当“阿法狗”(AlphaGo)击败李世乭的时候,到处都是担忧人工智能会在将来击败人类的声音,就像好莱坞**里造反的机器人工厂那样。
然而,在“阿法狗”的故乡美国,他们不仅早已凭借智能化完成了制造业的复苏,而且,甚至开始用机器人制造导弹了。
事实上,美国是机器人的诞生地。早在1962年,这个国家就研制出世界上第一台工业机器人。比起号称机器人王国的日本,还要早起步五六年。凭借着雄厚的基础,美国如今仍然是机器人强国,其智能技术在汽车工业、航天、军工等领域应用广泛。
对于中外军事迷来说,雷神(Raytheon)的名字一定不陌生。全球最大的导弹生产商,爱国者导弹制造者—除了这些如雷贯耳的名号,这家公司的机器人工厂也足以让人惊叹。
在机器人工厂没有出现以前,导弹都是由专业技师人工装配生产的。然而,即便是雷神这样技术顶尖的公司,仍然有可能出错。
让机器人造导弹的理由很简单:人类难免会发生失误,所以最好的办法就是把人的因素去除,由机器人处理。
2009年,雷神决定在美国阿拉巴马州的亨茨维尔建立新厂房,和以前的工厂不一样,这座耗资7500万美元的工厂是一座由大量工业机器人组成的高自动化厂房。
在这座工厂,你看不到人工搬运和装配零部件的场景。这些任务,都由机器人来操作完成。
在过去,军工厂内需要人工搬运和装配的零部件,含有不少易爆的材料,十分危险。而这里,每一台工业机器人都能快速高效地搬运材料,既增加了安全性,也节省了大量时间。
设计师的灵感来自于目前自动化程度相当高的汽车制造业,只不过雷神公司所使用的机器人,价格更加贵。一般汽车业的搬运机器人设备为每台 15 万-25 万美元,但雷神所用的却达到了 70 万美元。不仅安全性更高,操作方面也不需要人工介入。
所有机器人以 Wi-Fi 连结,每一台机器人都能随时告知自己在厂内的位置,因此送错零件的可能性非常小,解决了以往人工装配错误的问题。
“这是世界上第一个用于大型导弹组装的自动化工厂,采用了最新的机器人技术和计算机控制技术,具有自动化程度高、成本低、安全性高、人物可靠性高等特点。”雷恩公司制造创新部主任表示。
这座工厂一建好,就接下两笔大单,分别生产美军专门对付中短程弹道导弹威胁的SM-3(Standard Missile-3)反弹道导弹,和对抗空中威胁的SM-6,前者得到 3.5 亿美元的订单,后者则有2.43 亿美元的订单。
雷神在生产过程中还配备了制造创新智能系统(Manufacturing Innovation and Intelligence,MMI),帮助简化机器人的生产过程。该系统让每一个导弹的零部件都打上条码。
MES软件提供商是美国的Apriso,该公司执行副总裁汤姆·康斯托克表示,软件在上世纪80年代便已出现,半导体制造商和其他高科技公司是最初的采用者,但目前正在被越来越多的制造商所采用。
每一个零部件如何装配、怎么装配都被写入了机器人的程序当中。一旦出现生产上的失误,哪怕一个螺丝拧松,MMI系统就会发出警告,立刻暂停生产线,不让零件移动到下一工作站,直到问题能够完全处理为止。
这套系统不只可以快速组装导弹,还能够快速拆解导弹。由于导弹生产后,到美国军方往往需要好几年的测试才能真正投入使用。一旦零部件出现问题,又要返厂拆解检测。
雷神高管史蒂芬森表示,这一系统让雷神能够在生产过程中检查到更多瑕疵。过去,一些瑕疵只有在随后的安全检测中才能被发现,其他一些可能永远也无法知晓。
国防工业对于零部件的要求很高。如果导弹制造商安装方式不正确,“都可能导致失败。”史蒂芬森补充说,“光是最小的螺丝和螺栓,整个产业每年都需要花费数百万美元用于返工、维修和更换。”
有了如此多的工业机器人,人在干嘛呢?
