世界國防科技發展新動向

方勇

當前，國防科技正加速向信息化和智能化復合發展，呈現出全方位、深層次發展的態勢和多點突破、深度融合、廣泛滲透的特征，對國家軍事實力、綜合國力以及國家安全和戰略主動權產生重要影響。軍事強國不斷推動國防科技前沿技術探索和創新發展，將為增強軍事能力優勢和競爭優勢提供重要支撐。

軍事智能科技

軍事強國高度重視對軍事智能的投入及總體部署，積極推進人工智能技術在各個作戰域的應用研究。

人工智能技術向自主學習方向發展。可解釋深度學習技術正在成為人工智能研究的新熱點。美國國防高級研究計劃局（DARPA）2017年啟動“可解釋人工智能”計劃，旨在探索能夠使自主系統對其行為與輸出結果進行更好解析的技術，進而衍生更多可解釋的模型，同時保持高水平、高質量的學習與預測表現，使人類用戶能夠有效理解、信任和管理新一代人工智能技術。DARPA還于2018年啟動“下一代人工智能”計劃，以解決人工智能技術過度依賴海量數據和無法向用戶提供決策解釋等弊端，尋求推動以情景推理能力為主要特征的第三次人工智能浪潮，在人類和機器間建立更可靠的合作關系。

無人系統自主能力不斷提高。軍事強國積極發展自主系統技術，加強人機協同和集群技術發展。在有人-無人協同方面，美國空軍2015年啟動“忠誠僚機”項目，旨在實現有人駕駛作戰飛機與無人作戰飛機“長/僚機”編組，該項目分別于2015年和2017年開展了代號“海弗-空襲者”的兩輪飛行演示驗證，展示了無人機自主規劃并執行對地攻擊的技術能力，以及適應突發情況的自主應變能力。2019年美國空軍XQ-58A女武神無人作戰飛機完成首批3次試飛，標志著美國空軍繼F-16改型無人作戰僚機之后，又一“忠誠僚機”投入使用，表明美國空軍有人/無人協同作戰正在加速成熟并進入實質階段。在無人蜂群方面，從2016年開始，美國DARPA、海軍和空軍圍繞“蜂群”作戰，開展了針對關鍵技術和算法的若干演示驗證項目。DARPA“小精靈”項目將研制一種小型、網絡化、集群作戰、部分可回收的無人機蜂群，利用現役大型飛機在空中投放，攜帶偵察與電子戰載荷對敵防御系統實施飽和攻擊。2020年1月，“小精靈”蜂群項目首次利用C-130A運輸機，成功發射一架X-61A小精靈無人機。DARPA“拒止環境協同作戰”項目于2019年2月成功完成了無人機集群在強對抗環境下的自主協同技術驗證。驗證中，由6架RQ-23無人機和14架虛擬無人機組成的無人機集群，在通信與全球衛星定位系統信號受干擾或中斷、失去作戰中心指令的情況下，通過自主導航定位和自主任務規劃，完成了對既定目標和臨時目標的攻擊。此次成功驗證，標志著無人機集群自主協同作戰技術取得關鍵突破。

人工智能在軍事領域應用不斷拓展。在情報分析領域，美國國防部成立“算法戰跨職能小組”，分析無人機提供的大量視頻信息。新算法對中東地區無人機所拍攝視頻中人員、車輛、建筑的識別準確率達到80%。在輔助決策領域，2020年2月，美國智庫戰略與預算評估中心發布《馬賽克戰：利用人工智能和自主系統實施決策中心戰》報告，提出“決策中心戰”概念。其實質是利用人工智能技術，通過大帶寬、高時延、低延遲的廣域信息網絡，經過作戰云處理后，共建和共享通用戰場態勢圖，以此為基礎，進行智能化輔助決策。在精確打擊領域，將人工智能嵌入精確制導彈藥，實現打擊武器由“精確化”向“智能化”轉型。2019年6月，美國空軍研究實驗室啟動“金帳汗國”項目，發展精確制導彈藥聯網技術。擬實現小直徑炸彈、AGM-158聯合空對地防區外導彈、微型空射誘餌”等現役機載武器聯網，使這些武器在發射后能夠自主協同規劃打擊行動。

