美軍“模塊化”計劃的提出

1 美軍“模塊化”計劃的提出

2004年2月，美國陸軍宣布將重組作戰部隊，目的是使作戰部隊變得更加靈活。在這之前，美國陸軍作戰部隊服役人員超過17，000名，并以“師”為單位進行人員劃分。這種作戰部隊結構的劃分已經不再適合以前的一些作戰行動，例如在波斯尼亞發生的一次作戰行動，該行動的人員需求為少于一個師。為了打造一支更加靈活的作戰部隊，美國陸軍參謀長Peter Schoomaker將軍提出了“模塊化計劃”，該計劃采用多個獨特設計，對作戰部隊重新進行劃分，把以“師”為單位的作戰部隊，劃分成以“旅”為單位的作戰部隊，每個“旅”包含3，000到4，000名士兵。在2004年，Schoomaker將軍曾表示，“模塊化計劃”計劃會在三年內完成，該計劃不需要增加軍事人員，而且成本只需要大約210億美元。然而，隨著時間推移，“模塊化計劃”的范圍不斷擴大，持續時間和成本不斷增加。

2 美軍車輛的“模塊化”

美軍車輛的“模塊化”旨在打造一系列的車輛平臺，以滿足各種軍事任務需求。“模塊化車輛”被設定成單功能車輛的對立面，兩者的區別在于模塊化車輛考慮車輛的通用性，即不同的車輛平臺使用相同的零部件。美國陸軍坦克-機動車輛研究發展與工程中心（TARDEC）研究并提出了模塊化方法的分類標準。該分類標準借鑒了美國陸軍在上個世界90年代對未來作戰體系的設想。TARDEC把車輛的模塊化方法分為水平模塊化、垂直模塊化和分布式模塊化，如圖1所示。其中，垂直模塊化車輛各節車體間的連接包括鉸接和剛性連接兩種，這里的“水平”和“垂直”是指車輛模塊的連接方向。下面對3種模塊化方法進行詳細說明。

3 水平模塊化

迄今為止，水平模塊化是軍用車輛模塊化最常見的形式。水平模塊化也叫“車輛系列”（Family of Vehicles， FOV）。FOV車輛通常使用通用底盤系統，包括動力和傳動系統、懸架系統、行走系統（輪式或履帶式），通用底盤上裝有不同功能的任務模塊。在二戰時期，水平模塊化方法被用在M4謝爾曼坦克上，該坦克的底盤上可以換裝自行火炮、反坦克火箭炮以及其他武器。在上個世紀50年代的美軍坦克火炮系統也用到了水平模塊化的概念，例如M60系列坦克，M107-M110坦克，然而，以上坦克無法做到在戰場上更換不同的任務模塊。

美國陸軍在20世紀80十年代和21世紀分別提出了裝甲車輛系列化（AFV）和未來戰斗系統（FCS），在軍用車輛模塊化設計方面美軍可謂雄心勃勃。

3.1 裝甲車輛系列化（AFV）

AFV計劃的目的是裝甲車輛由通用底盤和不同任務模塊組合而成，并實現最少的底通用盤數量以及最多的任務模塊組合。模塊化、零部件通用化以及系統功能集成能夠降低成本，以兼顧裝甲車輛在戰場中的生存能力及經濟性。美國陸軍已有研究表明，水平模塊化可以降低裝甲車輛未來的運營和維護成本。

最初，AFV計劃采用了4個通用底盤及29個任務模塊。然而，由于任務模塊過多造成了成本過高，最終整個計劃打造了4種重型坦克和2種中型坦克。其中，重型坦克包括Block III、未來步兵戰車、先進火炮系統以及移動作戰車輛，如圖2所示。以上四種車輛的底盤系統包含相同的發動機、傳動系統、懸架系統、模塊化裝甲以及履帶裝置，其中Block III擁有最高的戰略地位。裝甲車輛任務模塊縮減后，AFV計劃被重新命名為“軍事力量現代化計劃”，該計劃旨在通過充分采用裝甲車輛的模塊化設計來降低風險。