大部分时间,雷神公司的技术人员都在和机器人协同工作。当一个机器人需要学习新任务时,技术人员会先在软件平台上进行一次模拟,然后再传输至机器人。这样一个过程通常只需几个小时或者一天时间,而一旦机器人完成实际测试,整个工厂的其他机器人就可以快速地完成新任务部署。
这座自动化工厂,每个月可以生产4-6颗SM-3导弹,以及 10-12颗 SM-6 导弹,过去 80-100 位员工的生产力,现在只需要 14 位技师与 36位协同人员。
按照雷神目前的发展进度,未来几年在战场上看3D打印的导弹,也请不要惊讶。
就在2015年,雷神宣布,利用3D打印技术制造了下一代制导武器所需的几乎所有组件,其中包括火箭发动机、导弹尾翼、用于制导和控制系统的部件等。
开发全3D打印导弹,力争用增材制造技术补充或取代传统生产工艺制造导弹部件,是雷神未来发展规划的一部分。
雷神的制造经理赫尔说:“我们的供应链相对变得更简单,开发周期也变得更短,我们得到东西就更快,可以测试更多更复杂的设计。”
赫尔认为,未来3D打印导弹将成为一种简化的流程,允许士兵当场打印并组装导弹。虽然仍然有很长的路要走,但这不是幻想。
目前,雷神面临的最大挑战之一是制作复杂的电子电路和微波元器件,正在研究利用3D打印技术生产精密雷达和导航系统用于公司的防空反导系统。虽然电路制作可以使用喷墨印刷技术, 但雷神公司希望通过研究利用3D打印技术可制作更复杂的电路结构,最终,打印出一个融合在一起的集成系统。
美国另一大军火商,洛克希德·马丁公司生产的宙斯盾(AEGIS),是美国海军为了满足舰载防空系统的需要而开发的“先进的舰用导弹系统”,Aegis是古希腊神话中大神宙斯的盾。在美国海军看来,“宙斯盾”作战系统可以有效地防御敌方同时从四面八方发动的导弹攻击,它构成了美国海军舰队的坚固盾牌。
自从20世纪80年代初AEGIS武器系统第一次用在美国提康德罗加级巡洋舰上以来,该系统已经进行了多次升级。
如今,这家公司决定用机器人来制造宙斯盾的关键设备。
洛克希德·马丁公司与机器人设计公司Advent签订了一项合同,设计制造两套生产AEGIS所需的关键设备,这两个项目均采用视觉导引机器人解决制造问题。
Advent设计公司开发了一种6轴机器人,在无人条件下可以完成宙斯盾阵列装配过程,而且黏合剂涂敷时间大大缩短。
有理由相信,在接下来几年,将会有比我们现在所想象的更多样化功能机器人出现,进入到美国的军工领域。
美国阿拉巴马州亨茨维尔附近,一小块空地上有一个国家航空航天局(NASA)马歇尔太空飞行中心六层高的火箭试验台。1958年,红石火箭研发在此进行了严格的测试,这枚火箭成为第一枚引爆核武器的火箭。三年后,它运载了第一个美国人进入太空。
现在,核与空间的纠结 历史 再次浮出水面,就在红石测试台的正前方。美国宇航局的工程师们想要创造出看似简单的东西:一种由核裂变驱动的火箭发动机。
核火箭发动机的效率是当今为火箭提供动力的化学发动机的两倍。但是,尽管裂变反应堆概念上很简单,但由于会产生有毒废物,因此建造和运行核火箭发动机存在极大挑战性。太空旅行足够危险,但是对于未来的人类登月和火星飞行任务,NASA认为这种风险可能是必要的。美国宇航局核火箭计划的核心人物是比尔·埃姆里奇(Bill Emrich),他从书面上撰写了有关核推进器的报告。他说:“可以对火星探测器进行化学推进,但这确实很难,通过核推进,比从月球基地走得更好。”
自上世纪90年代初以来,埃姆里奇就一直在研究核能推进技术,但随着特朗普政府推动美国重返登月,以及为踏上火星之旅做好准备,他的工作有了紧迫感。核火箭技术几乎肯定将用于任何载人火星任务。
需要指出,核引擎不会将火箭提升到轨道。那太冒险了,如果带有热核反应堆的火箭在发射台上炸毁,则可能会导致切尔诺贝利规模的灾难。取而代之的是一枚普通的化学推进火箭把一枚核动力飞船提升到轨道,然后才能启动其核反应堆。这些反应堆产生的大量能量可以用来维持其他星球的人类前哨基地,并将前往火星的时间缩短一半。
美国国家航空航天局前副局长,BWX技术公司的首席执行官雷克斯·格维登(Rex Geveden)在8月告诉国家太空委员会:“许多太空 探索 问题要求始终提供高能量动力,而对于这类问题,核动力是首选。”
美国国家航空航天局局长吉姆·布莱登斯汀(Jim Bridenstine)呼应了格维登的观点,他称核推进是“ 游戏 规则改变者”,并告诉美国副总统迈克·彭斯(Mike Pence),在太空中使用裂变反应堆是“美国应该利用的一个绝佳机会。”
这不是NASA第一次钟情于核火箭。在1960年代,政府开发了几种核反应堆发动机,与传统的化学火箭发动机相比,它们产生推进力的效率要高得多。美国宇航局开始计划建立永久性月球基地,并在80年代初对火星进行第一次载人飞行。但是与许多NASA项目一样,核火箭发动机很快失宠,负责它们的办公室也关闭了。
也有技术上的障碍。尽管核火箭发动机的概念非常简单(反应堆将氢气加热,气体通过喷嘴排出),但设计能够承受自身热量的反应堆却非常困难。地面裂变反应堆的工作温度约为315摄氏度,火箭发动机中使用的反应堆必须到2204摄氏度以上。
在过去的十年中,埃姆里奇和一组工程师一直在模拟马歇尔太空飞行中心的核火箭发动机内部的极端条件。他们没有引发裂变反应,而是使用大量电力(足以满足数百个美国普通家庭的电力需求)来将燃料电池加热数千度。他说:“把它想象成一个大微波炉。”
该项目称为“核热火箭元素环境模拟器”(NTREES)。它一直是NASA悄然回归核动力的支柱。 埃姆里奇和他的团队使用模拟器的大腔室来研究材料对极端热量的反应。
早期的研究为核火箭发动机奠定了基础。 NASA的下一步是开发将引擎从理论带入现实所需的硬件。 2017年,美国宇航局授予BWX 科技 公司一份为期三年,价值1900万美元的合同,以开发核发动机所需的燃料和反应堆组件。次年,国会在NASA的预算中预留了1亿美元用于发展核推进技术。今年,美国国会又增加了1.25亿美元用于核推进技术。
但在核火箭发动机首次飞行之前,美国宇航局需要彻底审查其发射核材料的规定。 8月,白宫发布了一份备忘录,责成NASA制定运行太空核反应堆的安全协议。一旦它们被美国国家航空航天局采纳,就将为2024年最早的核动力飞行奠定基础。这与特朗普将美国宇航员送回月球的截止日期相吻合。
也许这一次,宇航员们将乘坐核火箭。