2007年1月美国肯塔基州诺克斯堡，一辆和主战坦克相似，但车形轮廓却明显“缩水”了的履带式车辆，在国防部先进技术研究计划署(DAEPA)和英国BAE系统公司的主持下，揭开7神秘的面纱。这款名为“黑骑士”(BIackKnight)的履带式无人车辆，由BAE系统公司、卡内基·梅隆大学美国国家机器人技术中心(NREC)等研究机构历时多年研制而成。虽然“黑骑士”并非为激战正酣的反恐战争而生，但它作为验证各类未来智能作战机器人技术的先进平台，还是吸引了国际防务观察家和产业界的关注。
从ARD项目到“黑骑士”
在越打越热的反恐战场上，面对日益复杂、残酷的城市游击战以及不断攀升的伤亡数字，美军继续迷信技术、军事力量在解决复杂社会历史矛盾和冲突时的决定性作用。为降低战争成本和伤亡，减少舆论压力，美军以未来战斗系统为依托，以陆军轻型化转型为契机，大力开发、使用无人作战系统以代替传统有人驾驶的作战平台。正是在这种背景下，2005年英国BAE公司为参与美国“未来战斗系统”中先进无人作战平台的竞标，启动了一项名为“武装机器人演示车”(ARD)的研发项目，该项目旨在开发一系列10吨级重型地面无人作战平台的关键性技术，探索未来无人战场上的制胜之道。
为满足新平台对先进车载电子体系架构和人工智能的需求，2006年1月，卡内基·梅隆大学美国国家机器人工程中心应邀参与了车辆的电子体系的研制。2006年6月，样车顺利下线，并随即完成了在宾州桑莫塞特试验场进行的为期两周的野外试验。当年9月，ARD项目样车在华盛顿举办的美国陆军协会年度展览上首次展出，在展会上样车一改以往沙漠褐色的涂装，而以全车身纯黑涂装亮相。与周围同台参展的各式战车相比，由于其介乎大型有人战车和小/微型无人作战平台之间的外形和体积，加之以神秘的黑色第一次出现在公众面前，立即引起了各国记者和军事爱好者的关注，这便是在西方神话中代表死亡与神秘的“黑骑士”。
“黑骑士”的出现很快引起了美国军方的重视。2007年初，DARPA正式与BAE公司签订研发合同，拓展和提升车辆的遥控作战性能及人工智能。BAE公司随即加大了研发投入，并携样车参加了当年秋天美军在本宁堡举行的“空中远程攻击力量演习”试验。在试验中，“黑骑士”配合单兵、“布雷德利”先进技术演示车等模拟了信息共享、联合战斗编组等一系列联合战斗模式，显示了其遂行多任务的能力和未来发展的无限潜力。
性能特点
与以往只承担辅助性任务、仍需人类干预遂行任务的无人平台不同，“黑骑士”明显要大很多，也“聪明”很多。它拥有堪比有人战车的自重、30毫米速射火力系统、全地形通过能力，全频谱感知器组、完善的战术数据链以及先进的人工智能指挥系统，即使只用于项目演示和技术验证，它仍能与载人装甲平台有一拼之力，实战化色彩远远超过全球正在服役的各类无人平台。
系统硬件配置
从外观上看，“黑骑士”平常无奇，履带式底盘上架着一个方方正正的炮塔，从远处看极似一辆缩小的M1型主战坦克。全车长5米，宽2米，高2.4米，标准重量为9.5吨。其装甲表面附有连接点，必要时可根据作战地域的威胁等级加挂模块化装甲，按最高威胁等级加挂全部装甲后总重12吨。之所以将“黑骑士”的净重限制在10吨以下，是为了满足美国陆军全球快速部署的需求，因为载重约20吨的C-130战术运输机一次可空运2辆“黑骑士”。炮塔上装备1门ATK公司生产的30毫米“大毒蛇”链式机关炮和l挺并列机枪，主炮具有自动装填和弹种选择的功能，发射时弹壳从防盾前方的抛壳口抛出。由于无须载人，“黑骑士”并没有传统意义上的内部舱室，但为维护、拆卸以及日后加装其它模块化设备的需要，车身的底盘、后部及上部仍预留了开口和舱室空间。
