• 持续布局和探索具有颠覆性军事能力的前沿技术

    2019-04-23 16:21:05

    2018年,世界主要国家高度重视前沿技术的探索和应用,与国防和军队建设紧密相关的前瞻性、先导性、探索性、颠覆性重大技术取得一系列新突破,将对未来武器装备、战争形态和军事

      2018年,世界主要国家高度重视前沿技术的探索和应用,与国防和军队建设紧密相关的前瞻性、先导性、探索性、颠覆性重大技术取得一系列新突破,将对未来武器装备、战争形态和军事理论等产生革命性影响。

      一、持续布局和探索具有颠覆性军事能力的前沿技术,加强国防科技发展战略谋划

      1月,美国国防部发布新版《国防战略》,明确将中俄视为主要战略竞争对手,提出强化科技优势,聚焦高端军事能力建设,重点提升核力量、太空与网络空间、C4ISR系统、导弹防御、联合杀伤、部队机动与部署、先进自主系统、稳固而敏捷后勤等八大关键能力;优先发展先进计算、大数据、人工智能、定向能、高超声速、生物等新兴技术,谋求通过技术创新赢得优势。

      12月,日本发布新版《防卫计划大纲》《中期防卫力量整备计划》,提出构建“多域联合防卫力量”,加强太空、网络、电磁频谱与传统作战域有机融合,全面提升指挥控制与情报能力,实现跨域联合;重点发展太空、网络和电磁频谱等新领域的作战能力,建立太空战、网络和电磁频谱等新领域的作战能力。

      俄罗斯筹建大型军事创新科技园推进突破性技术研究。3月,俄罗斯国防部长绍伊古称,俄国防部正在积极筹建名为“纪元”的大型军事创新科技园。目前,已确定8个优先科研发展方向:信息-远程通信系统和人工智能系统;机器人技术综合装置;超级计算机;工程视觉和图像识别;信息安全;纳米技术和纳米材料;生活保障及维持生命活动相关的能源、技术和设备;生物工程、生物合成、生物传感技术。同时,该大型军事创新科技园还将联合军地力量,共同开展前瞻性科学研究,获得的研究成果将用于制定突破性技术清单,在短期内(1~3年)创造出全新武器与专用军事技术装备。

      ▲俄罗斯战略火箭军彼得大帝军事技术学院科罗廖夫导弹技术展厅

      美陆军成立未来司令部加速未来技术研发。8月,美陆军正式成立未来司令部,以推动颠覆性技术研发,加速陆军现代化。未来司令部下设三个下属机构,分别为:未来概念部,负责基于威胁分析确定未来概念,研究颠覆性技术及其对作战的影响;作战开发部,负责研究需求定义和文件,将对未来的研判和概念转化为需求;作战系统部,负责作战系统开发,交付现代化优先能力。美陆军确定“远程精确火力”“下一代战车”“未来垂直起降飞行器”“机动通信指挥网络”“一体化防空反导”“士兵杀伤”6个现代化重点项目。10月,未来司令部成立陆军应用实验室,寻求充分利用私营公司的创新能力,快速研发能够转为正式项目的产品和技术。该实验室启动4个试点项目,将陆军外的创新人员与陆军内人员联系起来。一是“催化剂”项目,在陆军研究实验室现有“开放校园”项目基础上,将大学与陆军和国防工业联系起来;二是“陆军能力加速器”项目,由军方、企业、研究机构人员组建的团队合作研制能实际工作的原型,使部队能在现实环境中测试;三是“合作开发基金”项目,将重组小企业创新研究计划等已存在的项目,效仿风投后续大规模投资,支持项目工程阶段工作;四是“光环制造加速器”项目,致力于开发真正可部署的武器、传感器和其他系统。

      成立专门机构推动人工智能技术发展。5月,英国国防部科学技术实验室下设立人工智能中心,该中心主要研究内容包括:研发从自动驾驶汽车到智能系统的各种技术;研发从打击假新闻到利用信息来制止和化解冲突的各种技术;研发从提高互联网防御能力到提高辅助决策能力的各种技术。该中心将有效提升英国人工智能技术的国防和安全应用方面的国际水平。6月,美国国防部宣布成立人工智能中心,统筹各军种协调实施单个预算超过1500万美元的项目,加速人工智能技术验证和应用,构建国防部通用的人工智能标准、工具、共享数据、可重用技术、专业知识。

