Studio STEPI AH T 06

199 Pages·2015·7.46 MB·Italian

Centro Militare di Studi Strategici

Rapporto di Ricerca 2014 - STEPI AH-T-06

COME L'EVOLUZIONE TECNOLOGICA PUÒ
MITIGARE L'EFFETTO DEL PESO DEI
MATERIALI, DEGLI EQUIPAGGIAMENTI E
DELL'ARMAMENTO DEL SOLDATO
NELL'AMBITO DELLE OPERAZIONI APPIEDATE

di ing. Saverio VITELLI

data di chiusura della ricerca: Settembre 2014
INDICE
COME L'EVOLUZIONE TECNOLOGICA PUÒ MITIGARE L'EFFETTO DEL

PESO DEI MATERIALI, DEGLI EQUIPAGGIAMENTI E DELL'ARMAMENTO
DEL SOLDATO NELL'AMBITO DELLE OPERAZIONI APPIEDATE

SOMMARIO ..................................................................................................................................................... 4
PARTE I: Il problema del peso, analisi e proposte .............................................................................. 7
1. Il carico del soldato, i cambiamenti e le nuove esigenze delle forze armate ........................ 8
1.1. Situazione attuale ed esigenze tradizionali di carico .................................................... 8
1.2. La rivoluzione Netcentrica ed il nuovo carico tecnologico .......................................... 11
1.3. Il nuovo soldato come “Sistema di Combattimento Integrato” .................................... 13
2. Il peso e le prestazioni del soldato ..................................................................................... 17
2.1. Quantificazione del carico, affaticamento e prestazioni del soldato ............................ 17
2.2. Identificazione dei contributi in peso .......................................................................... 22
2.3. Nuove tecnologie, nuovo peso ................................................................................... 26
3. Possibili approcci al problema del sovraccarico ................................................................. 27
3.1. Riduzione del peso .................................................................................................... 28
3.2. Trasferimento del carico ............................................................................................ 29
3.3. Miglioramento delle prestazioni: ................................................................................. 31
4. Riduzione del peso ............................................................................................................ 34
4.1. Nuovi materiali ed armamento primario ..................................................................... 34
4.2. Accessori ed ausili al puntamento .............................................................................. 36
4.3. Munizioni ................................................................................................................... 39
4.3.1. Munizioni Speciali .................................................................................................. 42
4.3.2. Lightweight Small Arms Tecnologies (LSAT) ......................................................... 44
4.3.3. Munizioni con bossoli in polimero........................................................................... 47
4.4. Equipaggiamenti e Protezioni Passive ....................................................................... 49
4.5. Protezioni Balistiche .................................................................................................. 53
4.5.1. Multi-Ply Heterogeneous Armor ............................................................................. 60
4.5.2. Carbon Nano Tubes (CNT) .................................................................................... 61
4.6. Il carico tecnologico ................................................................................................... 64
4.7. Le risorse energetiche portatili ................................................................................... 67
4.7.1. Efficienza dei consuni ............................................................................................ 67
4.7.2. Le fonti di energia .................................................................................................. 69
4.7.3. Batterie Primarie Avanzate .................................................................................... 70
4.7.4. Batterie Secondarie ............................................................................................... 72
4.7.5. Sistemi alternativi (Fuel Cells) ................................................................................ 77
4.7.6. Sistemi per la produzione autonoma o la raccolta di energia ................................. 81
4.8. Integrazione e riduzione della complessità degli equipaggiamenti ............................. 82
4.8.1. Controllo centralizzato ........................................................................................... 84
5. Trasferimento del carico: Ground /Aviation Vehicles ......................................................... 88
5.1. Rifornimento e Dotazione .......................................................................................... 88
5.2. Rifornimento tramite Unmanned Aerial Systems (UAS) ............................................. 91
5.3. Dotazione di UAS ...................................................................................................... 95
5.4. Rifornimento tramite Unmanned Ground Systems (UGS) .......................................... 95
5.5. Dotazione di UGS ...................................................................................................... 98
6. Trasferimento del carico: sistemi robotici di ausilio .......................................................... 100
