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【精华推荐】2019年世界国防科技发展综述

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军事力量深层次的较量在很大程度上是国防科技的博弈,世界主要军事强国一直将尖端国防科技布局和发展视为大国博弈的战略重点和提升作战能力的重要途径。近年来,主要军事强国通过战略布局引领发展,突出重点强化投资,提升效率创新管理,战技结合形成能力等有效举措,不断推动国防科技前沿技术探索和创新发展,为增强军事能力优势和竞争优势提供了重要支撑。2019年世界国防科技发展呈现以下动向。

1、精心谋篇布局,强化战略指导

当前,人工智能、大数据、云计算、5G等新兴信息技术迅速发展并不断融合,对作战能力提升和作战样式产生深远影响,推动军事转型加速发展,各军事强国都充分认识到科技对未来的引领和制胜作用,纷纷出台相关发展战略和规划,积极布局关键技术、前沿技术发展,谋求新的非对称技术优势。

美国国防部2018年最新版《国防战略》明确提出发展高超声速、定向能、人工智能、先进计算、自主系统、机器人、生物交叉、量子信息等新兴技术,重塑美国不对称技术优势,打造颠覆攻防平衡的新一代作战能力。在《国防战略》指导下,美各军种纷纷出台各领域的发展规划或技术路线图,引领本军种技术发展。美空军4月发布《空军科技战略》,阐述了大国竞争背景下,美空军的科技发展愿景及目标,提出通过科技创新发展,引领战略性能力转型,通过改革科技体系,快速引入商业技术,进而获得技术和作战优势。美陆军未来司令部下属陆军应用实验室5月发布“颠覆性应用”项目公告,明确未来五年重点关注自主平台、人工智能与机器学习、数据可视化和合成环境、可靠定位导航授时、电源及其管理技术、传感、通信和网络、计算、太空、物联网、量子技术、隐身、防护、人效技术和基础方法等15个研究领域。这些研究领域突出体现了美陆军以多域作战为目标,以远程精确火力、下一代战车、未来垂直起降飞行器、机动指挥通信网络、一体化防空反导和士兵杀伤力六大现代化为重点,以信息化、网络化、智能化、无人化为发展方向的基本思路。美海军海上系统司令部6月发布2019《海军动力与能源系统技术发展路线图》,提出满足海军未来武器和传感器系统动力需求的发展策略,要求将动力和能源系统开发与海军日益增长的动力需求相结合,加强动力和能源作为杀伤链基础,增强海军海上竞争优势。  

俄罗斯“时代”军事创新科技园委员会8月通过《“时代”军事创新科技园科技发展战略》。该战略对科技园未来五年科技发展做出规划,并新增6个科研优先方向,包括小型航天器、新物理原理武器、地理信息平台、水文气象和地球物理保障、人工智能开发技术以及海洋技术。普京10月批准《俄罗斯2030年前国家人工智能发展战略》,提出了俄发展人工智能的基本原则、总体目标、主要任务、工作重点及实施机制,旨在加快推进俄人工智能发展与应用,谋求在人工智能领域的世界领先地位,以确保国家安全。

英国国防部国防科技局9月发布《国防科技框架》,确定了对国防现代化至关重要的七大技术群及其最有潜力带来能力变革的九大应用领域,以有力支撑国防部提出的“科技引领现代化”战略。该战略旨在确保国防部范围内的战略、投资和计划都能基于国防部在技术开发、应用等方面达成的战略共识,以推动生成更快、更强的军事能力。从技术群看,除材料和能源以外的五大技术群:人工智能、机器学习和数据科学,自主系统与机器人,传感器,先进电子与计算和效应器技术等都属于信息化、智能化技术,表明信息化、智能化技术正成为英国国防科技发展的重点。从应用领域看,英国一方面注重建设太空、网络和电子战、下一代武器、人效增强等新质作战力量,另一方面寻求通过平台优化以及现代化的情报监视侦察、通信、指挥控制、后勤保障等,提升现有作战力量。 

法国国防部11月发布首版《国防创新指南》。该文件旨在全面变革法国的国防创新政策和生态系统,将创新思想深度融入国防领域,形成适合法国的创新范式。《国防创新指南》从多个角度提出未来创新发展方向。一是明确陆海空、航天、指控、网络等所有潜在作战空间的能力发展方向和技术发展方向。二是指出需重点发展的前沿颠覆性技术,包括人工智能、量子技术、高超声速、定向能等。三是从人力支持、后勤保障、战略把握、组织与管理等角度明确改善优化创新环境的下一步发展方向。