      军事强国特别重视对军事智能的投入及总体部署,积极推进人工智能技术在各个作战域的应用研究。

      人工智能算法取得新进步。为推动人工智能技术向更高阶段迈进,美国加紧布局相关项目和技术发展,推动人工智能技术向经验学习和自主学习方向发展。7月,为了减少训练和调整机器学习模型的成本和时间,DARPA启动“使用更少标签学习”项目,将研究新的学习算法,减少训练或升级所需信息量。9月,DARPA启动“下一代人工智能”计划,计划投资20亿美元以上,以解决人工智能技术过度依赖海量数据和无法向用户提供决策解释等弊端,寻求推动以情景推理能力为主要特征的第三次人工智能浪潮,在人类和机器间建立更可靠的合作关系。美国陆军开发新的机器视觉算法,提高制导炮弹的打击精度。1月,美国陆军研究实验室发表论文,透露了基于机器视觉的制导技术研究情况。美国陆军计划为制导炮弹配装光电或红外导引头,使其能够在GPS受限环境下实施精确打击并攻击移动目标。制导炮弹无法在发射前锁定目标,为此,陆军研究实验室尝试将计算机视觉技术应用于制导炮弹,使其具备自主目标识别能力。陆军研究实验室在论文中讨论了“随机蕨”和“归一化互相关”两种机器视觉算法在制导炮弹中的应用,并进行了仿真实验。

      类脑计算取得重要进展。一是低功耗人工神经突触取得突破。1月,美国麻省理工学院研究人员利用硅锗芯片实现了高度可再现的单通道人工神经突触,克服了非晶态介质的非均匀性缺陷,可精确控制流过这种突触的电流强度。该芯片及其突触可以识别手写样本,识别准确率达到95%,将促进便携式低功耗神经形态芯片发展。二是类脑芯片促进神经形态超级计算机发展。7月,美国空军研究实验室与IBM公司联合研制出“蓝渡鸦”类脑超级计算机,这是当今世界上规模最大的类脑超级计算机。“蓝渡鸦”类脑超级计算机包括64颗“线亿个生物突触进行计算,功耗仅40瓦,比传统计算机低4个数量级。“蓝渡鸦”特有的并行运算和学习思考能力,以及超低的尺寸、重量和功耗优势,使其具有极其广阔的军事应用前景。美国空军正在利用“蓝渡鸦”开展超级计算机模式和目标识别研究,预计2019年演示机载目标识别应用;美正在评估将类脑计算架构集成到机载传感器中,以利用超级计算能力提高空战效能;“蓝渡鸦”还可执行人工智能和机器学习算法,并为开展计算神经科学应用提供研发、测试和评估平台。

      人工智能在军事领域应用不断拓展。一是在情报领域。4月,美国国防部“Maven”计划启动满1年,新开发的算法已部署于美国非洲司令部、中央司令部的5~6个地点,后续将继续扩大部署范围,新算法对中东地区无人机所拍视频中的人员、车辆、建筑的识别准确率可达80%;该计划新增1亿美元经费,将主要用于算法优化,进一步提高无人机全动态视频数据分析能力。二是在辅助决策领域。美空军欲开发虚拟助手辅助分析。2月,美国空军研究实验室发布项目招标书,开发“数字企业多源开发助手”。该系统可直接回答问题或与用户交互,辅助情报分析人员处理复杂情报数据,使其更好发现和深入理解敌方信息中的情报线索。俄罗斯将人工智能技术用于指挥自动化系统。俄罗斯空天军2018年初首次对采用人工智能技术的新型防空自动化指挥系统进行试验,该系统可统一指挥S-300、S-400、“铠甲”防空系统及现代化雷达系统,自动分析空情并给出武器使用建议,将大幅提升俄罗斯防空兵部队的快速反应能力。

      加强无人系统发展战略谋划。8月,美国防部发布《2017-2042财年无人系统综合路线图》,这是美国公开发布的第五版无人系统综合路线图。新版路线图提出将重点围绕互操作性、自主性、网络安全、人机协同四个发展主题,开展相关研究工作。美国防部海军部也发布了《海军部无人系统战略路线图》,为海军和海军陆战队将无人系统纳入全域作战力量提供指南。

      无人机蜂群技术取得新进展。DARPA通过“小精灵”、“拒止环境协同作战”(CODE)、“进攻蜂群战术”(OFFSET)等项目,发展了空中投放/回收和协同作战等技术。上述项目均已处于飞行验证阶段。“小精灵”项目旨在发展小型无人机集群的空中发射和回收等关键技术,探索集群作战概念。2018年“小精灵”项目开展了部分空中投放和回收功能试验。CODE无人机蜂群可基于已建立的作战规则遂行寻找、跟踪、识别和攻击任务,拓展美军现役无人机能力。2018年CODE项目在强对抗环境中成功开展了无人机蜂群协同作战能力验证。“进攻蜂群战术”(OFFSET)项目设想未来在复杂城市环境中使用250个或更多的小型无人机系统和/或小型无人地面车执行作战任务,2018年该项目开展了数次“蜂群冲刺”验证活动,试验了无人机蜂群作战概念。美国海军陆战队通过“蜂巢”项目试验了无人机集群补给概念。试验中,无人机控制设备以及用于无人机存放、充电、发射与回收的“蜂巢”部署在远离战场位置;小型四旋翼无人机在接收到物资补给指令后,往返于后勤补给点和分布式作战部队之间执行任务;基于云计算的计算机系统可同时保障数百架无人机独立执行任务,为多个分布式作战部队提供物资支持。

