美军装备保障领域先进技术的发展应用情况

        美国军队一直是高新技术发展与应用的引领者。一些先进技术的发展与应用对美军装备维修保障领域也产生了重要影响，为装备保障开辟了新的思路和途径，提升了装备保障能力，降低了装备保障成本。

1  3D打印与4D打印技术为备件保障开辟新渠道

        3D打印技术可在战场现场制造备件。目前，3D打印是陆军装备司令部的重点发展领域。3D打印技术由于能够在前线按需生产维修备件，有望显著减少补给需求，降低补给车队暴露在敌军火力打击中的危险，减少部队向前线输送维修备件的数量和重量，并能节省运输燃料，降低保障负担，因而在美军获得大力发展。美国陆军在2012年年中和2013年初已经把3D打印系统置于标准集装箱中，并派驻阿富汗，用于后方基地现场制造维修备件。如今，美军又在以下两个方面进一步发展3D打印系统：一是努力推动3D打印系统小型化。一个长度6米左右的标准集装箱就足以容纳3D打印和所有的激光切割机、钻孔机、测量系统以及所有诊断设备。小型3D打印系统将可部署于班，用于在战场上帮助小规模作战部队更快地获取他们需要的零部件和装备，减轻散布于前线战场的小规模部队保障任务。二是进一步提升3D打印系统的适用性。目前，3D打印任务仍局限于生产塑料、铝或钢材料的小型部件，可用于制造生化武器防护器材的塑性部分、排除简易爆炸装置的手持设备，以及飞机或地面车辆的金属零部件。陆军装备司令部正在努力研制可生产不同强度和性能部件的其他材料。

        4D打印技术将使打印部件具有环境适应性。4D打印技术是在3D打印的基础上增加了一个变化维度，使打印材料可发生改变以适应特定环境，从而使打印的部件性能可随环境因素（如水或极端温度条件）而改变。比如，利用4D打印技术生产的防护装甲一旦暴露在某种特定环境中（例如：高温）就会自动改变自身重量和防护性能。目前，这一技术尚处于军队和政府实验室的发展初期，限于学术界和工业部门的研究中。

2  自修复材料技术将有效延缓装备腐蚀

        美国海军每年战车锈蚀维修的成本都高达数十亿美元，为降低装备腐蚀成本，海军研究办公室和约翰·霍普金斯大学应用物理实验室联合开发出一种新的涂料添加剂。该涂料添加剂有助于军用车辆表层形成类似于人类皮肤的自愈功能，避免战车因锈蚀产生高昂的维修成本。

        新涂料中使用的添加剂称为“聚成纤维原细胞”，呈粉末状。这种自修复涂料由微观聚合物微球组成，聚合物微球内填满油状液体。一旦战车刮伤，破损的聚合物微球内的油状液体便可流出，在暴露的钢材外形成蜡状防水涂层，从而防止战车锈蚀。这一材料可以添加现有的商用涂料底漆中，确保战车上的刮痕在下层金属锈蚀前得到自动修复。

        新涂料特别适用于在各种恶劣环境下使用的战术车辆。新涂料不仅能减少腐蚀，降低装备维修成本，还可延长装备的使用寿命。目前，该涂料已经通过实验室试验，试验表明在充满烟雾的室内环境中，这种新的添加剂防锈蚀的时间长达6周。初始试验结果良好。目前，项目团队还在继续寻求可使添加剂更加有效的方式。

3  无人机将降低战场装备保障难度

        无人机有望提升战场物资保障能力。伊拉克和阿富汗战争经验表明，高海拔和崎岖的山路给物资运输造成很大限制。前哨作战基地平均每周需要10万磅（约4.5万千克）的物资，采用直升机运输是一个有效解决办法，但现有的有人直升机数量有限，使用与维护成本高，难以大规模应用于保障任务。为此，美国国防高级研究计划局（DARPA）开发了一种无人空中保障系统。该系统既具有多用途垂直起降能力，又能够高速巡航飞行，可为更多小型部队提供灵活的、不受地形因素限制的运输，能够更快地向难以到达地地区投送物资。国防高级研究计划局在2009年公布了“变形器”项目，该项目旨在开发和演示一种样机系统，为小型地面部队提供灵活的、不受地形约束的运输服务。2013年，国防高级研究计划局确定了系统的设计理念，该系统核心部件是垂直起降飞行模块，不仅具有有效的悬停和着陆功能，并能快速转换为高速巡航飞行，就像小飞机一样。与一般的、相同尺寸的直升机相比，该系统只需使用一半大小的着陆区，便于着陆在崎岖的地形和甲板上。飞行模块的有效负载能力将达3000磅（约1360千克），超过飞机起飞总重量的40%。

        自主机器人将提升伴随保障与维修能力。在2014年1月举行的美国陆军航空协会上的研讨会上，美国陆军训练与条令司令部指挥官表示，机器人和无人平台将继续为战场上的士兵提供有价值的帮助。自主机器人将能携带额外的补给品或弹药，甚至传感器，使士兵更专注于战场作战。此外，自主机器人还被用于直接执行维修任务。尤其是在人员难以到达的地方，如管道、线路维修等。

