【闲着扯蛋】胡乱谈谈外骨骼的那些黑科技

随着珠海航展上我国外骨骼的出现，这种结构奇特的新型武器顿时成为了畅谈版的口水话题。一时间外骨骼无用论、外骨骼淘汰坦克论甚至机甲吊打论纷纷甚嚣尘上。虽然和当年陆版3座20页+的高楼大厦不好类比，却也暴露出很多（xiao）军（xue）迷（seng，没有h）底子不牢，地动山摇的弱点。这里不想和那些拿着电影游戏做论据的机甲吹和外骨骼黑们纠缠，而是想潜下心来总结一下外骨骼的所谓技术难点。

顺带一提，本文所指外骨骼，均指以加强步兵负重能力为主的小型随动式机械设备，系统全重不超过250kg，总高控制在1.8-2.2米（根据使用者的身高）以下。那些动辄5-6米，自重上吨，吊打坦克的请自觉翻阅陆版猎杀M1A2版主对于机甲的论述——你只是一个脚男，别老想着拯救世界

一、动力：电池？电池？电池？
说道外骨骼，大概9成的反对者第一句话一定是“动力不足”。诚然，从现代和可预测的未来看，外骨骼想要使用传统化学能电池作为动力源，基本上就和长途拉练无缘了。目前常用的动力锂电池能量密度在100-140 mAh/g左右，和10J/g的柴油比那是差了一个数量级还多。
不过反过来说——用什么电池？上内燃机不就结了？著名的大狗机器人以100KG载荷，7公里/小时的速度，可以在较为平坦的地面续航32公里以上。而外骨骼即使要打折扣，平均续航里程达到20-25公里，其用于作战也算绰绰有余。何况燃油无论携带补给都比电池方便得多。

二、效率：腿的效率不如轮子，不如履带，不如直升机？
在平地上，腿的效率确实不如轮子，不如履带。这主要是因为平地上轮子和履带的滚动摩擦较小，推进效率较高。但如果考虑到高度变化剧烈的越野环境，就不同了。在落差较大的环境中，载具的主要动力消耗在于克服自身重量做攻，此时腿部相比轮子履带并无劣势——恰恰相反，在60度以上的坡度下，轮式与履带式载具由于抓地力不足，其通过能力反而不如足式载具
另一个需要提及的理由则是，对于轮式和履带式载具来说，其越野能力受体积限制极大。一般轮式载具无法通过高于自身底盘的垂直落差，坦克高达3米也很难翻阅1.5米以上的垂直悬崖。若将这些载具缩小到人类大小，其通过能力只会更加恶劣。而在同等体积下，人类却可轻松翻阅1.5米高的垂直落差，受过一定训练者甚至2米-3米高的垂直墙壁也不再话下，这是外骨骼的另一个优势
最后，外骨骼所特有的一个优势在于，不同于任何其他载具，外骨骼的使用者不是一块70公斤重的无用核载，而是一个能够分担约30公斤核载的强劲动力源。因此，对于系统总重仅仅250KG的外骨骼来说，其发动机只需要驱动约150kg的便可，仅有同类轮式/履带载具的2/3