日本防卫省8月发布《致力于实现多域联合防卫力量的技术研发愿景》,按照2018年版《防卫计划大纲》提出的构建“多域联合防卫力量”要求,首次对日本在电磁、太空及广域持续预警监视、网络防御等新兴领域,以及水下作战、防区外打击能力等传统作战领域的中长期技术发展进行系统规划。11月,日本防卫省采办、技术与后勤局局长阐述6大技术研发领域,认为日本军事研发必须从以“平台为中心”转向以“能力为导向”,重新考虑研发优先事项,重点发展网络、水下技术、电磁频谱、高超声速、持久的广域情报监视与侦察以及通信等先进技术,以形成多域防卫能力应对中国挑战。

2、推进管理改革,提升创新能力

灵活高效的管理体制和运行机制,是推动国防科技创新发展、高效发展、快速转化成战斗力的必要举措。近年来,各主要国家通过调整改革国防科技管理体制,创新国防科技管理策略和方法,推动国防科技成果快速转化应用等举措,不断提升国防科技创新能力。

一是加强顶层筹划与管理。美国防部研究与工程副部长办公室11月新设负责现代化的局长,主要职责是统筹高超声速、人工智能/机器学习、太空、5G、生物技术、自主性、网络、定向能、网络化指挥控制通信、微电子、量子科学等11大重点技术规划和推进。美国防部为应对与中国在5G主导权上的竞争,专门成立5G技术专项办公室,旨在通过商业企业获取5G技术,从而使美军方紧跟快速发展的通信行业。美国防部负责研究与工程的副部长迈克尔·格里芬表示,5G将取代高超声速,成为美国防部最高优先级任务,美国防部将统筹5G技术开发和利用,并将在2021财年预算中对5G技术进行重大投资,以加快5G技术的开发、试验和原型化。美空军在总部设立首席技术官,加强顶层筹划。美空军科技发展目前主要由空军研究实验室负责,但其隶属于空军装备司令部,层级较低,难以影响空军顶层决策,往往聚焦近期作战需求,在空军总部设置首席技术官,可从顶层规划协调科技发展,增强科技部门话语权,提高科技对美空军的影响力。俄罗斯国防部通过制定相关发展战略、新组建科研创新机构、加强军地协作、开展创新活动等措施,恢复并加强军事科研能力,特别是先后组建高级研究基金会和“时代”军事创新科技园两个国防科技创新机构,推动俄罗斯国防科技创新。其中前者主要开展远期概念和技术探索,后者是集基础研究、实验和生产在内的综合体,拥有独立、完整的实验室和工程中心,项目组成员可以在这里完成从概念探索到模型制造的全部研究工作,提高研究和成果转化效率。英国国防部专门成立了“国防创新基金”,计划未来10年投资8亿英镑,用于发展具有前瞻性、创新性的作战应用技术。

二是简化程序,提升管理效率和采办研发速度。美空军专门成立“快速保障办公室”,主要职能是“利用成熟技术、新型技术、新兴技术,快速形成航空维修保障能力,减少维护成本,提高战备水平”。该办公室成立后立即通过快速采办,在C-5超级运输机上安装了17个采用商业成熟技术的聚合材料和金属增材制造零件,这些零件经过验证测试,达到性能需求。空军研究实验室改进业务流程,加速创新能力。其主要原则是改进和减少流程中的浪费,重点关注降低质量和效率的因素,识别和克服流程中的限制因素,并重新设计流程,以加快空军获取所需知识和技术的速度。8月,美陆军小企业技术转移(STTR)项目办公室发布公告,宣布启用名为“专题”的新流程推进STTR项目研发,加速向作战人员交付相关技术。“专题”流程将分三个阶段实施:第一阶段,根据参与者提交的建议书,美陆军最多可授出3份合同,确定技术可行性,单份合同金额不超过16.65万美元,时间不超过3个月;第二阶段,美陆军将授出1份合同,开发样机,金额不超过110万美元,时间为6~18个月;第三阶段,美陆军可酌情授出第三阶段合同,推进主题技术的作战运用。“专题”流程旨在缩短全寿命周期流程,与标准STTR流程相比,其建议书更短、建议书评审及承包商选择流程更简化、合同授予更迅速,且资金支付更快。7月,DARPA启动“微系统探索计划”,采取短期投资形式和精简化提议、合同签订及资助流程,提供一种评价创新概念的低成本方案,无需使用更重要的资源,就可判断概念是否可以演变成一个完整的研究项目。这种小规模、有针对性的研究投资策略将有助于迅速把握新机遇,实现研究理念的创新。