      反无人机集群技术得到实战验证。1月,俄驻叙基地遭13架无人机群袭击,俄发动电磁攻击和火力打击,成功截获并控制6架无人机,7架被“铠甲-S”防空系统摧毁。其有效应对时间不超过半小时,基地之间可能有电子战、火力装备及战术协同配合。目标发现以预警探测手段为主,可能有光电、无线电监测、声音、人力情报等手段。处置方式以信火一体或火力自动攻击为主。表明俄军已具备对无人机集群实施信号截获、诱骗控制、火力摧毁等能力,具有一定的反无人机集群作战能力。

      大力加强生物防御战略谋划。美英等多国将生物安全纳入国家安全战略,作为国防和军事博弈的制高点。7月,英国发布首部《生物安全战略》,评估了英国面临的自然疫情、实验室事故和蓄意攻击等三大生物威胁风险,提出了认识、预防、监测和应对等应对风险的四大支柱,强调加强政府内部协调,积极支持生物科技发展,推进国际合作,防范和应对潜在生物威胁与风险。9月,美国发布《国家生物防御战略》,提出建立分层的风险管理方法应对生物威胁,并确立5大战略目标,即:加强风险意识,促进生物防御体系决策;加强生物防御体系能力建设,防范生物突发事件;加强生物防御体系建设,做好应对生物突发事件准备;迅速采取应对措施,降低生物突发事件影响;提高生物突发事件发生后社会经济与环境的恢复能力。

      不断拓展合成生物学技术军事应用。2018年6月,美国家科学院受国防部委托,发布《合成生物学时代的生物防御》报告,提出了“制造病原体生物武器”“制造化学品或生物化学品”“制造可改变人类宿主的生物武器”等三大类11种合成生物学能力。目前,大多数合成生物学研究使用大肠杆菌或酵母等少量驯化的微生物,未经驯化的细菌的基因工程由于不能将DNA转移到细胞中而受到限制。美陆军研究实验室和麻省理工学院合作开发并展示了一种开创性的合成生物学工具,可在复杂环境下将DNA编程传送给各种细菌,开拓了合成生物学在军事环境中的应用前景。美国防部的合成生物学研究也引起科学界和国际社会的高度关注。10月,德法科学家在《科学》杂志刊发文“农业研究还是新型生物武器系统”,质疑DARPA的“昆虫联盟”项目研发潜在生物武器及其运载工具,拟利用昆虫传播经过基因修饰的病毒来编辑植物染色体,可能违反《禁止生物武器公约》。

      加快推进军事脑科学技术发展。美国持续加强脑科学技术的军事应用研究,积极部署非植入式脑机接口应用研究,在脑损伤治疗领域取得丰硕成果。DARPA启动“下一代非植入性神经技术”项目,拟开发的高分辨率非植入性脑神经接口将具备无需手术、精确度高、延迟时间短、脑信号可同时多点读写等优点,旨在实现士兵与机器的无线脑机交互,提高士兵认知和决策能力,甚至促进士兵意念控制武器等技术开发。DARPA的脑损伤治疗技术陆续取得突破。2月,DARPA的“恢复主动记忆”项目团队开发了闭环记录和刺激系统,可将脑损伤患者记忆力提高15%;3月,项目另一研发团队对丧失记忆的脑损伤患者进行记忆测试和分析,实现了脑神经刺激系统的原型验证,使脑损伤患者的平均记忆力提高35%。

      可重复使用运载器技术取得新进展。一是运载火箭一子级重复使用技术已基本成熟。美国“猎鹰-9”系列火箭已实现一子级的三次重复使用和16枚一子级的二次重复使用,充分验证了运载火箭一子级部分重复使用技术。二是快速响应运载能力取得重大突破。DARPA“试验航天飞机-1”可重复使用运载器完成首台主发动机研制,并能在10天内进行10次地面点火试验,验证了发动机快速后处理技术,为后续实现24小时内快速响应发射奠定技术基础。

      微小卫星技术保持快速发展态势。5月,DARPA发布“黑杰克”项目招标书。该项目旨在发展由轻小型、低成本、低功耗卫星构成的分布式低轨星座,每颗卫星搭载一个或多个光学、射频载荷,具备与大型高轨卫星相当的能力,执行导弹预警、战术通信、定位导航授时、战术成像侦察、电子侦察等任务。“黑杰克”星座将由60~200颗卫星组成,轨道高度500~1300千米,单颗卫星成本低于600万美元。