在1991年，美國陸軍審計總署對“軍事力量現代化計劃”進行評估。審計總署認為，美國陸軍之所以開發Block III是因為蘇聯的軍事威脅，而當時蘇聯的威脅已經有了很大程度的降低。由于以上原因，以及美軍當時正計劃削減軍費預算，而該計劃59億美元的費用實在過高，最終，AFV計劃沒有進行下去，只有先進火炮系統的開發持續到了21世紀。

3.2 FCS（未來作戰系統）計劃

本世紀，美軍推出的FCS計劃與上個世紀推出的AFV計劃有很多相似之處。在FCS計劃中，有人地面車輛（MGV）的提出是為了打造重量輕、移動性強的作戰車輛，以取代上個世紀60、70年代美軍開發的重型履帶式車輛。MGV計劃基于通用底盤打造了8種不同的履帶式車輛，包括：戰車、偵察車、非瞄準線加農炮車、非瞄準線迫擊炮車、維修車、步兵運輸車、指揮車、救護車。通用底盤包括駕駛艙、推進系統、車輛電子信息系統以及懸架系統。MGV計劃致力于從各個方面實現車輛的通用性，包括車輛開發、訓練、維護、工具、運輸、生產、計算。最終，MGV計劃70%以上的車輛零部件實現了通用化。美國蘭德公司報告指出，FCS計劃是美國陸軍歷史上規模最大、最具雄心壯志的作戰系統計劃。然而，在2009年4月，美國時任國防部長羅伯特蓋茨取消了大部分FCS計劃，計劃取消的原因是多方面的，蘭德報告以及同年美國政府問責局的報告中說明的原因。其中，一部分原因是當時軍用車輛的重量由原來的19噸增長至30噸，這就導致了FCS計劃中的通用底盤被3種不同的底盤所取代。FCS計劃與20世紀80年代的AFV計劃因各種原因都被取消了，但計劃取消的原因均與模塊化方法無關。

3.3 水平模塊化戰車

雖然，美軍取消了雄心勃勃的AFV和FCS計劃，但是在計劃中打造的部分車型經過演變最終成為了美軍車輛系列的成員，這些車型包括“布拉德利”戰車、“阿布萊姆斯”戰車、“斯特瑞克”戰車等。在大多數情況下，美國陸軍開始時并未考慮打造一系列戰車，而是根據某種功能需要，打造相應功能的某種車輛。后來，原有的車輛底盤應用于各種車型，這種方式降低了車輛開發階段的研究、開發、測試和評估成本，這是因為將原有底盤應用于新車型的方式只需要考慮某種車型的需求，而不用設計一款底盤以適應全部車型的需要。這種方式的缺點在于，原有的車輛底盤可能很難滿足新車型的需求。下面介紹下應用水平模塊化方法的4種戰車。

第一種戰車為“斯特瑞克”戰車，如圖3所示。它的設計是為了實現戰場快速部署，以及填補“阿布萊姆斯”、“布拉德利”等重型裝甲車輛與HMMWV（高機動性多用途輪式車輛）之間的車型空缺?！八固厝鹂恕睉疖囀且豢?輪戰車，從2005年起，該戰車由通用公司地面系統公司開始生產?！八固厝鹂恕睉疖嚢喾N車型，這些車型裝有通用的發動機、傳動系統、液壓系統、車輪、輪胎、差速器以及變速箱。“斯特瑞克”車型包括三防偵察車、反坦克制導導彈車、醫療救護車、迫擊炮車、工程車、裝甲運兵車、指揮車和火力支援車。

第二種戰車為芬蘭國防工業公司制造的8X8“帕特里亞”模塊化裝甲車，該車可在通用平臺上裝備不同的炮塔、傳感和通訊系統，重量從17噸到30噸不等，如圖4所示?！芭撂佧悂啞蹦K化裝甲車共有3種平臺，包括基礎平臺、高車頂平臺、以及重型武器平臺。基礎平臺適用于裝甲運兵車、步兵戰車、指揮車、救援車以及偵察車，高車頂平臺適用于指揮車、通訊車、大型醫療救護車以及工程車，重型武器平臺顧名思義是用于加裝重型武器系統的堅固平臺?！芭撂乩飦啞蹦K化裝甲車載重量可達14噸，已經在7個國家投入使用。