三是加强与商业和学术界的研发合作。陆军未来司令部通过成立陆军应用实验室及大学技术开发部等,积极寻求、扩大与小企业和学术界之间的联系与合作。陆军未来司令部通过“开放校园2.0”“陆军战略资本”“陆军能力加速器”“光环制造加速器”等合作计划开展与小企业之间的合作研发活动。英国防部国防创新局发布《国防创新优先事项》,特别强调“加快利用商业机会”,加强与民用部门合作,利用其在技术、文化等方面的快速变革,应对国防部最紧迫的挑战。法国国防部《国防创新指南》指出,法国将通过积极参与国家创新生态系统、加大对学术研究的支持等举措,加强与其他国有、公共和私有组织合作,促进国际合作尤其是欧盟内部的合作,增强创新能力。

四是培育创新文化和平台,吸引新思想挖掘新技术。近年来,随着民用和商用技术的飞速发展,以DARPA、各军种实验室等为代表的内部创新模式面临挑战,美国防部开始调整思路,关注外部创新成果的挖掘和利用。4月,美陆军举办了主题为“颠覆性技术与未来作战环境”的“疯狂科学家”会议,广泛邀请军界、学术界、商业界、产业界和法律界专业人士参加,探讨了在未来多域作战环境下,人工智能、机器人、无人系统等颠覆性技术的军事应用及其伦理、道德和法律问题,吸引新思想,启发创新思路,并在吸纳各界专家意见的基础上发布《颠覆性技术与未来作战环境》报告。9月,美陆军快速能力与关键技术办公室举办创新日活动,旨在快速跟踪并获取有应用前景的新技术。8月,美空军研究实验室与ABQid公司联合筹办第二届“超太空挑战赛”,该系列挑战赛突破了僵化的传统采办制度,通过灵活、高效的非传统方式,加强与科技创业公司的交流与合作,促进了创新的快速引入,快速地为作战应用服务。法国《国防创新指南》提出实施鼓励创新的组织管理政策,推动构建具有灵活性的创新文化。

3月,DARPA“聚网”社交网络平台正式公开运行。作为全球性的研发交流平台,“聚网”将极大促进跨学科交流协作,加速研发进程,同时也将为普通民众参与DARPA研发创新活动提供新路径。“聚网”的开放和不断完善,将吸引越来越多具有广泛专业背景的研究人员甚至普通用户积极加入,通过科学领域合作和迸发创意设想,为DARPA的研发创新活动献策献力,实现集思广益和“社会智慧”的充分发挥。

3、增加科研投入,保持技术优势

保持一个稳定的技术基础投资,是美国《国防科技战略》明确提出的要求。特朗普政府一改奥巴马政府军事收缩政策,连续三年大幅上调军费预算,国防科研经费也同步增长。

继2018财年军费预算大幅上涨7%达到6860亿美元后,美国2019财年军费提升至7180亿美元,创历史新高,同比增长11.2%,创下9年来最大增幅。2020财年军费预算总额为7380亿美元,同比增长10.5%,其中国防部研究、发展、试验与鉴定(RDT&E)预算有史以来最高,达到1050亿美元,较2019财年增长9%。根据美国防部《2019财年年度财务报告》和2020财年的投向看,科研经费的重点是推动落实《国防战略》确定的现代化优先事项,包括高超声速、太空领域、定向能、人工智能与机器学习、自主与无人系统、网络安全、微电子、量子信息等可能对未来战争带来重大变革的基础和应用技术。

DARPA公布的2020财年预算,其研发经费稳步增长,总计35.56亿美元,比2019财年(34.27亿美元)增长3.77%,比2018财年(30.88亿美元)增长15%。预算主要分为四个部分:①基础研究,约4.86亿美元,包含国防研究科学、军事医学基础科学,占总体预算的13.7%,比上一财年增长3.7%。②应用研究,约14.69亿美元,包含生物医学技术、信息与通信技术、生物战防御、战术技术、材料与生物技术、电子技术等,占总体预算的41.3%,比上一财年增长4.3%。③先期技术开发,约15.19亿美元,包含先进航空航天系统、太空项目和技术、先进电子技术、指控与通信系统、网络中心战技术、传感器技术等,占总体预算的42%,比上一财年增长3.3%。④管理支持,约8171万美元,包含任务支持、小企业创新研究等,其占比和增幅最少。

横向比较可见,先期技术开发依然占据预算的大头,表明DARPA始终围绕“防止并创造技术突袭”这一核心使命,聚力开发具有革命性、探索性、前瞻性的高回报军事技术。纵向分析可见,与上一财年相比,上述四个部分预算均有不同程度增长,其中应用研究涨幅最大。从项目具体预算来看,人工智能、机器学习、多域作战相关技术、生物技术、无人机蜂群和人机协作等仍是DARPA的关注重点,其中人工智能和机器学习项目的投资涨幅最为突出,总额达4.09亿美元。