      空间攻防技术取得重要突破。美军完成轨道机器人项目初步设计评审。7月,DARPA“地球同步轨道卫星机器人服务”(RSGS)项目通过初步设计评审,其海军研究实验室设计的机器人载荷符合目标,可与劳拉空间系统公司的卫星平台兼容,确保了在2021年进行在轨试验的进度要求。此外,DARPA计划与NASA合作建造“在轨机器人服务站”,平时用于燃料加注、修理等任务,战时则可破坏敌方卫星。俄罗斯积极发展激光、电子战等反卫技术。2月,俄金刚石-安泰公司完成研发可攻击敌方卫星的新型激光武器。该系统安装在别里耶夫A-60SE飞机上,利用激光脉冲致盲敌方卫星或烧穿敏感光学器件,有效作用距离1500千米。此外,俄罗斯积极探索电子战飞机反卫星能力,研发“伐木人”-2新型电子战飞机,可用于关闭导航卫星、通信卫星的星载电子设备。欧洲开展在轨碎片移除技术试验。9月,英国“空间碎片移除”卫星成功开展世界首次真实太空环境下飞网抓捕立方星技术验证,后续还将验证鱼叉穿刺靶板、运动跟踪、拖曳帆离轨等技术。该系列试验将加速空间碎片移除技术的实用化进程,对空间对抗技术发展也将产生影响。

      ▲英国“空间碎片移除”卫星成功开展世界首次真实太空环境下飞网抓捕立方星技术验证

      新技术助推网络空间对抗能力发展。大数据技术提升网络空间态势感知能力。美国重点发展基于大数据技术的网络软件分析工具,利用网络中的大量情报数据,进行大数据分析和可视化处理,提高网络态势感知能力。一是美国家安全局发布的集网络防御和网络分析等多种功能于一体的网络分析工具,能够共享和使用复杂网络威胁情报;二是DARPA 发展“网络之网络复杂分析”软件工具,将创建高精度全球统一视图,可容纳一百亿个节点,以探测全球大规模网络活动。人工智能和区块链技术助力网络攻防。1月,日本防卫省拟将人工智能技术引入日本自卫队信息通信网络的防御系统中,强化网络攻击防御能力。4月,DARPA发布“人机探索软件安全”项目,利用人工智能技术发现信息系统的漏洞,这些漏洞既可用于及时形成补丁提升网络安全,也可为网络攻击部队提供支援。8月,英国BAE系统公司获DARPA“大规模网络空间狩猎”项目合同,旨在利用计算机自动化、先进算法和高速运算来实时跟踪大量数据,帮助锁定网络攻击。5月,Xage安全公司称其开发出一套基于区块链技术和数字指纹技术的防篡改系统,以保护工业物联网资产。

      ▲诺格公司宣布,DARPA“100 G射频骨干网”项目已在真实城市环境中完成地面演示验证

      先进通信技术取得新突破。DARPA 100G射频骨干网项目取得重大进展。5月,诺格公司宣布,DARPA“100 G射频骨干网”项目已在真实城市环境中完成地面演示验证,通信速率达到102吉比特/秒,传输距离达20千米。该项目旨在构建信息传输速率类似光纤网的射频通信链路,双向通信速率100吉比特/秒。该项目一旦实用,可使无线通信速率较当前Link-16数据链提高4个数量级,大幅增强美军远距离战术通信能力,为跨域实时共享情报监视侦察数据、提高综合态势感知和联合指挥控制能力提供有力保障。水下、跨介质通信技术取得全面突破。一是新型声波传播技术将大幅提升特定频率信号通信容量。7月,美国发现利用声波传播产生的动态旋转携带信息,可提高某一特定频率的通信容量,有望将水声通信能力从纯文本信息传输提升到高清视频信息传输。二是窄光束水下激光通信技术完成演示验证。8月,美国演示验证窄光束水下激光通信技术,水池试验结果表明,收发终端可在1秒内完成精确波束指向和快速连接,通信速率为数兆比特/秒到数吉比特/秒,通信距离为数十米到数百米。三是美国首次实现水下空中跨介质通信。美国利用毫米波雷达探测水声信号对水面造成的微小振动,构建“平移声学-射频”通信链路,首次实现水下节点直接与空中节点的跨介质通信,通信速率可达400bps。

      美军体系集成技术试验取得成功。7月,美国防高级研究计划局与洛克希德马丁公司在加利福尼亚州海军空战中心完成“体系集成技术与试验”(SoSITE)项目多域组网飞行试验,演示验证了地面站、地面驾驶舱模拟器、C-12指挥机、试飞飞机间异构电子系统集成技术。试验主要取得以下进展:一是验证了空中分布式作战理念。通过将武器、传感器、任务系统等载荷从大型航空平台分离,使用开放系统体系结构,将即插即用模块无缝集成到任何有人或无人平台,形成跨平台可互用的分布式空战能力。二是验证了四种关键能力。即在系统之间自动编写和传输报文;首次使用非统一的数据链实现多平台间信息交互;将地面驾驶舱模拟器与空中飞机系统实时链接,验证缩短从数据到决策时间的方案;将自动目标识别软件集成至APG-81雷达系统,快速创建战场态势图。三是验证了异构电子系统的系统集成技术。这种名为“缝合”的新技术可用于改进强对抗环境下的陆海空天网多域体系集成。四是验证了一种名为“爱因斯坦”盒子的新型计算环境。借助这种开放系统架构,可以快速、安全验证作战能力。该项目2019年将进行空空精确杀伤链集成试验。利用这些研究成果,美军将提升多域协同、异构协同、有人-无人协同作战能力,将对未来作战样式产生颠覆性影响。