三、传动：电机？人工肌肉？全给我老实点上液压。
外骨骼讨论中的另一个常见问题，就在于外骨骼的作动机构选择。这里先不谈连基础理论和实验室产品都难见踪影的所谓人工肌肉，主要谈谈液压和电机的选择。
在不少缺乏工程常识的军迷看来，外骨骼用电机是天经地义的事，原因无非是所谓高精度高可靠和低传动损失。可惜现实是残酷的，电机这玩意儿，根本没法直接驱动外骨骼。关于这个问题，就要牵扯到电机中转子（动子）和定子的设计问题了。由于外骨骼经常需要进行大量的急停，反向，超负荷等动作，无论你采用回转电机还是直线电机，转子都需要承受巨大的电压变化，而为了减少这种变化对转子的压力，目前唯一的方法就是增大转子的自身电阻，但这就会同时增大转子的体积，并降低转子的输出效率。因此，目前电机一般只用于动作连续的负载（如车辆），或负载质量远大于转子质量的场合（如坦克炮塔）
而液压恰恰相反。虽然其传动比不够精确，但由于换向动作只需要改变阀门方向，因此响应十分迅速。同时，液压件还有体积小（电机的1/5-1/10）、功率大、抗超负荷能力强（可达额定负载的2倍以上），自带缓冲功能等多种优势，可谓这类需要大量往复运动的机件中的不二选择。另外。若采用发动机直接驱动液压泵的机构，其传动效率甚至要高于电机
值得一提的是，一种综合了电机和液压传动的新型电液传动技术在近几年得到了迅猛发展。这种技术说来也简单，其液压系统并不采用液压管供压，而是自带一个小型电动机。这种传动结构综合了液压与电力传动二者的优点，结构紧凑，反应灵敏，精度高，力量大，同时方便维护保养，可谓外骨骼传动系统的最佳选择。

四、防护：
外骨骼的防护有多高？基本上重点部位防御.50，大部分防御.22，全身能挡9mm算是个比较合理的数据。其中后两项相当于普通防弹衣III级和II级的标准，而第一项可能需要堆叠数块IV级的防弹插板。而以目前IV级防弹插板的重量来说，全身用于防护的重量在20-30公斤左右，已经可以大幅提高步兵在恶劣战场环境下的生存几率。
另外值得一体的是盾牌——没错，是盾牌。对于巷战、机步突击作战来说，能携带一个块约两层IV级防弹插板厚度的盾牌，将可以有效提高外骨骼这种存在大量可动关节之载具的生存能力，也可以临时用于构筑防御工事。

五、火力：
外骨骼的火力有多强？对于外骨骼来说，100kg左右的负重允许其无后顾之忧的使用.30全威力机枪作为主要武器，同时能达到50发/分以上战斗射速。而若是防御作战，单兵使用.50机枪也算不上什么难事。至于RPG、ATM之流……看需要吧。
关于外骨骼的火力，一个主要的迷思在于所谓的“外骨骼机械臂持枪”。常见游戏、电影中，外骨骼往往手持武器大杀四方，但稍有枪械使用常识的军迷应该都知道，步枪实际上是通过肩托非刚性固定在人的躯干之上，而手臂只是用于指向，并不承受后坐力。对于外骨骼来说，只要从腋下伸出一根支架即可模拟这种固定关系，完全不用浪费机械臂来干这事。
而说到手臂，就不读不谈谈外骨骼的手臂设计了。在大部分的幻想产物中，外骨骼的手臂和下肢一样都是与人类直接连接，全随动操作的。然而在实践中，虽然由于土工作业和战术动作的需求，很难取消这对机械臂，但在一般作战中，将这对机械臂设定为部分随动，负责持盾显然是更合理的选择。

六、成本：
除了动力，成本也算的上是外骨骼反对者们常常诟病的因素。然而外骨骼的成本真的高么？从其结构来说，主要部件不过是液压传动机构、发动机、嵌入式控制系统和金属支架，对于现代科技而言都是成熟数十年以上的典型技术，随时可以调取货架产品。而实际上，我国确实也曾爆出30w研发外骨骼的新闻，考虑到量产后的成本均摊因素，一个外骨骼成本控制在10W左右，全寿命费用低于20W是很容易的。
与此同时，1年前我国一级士官的工资约为2400人民币，5年光工资消耗即达12W人民币，若考虑到其住宿、餐饮、训练成本，20W已经属于便宜的了。而一个这样的士官如果再战场上阵亡，其抚恤金目前也已接近10W。在考虑到这样一个服役3-5年的老兵，其作战经验极为丰富，战术能力也远强于新兵。那么仅仅20W成本的外骨骼，实在只能用便宜来形容了随着珠海航展上我国外骨骼的出现，这种结构奇特的新型武器顿时成为了畅谈版的口水话题。一时间外骨骼无用论、外骨骼淘汰坦克论甚至机甲吊打论纷纷甚嚣尘上。虽然和当年陆版3座20页+的高楼大厦不好类比，却也暴露出很多（xiao）军（xue）迷（seng，没有h）底子不牢，地动山摇的弱点。这里不想和那些拿着电影游戏做论据的机甲吹和外骨骼黑们纠缠，而是想潜下心来总结一下外骨骼的所谓技术难点。