X-61A“小精靈”無人機首次飛行測試

生物交叉技術

美國等世界軍事強國高度重視生物交叉技術發展，在腦與神經認知、合成生物學、人效增強、仿生學等領域取得重大進展，并積極探索生物交叉技術在武器裝備領域的應用潛力，力圖尋求在生物作戰領域占據主導優勢。

軍事腦科學技術成果深刻影響軍事智能化發展。在仿腦技術方面，2018年8月，美國空軍研究實驗室與IBM公司合作研制出世界最大的神經形態超級計算機藍鴉。該計算機使用了IBM的真北類腦芯片，可以同時模擬6400萬個生物神經元和160億個生物神經突觸，功耗僅為40瓦。2019年7月，英特爾公司宣布研發出一款名為“Pohoiki Beach”的新型神經形態芯片系統產品。該芯片系統受人類大腦思維方式啟發，將生物大腦原理應用于計算機體系結構。與通用CPU相比，Pohoiki Beach系統能將處理人工智能算法的速度提升1千倍，效率提升1萬倍。在“腦控”技術方面，DARPA生物技術辦公室近年來一直將腦機接口作為優先研發領域，陸續啟動“神經工程系統設計”等項目，已能夠利用腦機接口實現人與無人機之間的雙向通信。目前，腦機接口技術發展日益呈現出非侵入式趨勢。2019年6月，卡內基梅隆大學研究團隊成功研發首個非侵入式腦控機械臂，在無創腦控機器人開發領域取得階段性重要突破。在“控腦”技術方面，主要指利用外界干預技術手段（如藥物、電磁波等），實現對人的神經活動、思維能力等進行干擾甚至控制。DARPA“恢復主動記憶”（RAM）項目已成功證明，一種非侵入式大腦刺激方法可以極大提高認知能力。

合成生物學技術已顯現出巨大顛覆性應用潛力。近年來，美國國防部陸續推出“生命鑄造廠”“復雜環境下的生物穩健性”“安全基因”“昆蟲聯盟”“生物材料”等合成生物學研究項目。美國陸軍研究實驗室將合成生物學提升為十大優先發展領域，認為微生物可能是支持未來作戰人員需求的關鍵因素。美國海軍研究實驗室在“軍事環境合成生物學科技優先發展應用研究”項目資助下，對海洋微生物進行基因改構，使其成為探測敵方潛艇、無人機的生物監測設備。美國空軍“美杜莎”項目利用細菌作為“建筑”材料，將“生長磚塊”技術運用于鋪設飛機跑道，在不增加軍事基地情況下實現空軍力量的快速投送。美國情報界從2016年開始將基因編輯列入大規模殺傷性武器威脅清單。目前，美國在基因編輯的控制與逆轉研究取得重要突破，2019年4月，DARPA“安全基因”項目研究團隊成功研發具有自耗竭機制的雛菊基因驅動器，為限制基因工程生物擴散提供了新方法。

人效增強技術將顯著提升士兵作戰能力。人效增強又稱人體機能改良，是通過可穿戴設備或利用藥劑、生物合成等技術，突破士兵自身素質對作戰能力與作戰方式的限制，大幅提升耐力、力量、速度和認知力。軍用外骨骼技術已從局部外骨骼逐步發展到全身外骨骼，從單純負重功能向助跑、助跳和輔助瞄準等功能拓展，美軍軍用外骨骼已能夠讓士兵負重91千克以16千米時速行進，勇士織衣作戰服可將長時間負重45千克的體能消耗降低25%。

最大的神經形態超級計算機藍鴉

前沿信息網絡技術

以5G通信、量子信息、認知電子戰等為代表的新一代信息網絡技術快速發展，推動軍隊信息力實現質的躍升。

5G通信技術開啟軍事應用探索。5G作為下一代移動通信技術，可實現大容量、高速率、抗截獲軍事移動通信，在軍事領域具有廣闊的應用前景。2019年，美國國防部下屬國防創新委員會和國防科學委員會分別發布《5G生態系統：國防部的風險和機遇》《5G網絡技術國防應用》，認為5G最大的應用潛力在于對未來戰爭或軍事網絡的潛在影響，并對5G國防應用前景及潛在風險進行了評估。隨后，美國國防部通過設立5G專項辦公室、推動制定5G戰略、在軍事基地開展5G技術試驗等，促進5G軍事應用落地。

