2017世界軍民兩用技術與產品發展展望

中國航天系統科學與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2017世界軍民兩用技術與產品發展展望

中國航天系統科學與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2016年，世界軍民兩用技術與產品在世界經濟與政治發展的大勢下不斷前行，取得了多項創新性成果。展望2017年，世界軍民兩用技術與產品將在軍用和民用需求的牽引下，在科技創新的驅動下，取得新的發展和突破，特別是在人工智能、量子計算、商業航天、無人機、3D打印、5G通信、自動駕駛技術、增強現實、海洋技術，以及能源技術等方面呈現出較為顯著的發展態勢。

1 機器學習技術、語音識別技術或將實現新突破，人工智能的影響將更加深遠

目前，機器深度學習和神經網絡已成為世界科技研究的熱點，并展現出了巨大的潛力，甚至可能實現類人的機器智能。2017年，在機器學習方面，美國谷歌公司、IBM公司、微軟公司等企業或將在類腦芯片等硬件研發、神經網絡等算法，以及大數據挖掘等人工智能基礎技術方面取得突破，并形成人工智能產業生態鏈。此外，語音識別技術作為人類與機器之間溝通的重要技術，將在2016年所取得的高準確率的基礎上，在應用方面實現較大范圍的拓展，不僅將開發出更智能的語音助手，還將應用于智能家居和輔助駕駛領域。未來，語音助手還能將吃、喝、游、購、娛、出行等一系列的服務集中在一個大平臺上，使人們能夠更便捷地獲得所有的平臺信息。

在人工智能的應用方面，目前，人工智能在癌癥等疾病診斷領域的應用尤其引人矚目。例如，IBM公司的“沃森”機器學習平臺學習了大規模的癌癥醫學教材、癌癥病例，通過對這些數據和資料進行學習，能夠提供精準化的診療手段，打破了以前醫生進行癌癥診斷的重要方式。未來，人工智能在生產和生活領域的應用將進一步擴展，可應用于自動駕駛汽車、疾病診斷、生活助手和秘書等方面，或將改變人類的生活方式，給人類的生產和生活帶來重大影響。

2 量子計算機研發速度加快，有望從實驗室走進現實，量子通信得到進一步驗證

量子計算已經引起了世界各國的廣泛關注，2016年，各國的大型企業和大學研究機構，包括我國中國科學技術大學和中國科學院的研究人員也在實驗室研究中取得了大量的突破性研究成果，量子編碼、量子糾纏、量子信息傳輸、量子存儲等技術均已取得了實質性進展，人類距離量子計算的真正實現越來越近。而2017年，美國谷歌公司、微軟公司等企業進一步加大了人力和物力投入，計劃使量子計算機能夠具有超越最強大的傳統計算機的計算能力。因此，隨著基礎技術的突破、應用需求的增加，量子計算機的研發速度將進一步加快，有望從實驗室走進現實。

在量子通信方面，我國發射的“墨子號”量子試驗衛星在世界上首次實現了衛星和地面之間的量子通信，構建起了天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系，將開展星地高速量子密鑰分發、廣域量子通信網絡、星地量子糾纏分發，以及地星量子隱形傳態等量子科學實驗。此外，我國國家量子通信骨干網也已順利開通。通過運行和實驗，量子通信的多項關鍵技術將進一步得到驗證，為量子通信的產業化提供堅實的支撐。

3 商業航天發展熱度不減，或將開創航天發展新模式

受預算等因素的影響，以美國為首的航天大國日益重視商業航天發展。目前，美國的商業航天正處于快速發展的新階段，其業務范圍已從傳統的商業衛星發射、商業衛星應用，擴展到政府從私營企業購買商業發射服務和發展商業載人航天飛行等領域，以美國太空探索技術公司（Space X）、軌道科學公司、天空盒子成像公司（Skybox Imaging）等為代表的新興航天企業快速崛起，以美國谷歌公司為代表的互聯網巨頭也開始進軍航天。2017年，世界商業航天發展仍將呈現繁榮發展的景象。美國藍色起源公司計劃于2017年開展新謝泊德亞軌道飛船載人飛行，為2018年商業飛行做準備。Space X公司計劃在2017年底前進行首次載人“龍”飛船發射。而自2015年起，我國商業航天也步入了發展“快車道”，從“吉林一號”一箭三星純商業發射成功，到設立百億元規模商業航天基金，商業航天領域“多點開花”。據預測，全球商業航天市場將超1.7萬億元規模，2020年我國商業航天市場將達到8000億元。商業航天產業有望迎來重大發展機遇，而商業航天發展的新思維、新理念與新模式也對傳統航天產業產生了巨大的沖擊和影響，或將開創全球航天發展的新模式。