顺带一提，本文所指外骨骼，均指以加强步兵负重能力为主的小型随动式机械设备，系统全重不超过250kg，总高控制在1.8-2.2米（根据使用者的身高）以下。那些动辄5-6米，自重上吨，吊打坦克的请自觉翻阅陆版猎杀M1A2版主对于机甲的论述——你只是一个脚男，别老想着拯救世界

一、动力：电池？电池？电池？
说道外骨骼，大概9成的反对者第一句话一定是“动力不足”。诚然，从现代和可预测的未来看，外骨骼想要使用传统化学能电池作为动力源，基本上就和长途拉练无缘了。目前常用的动力锂电池能量密度在100-140 mAh/g左右，和10J/g的柴油比那是差了一个数量级还多。
不过反过来说——用什么电池？上内燃机不就结了？著名的大狗机器人以100KG载荷，7公里/小时的速度，可以在较为平坦的地面续航32公里以上。而外骨骼即使要打折扣，平均续航里程达到20-25公里，其用于作战也算绰绰有余。何况燃油无论携带补给都比电池方便得多。

二、效率：腿的效率不如轮子，不如履带，不如直升机？
在平地上，腿的效率确实不如轮子，不如履带。这主要是因为平地上轮子和履带的滚动摩擦较小，推进效率较高。但如果考虑到高度变化剧烈的越野环境，就不同了。在落差较大的环境中，载具的主要动力消耗在于克服自身重量做攻，此时腿部相比轮子履带并无劣势——恰恰相反，在60度以上的坡度下，轮式与履带式载具由于抓地力不足，其通过能力反而不如足式载具
另一个需要提及的理由则是，对于轮式和履带式载具来说，其越野能力受体积限制极大。一般轮式载具无法通过高于自身底盘的垂直落差，坦克高达3米也很难翻阅1.5米以上的垂直悬崖。若将这些载具缩小到人类大小，其通过能力只会更加恶劣。而在同等体积下，人类却可轻松翻阅1.5米高的垂直落差，受过一定训练者甚至2米-3米高的垂直墙壁也不再话下，这是外骨骼的另一个优势
最后，外骨骼所特有的一个优势在于，不同于任何其他载具，外骨骼的使用者不是一块70公斤重的无用核载，而是一个能够分担约30公斤核载的强劲动力源。因此，对于系统总重仅仅250KG的外骨骼来说，其发动机只需要驱动约150kg的便可，仅有同类轮式/履带载具的2/3