为了缩短研发周期并降低在硬件方面的风险，“黑骑上”大量采用成熟技术和设计。其履带式底盘采用传统布局，每侧各有5个负重轮、1个托带轮和1个主动轮，底盘主体结构采用缩小了的“布雷德利”战车底盘，为满足车辆对自重的严格要求，底盘由高强度铝材制成。悬挂系统取自M113装甲车的扭杆弹簧式悬挂系统，这种悬挂性能可靠、故障率低，且久经战场考验。履带直接采用M113装甲车的钢制381厘米宽履带，同时为适应在公路等高等级路而的行驶需要，其履带还可加挂橡胶块，这样既控制了行驶时的机械噪声，又能在公路上进行远距离机动。“黑骑士”无人车的转向系统也与一般履带式车辆无异，其液压差动转向装置位于车体履带前部，并与主减速器相连。车辆的刹车系统由位于车体两侧液压差动转向装置上的液压制动装置实现，其液压压力由一系列电控装置、阀泵和压缩空气筒精确控制。
“黑骑士”的动力由1台凯特皮勒公司生产、功率为300马力的柴油机提供，柴油机后置，其进、出气口都布置于发动机后部，为适应涉水潜行的需要，其缝隙皆可被密封，也可加装进/排气管。它的传动装置采用阿里逊公司的产品，一次加油后行驶可达600千米。考虑到挂载不同装甲时的自重，车辆单位功率高达25～30马力/吨，达到甚至超过了目前一流主战坦克的水平。由于无须考虑乘员的生理承受能力，“黑骑士”的动作极具爆发性，在公路机动时，它可在8秒内轻易将其从0加速到77千米/小时，越野行驶时，速度也能达到30千米/小时，车辆从全速行驶到紧急制动转换也非常流畅和干脆。为负载车体上大量的电子设备，由柴油机充电的蓄电池能以28伏电压输出5千瓦直流功率，电力经位于车体中部的车载配电盘分别分配给全车各电子系统。
电子体系
作为探索未来无人平台作战能力的试验车，“黑骑士”最值得夸耀的就是遍布全车、武装到牙齿的传感器组和智能指挥装置。按照功能和性能区分，“黑骑士”全车的电子体系大致分为三类。一是具有综合感知功能的传感器组。全车传感器组主要分布在车体炮塔正面。首先是炮塔两侧各两组激光雷达(LADAR)，以一侧的两组激光雷达为例，位于炮塔外侧斜面的雷达可90度水平转动，内侧雷达则可170度垂直转动，两侧激光雷达相互配合便可用于车体正面半球范围内的障碍物和目标测距、定位。在两侧激光雷达组之间是两组彩色高精度立体摄像头，其可在车辆行驶过程中为计算机系统提供可识别的三维地形图像信息，配合激光雷达提供的信息为计算机分析判定障碍物提供依据。为便于后方人员遥控车辆行驶和作战，车体还布置有另四部摄像头，分别是位于炮塔正面右侧的1具窄域彩色摄像头，用于夜间行驶、位于炮塔顶部的1具广角热成像摄像头、1具广角彩色摄像头，以及1具(原作者：南 海)位于车体后部底盘右侧的彩色摄像头，它们获得的信息主要为后方操作人员操控车辆和监控战场提供支撑。此外，炮塔最顶端还布置有一组车长独立传感器(CIV)的多光谱传感器，它集成了高分辨率的热成像/可见光摄像头，可全向转动，为操作人员提供了另一套监控途径。二是作为智能化核心的导航和控制单元，“黑骑士”采用惯性导航与GPS导航复合而成，其GPS接收机位于炮塔顶端右侧，指挥控制单元由数台不同功能的计算机、车内监控传感器以及多套实现人工智能的软件共同组成，这些软硬件也称为“自动、感知与控制模块”(APCM)。