俄罗斯总统普京2018年签署总额约3150亿美元的《2018-2027年俄罗斯国家武器计划》,除重点发展战略核力量、空天防御体系外,还聚焦于机器人技术、智能系统、侦察打击无人机等技术。

日本防卫省8月发布《2020财年防卫预算申请》,申请总额为5.3万亿日元(约合500亿美元),比2019财年预算增长648亿日元(约合6.1亿美元),涨幅1.2%。从防卫预算申请总体情况来看,日本特别注重对新兴领域的发展,投资未来作战运用的技术领域,特别是提升太空、网络、电磁领域作战能力,继续完善导弹防御体系,提升海空领域能力、防区外打击能力、综合防空反导能力、机动部署能力和跨域协同作战能力,巩固并强化技术基础。

4、创新作战概念,牵引技术应用

在人工智能、大数据、云计算等技术的快速发展和支撑下,未来战场将加速向智能化、无人化战场过渡,战争将呈现无人、无边、无形的对抗形态,陆海空天网电认知等跨域协同作战将成为未来战争的主要作战样式,牵引装备技术发展和运用转化。

一是持续推陈出新作战概念牵引装备技术发展。长期以来,美军高度重视作战概念的设计,近年来,先后提出了空海一体战、多域作战、蜂群作战、分布式作战、算法战和马赛克战等作战概念,不仅指导美军兵力结构设计,完善作战指挥体系,加快装备快速采办,更是提出作战能力需求,牵引装备技术创新发展。4月,DARPA发布“马赛克战”招标公告,寻求支持马赛克战的创新性理念和突破性技术,以构建快速、可扩展、自适应联合多域杀伤力的新作战模式,在传统作战单元的基础上,依托先进网络能力、人工智能处理、计算和联网、分布式指挥控制等技术,融合大量低成本、单功能的武器系统和无人系统,形成海、陆、空、天、网跨域协同的分布式、开放式、可动态协作和动态重组的作战体系,实现从“杀伤链”向“杀伤网”的转变。

美海军在“分布式作战”概念指导下,正积极探索海战场网络技术、大数据技术、无人技术和智能技术的应用,打造先进海战武器系统和分布式舰队,构建跨域、跨军种、分布式、网络化“云杀伤”协同能力。2月,美海军发布文件描绘海军未来网络战愿景,明确了未来网络战的重要性,要求利用网络空间作战、信号情报和电子战领域的应用,为所有作战域提供竞争优势。

近年来,随着无人机蜂群作战概念和技术的不断成熟,小型无人机简单集群作战已成为现实威胁,特别是2019年9月沙特阿拉伯的两处油田遭到无人机蜂群及巡航导弹攻击,给世界各国带来巨大冲击。各主要国家都在进行反无人机蜂群技术及对策研究。美国防部组建反无人机小组,负责领导协同国防部范围内的反无人机活动,包括:制定反无人机技术路线图,开发车载近程防空拦截系统,改进采办工作,加快新系统的交付速度,研究不同的作战场景,举办反无人机演习,测试如何使用反无人机技术等。日本开发出大功率激光系统和高能微波辐射技术,对敌方无人机蜂群的通信、电子系统进行干扰和破坏。

当前,美军在太空、空中、地面、水面、水下、网电等作战域拥有众多杀伤链,其典型流程为:传感器将获取的目标数据发送至平台,平台根据这些数据发射武器对目标进行杀伤。这些杀伤链通常是线性的,并只在单个作战域发挥作用。而美军新的“多域战”“分布式作战”“蜂群作战”“马赛克战”等作战概念均强调,在多域战场空间分散部署“小、散、快、融”互联互通互操作的兵力和装备,并将这些杀伤链交叉重构,形成覆盖陆海空天网电各作战域的“杀伤网”,从多个方向、多条战线、多个领域使任意武器平台可获取任意传感器信息,实现跨域感知和跨域打击,令对手疲于应付、无法兼顾。 

二是加快成熟新技术的军事应用和向作战能力的转化。美空军4月发布的《空军科技战略》高度重视打通先进科技向作战概念、装备研制和作战能力转化的路径。新设立的转型投资组合不再基于技术类别,而是以五大战略性能力为牵引规划所需关键技术,使技术发展直接对接能力需求,为转化奠定基础。9月,美空军研究实验室启动太赫兹通信技术作战应用研究。旨在构思、开发并演示创新性太赫兹射频技术以及相关网络策略,最终目标是向美空军指挥、控制、情报监视与侦察机构提供互操作、模块化、可持续的网络联接架构,满足联合部队、联盟、机构之间的战术信息交换要求,实现态势感知共享和可靠指控传达。美陆军人工智能任务组负责人表示,陆军已经开发出可发现侦察照片中隐藏目标的人工智能技术,并将在2020年欧洲举行的“防卫者20”军事演习中测试。陆军研究实验室推动合成生物学的军事应用,旨在利用微生物的DNA设计军事解决方案,主要包括精密材料合成、应急敏捷制造、生物材料利用、士兵效能提升和自主感知应用等。美海军研究实验室研发出新型飞机涂层,并应用于海军和海军陆战队飞机表面。该新型涂层具备与传统涂层相似的实验室性能,不会产生有害物质、更为安全环保,且制备时间更短,易于使用。

