2011年軍事技術發展綜述

在各國的高度重視和大力推動下，信息技術、新概念武器、新材料技術、生物技術、先進制造技術、新能源技術等都取得了一系列重要進展。

2011年，世界主要國家繼續把爭奪技術制高點作為軍事優勢競爭的核心，制定規劃計劃，超前部署、持續投入，以保持其武器裝備優勢和發展后勁。美國公布了國防部2013～2017財年7個科學與技術優先發展領域，俄羅斯確定了未來幾年優先發展的科技領域和關鍵技術，印度正在勾劃名為《國防科技愿景2050》的發展藍圖。

信息技術保持強勁發展勢頭

第三代半導體材料電子器件實現量產

近年來，以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)等第三代寬禁帶半導體材料為基礎的新型電子器件研究非常活躍。2011年2月，美國國防高級計劃研究局的新一代氮化鎵電子器件達到一定程度的可靠性并實現了批量生產，將大量取代高功率電子設備中常用的砷化鎵(GaAs)電子器件。氮化鎵的功率密度是砷化鎵的5～10倍，具有高頻、耐高溫、大功率的優點，將成為未來高性能軍事通信、雷達、電子對抗等電子裝備的關鍵器件，進一步提高其作戰能力、可靠性及工作壽命。

集成電路技術達到22納米工藝水平

微電子集成電路生產工藝的每一次重大進步都將極大提高微電子產品的性能水平。目前，22納米微電子集成電路生產工藝基本成熟，將于2012年上半年開始量產。其中，芯片業龍頭英特爾公司22納米工藝將采用三維結構的晶體管(稱為三柵晶體管)，使電流控制由一個柵極增加到3個柵極，實現從平面到立體的轉變，是半導體技術領域的一次重大技術突破。與傳統平面架構的晶體管相比，三柵晶體管的功耗可降低50％，運行速度提高37％。2011年7月，英特爾公司在其未來工藝計劃路線圖中提出，將在未來10年內逐步過渡到10納米生產工藝，持續推動摩爾定律的延續。

光纖通信技術取得多項技術創新

日益增長的海量信息的快速傳輸需求，不斷推動著高速光通信技術的發展。2011年3月，日本研制出一種七芯徑大容量光纖傳輸系統，成功解決了光信號互相干擾、內核偏離等技術難題，使傳輸速率高達109太比特／秒，刷新了以前69.1太比特／秒的世界最高記錄。5月，德國卡爾斯魯厄理工學院的研究人員利用“快速傅里葉變換”方法，將一束激光光束分離出350多種色光，對每種色光攜帶的數據信息進行編碼，通過光纖進行傳輸，創造了利用單束激光實現26太比特／秒的高速數據傳輸，相當于1秒鐘傳輸700張DVD的數據容量。

超級計算機領域競爭激烈

超級計算機的研制能力及應用水平已經成為衡量一個國家科技競爭力的重要標志之一，也是主要國家近年來開展競爭的一個重要領域。2011年6月，國際超級計算機TOP500組織發布了新一期超級計算機500強排行榜，排名前10的超級計算機系統運算速度都超過千萬億次／秒。去年占據運算速度排行榜第一名的中國“天河一號”超級計算機(運算速度為2.566千萬億次／秒)，被日本超級計算機“京”(K Computer)超越(運算速度達到8.162千萬億次／秒)。美國橡樹嶺國家實驗室、IBM公司都已計劃在2012年推出具有2億億次／秒運算能力的超級計算機，美國國防高級計劃研究局則啟動了運算速度達百億億次／秒的超級計算機研究計劃。

新概念武器技術發展扎實推進

戰術高能激光武器技術邁向實用化

近年來，隨著高能固體激光技術的發展，戰術高能激光武器實用化步伐明顯加快。2011年，美國“高能液體激光區域防御系統”演示了高功率、高質量出光能力，計劃2013年完成研制，該系統目標功率150千瓦、功重比大于200瓦／千克，比現有系統提高一個量級，具有小型化和輕便化特點，可裝配在作戰飛機上，有效防御地空導彈的攻擊。美軍“海上激光演示”系統還完成了摧毀無人艇的試驗，首次驗證了固體激光器從海上平臺摧毀移動目標的能力。德國研制出10千瓦車載戰術防空激光武器樣機，并對無人機進行了打靶試驗。