      量子信息技术取得新进展。在量子计算方面,全球“量子霸权”的争夺依然激烈。1月,英特尔公司展示了49量子位的超导量子芯片;3月,谷歌公司发布了72量子比特处理器“狐尾松”。量子比特处理器是量子计算机的核心器件,在处理加解密运算、方案优化、人工智能等问题方面具有巨大优势。在量子雷达方面,2018年4月,加拿大滑铁卢大学研究人员宣布开发出量子雷达技术,可穿透强背景噪声将包括隐身飞机和导弹在内的目标以极高的精度识别出来;9月,英国约克大学研究人员宣布开发出量子雷达样机;11月,俄罗斯无线电技术与信息系统联合企业对采用量子无线电技术的试验雷达进行测试,成功完成探测与跟踪空中目标的任务。在量子导航方面,2018年11月,英国帝国理工大学宣布研制出量子加速度计。量子加速度计利用冷原子对外力和加速度变化的敏感性,构建原子干涉仪,通过精确实时探测系统所感受到的引力变化及加速度变化,计算出系统运动路径,从而达到导航定位目的。量子加速度计克服了传统卫星导航的缺陷,将给陆、海、空平台导航定位带来颠覆性影响,特别是有效解决潜艇导航定位难题,给潜艇深海作战带来质的飞跃。

      三、新概念武器和平台技术加快实用化步伐,将产生兼具威慑与实战功能的新型作战能力

      美国加快推进高超声导弹技术武器化。2018年10月,美国航空周刊报道,美国防部将采用20世纪80年代“桑迪亚有翼再入飞行器试验”项目使用的双锥体助推-滑翔技术,开发陆海空三军通用的助推滑翔高超声速导弹,并计划2021年部署。美各军种将在通用型导弹基础上,利用各自助推器,开发陆基、海基和空基助推滑翔高超声速导弹。美国此举旨在充分利用以往成熟技术,力求在短期内形成作战能力。

      俄罗斯同步开展多个高超声导弹型号研制项目。一是空射弹道式高超声速导弹已列装服役。2018年3月,俄总统普京宣布“匕首”高超声速导弹已于2017年12月1日开始战斗值班,成为世界首款服役的高超声速导弹。该导弹采用米格-31战斗机作为载机,是俄陆基“伊斯坎德尔”导弹升级版,采用空射机动式弹道导弹方案,射程2000千米,最大速度马赫数10。二是战略级助推-滑翔高超声速飞行器已量产。俄总统普京在2018年国情咨文中宣布,项目代号4202、编号Yu-71的“先锋”高超声速滑翔飞行器已量产,可搭载于现役洲际弹道导弹和“萨尔玛特”导弹。“先锋”最大射程超过1万千米,横向机动距离4300千米,速度达马赫数20以上,具备极强突防能力。三是吸气式高超声速巡航导弹计划2022年列装。俄正在研制的“锆石”高超声速反舰导弹以超燃冲压发动机为动力,射程约400千米,巡航速度马赫数5~6,计划2019年开始舰上测试。

      新型飞控与机电技术为新一代空战平台发挥作战效力提供支撑。飞机飞控与机电系统是飞机完成飞行动作和飞行任务的执行系统,新型飞控与机电技术将在保障任务执行能力的同时,改善飞机性能、提升作战效能。英国BAE系统公司2018年4月完成集成射流飞控技术的固定翼无人机样机研制。8月北约发布了采用射流飞控技术的小型无人机飞行试验的视频,该无人机机翼后缘的射流装置可取代襟副翼、完成飞行控制。射流飞控技术利用柯恩达效应原理,即气体流过曲面时受流体与曲面间的粘性力作用、发生弯折进而产生偏转力矩,实现飞机姿态控制。采用射流飞控技术的飞机无需传统气动控制面,通过控制射流流量和发动机排气方向改变飞机飞行姿态和航向,可降低飞机阻力、提升隐身性能。2018年10月美国空军研究实验室启动“电力、能量、热、综合和控制”计划(PETIC计划)招标,开展机电作动/电静液作动和液压作动系统、军用平台与定向能武器系统的PETIC相关子系统综合概念、先进导体和热科学、锂离子/锂空气电池和燃料电池材料的合成与特性、电力生成/处理和使用技术、综合动力与热管理架构等的研究,将为未来作战飞机使用定向能武器、发展高超声速飞机等提供技术基础。