量子信息技術取得多項重要突破。在量子通信方面，2019年5月，美國空軍研究實驗室完成首次“晝間星地自由空間量子通信”試驗。此次試驗為擴展量子通信時間、提高量子通信實用性奠定了基礎，對未來實現全球規模的量子互聯網具有重要的推動作用。在量子計算方面，“量子霸權”爭奪依然激烈。2019年9月，谷歌公司宣布，利用西卡莫爾可編程量子處理器，在全球率先驗證“量子霸權”。西卡莫爾處理器共有54個量子比特，執行100萬次隨機采樣運算僅耗時200秒。目前世界排名第一的“頂點”超級計算機完成同樣任務需要1萬年，二者速度相差近16億倍。

認知電子戰技術加速向實戰化邁進。美軍從2010年開始提出認知電子戰概念，并陸續開展“認知干擾機”“行為學習自適應電子戰”“自適應雷達”等項目，當前，認知電子戰已邁入從技術向能力轉化的重要階段。2019年，美國陸軍開始將認知電子戰技術集成到裝備上，并開展試驗驗證工作。美國陸軍快速能力與關鍵技術辦公室選取2018年陸軍信號分選挑戰賽的優秀方案，在其基礎上開發出一套信號分選智能算法。該算法已植入美國陸軍“戰術電子戰系統”中，幫助系統更快、更準確地對復雜電磁環境中的信號進行分選，增強電子戰支援能力，目前該系統已交付部隊試用。

網絡攻防技術向一體化、智能化方向發展。一是美國網絡司令部部署“統一平臺”網絡空間綜合作戰系統原型系統。該系統既可為網絡行動提供統一態勢圖、任務規劃、指揮決策和數據分析支持，也可作為任務功能模塊的載體，搭載網絡武器組件，實現偵察、防御、攻擊一體化，使美軍能夠更快速、靈活、精準地應對網絡威脅。二是基于人工智能的網絡攻防日漸成熟。人工智能在網絡防御方面日漸成熟，在惡意代碼檢測、惡意流量檢測、威脅情報收集、軟件漏洞挖掘等領域均有應用并取得良好效果。人工智能用于網絡攻擊大幅提升攻擊效率。DARPA的網絡大挑戰賽就涉及大量利用人工智能技術進行漏洞自動挖掘及利用。此外，攻擊者也可能借助人工智能技術合成文本、語音、圖像或視頻文件，降低了攻擊難度及成本。

軍事航天技術

太空是大國博弈的戰略制高點。主要航天國家加速推進太空軍事化進程，推動軍事航天技術創新發展。

重復使用運載器與新型動力系統技術是進入太空技術發展的重點。一是重復使用運載火箭技術研究熱度不減。2019年美國SpaceX公司通過改進獵鷹-9火箭一子級格柵舵材料、發動機熱防護罩設計、箭體熱防護涂層等方面，進一步提升回收復用性能，成功發射8次復用火箭。該公司還成功實現火箭整流罩回收與復用，進一步壓縮成本。二是航天運載器動力技術成為新一代低成本運載器研發的助推劑。美國藍源公司研制的BE-4液氧/甲烷發動機成功突破75%推力水平瓶頸，2019年8月實現100%推力（2400千牛）下點火試驗，成為世界首個研制成功的最大推力液氧/甲烷發動機。三是組合循環發動機取得新突破。2019年10月，英國反應發動機公司佩刀發動機在0.05秒內，將氣流溫度由1000℃降至約100℃，為攻克佩刀發動機吸氣模式下速度瓶頸掃清障礙，向研制兩級/單級入軌重復使用飛行器動力系統邁出關鍵一步。