5、强化技术应用,形成新型威慑

近年来,面对战略环境和作战对手的调整,以美为代表的西方军事强国一方面积极探索以人工智能和网电信息技术为核心的前沿科技,寻求军事应用和大幅提升作战能力的技术途径;另一方面,积极发展以高超声速、定向能等新质作战概念武器,以求形成战略和实战相结合的双重威慑。

一是积极寻求以人工智能和先进网络信息技术为重点的前沿技术军事应用。人工智能技术是当前军事强国发展的重中之重。美国通过发布《国防部人工智能战略》,成立各类人工智能管理和研发机构,强化人工智能技术投资,举办各类人工智能挑战赛,开展智能感知、智能情报分析、智能辅助决策、智能指挥控制、智能作战协同、智能模拟训练和后勤保障等方面的军事应用探索和验证,从而使智能化要素渗透于战争与作战的全过程。基于人工智能的目标识别可大幅增强对复杂作战环境的态势感知能力,是美军推进人工智能作战应用的一个重点方向。此前,美军通过“专家工程”项目开发的智能算法,在中东对“扫描鹰”无人机所拍视频图像开展识别,试验一周后对人员、车辆、建筑等物体的识别准确率便提升到80%。8月,美空军启动融合了先进人工智能技术的“ZAC图像识别平台”,开发无人机航空图像/物体识别技术。一旦实现作战应用,有望大幅增强无人机的目标搜索和识别能力,缩短战场实时情报处理和分析时间,提高情报的准确性。美国防部9月启动“用于机动与火力的人工智能”项目,重点开展以下领域研究:作战-情报融合、联合全域指挥与控制、从发射到感知的响应时间、自主及蜂群系统等,目的是推进人工智能在战场的快速应用。

5G、量子、云计算等网络信息技术迅猛发展并呈现出越来越显著的军事应用效果。2019年,世界范围内网络攻击事件接连发生,物联网、电网基础设施、武器系统等已成为网络空间作战的重要目标,以美国为代表的网络强国正在整合多方力量,不断提升网络空间作战能力,如美军“统一平台”“持续网络训练环境”等先进技术手段已逐步投入实战化应用。美军成功试验了应用于“联合全域指挥控制”的分布式作战管理技术、应用于强对抗环境无人集群作战的自主协同技术、应用于天-地卫星链路的昼间自由空间量子通信技术,开启了5G通信技术、量子信息技术的军事应用探索,在认知电子战、电磁虚拟技术以及网络空间指挥控制、态势感知和防御方面取得多项进展。5G通信军事应用加速推进。5G作为新一代移动通信技术,在军事领域具有广阔的应用前景,能够极大提升侦察监视和通信能力、优化指挥链路、加快作战节奏、促进智能发展,对战争形态演变产生深刻影响,被誉为“新型军事能力的基础性技术”。

2019年,美国防部先后发布《5G生态系统:国防部面临的风险与机遇》《5G网络技术军事应用》等报告,设立5G专项推进机构、组织制定国防部5G战略等,指导和促进5G军事应用。6月,美国国会通过《2020财年国防授权法》草案,批准国防部在内利斯空军基地建立“5G测试网络和相关基础设施”,将该基地建成美军5G技术的重要试验场;该法案明确为美国空军“先进作战管理系统”项目额外增加专项经费,用于5G网络建设,建成后可将各传感器节点的信息融合为统一的战场图像;该法案批准国防部新设立“下一代信息通信技术”项目,计划斥资1.75亿美元,加速推进5G军事应用研究。重点探索利用民用5G电信设施实现高机动、远距离战术无线通信,弥补卫星通信时延较长、速率较低的不足;利用5G网络去中心化等优势,将5G通信设备嵌入情报监视侦察系统,灵活部署战场传感器网络,增强战场态势感知能力;利用5G高移动性、低时延优势实现无人系统之间可靠无缝组网;以及利用5G通信提高物联网、虚拟/增强现实等技术的军事应用水平,推动国防制造智能化,提升战场后勤保障能力。量子信息技术有望在信息安全、信道容量、运算速度等方面突破传统信息系统的极限。特别是量子保密通信技术将构建当前技术条件下不可窃听、不可破译、崭新的安全通信体系,甚至实现通信的绝对安全,量子计算技术在特殊应用领域具有极大优势,一旦突破,许多目前受制于计算机性能而无法解决的难题都会迎刃而解,具有颠覆性意义。美国是最先将量子技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家,以量子计算为突破口开展技术攻关。10月,谷歌正式宣布研制出世界首台53量子位的量子计算机,可在3分20秒内完成目前世界最快超级计算机“顶点”需要1万年才能完成的计算任务,大幅提升计算效率。随着量子计算技术的突破及其进一步发展,特别是量子计算与智能化的结合,数据处理能力将会得到大幅提升。目前,DARPA已通过人工智能技术大幅提升量子计算的稳定性,开始探索人工智能算法在量子计算机上运行的可行性。谷歌、亚马逊等公司正在承建的美军“军事云2.0”,将成为支撑美军未来“多域战”“算法战”的云端大脑,通过联合信息环境构建美军未来智能化作战的数字战场。