      陆战平台不断创新防护技术和概念。6月,德国IBD戴森罗斯公司展出“灵巧”模块化车辆防护系统。模块的形状、尺寸以及对抗装置的数量视炮塔、车体等不同位置而定,单个模块被击中后更换方便,能有效抵御串联聚能破甲战斗部,可安装在主战坦克、步兵战车等多种平台上。8月,乌克兰透明装甲公司研制的“陆战平台现代化组件”在T-64主战坦克上完成作战试验。该组件是集“观、瞄、打”功能于一体的装甲透视系统,能大幅提升装甲装备态势感知、火力打击、战场生存力,改变乘员操控与车体装甲防护整体结构设计,有望带来装甲装备新变革。

      多型舰艇新概念设计方案公布。洛克希德马丁公司推出FFG(X)护卫舰设计。1月,在美国水面舰协会研讨会上,洛克希德马丁公司公布了根据美海军FFG(X)招标要求设计的新型导弹护卫舰方案。该护卫舰以“自由”级近海战斗舰为母型改进设计,舰艇配备8枚反舰导弹,安装16个Mk 41垂直发射单元,具有完善的区域防空、反潜和反舰作战能力。俄罗斯克雷洛夫国家研究中心首次展示其轻型航母设计方案。8月,俄罗斯克雷洛夫国家研究中心在“军队-2018”国际军事技术论坛上首次展示了其轻型多用途航母模型。该轻型航母设计用于执行防空、反导等防御任务,以及摧毁空中、水面、水下和岸上目标等攻击任务。航母满载排水量44000吨,最高航速28节,16节航速下续航里程约5000千米,自持力60天,采用燃气轮机动力装置。法国海军集团披露SMX-31型潜艇概念设计。10月,法国海军集团在欧洲海军展上,披露最新型SMX系列潜艇SMX-31型概念设计方案,该艇仍秉承SMX系列潜艇一贯设计思路,广泛应用创新性、前瞻性概念及设计,如全电推进、无指挥台围壳、特种推进器等,该艇设计理念超前,综合作战能力出色。

      美国积极开展激光和高功率微波反无人机技术试验。2018年6月,美国海军和海军陆战队在尤马试验场测试了波音公司最新改进型紧凑激光武器系统。该系统为高能激光武器系统,可用于跟踪和摧毁无人机。紧凑型激光武器系统采用安装在三角架上的IPG公司2千瓦激光器。整套系统(包括指挥控制系统和火控组件)封装在小型集装箱内(体积约为标准集装箱的1/4),激光器位于集装箱顶部。系统可由笔记本电脑和手持式自由移动控制装置进行操作。美国陆军试验用高功率微波武器和激光武器应对多架无人。3月,在美国陆军火力卓越中心的机动火力综合试验中,雷声公司先进高功率微波武器和激光武器成功击落45架无人机。其中,高功率微波武器系统共击落33架无人机;高能激光武器系统识别、跟踪、击落12架I类和II类无人机。

      ▲2018年6月,美国海军和海军陆战队在尤马试验场测试了波音公司最新改进型紧凑激光武器系统

      军事强国继续推进电磁导轨炮研制。3月,美国通用原子公司电磁系统公司宣布,从美国陆军获得一份为期3年合同,评估电磁导轨炮技术并促进其能力成熟。公司将与陆军武器研发与工程中心合作,致力于升级电磁导轨炮技术,交付系统样炮,开展系统集成及任务效果测试,研究电磁导轨炮与陆军现役和未来车辆集成的可能性。俄罗斯成功对其电磁导轨炮进行测试。该电磁导轨炮发射弹丸初速高达3千米/秒。电磁导轨炮发射重15克的塑料圆柱形测试弹丸穿透一个几厘米厚的铝板。日本研制电磁导轨炮。7月,日本国防部采办、技术与后勤局首次在互联网发布一段关于自卫队研究活动的宣传视频,详细介绍了日本小口径电磁导轨炮制造流程及相关支持和测试设备。目前,日本电磁导轨炮相关概念验证系统仍处于样炮研制阶段。日本计划研制的电磁炮将是一种能够执行防空、反舰和地面攻击的武器系统,该武器发射弹丸速度超过7240千米/小时、射程超过200千米、最终射速达到10发/分钟,未来可成为日本陆基“宙斯盾”等导弹防御系统的高效替代方案。

      美国完成千瓦级太空核反应堆电源地面试验。5月,美国国家航空航天局宣布,完成“千瓦电源”空间反应堆电源样机地面热运行试验。“千瓦电源”由特种反应堆中的铀235裂变产生能量,由热管传递到斯特林能量转换装置,转换为电力输出。该装置单堆输出功率1-10千瓦,可模块化组合,满足几十千瓦需求,寿命10年以上。试验历时5个月,最后达到满功率28小时高温运行,向实用化迈出重要一步。该电源可满足深空探测等航天任务更大的能源需求,提高航天器动力、通信、科学探测能力,还可作为月球、火星等的星表电源,为载人基地提供能源。此外,由于其高可靠、长寿命设计方案,在空间站、深海或偏远地区的长期无人值守装备上,也具有显著应用前景。