三、传动：电机？人工肌肉？全给我老实点上液压。
外骨骼讨论中的另一个常见问题，就在于外骨骼的作动机构选择。这里先不谈连基础理论和实验室产品都难见踪影的所谓人工肌肉，主要谈谈液压和电机的选择。
在不少缺乏工程常识的军迷看来，外骨骼用电机是天经地义的事，原因无非是所谓高精度高可靠和低传动损失。可惜现实是残酷的，电机这玩意儿，根本没法直接驱动外骨骼。关于这个问题，就要牵扯到电机中转子（动子）和定子的设计问题了。由于外骨骼经常需要进行大量的急停，反向，超负荷等动作，无论你采用回转电机还是直线电机，转子都需要承受巨大的电压变化，而为了减少这种变化对转子的压力，目前唯一的方法就是增大转子的自身电阻，但这就会同时增大转子的体积，并降低转子的输出效率。因此，目前电机一般只用于动作连续的负载（如车辆），或负载质量远大于转子质量的场合（如坦克炮塔）
而液压恰恰相反。虽然其传动比不够精确，但由于换向动作只需要改变阀门方向，因此响应十分迅速。同时，液压件还有体积小（电机的1/5-1/10）、功率大、抗超负荷能力强（可达额定负载的2倍以上），自带缓冲功能等多种优势，可谓这类需要大量往复运动的机件中的不二选择。另外。若采用发动机直接驱动液压泵的机构，其传动效率甚至要高于电机
值得一提的是，一种综合了电机和液压传动的新型电液传动技术在近几年得到了迅猛发展。这种技术说来也简单，其液压系统并不采用液压管供压，而是自带一个小型电动机。这种传动结构综合了液压与电力传动二者的优点，结构紧凑，反应灵敏，精度高，力量大，同时方便维护保养，可谓外骨骼传动系统的最佳选择。

四、防护：
外骨骼的防护有多高？基本上重点部位防御.50，大部分防御.22，全身能挡9mm算是个比较合理的数据。其中后两项相当于普通防弹衣III级和II级的标准，而第一项可能需要堆叠数块IV级的防弹插板。而以目前IV级防弹插板的重量来说，全身用于防护的重量在20-30公斤左右，已经可以大幅提高步兵在恶劣战场环境下的生存几率。
另外值得一体的是盾牌——没错，是盾牌。对于巷战、机步突击作战来说，能携带一个块约两层IV级防弹插板厚度的盾牌，将可以有效提高外骨骼这种存在大量可动关节之载具的生存能力，也可以临时用于构筑防御工事。

五、火力：
外骨骼的火力有多强？对于外骨骼来说，100kg左右的负重允许其无后顾之忧的使用.30全威力机枪作为主要武器，同时能达到50发/分以上战斗射速。而若是防御作战，单兵使用.50机枪也算不上什么难事。至于RPG、ATM之流……看需要吧。
关于外骨骼的火力，一个主要的迷思在于所谓的“外骨骼机械臂持枪”。常见游戏、电影中，外骨骼往往手持武器大杀四方，但稍有枪械使用常识的军迷应该都知道，步枪实际上是通过肩托非刚性固定在人的躯干之上，而手臂只是用于指向，并不承受后坐力。对于外骨骼来说，只要从腋下伸出一根支架即可模拟这种固定关系，完全不用浪费机械臂来干这事。
而说到手臂，就不读不谈谈外骨骼的手臂设计了。在大部分的幻想产物中，外骨骼的手臂和下肢一样都是与人类直接连接，全随动操作的。然而在实践中，虽然由于土工作业和战术动作的需求，很难取消这对机械臂，但在一般作战中，将这对机械臂设定为部分随动，负责持盾显然是更合理的选择。

六、成本：
除了动力，成本也算的上是外骨骼反对者们常常诟病的因素。然而外骨骼的成本真的高么？从其结构来说，主要部件不过是液压传动机构、发动机、嵌入式控制系统和金属支架，对于现代科技而言都是成熟数十年以上的典型技术，随时可以调取货架产品。而实际上，我国确实也曾爆出30w研发外骨骼的新闻，考虑到量产后的成本均摊因素，一个外骨骼成本控制在10W左右，全寿命费用低于20W是很容易的。
与此同时，1年前我国一级士官的工资约为2400人民币，5年光工资消耗即达12W人民币，若考虑到其住宿、餐饮、训练成本，20W已经属于便宜的了。而一个这样的士官如果再战场上阵亡，其抚恤金目前也已接近10W。在考虑到这样一个服役3-5年的老兵，其作战经验极为丰富，战术能力也远强于新兵。那么仅仅20W成本的外骨骼，实在只能用便宜来形容了