SpaceX公司多次成功回收獵鷹-9火箭

由B-52搭載的AGM-183A高超聲速滑翔導彈

下一代太空體系架構浮出水面。美國國防部下屬太空發展局2019年7月提出應對新興威脅的下一代太空體系架構。該架構將由傳輸層、導航層、監視層、威懾層、跟蹤層、作戰管理層以及支持層等組成，計劃實現目標瞄準支持、先進導彈威脅跟蹤、導航備份系統、太空態勢感知、全球監視、威懾、作戰管理、通用地面與支持等八大能力，補充和支持由美國國家偵察局和美國空軍主導的軍事航天系統，計劃2022財年具備作戰能力。

低軌衛星星座成為發展熱點。截至2020年2月，美國SpaceX公司已分5批，將300顆星鏈衛星發射入軌，著手構建由4.2萬顆衛星組成的巨型低軌衛星星座。2019年11月，星鏈衛星完成C-12運輸機通信試驗，通信速率達到610兆比特/秒，相比目前美軍戰區衛星通信最低5兆比特/秒的通信速率，提高了2個數量級。

太空作戰裝備技術取得新突破。一是反衛星技術加快擴散。2019年3月，印度首次完成代號“女神力量行動”的地基動能反衛星試驗，利用地基反導攔截彈擊落1顆軌道高度約300千米的低軌衛星，宣稱成為繼美、俄、中之后第四個具備反衛星能力的國家。試驗所用導彈為反導攔截彈，長13米，重18噸，配置兩臺固體火箭助推器。試驗表明印度已突破反衛星核心關鍵技術，初步形成地基低軌反衛星能力。二是天基反衛技術成為主要國家發展重點。2019年，美俄航天器頻繁在軌機動，美軍指派Mycroft抵近詳查故障地球靜止軌道衛星S5，美國X-37B軌道機動飛行器在軌部署小衛星，俄羅斯軍星“宇宙”-2521（代號“衛星檢視儀”）抵近探測目標，三者至少具備利用軌道阻攔等實現動能殺傷的潛力。三是機器人在軌操控技術入軌試用。美國“任務擴展飛行器”-1于2019年10月入軌。該飛行器將機動至地球同步軌道，對接老舊的“國際通信衛星”-901衛星并攜其飛行數月，抵達“墳墓”軌道，完成演示驗證任務;之后再一起返回地球同步軌道，并為該衛星服務5年，后續將繼續服務其他衛星。此外，俄羅斯也在開發由紅外激光器、太陽能電池陣和高效砷化鎵光伏模塊等構成的空間機器人，可利用激光對低地球軌道航天器進行充電。主要國家通過發展無人在軌服務技術，可同步儲備太空攻防技術，提升在軌控實力。

導彈攻防技術

導彈武器是現代戰爭重要的殺傷器，為應對導彈武器威脅，導彈防御系統應運而生。當前，圍繞導彈攻防對抗博弈更趨激烈。

主要國家加快推進下一代戰略導彈技術發展。美國下一代陸基洲際彈道導彈——“陸基戰略威懾系統”研發加快，2019年10月該導彈配裝的再入飛行器進入“技術成熟和風險降低”階段，預計將于2020年確定該導彈的設計方案。俄羅斯正在測試新一代重型陸基洲際彈道導彈——薩爾瑪特，預計2020年開始部署。該導彈射程超過14000千米，可攜帶12～14個分導式核彈頭，以及40枚以上誘餌彈頭，突防能力極強。

高超聲速技術加速向實戰化邁進。俄羅斯洲際射程先鋒高超聲速滑翔導彈已于2019年12月開始戰斗值班。該系統由先鋒高超聲速助推滑翔彈頭及SS-19洲際彈道導彈組成，將安裝在固定發射井中。其最大飛行速度超過馬赫數20，最大射程約10000千米，最大橫向機動距離約4000千米。美國加速助推滑翔導彈研制，陸軍開始研制中程助推滑翔導彈樣機“遠程高超聲速武器”，計劃2023財年前交付部隊。美國空軍AGM-183A高超聲速滑翔導彈完成首次系留飛行試驗，驗證了該彈與B-52轟炸機適配性。