APCM中最具核心地位的是计划模块，它具有逻辑计算功能，是整个体系人工智能的灵魂，控制着数据流在感知传感器、导航设备和车内各主要系统监控传感器等各类传感设备间的流转，决定着战斗系统模块(CSM)的运用，操纵着车辆行进控制系统、以及几种预置操控模式间的切换。三是战场高速无线通信组件，车载无线通信主要用于与车载/单兵遥控控制系统通信，或与其他战场传感器共享战场态势信息等。“黑骑士”的天线数量较以往装甲车辆相比，得到了极大的简化，只剩下一套数据链天线。该天线具有两套无线发射单元，一套专门用于传输指挥控制指令，其传输速率可达867千比特/秒，有效传输距离约10千米;另一套则用于传输高分辨率监控视频图像，其速率可达10兆比特/秒，有效传输距离约3千米。
遥控控制系统
“黑骑士”现阶段的行驶主要以有人遥控模式为主，这种模式通过机器操作控制站(ROCS)进行操纵，它主要由两块平板电脑(1块用于显示各种行驶信息和图像、1块用于为操作者显示全套操纵控制软件)和1个控制手柄组成。现阶段，该ROCS只能装在载车内，但其未来发展的远景则是开发可由单兵携带和运行的便携式控制系统。系统中，显示行驶信息的电脑随时与“黑骑士”上的指挥系统——APCM同步，操作者通过显示屏直接监控车辆行驶情况，并可在车载的多部摄像头之间切换，实现对车体周围态势的整体掌控。至于另一块平板电脑，则主要作为操作者与车辆之间的控制中介，它运行各类软件以显示车辆的综合信息，并将操作者的指令通过天线发送到车载控制单元执行。为便于使用，它无须键盘和鼠标等传统设备输入，而是基于最新的触摸屏输入，使用者只须用手指在方寸之间轻触，就能完成诸如巡逻路线规划、目标选择、全车系统监控以及控制手柄操作对象切换等操作。操作人员对“黑骑士”的操作过程，则通过控制手柄完成，其外形和人体工程学设计与当今流行的视频游戏手柄如出一辙，操作人员根据从两块显示屏获取的车辆和作战环境信息，通过手柄对车辆进行操控。通过手柄上的数十个按键和按键之间组合，操作者可实现对“黑骑士”上各部件的精确控制，如手柄默认直接控制车辆行驶控制组件，可完成行驶、转向、倒车等操作。在需要进行侦察或监视时，则通过操作控制电脑界面切换到炮塔顶端的广域摄像头，就可以用手柄控制其全向转向的角速度和俯仰角度，精确指向目标进行监视。
智能化作战的先行者
随着战场机器人走向战场的步伐越来越快，自主遂行任务乃至参战都无法避免。“黑骑士”的出现，正负有探索无人作战平台未来如何直接进入战斗角色的重任。然而，即使配备了高性能计算机的信息化设备，这类无人作战平台在瞬息万变的战场上也略显笨拙。研发团队希望通过各种技术手段，使“黑骑士”的智能尽可能达到更高水平，拥有一定的自主学习能力，能够自主完成一些作战任务。目前，“黑骑士”的智能作战能力将分三个阶段逐步完善，最终接近甚至达到未来无人作战平台实战的要求。
有人遥控模式
在可预见的未来，“黑骑士”将在操作人员的监控下走进战场，借助车身配备的各类传感器和车载/便携式遥控控制系统，操作者得以在有限距离内完成对车辆全面控制。这种模式也是现在大多数无人作战平台的控制方式，但其也存在不足，首先，碍于传感器本身类型和数量的限制，操作者得到的信息只能有限接近真实的战场情况，比如车载用于行驶监控的彩色摄像头观察的区域和外景光线有限，尤其在晴天正对太阳行驶时，将极大干扰操作者使用。在外景光线方面，由于这些可见光视频摄像头只能摄制2D图像，使操作人员很难对前方景物的属性作更深入判断，如灌木丛的纵深和层次。其次，限于无线通信的带宽限制，操作者可用于遥控平台的距离大为缩短，特别是在对带宽要求较高的视频图像传输时，出现延时传输似乎不可避免。从本质上看，这两种缺陷都与战场无线通信的带宽有关。