6.1. La mobilità terrestre ed I robot umanoidi .................................................................. 100
6.2. Tecnologie avanzate ed interessi in campo civile .................................................... 101
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6.3. Tecnologia e design per applicazioni militari ............................................................ 103
6.4. Gli Esoscheletri robotici ........................................................................................... 104
6.5. Lo sviluppo degli Esoscheletri .................................................................................. 107
7. Tipologie degli Esoscheletri ed attitudine all’impiego militare e civile ............................... 113
7.1. Classificazione degli Esoscheletri ............................................................................ 113
7.2. Gli esoscheletri di classe “COMBAT” ....................................................................... 113
7.3. Gli esoscheletri di classe “WORKING“ ..................................................................... 115
7.4. Gli esoscheletri di classe “MEDICAL” ...................................................................... 121
8. Conclusioni ...................................................................................................................... 124
8.1. Situazione ................................................................................................................ 124
8.2. Possibili evoluzioni ................................................................................................... 125
8.3. Validità e difficoltà dei nuovi sistemi ......................................................................... 126
8.3.1. UGV: i dubbi sull’IA e la Mobilità terrestre ............................................................ 129
8.3.2. Esoscheletri: i dubbi su Autonomia Energetica ed Efficacia ................................. 131
8.4. Prospettive .............................................................................................................. 132
PARTE II: Collezione specialistica e di supporto ............................................................................. 133
9. Rassegna di UGV ............................................................................................................ 134
9.1. REX Infantry Robotic Porter ..................................................................................... 134
9.1. Professional Robot (PROBOT™) ............................................................................. 136
9.2. Squad Mission Support System (SMSS) .................................................................. 138
9.3. Multifunction Utility/Logistic and Equipment (MULE) ................................................ 141
9.4. CRUSHER ............................................................................................................... 143
9.5. Legged Squad Support System (LS3) ...................................................................... 148
10. Rassegna degli esoscheletri ............................................................................................ 151
10.1. La classe “Combat” .................................................................................................. 151
10.1.1. Human Universal Load Carrier (HULC) ............................................................ 151
10.1.2. Hercule ............................................................................................................ 157
10.1.3. Confronto tra esoscheletri di classe “combat” .................................................. 160
10.2. La classe “Working” ................................................................................................. 162
10.2.1. XOS 2 .............................................................................................................. 162
10.2.2. Body Extender (BE) ......................................................................................... 168
10.3. La classe “Medical” .................................................................................................. 173
10.3.1. Hybrid Assistive Limb (HAL) ............................................................................. 173
10.3.2. EKSO™ (eLEGS™) ......................................................................................... 179
11. Approfondimento: l’evoluzione dei sistemi di trasporto individuale ................................... 183
12. Appendici ........................................................................................................................ 188
12.1. Dati storici sul peso trasportato dai soldati ............................................................... 188
12.2. Dati sulla distribuzione del carico per ruolo .............................................................. 190
12.3. Testimonianze storiche ............................................................................................ 192
12.4. Patologie associate al trasporto prolungato di carichi pesanti .................................. 193
12.5. Microelettronica e Legge di Moore ........................................................................... 194
Abbreviazioni ............................................................................................................................................. 195
BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................................... 197
NOTA SUL Ce.Mi.S.S. e NOTA SULL’AUTORE ................................................................................. 199