彈載高功率微波武器研制取得初步進展

高功率微波武器能夠破壞武器系統中的電子設備，有望在未來的網絡電磁空間戰中發揮重要作用。2011年初，美國空軍在猶他州試驗靶場完成了“反電子高功率微波先進導彈”的首次飛行試驗，驗證了該導彈對抗多個目標的瞄準和精確定時能力。“反電子高功率微波先進導彈”計劃旨在開發一種革命性、低附帶毀傷的機載非致命定向能武器，利用高功率微波束破壞或摧毀敵方武器中的電子系統，從而在作戰中奪取信息優勢。

新材料技術穩步發展

反物質基礎研究實現新突破

反物質在新一代高能核武器及先進推進系統中具有巨大的應用潛力，其研究得到美、俄、日等多國的重視，近年來取得了顯著進展。2011年5月，歐洲核子研究中心的科學家在實驗中成功制造出了309個反氫原子，并借助特殊的磁場使其存在了1000秒。在2010年11月的實驗中，科學家制造出了38個反氫原子，使其存在了約0.17秒。相比之下，此次實驗制造出了更多的反氫原子，將其存續時間提高了近4個數量級，同時首次測量了反氫原子的能量分布，將極大推動有關反物質的研究。

石墨烯材料制造與應用水平不斷提高

石墨烯是一種具有半導體和金屬屬性的新型材料，應用前景廣泛。2011年，美國研究出一種可批量生產石墨烯的簡單方法，即通過在干冰中燃燒純金屬鎂的方式直接將二氧化碳轉化成多層石墨烯(厚度小于10個原子)。石墨烯在電子器件、集成電路方面的應用研究也取得了重要進展。6月，美國研制出首塊基于石墨烯的集成電路，運行頻率最高達10吉赫茲。石墨烯材料的發展有可能取代硅成為未來的電子元件材料，其優異的機械強度等特性在航空航天新材料、新型裝甲材料、傳感器和儲能裝置等多個領域也表現出了巨大的應用潛力，其未來發展將對武器裝備和國防科技產生廣泛影響。

零折射率“超材料”問世

通過人工設計材料結構，使其呈現出天然材料所不具備的超常物理性質的“超材料”，在軍用電子系統、隱身等領域具有重要應用價值。2011年7月，美、英等國的科學家聯合研制出了一種新的零折射率“超材料”。科學家們將正折射率和負折射率結合在一起，實現了對光子相位的精確控制，使得最終得到的材料結構的折射率為零。這一研究成果在研制高指向性天線、隱身等領域具有重要應用價值。

生物技術不斷創新發展

生物計算技術取得重要進展

生物計算技術具有運算速度快、能耗低等顯著優勢，可能會為一些計算領域帶來革命性進步。2011年6月，美國研制出最復雜的DNA計算機，包含74個DNA鏈，能夠像傳統計算機一樣，使用邏輯函數來解決數學問題。10月，英國研制出一種新型模塊化“生物邏輯門”，可以模塊化地進行邏輯門之間的疊加，是迄今制造出的最先進的“生物電路”，標志著生物計算機研究又邁出了重要一步。

仿生技術潛力巨大

生物的多樣性特點賦予了仿生技術巨大的發展潛力，也為軍事技術創新發展開辟了廣闊天地。2011年，蒲公英、含羞草、蜥蜴等生物都給研究人員帶來了設計靈感。美國陸軍正在通過模仿蜥蜴和家蠅等生物運動研究作戰仿生機器人，可在復雜的城市環境中完成偵察探測等任務。以色列利用蒲公英的作用原理，運用納米技術制造出一種類似蒲公英的電子纖維，能夠有效攔截雷達引導的導彈。美國研究人員還受含羞草的啟發，正在開發一種能夠扭轉、彎曲、硬化，甚至自我修復的結構，有望據此實現在不同情況下改變飛機機翼形狀，從而獲得最佳飛行性能。

生物交叉技術取得新成果

生物技術與信息、納米、認知等技術的交叉融合已經衍生出多項新興技術，并展示出廣闊的應用前景。2011年4月，美國在使用納米技術構建人造大腦方面取得重大突破，研究人員利用碳納米管構建了一個具有神經元機能的神經鍵電路，這一研究成果將增進對人類智力發展進程的理解，未來的進展可能對整個人類社會產生長遠影響。8月，IBM公司成功研制出模仿人腦功能、具有一定認知計算能力的芯片，演示了利用傳統硅材料構建類腦結構的可能性，為未來智能計算機的發展奠定了堅實基礎。