第三種戰車為德國與荷蘭合作研制的“拳擊手”戰車，該車是一款可以在戰場中完成車型切換的水平模塊化戰車。“拳擊手”戰車體積龐大，重量可達到33噸，該車配備多種任務模塊，可根據不同任務需要在戰場上實現切換，如圖5所示。“拳擊手戰車”可在1個小時內實現裝甲運兵車、步兵戰車、救護車等不同任務模塊的切換。

最后一種戰車為英國奧維克公司最近開發的“卡梅隆”IV440模塊化戰車，該車與“拳擊手”一樣可以在戰場中完成車型切換，如圖6所示。“卡梅隆”戰車于2010年開始設計，它擁有4X4通用底盤，包含多種任務模塊，可用于國防建設或商業用途。到現在，“卡梅隆”戰車承載平臺的重量不斷增加，承載平臺重量從5.5噸至40噸不等?！翱仿　睉疖囉?種任務模塊可供選擇，包括巡邏車、武器平臺、燃料運輸車、供電車等，并不斷開發新的任務模塊?！翱仿　睉疖囃ㄓ玫妆P上裝有液壓系統以實現各種任務模塊間的快速切換，任務模塊間的切換在1分鐘之內即可完成，而且只需要1個人操作?！翱仿　睉疖嚨娜蝿漳K壽命大約是通用底盤壽命的3倍左右。

4 垂直模塊化

在垂直模塊化結構中，如圖1所示，兩個車體連接在一起，連接方式可以是剛性連接也可以是鉸接。相連接的兩個車體通常具有不同的用途，并且每個車體上可以攜帶乘員、動力裝置以及任務設備。兩個車體之間可以一起工作也可以相互獨立。

對兩個車體相互連接形式的研究是AFV計劃的一部分，如圖7所示，美軍認為兩個戰車相互連接的形式是M1坦克的替代品。如原有M1坦克相比，這種連接形式的優勢在于，它可以將整車質量降低至40噸以下。而不同重量的兩個車體相互連接可以增加模塊化車量的種類，例如一個20噸重的車體與一個30噸重的車體組合可以構造出20噸、30噸、40噸、50噸、60噸的戰車。

在最初的概念中，垂直模塊化的兩個車體間可以是硬連接或者是軟連接，這種軟連接也就是兩個車體間進行通訊聯系，這就實現了兩個車體間更大程度的分離。在軟連接形式中，兩個車體獨立供能，前車攜帶主武器和彈藥，后車載有乘員、副武器、火力控制及通訊控制設備。斯瓦茨教授指出軟耦合連接形式具有如下幾個方面的戰場生存優勢，首先，當前車受到敵方火力打擊或遭遇地雷轟炸時，由于前車的彈藥與后車的乘員分開，后車的乘員可以得到很好的保護。其次，如果前車在戰場中失去了移動能力，后車可以與前車脫離并獨自返回基地。最后，在軟連接下，載有乘員的后車可以在遠離前車的安全距離下工作。雖然，兩個車體連接形式的坦克增加了整車的總重量，但是與M1坦克相比，每個車體體積更小、重量更輕、便于運輸。降低車體重量可以降低動力系統功率，同時降低懸架系統和履帶的重量。降低車體重量，提高車輛移動性能夠帶來很多優勢。首先，降低車體重量可以降低接地比壓;其次，若兩個車體采用硬連接形式，前后車體間可以實現相互推拉作用;再次，降低車體重量可以使用低載荷限制要求的橋梁和道路;最后，救援車輛可以設計的更輕便。