二是大力推进新型战略威慑装备技术群发展,加速向工程演示验证阶段转化。近年来,以高超声速武器和定向能武器为代表新型战略威慑武器技术正在成为大国新的战略博弈点。根据2019年3月公布的2020财年预算申请,美军2020财年高超声速预算申请总额高达26亿美元(2015-2019财年申请分别是5.004亿、4.788亿、7.188亿和11.808亿),并计划未来5年在高超声速领域投入112亿美元。美国防部研究与工程副部长办公室先期能力局负责高超声速的助理局长麦克·怀特表示,未来4年计划安排40次飞行试验,并基于相关试验数据制定一份全面的高超声速导弹发展路线图,在此基础上,拟定一份基于能力的科技投资战略和高超声速工业基础战略,以确定技术和工业基础需求及未来投资蓝图。5月,美陆军公布高超声速武器系统研发计划,计划在2020财年进行首次联合飞行试验,2021财年底,交付部队进行相关训练,2022财年,从发射车试射高超声速武器,2023财年,系统正式部署。6月,美空军成功进行AGM-183A“空射快速响应武器”(ARRW)的首次飞行试验。美国在解除《中导条约》束缚后,密集公开各军种的高超声速项目,充分体现了各军种多型号从技术验证向工程演示验证全面提速的发展态势。

由于激光武器具有响应快速、攻击灵活、毁伤精确、抗电磁干扰、效费比高、无弹药挂载量限制等优点,受到了世界各国的高度重视。当前,美国在激光武器领域的发展处于世界领先,通过海、陆、空平台研究验证,推动激光武器发展成熟。2019年4月,美空军研究实验室在新墨西哥州白沙导弹靶场利用“自卫高能激光演示样机”(SHiELD)击落多枚导弹,验证了该机载激光武器系统的作战能力;5月,美海军表示将于2021年在“阿利·伯克”级驱逐舰“普雷贝尔”号安装“高能激光及集成光学炫目监视系统”(HELIOS),以替代现有的“拉姆”舰载防空系统。美国防部在2020财年国防预算中安排1500万美元,研究在卫星上安装激光器,用于摧毁刚刚飞离发射器的导弹。同时,为将激光武器用于空军基地防御,美空军正在研究反巡航导弹的激光武器系统,并计划2020财年中期或年底前进行反巡航导弹能力演示。美国激光武器系统的不断发展成熟,表明其关键技术已经取得重大突破,正逐步迈向实战化并不断拓展应用范围。

英国7月宣布,英国计划研发可装备现役战机的高超声速武器,同时还将研发用于现役或未来机型的高超声速推进系统。英国新成立的快速能力办公室已着手在4年内为英国皇家空军研发5马赫空对空武器,装备第四代、第五代及未来的第六代战斗机。11月,英国喷气发动机公司成功进行“佩刀”火箭发动机预冷器在5马赫空速条件下工作的试验,实现了发动机研制的重要里程碑。

法国国防部长弗洛朗斯·帕利1月宣布,法国已启动代号为“实验性机动飞行器”(V-max)的高超声速滑翔飞行器技术验证机研究项目。该项目是法国首个公开的高超声速助推滑翔项目,旨在评估滑翔飞行器概念的潜在优势和局限,研究高超声速机动、耐受极高温度、结构材料等关键技术,并分析滑翔飞行器可携带的战斗部质量,标志着法国正式加入高超声速武器研发行列。

印度6月首次发射自主研发的超燃冲压发动机“高超声速技术验证器”(HSTDV),尽管试验失败,但也表明印度积极探索和发展高超声速武器,试图挤进其宣称的世界“高超声速俱乐部”的决心。