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SOMMARIO
COME L'EVOLUZIONE TECNOLOGICA PUÒ MITIGARE L'EFFETTO DEL

PESO DEI MATERIALI, DEGLI EQUIPAGGIAMENTI E DELL'ARMAMENTO
DEL SOLDATO NELL'AMBITO DELLE OPERAZIONI APPIEDATE

Per il soldato di fanteria, il problema del sovraccarico è da sempre stato un ostacolo
onnipresente nelle operazioni di servizio. Sul campo di battaglia anche l’unità appiedata
rappresenta prima di tutto un vettore, poiché difatti non inizia a svolgere nessuna della sue
funzioni principali fino al momento in cui non ha portato a destinazione un adeguato
equipaggiamento (che oggigiorno è chiamato a garantire, nel suo insieme, tutte le capacità
proprie di un moderno “sistema soldato”: Letalità, C4IS, Mobilità, Sopravvivenza e
Sostenibilità). Un equipaggiamento più completo (e pesante) influisce direttamente sulle
performance di combattimento: in particolare la letalità (armamento), la sopravvivenza
(protezioni balistiche) e le capacità C4IS (dotazioni elettroniche). Dall’altro lato, i limiti fisici
del corpo umano hanno sempre determinato la necessità di contenere il carico trasportato
a valori “sopportabili”, per non sopprimere la mobilità (per la stanchezza) e la sostenibilità
del sistema (con la sostituzione del personale per infortuni legati al carico).
Nel Capitolo 1 si analizzerà il “perché” il soldato è chiamato trasportare carichi
eccezionali. Saranno esaminate dapprima le esigenze tradizionali del carico ed i sistemi
passivi che hanno fornito, con la loro evoluzione, la capacità individuale di trasportare
l’equipaggiamento. A tali necessità si aggiungerà quindi un considerevole “carico
tecnologico” (dispositivi elettronici), idoneo a soddisfare tutte le richieste della moderna era
dell’informazione e la conseguente rivoluzione delle dottrine della sicurezza in senso
“NETCENTRICO”. All’interno del nuovo ed evoluto “spazio di manovra digitale”, il moderno
soldato dovrà necessariamente essere in grado di accedere e contribuire alla
consapevolezza condivisa della situazione (Shared Situation Awarness-SSA) in funzione
di “sensore” o “decisore”, e di essere efficace nel compito di “effettore”.
Nel Capitolo 2 si ricercheranno i limiti fisici effettivi per trasporto del peso, individuando le
linee guida della cultura militare, valutando le componenti che costituiscono il fardello della
fanteria e mostrando quali sono le conseguenze di un sovraccarico prolungato.
Successivamente si mostrerà come la dottrina militare abbia ricercato le sue soluzioni
classiche: limitando i carico massimo sul personale in base al peso, prevedendo un
attento condizionamento fisico tramite l’addestramento e soprattutto modulando
strettamente le necessità di trasporto in base a quanto richiesto dalle immediate
operazioni (eventualmente limitandone la durata temporale).
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Nel Capitolo 3 si individueranno quindi tre possibili procedimenti che possono essere
perseguiti verso l’obbiettivo di una riduzione delle conseguenze del sovraccarico sulla
fanteria. La riduzione del peso, il trasferimento del carico ed il miglioramento delle
performance (individuali/di reparto) saranno gli effetti da ricercare attraverso le possibili
azioni identificate secondo gli schemi ad albero di seguito riportati:
(effetti) (azioni)
Uso di Materiali Leggeri

Riduzione del peso Uso di Nuove tecnologie

Integrazione e riduzione
della complessità
dell’equipaggiamento

Supporto da parte di UGV

Trasferimento del Supporto da parte di UAV
Carico

Uso di Sistemi robotici di
ausilio (Esoscheletri)

