1 美军“模块化”计划的提出
2004年2月，美国陆军宣布将重组作战部队，目的是使作战部队变得更加灵活。在这之前，美国陆军作战部队服役人员超过17，000名，并以“师”为单位进行人员划分。这种作战部队结构的划分已经不再适合以前的一些作战行动，例如在波斯尼亚发生的一次作战行动，该行动的人员需求为少于一个师。为了打造一支更加灵活的作战部队，美国陆军参谋长Peter Schoomaker将军提出了“模块化计划”，该计划采用多个独特设计，对作战部队重新进行划分，把以“师”为单位的作战部队，划分成以“旅”为单位的作战部队，每个“旅”包含3，000到4，000名士兵。在2004年，Schoomaker将军曾表示，“模块化计划”计划会在三年内完成，该计划不需要增加军事人员，而且成本只需要大约210亿美元。然而，随着时间推移，“模块化计划”的范围不断扩大，持续时间和成本不断增加。
2 美军车辆的“模块化”
美军车辆的“模块化”旨在打造一系列的车辆平台，以满足各种军事任务需求。“模块化车辆”被设定成单功能车辆的对立面，两者的区别在于模块化车辆考虑车辆的通用性，即不同的车辆平台使用相同的零部件。美国陆军坦克-机动车辆研究发展与工程中心（TARDEC）研究并提出了模块化方法的分类标准。该分类标准借鉴了美国陆军在上个世界90年代对未来作战体系的设想。TARDEC把車辆的模块化方法分为水平模块化、垂直模块化和分布式模块化，如图1所示。其中，垂直模块化车辆各节车体间的连接包括铰接和刚性连接两种，这里的“水平”和“垂直”是指车辆模块的连接方向。下面对3种模块化方法进行详细说明。
3 水平模块化
迄今为止，水平模块化是军用车辆模块化最常见的形式。水平模块化也叫“车辆系列”（Family of Vehicles， FOV）。FOV车辆通常使用通用底盘系统，包括动力和传动系统、悬架系统、行走系统（轮式或履带式），通用底盘上装有不同功能的任务模块。在二战时期，水平模块化方法被用在M4谢尔曼坦克上，该坦克的底盘上可以换装自行火炮、反坦克火箭炮以及其他武器。在上个世纪50年代的美军坦克火炮系统也用到了水平模块化的概念，例如M60系列坦克，M107-M110坦克，然而，以上坦克无法做到在战场上更换不同的任务模块。
美国陆军在20世纪80十年代和21世纪分别提出了装甲车辆系列化（AFV）和未来战斗系统（FCS），在军用车辆模块化设计方面美军可谓雄心勃勃。
3.1 装甲车辆系列化（AFV）
AFV计划的目的是装甲车辆由通用底盘和不同任务模块组合而成，并实现最少的底通用盘数量以及最多的任务模块组合。模块化、零部件通用化以及系统功能集成能够降低成本，以兼顾装甲车辆在战场中的生存能力及经济性。美国陆军已有研究表明，水平模块化可以降低装甲车辆未来的运营和维护成本。
最初，AFV计划采用了4个通用底盘及29个任务模块。然而，由于任务模块过多造成了成本过高，最终整个计划打造了4种重型坦克和2种中型坦克。其中，重型坦克包括Block III、未来步兵战车、先进火炮系统以及移动作战车辆，如图2所示。以上四种车辆的底盘系统包含相同的发动机、传动系统、悬架系统、模块化装甲以及履带装置，其中Block III拥有最高的战略地位。装甲车辆任务模块缩减后，AFV计划被重新命名为“军事力量现代化计划”，该计划旨在通过充分采用装甲车辆的模块化设计来降低风险。
在1991年，美国陆军审计总署对“军事力量现代化计划”进行评估。审计总署认为，美国陆军之所以开发Block III是因为苏联的军事威胁，而当时苏联的威胁已经有了很大程度的降低。由于以上原因，以及美军当时正计划削减军费预算，而该计划59亿美元的费用实在过高，最终，AFV计划没有进行下去，只有先进火炮系统的开发持续到了21世纪。
3.2 FCS（未来作战系统）计划
本世纪，美军推出的FCS计划与上个世纪推出的AFV计划有很多相似之处。在FCS计划中，有人地面车辆（MGV）的提出是为了打造重量轻、移动性强的作战车辆，以取代上个世纪60、70年代美军开发的重型履带式车辆。MGV计划基于通用底盘打造了8种不同的履带式车辆，包括：战车、侦察车、非瞄准线加农炮车、非瞄准线迫击炮车、维修车、步兵运输车、指挥车、救护车。通用底盘包括驾驶舱、推进系统、车辆电子信息系统以及悬架系统。MGV计划致力于从各个方面实现车辆的通用性，包括车辆开发、训练、维护、工具、运输、生产、计算。最终，MGV计划70%以上的车辆零部件实现了通用化。美国兰德公司报告指出，FCS计划是美国陆军历史上规模最大、最具雄心壮志的作战系统计划。然而，在2009年4月，美国时任国防部长罗伯特盖茨取消了大部分FCS计划，计划取消的原因是多方面的，兰德报告以及同年美国政府问责局的报告中说明的原因。其中，一部分原因是当时军用车辆的重量由原来的19吨增长至30吨，这就导致了FCS计划中的通用底盘被3种不同的底盘所取代。FCS计划与20世纪80年代的AFV计划因各种原因都被取消了，但计划取消的原因均与模块化方法无关。