日本防卫省11月公布高超声速武器发展计划,拟在2030年部署超燃冲压发动机高超声速导弹,并在大约5年后部署改进型高超声速巡航导弹,助推滑翔型高超声速导弹将于2030年代中期左右部署,此举将使日本加入美俄等国之间的高超声速军备竞赛。

三是加快探索以“系统簇”为核心理念的下一代武器装备体系。近年来,美军装备技术发展思路不再纯粹是追求功能更加强大、系统更加复杂的巨系统,转而向打造一种功能分散、组合灵活、简单实现的系统簇。10月,美空军采办执行官威尔·罗珀表示,美空军下一代战机计划将采取更为快速的创新方法,与多家公司合作,运用数字工程技术方法研制小批量战机,在5年甚至更短时间内就能设计、开发和生产出采用最新技术的新型战机,最终形成一系列不同用途的网络化战机。目前,美空军利用原型方法,需要15~20年才能部署先进战机;而采用“数字工程技术”方法,美空军不只是获得一种战机,而是一系列网络化战机,可针对特定需求在单一机体上采用最优技术。另一方面还能提升美军的不对称空中优势。采用“数字百年系列”方法,美空军无需再耗精力去琢磨未来25年的未知威胁,每隔四五年就会迅速推出采用新技术的飞机。这种策略将给中俄等势均力敌的竞争对手带来不确定性,给其造成难以应对的威胁。此举将颠覆美军以往依赖单一平台进行机型更换的思路,转而通过一个跨空、天、网,聚合多种能力的“系统簇”来维持空中优势,有望开启美军战机研发的体系化、数字化、网络化、智能化时代,将对美军战机的发展产生重要影响。

注重基础科技,夯实发展基石

长期以来,军事强国保持国防科技领先优势和创新优势的源泉就是高度重视基础学科和科技的建设和发展,持续加大投入,为武器装备的可持续发展和国防科技的不断创新奠定坚实基础。

一是高度重视基础学科领域的资源整合和投资。基础不牢,地动山摇。美国防部定期发布“国防企业科学计划”跨部门公告,寻求加强高校与工业界的合作,为高优先级基础研究项目提供支持,以应对国防和国家安全挑战。DARPA公布的2020财年预算中基础研究约4.86亿美元,占其总预算的比例从10年前的6.2%增长到14%左右。美空军4月向学术界和工业界征求工程、信息、物理和生物学等基础科学领域40个具体方向的研究提案,拟投入1亿美元资金推动创新。其中信息科学领域关注方向包括:计算认知和机器智能;计算数学;动力学和控制;动态数据信息处理;信息保障和网络安全;优化和离散数学;复杂网络;认知和计算神经科学等。工程领域包括:动态材料;适用于千兆赫兹和太赫兹的材料和器件:能源、燃烧和非平衡态热力学;非定常空气动力学和湍流;高速空气动力学;低密度材料;多尺度结构力学和预测;航天推进和动力;敏捷试验与鉴定等。

二是推动国防先进制造技术发展与应用。2019年美国、英国和俄罗斯采取各种有利举措积极布局先进制造技术创新发展,推动先进制造技术军事应用。美国国防部通过筹建合成生物学制造创新机构、继续投资协议期内的制造创新机构、与合作协议期满的制造创新机构新签与续签协议,谋划、引领和推动生物制造、增材制造、先进制造机器人、数字制造、轻质金属制造等技术的快速发展及其国防和商业制造应用。9月,美陆军部长签署《通过先进制造确保战备和现代化》指令,制定统一战略以确保美国陆军能充分利用先进制造潜力。在数字孪生制造技术方面,4月,美海上系统司令部开始构建船厂“数字孪生”模型,开展基于模型的概念和系统工程、工业设计与仿真、生产计划和制造执行,以实现海军装备发展数字化转型。10月,信息战系统司令部搭建首个复杂系统数字孪生模型,用于在虚拟环境中测试和评估系统性能,为系统在“林肯”号航母上安装奠定基础。在增材制造技术方面,11月,哈佛大学开发出新型多材料全彩增材制造系统,通过使用高速压力阀控制并行排列的多达128个喷嘴,能在极短的时间内实现8种不同材料无缝高频切换,实现对材料组成、几何形状和结构性质的体素级控制,从而大幅拓宽可设计和制造复杂图案的体素化材料的范围,具备改变设计制造功能器件的潜力。

英国将先进制造列为国防技术发展重点。9月,英国国防部发布《国防科技框架》,将先进材料等七大技术群列为国防科技发展重点,进行战略性评估并阐述其最具潜能的军事应用领域,以支撑英国国防部“科技引领的现代化”战略,积极推动先进技术的军事应用。该框架将先进制造包含在先进材料领域,重点关注增材制造、数字制造技术,强调采用先进制造技术,按需就近/就地快速制造必需和定制的军用零部件以及复杂系统,推动英国国防现代化及军事能力变革。