先進制造技術發展活躍

先進制造技術受到高度重視

先進制造技術在軍民領域都是一項基礎性、支撐性關鍵技術，在國防建設和國民經濟發展中具有影響全局的戰略地位。2011年6月，美國總統奧巴馬啟動“先進制造伙伴關系”(AMP)計劃，將聚合工業界、高校和聯邦政府力量，打造高品質制造業，加快產品研發速度，提高美國全球競爭力。美國國防部在這一計劃中扮演重要角色，將加大對透明裝甲、隱身技術等制造技術領域的投資力度，進一步加強軍工制造商與國防部及其業務機構的聯系，提高對于國家安全至關重要的工業制造能力。

電子束光刻技術達到新水平

在芯片制造領域，除傳統光學光刻技術外，科研人員還在研究蝕刻精度高、成本低的電子束光刻技術。2011年8月，美國麻省理工學院開發出一種新技術，可將電子束光刻的分辨率尺度推進到9納米，而此前電子束光刻技術所能刻制的圖像尺寸極限則為25納米左右。科研人員表示，這次突破主要得益于兩點，一是使用了更薄的絕緣層，以盡量避免電子散射，二是使用了特殊材料對接收電子較多的區域進行了加固。電子束光刻技術的進步，為未來微電子集成電路技術的發展提供了更多制造工藝選擇方式。

三維打印技術進展顯著

三維打印技術屬于一種先進快速成型技術，采用類似于噴墨打印機的打印原理，根據計算機軟件設計模型，利用塑料、尼龍、陶瓷以及鈦、鋁等材料，靈活快速地制造出各種零部件、成品，具有結構緊湊、節省原材料、生產周期短等優點。2011年7月，英國南安普敦大學科研人員首次使用三維打印技術打印出了一架功能簡單、體積較小的無人機，巡航時幾乎沒有噪音。9月，美國弗勞恩霍夫研究所的科研人員利用三維打印機和“多光子聚合”技術，成功研制出了人造血管，具有柔韌而結實的結構，能夠與人體自生組織融合。

新能源技術發展步伐加快

生物混合燃料的軍事應用領域不斷拓展

生物混合燃料在無人機、戰斗機、驅逐艦等軍事領域的應用正在不斷擴大。2011年3月，美國空軍F-22戰斗機進行了以生物混合燃料為動力的飛行試驗，其混合燃料由亞麻生物航空燃料與常規JP-8燃料按1：1的比例混合而成，結果顯示混合燃料與JP-8燃料沒有明顯的性能區別。之后，美國海軍“火力偵察兵”無人機和“保羅福斯特”號驅逐艦也分別進行了以生物混合燃料為動力的飛行試驗和航行試驗。這一系列的試驗標志著生物混合燃料將在更多的軍事裝備上獲得更廣泛的應用。

燃料電池的性能水平將獲大幅提高

燃料電池的供電時間一直是制約其軍事應用范圍的關鍵因素之一。2011年3月，洛克希德·馬丁公司和技術管理公司首次采用JP-8軍用標準燃料，使燃料電池發電機運行了1000小時，這極大縮短了燃料電池發電機的服役進程。此外，美國國防高級研究計劃局正通過“先進戰術電源”項目開發以高能量密度碳氫化合物丙烷為燃料的緊湊型“固體氧化物燃料電池”，其研發的“追蹤者”XE小型無人機使用這種燃料電池，續航時間超過8小時，是現有小型無人機續航時間的4倍，并能確保實際作戰任務所需的可靠性和持久性。

高能量密度鋰離子電池引人關注

鋰離子電池一直存在受尺寸限制無法提供足夠能量的問題，提高能量密度已成為該領域的研發重點。2011年8月，美國空軍啟動一項軍用高能量密度鋰離子電池研制項目，要求電池能量密度需達到250瓦時／千克，以用于長航時無人機、戰術車輛、步兵使用的背負式電源等。此外，ADA技術公司正為美國空軍研發微型高能量密度無人機用鋰電池，其含能量、功率密度、循環壽命和安全性將有巨大提升。目前ADA技術公司已在新型鋰電池用納米復合材料電極研制上取得重大進展，下一步將確定電極合成方案等。