      俄罗斯新型军用核动力技术发展备受关注。俄总统普京3月发表的国情咨文中,首次公开展示了“海燕”核动力巡航导弹和“波塞冬”核动力无人潜航器等多种新型战略核武器。其中,“海燕”为核动力亚声速巡航导弹,由采用常规火箭发动机的助推级和核涡喷发动机的巡航级组成,巡航阶段由核反应堆直接加热空气介质,产生推动力。“波塞冬”无人潜航器可由攻击型核潜艇、战略导弹核潜艇乃至常规动力潜艇发射,通过小型核反应堆推动螺旋桨航行。该潜航器最大潜深1000米,航程1万千米以上,水下航速超过54节,可搭载千万吨级TNT当量核弹头,具备跨洲际打击敌沿岸目标或航母编队能力。“波塞冬”可能采用液态金属核反应堆,该反应堆具有尺寸小、启动快、全自主控制等特点,体积仅为核潜艇动力系统的1/100。

      美军制得5倍TNT当量的高能炸药。7月,美国陆军研究实验室联合华盛顿州立大学制备出一种新型高能炸药一氧化碳-氮气聚合物晶体,理论密度是TNT的2.4倍,能量是其5倍。高张力键能释放材料是近年来美国重点探索的一类新型高能炸药,是一种或多种小分子气体(氮气、一氧化碳、二氧化碳等)在高温高压条件下制得的聚合物晶体,其能量一般为TNT数倍以上。德国、美国先后在实验室条件下制得了聚合氮,但制备条件苛刻,要在不低于110吉帕和不低于1727℃条件下才能制备出来。为解决这一问题,美国陆军研究实验室在纯度为99.9%的氮气中加入一定量的一氧化碳,将混合气体在1427℃、45吉帕下通过激光加热制备而成,其制备压力和温度远低于聚合氮等材料的制备条件(110吉帕、1727℃)。该制备条件明显改善,压力仅约为聚合氮制备压力的1/3,制备温度降低约300℃。高张力键能释放材料是当前超高能含能材料领域的研究热点。一氧化碳-氮气共聚物晶体的成功制备,标志着高张力键能释放材料的探索取得重大进展。

      超细聚乙烯纤维综合性能实现重大突破。1月,在美国陆军资助下,麻省理工学院利用凝胶静电纺丝工艺制备出超细聚乙烯纤维。这种聚乙烯纤维直径为0.35~0.49微米,拉伸模量达110~120吉帕,拉伸强度达6.3吉帕,韧性达2.1吉帕,断裂伸长率为20%~40%,是迄今为止综合力学性能最好的聚合物纤维。这种聚乙烯纤维的高性能得益于其特有的凝胶静电纺丝工艺,该工艺在传统凝胶纺丝工艺基础上融合静电纺丝过程,利用静电力拉丝,使胶丝在电场作用下表现出大幅度“鞭动”效应,迅速弯曲并形成纤维。凝胶静电纺丝工艺的拉伸速率比传统凝胶纺丝工艺高约1000倍,可制得直径为亚微米甚至纳米级的纤维;依靠静电力实现一步拉伸,省去传统凝胶纺丝的预拉伸步骤,简化了工艺流程。利用凝胶静电纺丝工艺制备的聚乙烯纤维结晶度高,分子取向度好、缺陷少,分子链滑移能力强,具有其他聚合物纤维难以兼具的高强度、高韧性、高模量,可用于制备质量更轻、性能更好的抗弹复合材料,满足武器装备轻量化和高生存力的发展需求。

      美国利用黑硅开发出高性能红外隐身材料。6月,美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员利用黑硅开发出新型红外隐身材料。黑硅是太阳能电池中广泛使用的一种材料,其上紧密分布数百万根垂直的纳米线,入射光会在纳米线之间来回反射并被逐渐吸收,使新型红外隐身材料具备卓越的隐身性能。材料中的纳米线是利用细小的银颗粒辅助蚀刻固体硅柔性衬底形成,较长的纳米线和银颗粒都能吸收红外光,使隐身材料具有强吸收能力,厚度不足1毫米的薄片隐身材料就能吸收约94%红外光。此外,材料的柔性衬底还布满微小空气通道,可防止材料因吸收红外光而过快升温。与其他热屏蔽技术相比,新开发的红外隐身材料具有红外吸收性能高、质量轻、成本低和易于使用等优势,能够使军事人员和装备更好地躲避探测,实现完美隐身。未来,研究人员计划将电子加热元件嵌入红外隐身片材中,设计出能够伪造信号来欺骗红外摄像机的高技术产品,大幅提高坦克装甲车辆的红外隐身性能。