4 無人機技術將進一步提升，反無人系統開始受到重視

隨著人工智能技術、無人機探測和避險技術、控制與通信技術、圖像處理技術、動力技術等技術的快速發展，無人機系統的技術能力將進一步提升。其中，在軍用領域，美國將開發艦載中空長航時無人機、潛射無人機、飛行/駕駛兩用直升機、螺栓緊固垂直起降無人機、可重構嵌入式航空系統等無人機系統，以更安全、更經濟有效地執行偵察等各項任務。而在民用領域，安防無人機、快遞無人機、救援無人機、測繪無人機等無人機系統仍將是無人機系統市場的重點研發領域。據預測，未來，全球無人機技術將向智能化、更安全、更低成本方向發展，應用領域將擴展到基礎設施、交通運輸、保險、電信、農業、安全和礦業等領域，未來5年的市場復合增長率將達到68%。

隨著無人機系統的快速發展，無人機也對機場等基礎設施，以及公共安全帶來了威脅。因此，反無人機系統應運而生。例如，美國聯邦航空管理局和美國國防部正在研究一種無人機探測裝置，可在機場等設施附近探測出現的無人機。另外，美國還在開發一種可以發現并干擾無人機的無線通信技術，可防止無人機在森林救火時干擾直升機。美國國家航空航天局和國防部預先研究計劃局則在研發一種可以監控城市上空低于特定高度的所有無人機的技術。反無人系統正受到軍方和政府的日益關注，未來也將成為無人機領域的研發重點之一。

5 3D打印材料將獲得重要發展，成型尺寸向兩端延伸，與其它制造技術的結合成為重要發展趨勢

3D打印材料是3D打印技術發展不可或缺的物質基礎，也是當前制約3D打印技術產業化的關鍵因素。近年來，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料種類迅速擴展，但與傳統材料相比，其種類依然偏少，且對材料的形態有著嚴格的要求。美國多家機構聯合編寫并發布了《下一代增材制造材料戰略路線圖》，為開發新的增材制造材料提供了思路。我國也在開展增材制造專用材料及其特性研究。未來，隨著這些研究工作的開展，3D打印材料的種類、形態將得到進一步拓展，成本將大幅下降，強度、穩定性、安全性也將進一步提高。

目前，3D打印產品的成型尺寸正在向兩端延伸：一方面，向“大”發展，從零部件到汽車、航空、航天等領域大尺寸精密構件，產品尺寸不斷加大。另一方面，向“小”延伸，采用微納米3D打印技術可制造出微觀結構可控的定制材料。未來，3D打印的成型尺寸仍將不斷向兩端延伸。

此外，3D打印是一種增材制造技術，是對以“減材制造”、“等材制造”為基礎的傳統制造業的創新與挑戰，但實際上，將3D打印與傳統制造技術結合，可獲得更為強大的制造能力，如我國華中科技大學在世界上首創的“智能微鑄鍛”技術等。未來，3D打印技術將與多種傳統制造技術探索互補結合的途徑，實現3D打印技術發展和傳統制造技術升級“齊頭并進”。

6 5G時代加速來臨，進入技術方案和系統驗證階段

隨著下一代移動通訊網（5G）的推廣，世界各國紛紛開展5G技術研究。美國聯邦通訊委員會向移動和固定無線寬帶服務提供商開放了近10.85MHz的頻譜資源，成為世界上首個為5G應用確定并開放大量高頻頻譜的國家；英國政府將投資10億英鎊用于寬帶網絡建設和支持5G移動通信技術研發；另外，德國將力爭在5G標準方面發揮引領作用。而我國華為技術有限公司代表我國主推的極簡碼方案入選5G標準，使我國企業首次進入了基礎通信框架協議領域。我國計劃到2020年完成5G技術研發測試和商用部署。2017年，更多的5G標準將明確推出，以適應5G時代“萬物互聯”接入的多種設備的通信需求，而我國5G研發工作將進入技術方案驗證和系統驗證階段，技術上或將實現新突破，也將發布更多實驗性、概念性的5G產品，加速邁入5G通信時代。