在20世紀60年代，TARDEC設計了一種垂直模塊化概念車“龍卷風”，如圖8所示，該車由洛克希德導彈和航天公司制造?！褒埦盹L”前后車體各裝有4個車輪和1臺發動機，后車可乘載3名乘員。前后車體間裝有鉸接機構，可以實現前后車體間的俯仰、橫擺、偏轉運動。該車越垂直墻高0.92m，后車前后車輪軸相互獨立，發動機和懸架均安裝在車軸上，車輪行程可達686mm。“龍卷風”的創新設計包括低壓徑向簾布層輪胎和動力盤式制動器，在當時這兩種技術均是尖端技術，該車在粗糙路面上的行駛速度可達105km/h。然而，由于技術的復雜、過于狹窄的乘員艙以及軍隊對傳統履帶車輛的青睞，“龍卷風”戰車的開發均止于原型設計階段。

在20世紀70年代，TARDEC開始使用鉸接式車輛進行垂直模塊化實驗，實驗目的并非只是為了開展模塊化方法研究，更多的是為了提高車輛的越野能力。兩個M113車體通過TARDEC自主研發的鉸接機構進行連接，可以實現前后車體間的俯仰、橫擺、偏轉運動，并提供力反饋給駕駛員以進行控制，如圖9所示。兩個車體之間安裝有兩個液壓缸，通過液壓缸對兩個M113車體間的相對俯仰和偏轉運動進行控制。單個M113車體越垂直墻高度僅為0.46m，而兩個M113車體鉸接后越垂直強高可達1.52m，越壕寬可達3m以上，爬坡率為60%。鉸接式M113車體可在水中行駛，可分別在前車和后車驅動下駛入和離開水道。

TARDEC研究團隊正投身于模塊化軍用卡車的概念設計和開發項目，該項目名為JTTS（聯合戰術運輸系統）。該研究團隊正在評估一個中、重型軍用卡車系統，該系統通過增加車輪、車軸及相關硬件，能夠在戰場中實現將6X6卡車擴展為8X8乃至10X10卡車，如圖10所示。在卡車上安裝混合動力推進系統并在每個車輪上安裝直列式電動機，從而實現這種獨特的模塊化概念。若裝備負載處理系統以平衡各車輪間的載荷，這種卡車就兼具了水平模塊化和垂直模塊化的概念。如果JTTS項目取得成功，美軍現有的8個車輛系列，包括12種不同的底盤，最終將會融合成一個系統。

5 分布式模塊化

分布式模塊化車輛通過通信網絡實現不同模塊間的功能分布，如圖1所示，由于部分模塊是無人駕駛的，所以載人模塊可以遠離無人駕駛模塊從而增加戰場生存能力。而無人模塊可以通過減少防護裝甲來降低重量，從而增加移動能力。

分布式模塊化的應用實例為TARDEC開發的RCC（機器人指揮中心）。RCC的目的是為了實現處于指揮中心中的少數士兵控制大量的無人機器人，并且該指揮中心是可以移動的。RCC于1992年完成，它的指揮中心由機器人模塊乘載，每個機器人上載有1名指揮官和2名無人車輛駕駛員，每名駕駛員負責操縱2臺無人機器人，RCC實現了世界上首次多車輛控制。

MBS（主戰坦克系統）是TARDEC最近提出的分布式模塊化概念。MBS的目標是為了用3輛戰車取代1輛70噸重的M1A2阿布拉姆斯坦克，其中3輛車分別包括1輛25至30噸重的載有4名乘客的載人車輛，以及2輛15至20噸重的無人車輛，每輛車均配備120mm加農炮。載人車輛的4名乘員包括1名駕駛員、1名指揮官、以及2名無人車輛駕駛員。載人車輛不需要考慮防火炮打擊以及裝載彈藥的能力，而無人車輛不需要安裝額外的裝甲來保護乘員。

若采用2輛載人車輛及4輛火力打擊無人車輛組成的MBS小隊，則可以替代4輛M1“阿布拉姆斯”坦克，如圖11所示。與“阿布拉姆斯”坦克相比，乘員總數由原來的16人縮減至8人。4輛“阿布拉姆斯”坦克的重量為280噸，而兩組MBS的重量為110至140噸，這極大減小了坦克重量。另外，將原有4輛坦克的重量分配到現有的6輛坦克，極大提高了車輛的運輸和移動能力。同時，指揮車輛同樣可以遠離無人車輛以提高戰場生存能力。

[美]大衛.J.戈爾希奇 著

王宗澤 靳迪 編譯