能加速到4． 2 公里／秒。科学家们相信，在发射速率为60发／秒时，弹丸速度可以提高到 100公里／秒。战略防御机构正在研制一种采用带电粒子束的轨道炮，并准 备将它用于对付苏联的反卫星武器系统。 电磁轨道炮还能发射较重的弹丸，这种弹丸带有自己的制导装置。“高 边疆”理论提出了一种由400个天基机器人平台组成的防御网，每个平台装 备50个拦截器，这种拦截器包括自身带有动力装置的微型寻的器。一位美空 军军官估计，一个有效的反卫星系统可能需要多达3200个置于40个不同轨 道上的由火箭运载的作战平台，并需要由星载雷达和其他传感器支援这些作 战平台。 （2）“战略防御倡仪”计划的规模及构成 在美国，对把金钱花在天基机器人运载器的研究与开发上的做法并没有 引起什么争论，因为起码有一点是人所共识的，那就是这样做至少可以保证 在技术上处于世界领先地位。真正引起争论是这项计划的规模到底应该有多 大，它是否能保护所有美国人，并使核武器像里根总统预想的那样失去作用， 抑或仅仅用于保护美国战略力量中易受攻击的部分，如洲际弹道导弹发射井 和指挥、控制节点。重点防御与整个国土防御相比在经济上要节省得多，在 技术上也更容易实现。对易损的战略力量进行重点防御，将具有更为可靠的报复性威慑和遏制战争的作用，但这一观点也迎合了把各国人民作为人质的 “相互确保摧毁”的理论，因而遭到了不少战略防御计划支持者的反对。1986年6月18日，美国参议院武装力量委员会通过的一项决议指出，战略防御计划应继续进行有关人员防护能力方面的研究，不过重点将放在研究保护二次打击力量及其指挥与通信系统的可生存和低造价的防御方案上。当时的国防部长温伯格不赞成这个决议，他认为国防部的方针应是保护人员而不是导弹。他指出，战略防御计划成功的关键是在前苏联导弹反射后能及时予以攻击，因为防御力量无法分辨对方发射的导弹是打击社会财富的还是打击武装力量的。不过，温伯格表示，已研制成功的武器样机对接近己方导弹发射井的末段防御，即当弹头再入大气层时的防御是有效的，因此参议院委员会也能接受这一方案。总之，政治上的考虑、技术上的进展、经济状况以及武器控制谈判都将决定战略防御计划的发展。 （3）穿越大气层的飞行器 在经历了“挑战者”号航天飞机爆炸的悲剧之后，里根总统在1986年度国情咨文中重申了美国政府的空间计划，并宣布了一项志在必夺的航天器研制方案，称作穿越大气层飞行器（TAV），或太空飞机。这种飞行器能够穿过大气层，在地球与太空之间往返飞行，飞行速度大于5马赫。它具有军事和民防双重用途。它的基本军事用途像军方熟知的X-30一样是把战略防御载荷发射到太空中去，预料，它与航天飞机相比，运载量将大得多，而造价却较低。据美国国防高级研究计划局局长C·邓肯说，美国已在考虑将穿越大气层飞行器作为一种远程防空拦截器，用于攻击来袭的弹道导弹。 尽管这种飞行器基本上仍是一种载人系统，但在其设计中将引入大量的自动化和机器人技术。无人运载器的倡导者们主张通过遥控或人工控制使穿越大气飞行器具备自主飞行能力。 英国国家空间局也开始了类似于穿越大气层飞行器的研究，定名为水平起落（HOTOL）飞行器。英国宇航公司和罗尔斯·罗伊斯公司正在进行这种飞行器主体的原理性和可行性研究。目前的重点是将不载人的水平起落飞行器用在军用和商用卫星方面。 |
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