7 自動駕駛技術快速發展和驗證，實際應用逐步成為現實

隨著傳感器技術和人工智能技術的發展，自動駕駛汽車已成為近年來各國研發的重點，美國、英國、韓國等國家均非常重視自動駕駛技術的發展。美國特斯拉汽車公司、福特汽車公司、谷歌公司等多家公司對自動駕駛汽車投入了大量的人力、物力，自動駕駛技術已經出現并獲得了部分應用，但其安全性等相關技術問題仍有待驗證。2017年，針對這些問題，相關企業將加大研發和技術驗證力度，或將取得里程碑式進展，助力自動駕駛汽車的實際應用。例如，美國福特汽車公司將在歐洲測試自動駕駛汽車，2021年生產出沒有方向盤、剎車或油門踏板的自動駕駛出租車。瑞典沃爾沃汽車公司將在中國公路上測試100輛自動駕駛汽車，力爭在2020年之前造出高安全性的汽車。美國通用汽車公司將在底特律進行自動駕駛汽車雪地測試。谷歌公司旗下Waymo公司將與菲亞特克萊斯勒汽車公司合作推出自動駕駛汽車，并正在與日本本田汽車公司合作開發自動駕駛技術。特斯拉公司將在2017年對安裝了改進自動駕駛系統的完全自動駕駛汽車進行從洛杉磯到紐約的自動駕駛道路測試。自動駕駛汽車的研制成功及推廣，或將改變汽車行業的商業模式，例如催生高級汽車的共享服務等。

8 VR和AR技術進一步融合，帶來更真實的體驗

VR（虛擬現實）技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，其利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，可使用戶沉浸到該環境中。2016年，VR技術取得了重要的發展，從基于手機的系統到全畫幅的頭戴式設備（如HTC Vive等），VR技術在心理治療、教育體驗、培訓等方面獲得了應用。未來，VR技術將在感知系統、3D掃描攝像頭、網絡通信、頭顯設備等方面開展重點研究，教育和訓練將成為其重要的應用領域之一。

AR（增強現實）技術是在現實的基礎上，通過計算機處理能力，將虛擬數據疊加在現實環境當中，再利用同一個畫面進行顯示而形成的一種交互模式。2016年，微軟公司的AR平臺Windows Holographic為用戶帶來了新的混合現實體驗。蘋果公司也將進軍AR領域。未來，AR還可在汽車自動駕駛、電子游戲、教育等領域獲得廣泛應用。

實際上，未來將是VR和AR融合的混合現實的天下，更多的混合現實應用將會出現，而計算機與人的交互也將采用VR和AR技術，把體驗無縫地鏈接到現實生活中。

9 海洋技術將向更遠、更深方向拓展

海洋是重要的戰略資源，海洋能源、資源的開發與利用，海洋與全球變化、海洋環境與生態的研究是人類維持生存與發展、拓展生存空間的重要途徑。為了開發海洋資源，保護海洋權益，世界各國均在發展系列海洋開發支撐技術，包括深海探測、深潛、海洋遙感、海洋導航等。目前，海洋技術正在從近岸向遠洋、從淺水向深海拓展。其中，海洋環境研究正在朝著海空一體化、多平臺、多視角獲取海洋環境信息的方向發展；水下運載器正朝著實用化、綜合技術體系化方向發展；海洋油氣勘探向深水推進，不斷開發適合于深水油氣開發的新型平臺、多功能浮式生產裝置、水下生產系統；海洋生物資源保護、評價和發掘已成為國際競爭的焦點；深海礦產資源勘查技術向著大深度、近海底方向發展；海水綜合利用技術向著系統化、集成化、綜合化方向發展；海洋能技術向著大型化、低成本、高效率、高可靠性，以及商業化方向發展。

10 液流電池、石墨烯電池加速發展，各類新能源技術備受重視

2016年，美國哈佛大學的研究人員研發出一種新型液流電池，不僅可用于智能手機領域，還可用于包括可再生能源在內的新型能源應用領域。液流電池具有安全性高，壽命長，規模、設計靈活，可擴展性好，能量效率高，成本低等特點，但其能量密度低，部署成本高，尚未獲得廣泛應用。而石墨烯電池的研究也取得了多項進展，主要集中在利用石墨烯改性電極材料方面。未來，隨著石墨烯技術的發展，以及液流電池技術的改進，這些新型電池或將取代傳統的鋰離子電池，成為動力電池領域更具安全性和高效率的能源設備。

在能源技術領域，世界能源發展已進入新一輪戰略和結構調整期，多個國家制定了能源科技發展路線圖。化石能源的高效和清潔利用將得到大力發展；可再生能源與新能源技術將持續獲得突破；太陽能光伏發電有望實現平價上網；風電機組朝著大型化、特性化和高效率發展；生物質能應用向多原料、多用途方向發展；新型核電系統將向小型化、安全化方向發展，聚變核電站的開發將是能源領域的長期研發重點；氫能源研究不斷推進。此外，多種能源的混合利用將成為未來能源利用的新途徑和新趨勢，如風能和太陽能混合利用等。