4  仿真技术能有效提升装备状态预测准确性

       仿真技术被广泛应用于对装备及其使用情况进行建模仿真，开展装备状态预测。2013年底，美国空军研究实验室授予诺斯罗普·格鲁曼公司2000万美元的合同，旨在寻求更好的建模和仿真方法来增强对不同类型飞机机身问题的预测能力，进行预防性维修，防止机身出现裂纹及其他结构性问题。项目对飞机的机身、机翼、尾翼、起落架、控制系统和控制界面、发动机、机舱、进气系统、武器支架、发动机支架，以及其他机身部件和机身进行仿真。同时，空军专家还试图改善飞行载荷数据，开发出更现实的结构分析模型，加强协作以提高模型的量化水平并减少模型的不确定性因素。

5  柔性变形技术可降低装备损耗和维修成本

       美国柔性系统公司，在美国航空航天学会2014年科技论坛博览会上介绍了其几何参数可变的柔性机翼系统。该系统采用的“分布式柔性变形”技术可使机翼在承受更大气动载荷的同时，降低油耗与维护成本。

      传统机翼虽坚固但僵硬，只能实现特定条件下的性能优化。该柔性机翼系统“分布式柔性变形”仿生学技术，通过整体柔性结构设计或采用较少的连接机制来分担载荷，整个翼光滑无缝，既坚固又具有柔性，可随飞行条件改变翼型，优化飞机性能。在明显的气动载荷作用下仍能实现最优抗偏转性，可承受超过4500千克重的气动载荷。

       新柔性机翼性能可靠、效费比高，现有飞机也可以通过翻新实现新性能。翻新机翼可降低3%～5%的燃油消耗，新造机翼可节省8%～12%的燃油消耗。由于机翼表面张力变小，减轻了机翼载荷，降低了机翼的消耗，也使得维护成本下降，同时还能降低飞机降落时的噪音。

6  防伪技术确保装备电子维修备件来源正宗

       据国会调查称，假冒伪劣电子元器件在国防供应链中普遍存在，仅在过去的两年里，超过100万不可信的元器件进入了已知的供应链。这种问题非常普遍，昂贵和便宜的电子产品都已成为目标。仿造或不可信的电子元器件对国防部造成重大风险，一个部件的故障可能会导致整个系统失效，进而使作战人员的生命和任务面临风险。受假冒电子设备的影响，美国国会要求采用多种手段对武器装备上使用的电子设备进行溯源跟踪，确保军方武器装备上的电子设备的可靠性。对此，国防后勤局和国防高级研究计划局都采取的一系列技术措施，防止假冒电子设备进入国防装备保障供应链。

       采用职务DNA技术对电子设备进行全寿命跟踪。美军80%的装备维修备件都是由国防后勤局供应的，因此防伪已经成为国防后勤局备件保障的一项重要工作。美国国防部自2012年8月起要求所有向美国国防后勤局出售集成电路的制造商和经销商使用美国基因应用科学公司的签名DNA技术标记其产品。植物DNA防伪技术是利用植物DNA不能被修改或复制的性质，通过使用含有植物DNA的墨水来标记商品，再借助手持式激光阅读器或使用美国基因应用科学公司的测试签检测确认商品真实性的技术。将集成电路作为首类防伪产品是因为其假冒伪造的风险最大，且一旦出问题，将影响系统性能甚至危害生命。美国国防后勤局考虑将植物DNA技术用于国防部使用的所有电子设备，包括国防部采购的新产品，如半导体器件以及航空轴承等。

       发展电子设备真实性验证技术。国防高级研究计划局启动了一个被称为“国防电子设备供应链硬件可信度”的项目，发展微型、低成本的新型工具，用以在国防电子设备供应链的任何阶段验证电子元器件的可信度，又不会扰乱或破坏系统。项目开发了一个小型工具（100微米*100微米），可以验证电子元器件的来源，能发现回收的元器件、未授权的元器件、未经测试和不合格的元器件、性能或生产日期标注错误的元器件、低质量或包含隐秘功能的复制品等。该项目的成功将使电子认证发生革命性创新，提高国防保障供应链的安全性。

7  一体化测试技术将进一步提升装备综合保障能力

       目前，美军各军种都在发展军种的一体化测试技术与设备。美海军在2014年1月8日宣布，其电子综合自动化保障系统项目于2013年12月16日获批进入里程碑C阶段，洛克希德·马丁公司获得价值1.03亿美元的合同，用于启动电子综合自动化保障系统的低速初始生产，现有的“综合自动化保障系统”测试工作站将集成到首批生产的电子综合自动化保障系统工作站中，这是eCASS系统实际用于舰队部署生产的关键性一步，将为下一代航空电子测试设备的初始生产和列装奠定基础。

       美海军当前装备的“综合自动化保障系统”自20世纪90年代开始服役，为美国及盟国海军提供飞行控制系统、导航跟踪系统、电子战支援系统等航空电子设备的测试。经过二十多年使用，综合自动化保障系统技术逐步过时，越来越难以提供相关保障。电子综合自动化保障系统项目将为海军船员和海军陆战队队员提供新的一体化测试设备，对海上或岸上飞机进行故障检测和修理，从而确保故障设备可迅速有效地恢复到战备状态。电子综合自动化保障系统技术先进，将能保障海军和海军陆战队当前和未来的飞机（如P-8A、F-35）。通过电子综合自动化保障系统，海军将尽可能减少航空装备或部件进入下一层维护或送返原厂维修，降低装备保障成本。