導彈防御技術取得新突破。一是在動能攔截技術方面，2019年3月，美國地基中段防御系統首次進行雙發齊射攔截試驗。首枚攔截彈成功摧毀了靶彈再入彈頭，第2枚在觀測彈頭產生的碎片后，選擇最具威脅的目標并與之碰撞。試驗中，首次啟用了“天基殺傷評估”系統，對攔截目標類型、摧毀效果進行評估。試驗表明，美國地基中段防御系統已具備一定實戰能力。美國在終止“重新設計殺傷器”項目后，已啟動“下一代殺傷器”技術研發。下一代殺傷器為多殺傷器，仍將采用直接碰撞殺傷方式，將在美國當前部署的地基攔截彈上使用。二是在定向能防御技術方面，美國車載激光器已完成數十千瓦能力演示驗證，未來將部署功率數十到數百千瓦、具有實戰能力的車載高功率激光武器。美國海軍已于2020年2月在阿利·伯克級驅逐艦上安裝一體化光學致盲與監視系統高能激光器（HELLOS）系統。該系統是一種近距離防御系統，目前功率60千瓦，未來可達到150千瓦，將替代現役拉姆艦空導彈，遂行艦艇近距離防空任務。美國空軍進行了機載激光武器系統“自防御高能激光演示器”（SHiELD）地面演示驗證試驗。試驗中，該系統從地面發射激光，擊落了多枚飛行中的空射導彈。按計劃，SHiELD系統將于2021年搭載在F-15戰斗機上進行反地空導彈和空空導彈演示驗證。

先進材料與先進制造技術

一代材料，一代武器裝備。新材料技術是推動武器裝備發展的基礎和先導技術。制造技術是國防工業的基礎性支撐技術，其發展水平直接影響武器裝備質量、性能和作戰效能。

超材料在軍用天線和隱身領域已獲實際應用。超材料是基于波理論，對材料內部微結構進行合理的人工設計，從而獲取天然材料所不具備的超常物理性能的一類材料。超材料可實現對光波、電磁波、聲波的操控，在雷達、光電、通信、傳感、導航等方面具有巨大應用潛力。2019年12月，洛克希德·馬丁公司和賓夕法尼亞大學開發出一種基于超材料的天線。通過提高其孔徑效率，同時不影響其堅固緊湊的結構，也不增加重量。2018年，美國西北大學研發了一種光學超材料，該材料可通過彎曲光線改變自身顏色，未來有望用于制造隱形裝置和生物傳感器。

石墨烯以其優異的性能，被稱為“材料之王”

石墨烯將廣泛用于軍用電子與光電器件。石墨烯是一種由碳原子構成的單層蜂窩網格狀二維材料，是世界上已知最薄、最輕、強度最大、導熱性最好、透光率最高的新興材料，在軍用電子與光電器件方面具有廣泛應用前景。2018年，歐洲石墨烯旗艦項目展示了全球首個全石墨烯光通信鏈路，數據速率為25吉比特/秒。該技術克服了石墨烯光子學制備技術瓶頸問題，是石墨烯光電器件量產的關鍵一步。2019年2月，美國石墨烯生產商Grolltex宣布完成產能擴張，其在加利福尼亞的CVD單層石墨烯制造廠每年可生產30000個8英寸的石墨烯晶圓產品，成為美國同類產品中規模最大的工廠。

數字孿生技術研究應用不斷深入。軍事強國積極推進將數字孿生技術應用于設計、制造、試驗、作戰訓練等領域，取得重要進展。2019年4月，美國海上系統司令部開始構建船廠數字孿生模型，用于船廠環境建模與仿真，確定船廠理想配置，實現干船塢、設施和設備等船廠基礎設施布局優化，提高生產力。10月，信息戰系統司令部搭建了名為“數字林肯”的首個系統級數字孿生模型，用于系統交付前在虛擬環境中評測性能，以減少系統安裝時間和成本、降低使用風險，為系統在林肯號航母上安裝奠定基礎，提高航母信息戰能力。俄羅斯將數字孿生技術應用于MC-21新一代飛機研制，構建了整機和安全系統數字模型，有效降低了研制成本。

責任編輯：劉靖鑫