3.3 水平模块化战车
虽然，美军取消了雄心勃勃的AFV和FCS计划，但是在计划中打造的部分车型经过演变最终成为了美军车辆系列的成员，这些车型包括“布拉德利”战车、“阿布莱姆斯”战车、“斯特瑞克”战车等。在大多数情况下，美国陆军开始时并未考虑打造一系列战车，而是根据某种功能需要，打造相应功能的某种车辆。后来，原有的车辆底盘应用于各种车型，这种方式降低了车辆开发阶段的研究、开发、测试和评估成本，这是因为将原有底盘应用于新车型的方式只需要考虑某种车型的需求，而不用设计一款底盘以适应全部车型的需要。这种方式的缺点在于，原有的车辆底盘可能很难满足新车型的需求。下面介绍下应用水平模块化方法的4种战车。
第一种战车为“斯特瑞克”战车，如图3所示。它的设计是为了实现战场快速部署，以及填补“阿布莱姆斯”、“布拉德利”等重型装甲车辆与HMMWV（高机动性多用途轮式车辆）之间的车型空缺。“斯特瑞克”战车是一款8轮战车，从2005年起，该战车由通用公司地面系统公司开始生产。“斯特瑞克”战车包含多种车型，这些车型装有通用的发动机、传动系统、液压系统、车轮、轮胎、差速器以及变速箱。“斯特瑞克”车型包括三防侦察车、反坦克制导导弹车、医疗救护车、迫击炮车、工程车、装甲运兵车、指挥车和火力支援车。
第二种战车为芬兰国防工业公司制造的8X8“帕特里亚”模块化装甲车，该车可在通用平台上装备不同的炮塔、传感和通讯系统，重量从17吨到30吨不等，如图4所示。“帕特丽亚”模块化装甲车共有3种平台，包括基础平台、高车顶平台、以及重型武器平台。基础平台适用于装甲运兵车、步兵战车、指挥车、救援车以及侦察车，高车顶平台适用于指挥车、通讯车、大型医疗救护车以及工程车，重型武器平台顾名思义是用于加装重型武器系统的坚固平台。“帕特里亚”模块化装甲车载重量可达14吨，已经在7个国家投入使用。
第三种战车为德国与荷兰合作研制的“拳击手”战车，该车是一款可以在战场中完成车型切换的水平模块化战车。“拳击手”战车体积庞大，重量可达到33吨，该车配备多种任务模块，可根据不同任务需要在战场上实现切换，如图5所示。“拳击手战车”可在1个小时内实现装甲运兵车、步兵战车、救护车等不同任务模块的切换。
最后一种战车为英国奥维克公司最近开发的“卡梅隆”IV440模块化战车，该车与“拳击手”一样可以在战场中完成车型切换，如图6所示。“卡梅隆”战车于2010年开始设计，它拥有4X4通用底盘，包含多种任务模块，可用于国防建设或商业用途。到现在，“卡梅隆”战车承载平台的重量不断增加，承载平台重量从5.5吨至40吨不等。“卡梅隆”战车有7种任务模块可供选择，包括巡逻车、武器平台、燃料运输车、供电车等，并不断开发新的任务模块。“卡梅隆”战车通用底盘上装有液压系统以实现各种任务模块间的快速切换，任务模块间的切换在1分钟之内即可完成，而且只需要1个人操作。“卡梅隆”战车的任务模块寿命大约是通用底盘寿命的3倍左右。
4 垂直模块化
在垂直模块化结构中，如图1所示，两个车体连接在一起，连接方式可以是刚性连接也可以是铰接。相连接的两个车体通常具有不同的用途，并且每个车体上可以携带乘员、动力装置以及任务设备。两个车体之间可以一起工作也可以相互独立。
对两个车体相互连接形式的研究是AFV计划的一部分，如图7所示，美军认为两个战车相互连接的形式是M1坦克的替代品。如原有M1坦克相比，这种连接形式的优势在于，它可以将整车质量降低至40吨以下。而不同重量的两个车体相互连接可以增加模块化车量的种类，例如一个20吨重的车体与一个30吨重的车体组合可以构造出20吨、30吨、40吨、50吨、60吨的战车。