      ▲黑硅开发出新型红外隐身材料使军事人员和装备更好地躲避探测,实现完美隐身

      原子级制造首次实现自动化。3月,加拿大阿尔伯塔大学在《美国化学学会纳米》杂志发表论文称,在原子级电路制造过程中,通过自动检测和修复扫描探针显微镜的探针针尖,在全球首次实现原子级制造的自动化。研究人员利用基于卷积神经网络的机器学习技术,分析已知原子缺陷的图像,确定扫描探针显微镜的探针针尖钝化问题,并自动进行原位锐化调节,解决了此前手动调节耗时极长问题。原子级制造通过排列组装微观原子,制造能够保持原子级物理特性的功能材料、电子器件等。通过扫描探针显微镜的探针针尖操作单个原子是实现原子级制造的主要途径之一。快速、精确和自动化保证探针针尖质量,为原子级制造实现规模化应用,生产能耗降低上千倍、处理速度提高上百倍的新型电子设备奠定基础。

      增材制造技术在高超声速飞行器上取得突破。3月29日,美国轨道ATK公司成功对一型主要由增材制造技术制造的高超声速战斗部进行爆破试验。这是该公司首次针对由增材制造技术制造的战斗部进行试验,战斗部总质量22.7千克,包含5个主要部件,其中有3个采用增材制造技术。试验结果表明,战斗部能够耐受高速、高温环境。采用增材制造技术使得战斗部从概念设计加工制造试验验证的全部流程在60天内完成,相比传统工艺,研制时间至少缩短了一个半月。高超声速飞行器工作环境恶劣、热环境与力学环境要求严苛,材料与结构是研制高超声速武器需要攻克的关键技术之一。该型战斗部是目前已知的首个以增材制造为主要制造方式的高超声速分系统级产品,其成功制造与试验是增材制造技术在高超声速飞行器应用上的重要突破。

      美国研制出待机功耗趋零的声传感器。3月,在DARPA“趋零功耗射频与传感器”(N-ZERO)项目支持下,美国德雷帕实验室研制出待机功率低于1纳瓦、感知到特定声信号时才启动的传感器。这是该项目继射频、红外、化学、压力、温度等趋零功耗传感器取得突破后,在声传感器方面取得的重要成果。趋零功耗声传感器的核心部件是MEMS声音唤醒开关,它采用旋转板和空腔设计,对应不同频率的输入声波产生不同的扭矩,控制接触臂的位置。当声波频率与预设频率相同时,MEMS接触臂使电池和触发电容连接,启动后续模块,开关开启,对信号感知分析,并转换为电信号传递出去;特定信号消失后,传感器恢复待机状态。待机功耗趋零的传感器电能需求低、使用寿命长,在多个领域具有广泛应用前景,特别是为构建无人值守态势感知网络奠定了基础。

      三维微型数字射频存储器赋予精确制导武器电子攻击能力。3月,美国水星系统公司开发出三维微型数字射频存储器。该微型数字射频存储器采用三维垂直堆叠架构,由数字电路模块、模拟电路模块、电源管理模块、功能拓展模块四部分组成。具有3个特点:一是体积小。尺寸约为传统数字射频存储器的1/4,满足在小型精确制导武器中集成应用的要求。二是功能可扩展。可在垂直堆叠架构中按需添加新电路板,实现性能提升或功能扩展,以应对未来新的技术威胁。三是模块化设计。便于实现器件整体性能优化和制造过程中异常问题检测。三维微型数字射频存储器可使精确制导武器具备电子干扰能力,实现突防时对防空反导系统的电子干扰压制,显著提升武器突防和生存能力,未来还有望应用于小型无人机等平台,极大提高平台干扰能力,拓展雷达干扰的应用范围,催生新的作战样式。

      当前,以人工智能技术、网络信息技术、生物交叉技术、新材料技术等为代表的高新技术群迅猛发展,波及全球、涉及所有军事领域。以美国为代表的西方军事强国着眼争夺未来战场的战略主动权,积极推进高投入、高风险、高回报的前沿科技创新,大力发展能够大幅提升军事能力优势的颠覆性技术。技术决定战术,前沿技术发展及军事应用将对未来战争形态产生深刻影响。未来战争可能在陆、海、空、天、网络电磁空间和认知领域同时打响,出现人机协同战、无人蜂群战、电磁博弈战、跨域融合战、智能算法战、脑控意识战等新的战争样式,掌握先进前沿技术的一方,必将在未来战争中牢牢占据主动地位。

      随着“一带一路”战略的推进,以人工智能为代表的非洲科技公司在未来如何参与

      合力亿捷携手百度智能云、HKT专业客服三方在上海联合举办了以"开放共赢,携手共建智能客服生态"为主题