Studi ergonomici

Modelli fisiologici e di

Miglioramento delle valutazione
performance

individuali/di reparto
Condizionamento fisico

Concetti tattici avanzati

Tra questi tre obbiettivi, saranno approfonditi comunque solo i primi due rami, strettamente
legati all’interesse tecnologico che anima questa ricerca, mentre le possibilità offerte dal
miglioramento delle performance sono state riportate solo per completezza espositiva.
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Si dedicherà quindi il Capitolo 4 all’analisi delle possibilità di riduzione del peso
trasportato, tramite l’uso di materiali e tecnologie sulle varie componenti del carico (come
gli armamenti, gli equipaggiamenti, le protezioni personali, le componenti elettroniche e le
fonti di energia portatile). Nel corso della trattazione si analizzeranno le possibilità offerte
dallo stato dell’arte (vedremo ad esempio che per l’armamento primario la possibilità di
ridurre il peso con innovazioni di materiali sull’arma non è attualmente attendibile, mentre
sarebbe molto più efficace diminuire il peso delle munizioni trasportate), e saranno
presentate le nuove idee e le tecnologie ritenute di volta in volta più promettenti (come le
munizioni speciali ed i bossoli in polimero, i nuovi materiali e le incredibili prospettive
offerte dai nanotubi in carbonio per le protezioni individuali, i sistemi all’avanguardia per le
fonti di energia portatile e molto altro ancora).
Con il Capitolo 5 si esaminerà invece la possibilità, non di alleggerire il peso proprio degli
elementi di equipaggiamento, ma di diminuire il carico trasferendolo dall’elemento umano
ad un supporto tecnologico, come un veicolo autonomo (terrestre o aereo) che sia parte
integrante della squadra appiedata o ne possa provvedere al rifornimento.
Il Capitolo 6 ed il Capitolo 7 saranno quindi dedicati ad una delle tecnologie più
interessanti ed innovative per il trasporto ed i lavori pesanti: i cosiddetti sistemi robotici
“indossabili” (o esoscheletri), che promettono performance superumane grazie ad una
peculiare sinergia uomo-macchina. Nell’analisi si mostrerà come l’esoscheletro ed il suo
pilota rappresentino un sistema unico, in cui le capacità cognitive e decisionali dell’uomo
generano l’impianto di controllo del movimento, mentre la parte meccatronica fornisce la
forza per la realizzazione dei task richiesti.
Il Capitolo 8 si dedicherà quindi alla sintesi del problema, delle proposte e le conclusioni
sulla base analisi effettuata nello studio.
Nella seconda parte della ricerca, dedicata all’approfondimento, si presenteranno in
rassegna i sistemi commerciali e sperimentali che meglio rappresentano le tecnologie di
interesse per i temi proposti, comprendendo in particolare i sistemi robotici autonomi
terrestri (UGS - UGV) e gli esoscheletri (EXO) in tutte le loro forme (per il
combattimento, il lavoro pesante e l’impiego in campo medico). Quando possibile saranno
fornite anche le informazioni commerciali disponibili, compreso il prezzo del prodotto
(anche tramite previsioni da fonti in rete) o il costo di sviluppo del relativo programma.
Nell’ultima parte saranno inoltre presenti in forma di Appendici, le raccolte dei dati e gli
estratti dalle fonti di ricerca che hanno contribuito all’analisi durante la trattazione.
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PARTE I: Il problema del peso,
analisi e proposte

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1

1. Il carico del soldato, i cambiamenti e le nuove
esigenze delle forze armate

1.1. SITUAZIONE ATTUALE ED ESIGENZE TRADIZIONALI DI CARICO
Storicamente, l’equipaggiamento di un soldato di fanteria rappresenta tutto il necessario
per adempiere al suo compito di sconfiggere il nemico sopravvivendo ai pericoli del campo
di battaglia e dell’ambiente in cui opera. Ogni combattente è chiamato in primo luogo a
sopportare il proprio “fardello”, trasportando, ovunque si trovi nel mondo, tutto il necessario
alla permanenza sul campo ed al raggiungimento della propria missione (incluso tutto il
fabbisogno individuale che “di squadra”).
“Sul campo di battaglia l'uomo non è solo un animale pensante, ma anche
una bestia da soma. Gli vengono dati grandi pesi da trasportare. Ma a
differenza del mulo, la jeep, o qualsiasi altro vettore, la sua funzione
principale in guerra non inizia fino al momento egli consegnerà tale onere
a destinazione.”
S.L.A. Marshall, ”The Soldier’s Load and the Mobility of a Nation”, 1950.
Fino a poco tempo addietro poteva sembrare semplice equipaggiare un soldato di fanteria.
Fondamentalmente veniva fornito il vestiario, un’arma (eventualmente con ottica di
puntamento), la buffetteria per il trasporto con le relative vettovaglie e munizioni (il tutto
abbreviato con l’espressione “bullets and beans” nello slang statunitense). Ben poco
riguardo inoltre era fornito a come tutto questo equipaggiamento potesse interagire
quando veniva trasportato.1 L’evoluzione tecnologica ha quindi fatto in modo di aumentare
la capacità di carico, primariamente fornendo al combattente i “sistemi di trasporto
individuale” (buffetterie sempre più evolute) che offrono sempre nuovi spazi per il trasporto
ed una migliore ergonomia. Con tale approccio si è ricercata scientificamente una
ripartizione razionale e fisiologica dei carichi, per far trasportare “di più” in quanto meglio
distribuito sul corpo (mentre alla capacità di sopportarne il peso pensava invece la sola
preparazione fisica).