在最初的概念中，垂直模块化的两个车体间可以是硬连接或者是软连接，这种软连接也就是两个车体间进行通讯联系，这就实现了两个车体间更大程度的分离。在软连接形式中，两个车体独立供能，前车携带主武器和弹药，后车载有乘员、副武器、火力控制及通讯控制设备。斯瓦茨教授指出软耦合连接形式具有如下几个方面的战场生存优势，首先，当前车受到敌方火力打击或遭遇地雷轰炸时，由于前车的弹药与后车的乘员分开，后车的乘员可以得到很好的保护。其次，如果前车在战场中失去了移动能力，后车可以与前车脱离并独自返回基地。最后，在软连接下，载有乘员的后车可以在远离前车的安全距离下工作。虽然，两个车体连接形式的坦克增加了整车的总重量，但是与M1坦克相比，每个车体体积更小、重量更轻、便于运输。降低车体重量可以降低动力系统功率，同时降低悬架系统和履带的重量。降低车体重量，提高车辆移动性能够带来很多优势。首先，降低车体重量可以降低接地比压;其次，若两个车体采用硬连接形式，前后车体间可以实现相互推拉作用;再次，降低车体重量可以使用低载荷限制要求的桥梁和道路;最后，救援车辆可以设计的更轻便。
在20世纪60年代，TARDEC设计了一种垂直模块化概念车“龙卷风”，如图8所示，该车由洛克希德导弹和航天公司制造。“龙卷风”前后车体各装有4个车轮和1台发动机，后车可乘载3名乘员。前后车体间装有铰接机构，可以实现前后车体间的俯仰、横摆、偏转运动。该车越垂直墙高0.92m，后车前后车轮轴相互独立，发动机和悬架均安装在车轴上，车轮行程可达686mm。“龙卷风”的创新设计包括低压径向帘布层轮胎和动力盘式制动器，在当时这两种技术均是尖端技术，该车在粗糙路面上的行驶速度可达105km/h。然而，由于技术的复杂、过于狭窄的乘员舱以及军队对传统履带車辆的青睐，“龙卷风”战车的开发均止于原型设计阶段。
在20世纪70年代，TARDEC开始使用铰接式车辆进行垂直模块化实验，实验目的并非只是为了开展模块化方法研究，更多的是为了提高车辆的越野能力。两个M113车体通过TARDEC自主研发的铰接机构进行连接，可以实现前后车体间的俯仰、横摆、偏转运动，并提供力反馈给驾驶员以进行控制，如图9所示。两个车体之间安装有两个液压缸，通过液压缸对两个M113车体间的相对俯仰和偏转运动进行控制。单个M113车体越垂直墙高度仅为0.46m，而两个M113车体铰接后越垂直强高可达1.52m，越壕宽可达3m以上，爬坡率为60%。铰接式M113车体可在水中行驶，可分别在前车和后车驱动下驶入和离开水道。
TARDEC研究团队正投身于模块化军用卡车的概念设计和开发项目，该项目名为JTTS（联合战术运输系统）。该研究团队正在评估一个中、重型军用卡车系统，该系统通过增加车轮、车轴及相关硬件，能够在战场中实现将6X6卡车扩展为8X8乃至10x10卡车，如图10所示。在卡车上安装混合动力推进系统并在每个车轮上安装直列式电动机，从而实现这种独特的模块化概念。若装备负载处理系统以平衡各车轮间的载荷，这种卡车就兼具了水平模块化和垂直模块化的概念。如果JTTS项目取得成功，美军现有的8个车辆系列，包括12种不同的底盘，最终将会融合成一个系统。
5 分布式模块化
分布式模块化车辆通过通信网络实现不同模块间的功能分布，如图1所示，由于部分模块是无人驾驶的，所以载人模块可以远离无人驾驶模块从而增加战场生存能力。而无人模块可以通过减少防护装甲来降低重量，从而增加移动能力。
分布式模块化的应用实例为TARDEC开发的RCC（机器人指挥中心）。RCC的目的是为了实现处于指挥中心中的少数士兵控制大量的无人机器人，并且该指挥中心是可以移动的。RCC于1992年完成，它的指挥中心由机器人模块乘载，每个机器人上载有1名指挥官和2名无人车辆驾驶员，每名驾驶员负责操纵2台无人机器人，RCC实现了世界上首次多车辆控制。
MBS（主战坦克系统）是TARDEC最近提出的分布式模块化概念。MBS的目标是为了用3辆战车取代1辆70吨重的M1A2阿布拉姆斯坦克，其中3辆车分别包括1辆25至30吨重的载有4名乘客的载人车辆，以及2辆15至20吨重的无人车辆，每辆车均配备120mm加农炮。载人车辆的4名乘员包括1名驾驶员、1名指挥官、以及2名无人车辆驾驶员。载人车辆不需要考虑防火炮打击以及装载弹药的能力，而无人车辆不需要安装额外的装甲来保护乘员。
若采用2辆载人车辆及4辆火力打击无人车辆组成的MBS小队，则可以替代4辆M1“阿布拉姆斯”坦克，如图11所示。与“阿布拉姆斯”坦克相比，乘员总数由原来的16人缩减至8人。4辆“阿布拉姆斯”坦克的重量为280吨，而两组MBS的重量为110至140吨，这极大减小了坦克重量。另外，将原有4辆坦克的重量分配到现有的6辆坦克，极大提高了车辆的运输和移动能力。同时，指挥车辆同样可以远离无人车辆以提高战场生存能力。
[美]大卫.J.戈尔希奇 著
王宗泽 靳迪 编译