对此，“黑骑士”的遥控控制系统作了有益尝试，其核心正是建立高效的数据带宽管理机制。首先，“黑骑士”将视频这类较占用带宽的数据与带宽需求较小的指挥控制指令数据分流处理，随时保证指挥控制指令传输畅通。其次，对视频数据采用了在短时间周期内连续多次拍摄并传输快照图片的方式，使每次图像的传输延时都控制在可接受的范围内，用图片替代视频以此降低视频对带宽的苛刻要求。试验显示，在安垒遥控行驶的前提下，“黑骑士”与遥控平台之间的最低通信需求只有70千比特/秒，其中10千比特/秒用于指挥控制指令传输，60千比特/秒用于图片等态势信息的传输，这几乎只占整车通信带宽能力的极小一部分。但考虑到车辆在遂行需要占用大量带宽以传输高分辨率图片、视频等侦察任务，以及车际之间的通信需求，这种数据带宽管理机制就极有必要了。
路径追踪模式
路径追踪模式是目前无人作战平台智能行驶的研发热点，这种模式利用复合制导和定位，使无人车辆在具有一定地形特征的环境中顺利到达期望目的地或沿期望路径行驶。车辆通过GPS定位系统建立行驶路径的巡航点，在行驶过程中即可实时根据导航定位信息，沿指定路线行进，规划路线也非常简单，既可在任务前规划，也可在任务进行中由操作者临时规划;既可通过摇控器的触摸式面板即刻完成，也可由高层通过卫星或战场无人机进行越级指派。在任务过程中，“黑骑士”的APCM组件还能根据GPS定位信息对规划路线进行比较，当行进路线上遇到难以跨越的障碍物，如河流、高障时，它还能绕过后自动修正偏差重新返回预定路线。但这种智能驾驶能力距要求更苛刻的现实战场仍有差距，它的“智能”建立在事先规划基础之上，仍无法完成需更复杂判断的任务。
自主导航模式
自主导航模式是“黑骑士”人工智能发展的最终模式，其远景目标是使车载控制系统能够感知外部环境，灵活应付运行过程中的各种情况。“黑骑士”的自主导航模块目前仍在开发中，它的核心是智能感知模块。
目前，各类传感器，如可见光、红外。紫外、声、压力等传感器本身并不能判断出外界环境的性质。如在车辆行驶过程中，遭遇到一堵无法翻越的土墙，或是一丛同样高度、颜色的枯灌木丛时，单一类型的传感器，如最常用的可见光传感器本身并无法判断两者的区别，而其他频段的传感器即便能探知障碍物的区别，也会因与其他传感器感知结论相矛盾而使控制系统陷入混乱。在没有人类操纵干预的前提下，智能感知模块利用复杂的多光谱彩色图像分析算法，数据融合和经验匹配，使控制模块能够预判外界环境，得出判断结论，如障碍物是否坚硬无法穿越，必须绕道而行。通过智能感知模块，“黑骑士”便可在出发点和目标点之间自主选择行驶路线，较之采用多个巡航点控制行驶路径的模式更具灵活性。此外，除通过本身传感器获得外界信息外，智能感知系统还可通过其他作战平台，如卫星、无人侦察机发回的传感信息，在更大范围内判断情况。通过智能传感模块完成对环境状况的判断后，即可由指挥控制模块对车辆运行做出反应。
结语
2007年参加陆军本宁堡AAEF演习以来，“黑骑士”项目获得了美国陆军高层的一致首肯。尽管它在各项试验中表现优秀，但仍有不少问题急需解决。如“黑骑士”易受环境因素影响的GPS导航定位模式，未来战场中自主攻击目标的难题等。但毫无疑问，在可预见的未来，“黑骑士”将加快技术验证的步伐，最大限度地减少人为干预，自主完成指定任务。而按美陆军的计划，在未来5～10年内，新的更具智能的无人地面平台将真正走上战场，完成以往由有人作战平台遂行的各类任务。