1 “Engage Quicker – Stay Safer”, Trevor Finklaire MBE, Kord Defence http://kord.businesscatalyst.com
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Secondo una concezione classica e nel contesto più generale possibile, la dottrina
anglosassone è quella che meglio riassume le esigenze di trasporto proprie di un
combattente appiedato con l’espressione: “live from your bergen, fight from your belt kit
and survive on your pockets”2 Traducendo ed interpretando la frase si individuano tre
fondamentali necessità, che corrispondono ad altrettanti “layer” di equipaggiamento:
1. Sussistenza (strato più esterno): in ordine di marcia il soldato trasporta il proprio
gibernaggio e lo zaino, che contiene la maggior parte del carico e tutto ciò che è
necessario alla permanenza sul campo (scorte, vettovagliamento, materiale bellico,
kit specialistici ecc.) e non contenuto nei successivi layer;
2. Combattimento: in caso di contatto col nemico si sgancia lo zaino e si rimane con il
solo gibernaggio, che fornisce le capacità proprie di combattimento (arma individuale
ed eventuale backup con i relativi caricatori, bombe a mano, kit medico, NBC ecc.);
3. Sopravvivenza (strato più interno): in condizioni estreme il soldato rimane con la
sola uniforme che deve contenere il minimo per rimanere in vita (kit di
sopravvivenza).
Le reali esigenze di carico sono fortemente influenzate comunque dalla durata e dalle
caratteristiche della missione, dalle condizioni ambientali e metereologiche, dalla presenza
e consistenza delle minacce nemiche attese e soprattutto dalla distanza dal supporto
logistico amico (e la conseguente possibilità di rifornimento).
Oltre all’equipaggiamento di base molti oggetti trasportati possono generalmente essere
associati con il concetto di “incertezza” e di “rischio”:
Il carico dovuto all’”incertezza” può assumere la forma di abiti speciali per compensare i
potenziali cambiamenti climatici, le potenziali minacce ambientali (Chimiche, Biologiche,
Nucleari e Radiologiche) o di ulteriori materiali di consumo (alimenti, batterie ecc.)
necessari per la mancanza di confidenza nel sistema di supporto logistico o l’eventualità di
una inattesa estensione nel tempo delle operazioni.
Il carico dovuto al “rischio” può essere generalmente associato alla variabilità delle forze
ostili e delle azioni dopo il contatto. Questo ulteriore peso spesso prende invece la forma
di armamenti e/o munizioni aggiuntive.

2 “vivi dal tuo zaino, combatti con il tuo kit da cintura e sopravvivi dalle tue tasche”
http://www.rivistamilitare.it”.
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Tradizionalmente il soldato ha in ogni caso la necessità di portare con sé armamento,
rifornimenti ed equipaggiamento; distinguendo due sottoinsiemi di carico: un “Fighting
load” (essenziale per il compimento dell’immediata missione dell’unità) ed un “Existence
load” (tutto ciò che è necessario per la sussistenza, la protezione ambientale anche non
immediata e la permanenza autonoma sul campo). Quando possibile l’existence load (che
spesso è la componente più gravosa) è sempre movimentato con altri mezzi che non il
trasporto individuale3, ma appare chiaro che maggiore è l’autonomia richiesta sul campo,
tanto più gravoso sarà il carico necessario. In base alla situazione, agli obbiettivi di
missione ed alle scelte tattiche della catena di comando, gli elementi della sezione di
fanteria si troveranno quindi in uno dei tre assetti fondamentali di equipaggiamento, a cui
corrispondono tre tipi di carico:
 Fighting Load (FL), che permette di condurre operazioni indefinitamente, con
minimo impatto sull’efficacia di combattimento;
 Approach March Load (AML), adottato per operazioni a lungo raggio, che
comprendono spostamenti a piedi (marcia di 32km / 8h mantenendo il 90%
dell’efficacia di combattimento);
 Emergency Approach March Load (EAML), in cui si effettua un movimento non
tattico con tutto il proprio carico (solitamente usato per il passaggio da un mezzo di
trasporto ad un’area sicura).

Fighting Load Approach March Load Emergency Approach March
(FL~44Kg) (AML~56Kg) Load (EAML~76kg)

F ig. 1 – Assetti e peso tipici della fanteria (valori indicativi evidenziati dagli studi in Appendice 12)4

3 Field Manual FM 21-15 Care and Use of Individual Clothing and Equipment, (1977)
4 Foto: http://www.defenceimagery.mod.uk/fotoweb/, (Open Government Licence v2.0); Le immagini
sono solo a scopo indicativo delle condizioni di carico e non illustrano equipaggiamenti specifici.
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