俄罗斯明确“新制造技术”未来发展途径。“新制造技术”是俄罗斯“数字化技术”国家计划框架下确定的九大技术领域之一。10月,俄罗斯公布了“新制造技术”领域的未来五年(2019-2024年)技术路线图。该路线图对现有技术储备以及每种技术或子技术的优缺点进行了分析,明确了发展目标、任务和激励措施,旨在保障俄罗斯在数字化领域的全球竞争力和技术独立性。

三是材料技术取得新进展和突破。材料是武器装备发展的物质基础和技术先导。2019年,国外在先进复合材料、耐热防腐防污、防/除冰等特种功能材料和石墨烯电子材料技术方面均取得较大进展。在先进复合材料方面,美海军正式批准将通用电力公司研发的碳纤维复合材料用于LM2500,与钢制外壳相比壁厚将减薄50%、总重量减轻60%;欧洲航天局计划采用这种碳纤维复合材料替代铝合金建造“阿里安”-6运载火箭上面级,可使其地球同步轨道运载能力提高2吨;美国陆军提出开发碳纤维复合材料导弹推进装置的低成本制造技术,制造成本与同类纤维缠绕结构相比降低20%。在热防护材料方面,国外重点针对高超声速飞行器的应用需求,积极研发高性能陶瓷和复合材料,如俄罗斯国家航天集团正在为高超声速飞行器整流罩研发电磁波可穿透的隔热材料,重点是新一代陶瓷碳化硅、硅碳氮和耐高温复合材料;美国DARPA也将专注于下一代高超声速材料研究,重点关注先进计算材料开发、结构材料设计、耐高温陶瓷及其复合材料的制造等。在抗烧蚀耐腐防污涂层材料方面,美海军研制出耐用型船用新型灰色涂层,其硬度比传统涂层高5倍;美海军开发的新型润滑材料使武器装备零部件维护周期从28天延长至56天,可用于中口径火炮,大大延长火炮使用寿命(最大20000发);西北大学研发的微胶囊法自修复涂层置于浓盐酸溶液中可稳定保存3个月至一年,在3~10秒内快速愈合亚毫米到毫米级的划痕;澳大利亚国防科学技术集团研制的新型潜艇防污涂料,可使船体表面保持18个月以上不出现生物污损。在防/除冰材料方面,国外开发出的一系列新材料显示出前所未有的防/除冰功能,不断突破材料性能极限,如美国伊利诺伊大学开发出新型相变液体,其延缓结霜和结冰的能力是目前最先进防冰材料的300倍,美国休斯顿大学的新有机硅防冰聚合物材料的使用寿命可提高至10年。在石墨烯材料方面,美国加州大学圣地亚哥分校开发出一种简便的低成本激光诱导方法,能够合成高性能可拉伸石墨烯,用于可穿戴柔性器件。德国爱思强公司推出两套能够通过化学气相沉积技术生产石墨烯的系统,年生产能力达2万平方米,大规模生产能力实现重大突破。丹麦技术大学将石墨烯封装在六方氮化硼中,并在保护层上形成特定蚀刻图案的新结构,有效解决了石墨烯用于纳米电子器件的难题。 

总的来看,2019年,军事强国高度重视科技发展的基础作用和引领作用,瞄准制胜未来战场,强化以智能和信息优势为重点的前瞻布局。

一是人工智能技术成为大国博弈新的战略制高点。近年来,深度学习方法等取得突破性进展,推动人工智能技术快速地发展。人工智能在态势感知、信息处理、指挥控制、辅助决策、无人作战系统、人体机能增强等军事领域正发挥着越来越重要的作用。世界上很多国家都将人工智能视为最具潜力的战略前沿技术,研发智能化武器装备,试图通过一场军事领域的智能化革命,在激烈的军事竞争中占据优势。2019年,美国防部发布了首份《国防部人工智能战略》,在国防部专门成立“联合人工智能中心”,负责美军人工智能发展的资源整合与计划投资,统筹国防部人工智能技术发展和作战运用。在美国的引领和刺激下,俄、英、法、日等国先后发布相关战略和规划,加大经费投入,从国家战略层面加紧布局人工智能的发展,以确保各自在人工智能领域的优势地位,从而拉开了全球人工智能领域全方位竞争的序幕。

二是突出以信息优势为中心的作战能力建设。信息化联合作战一直是军事强国追求的目标和建设发展的重点。7月,美国防部发布《国防部数字现代化战略》,该战略是全面指导美军信息技术发展的总体规划,提出优先发展包括人工智能、大数据、量子计算、软件定义网络、区块链、加密现代化、物联网、5G通信、IPv6、微电子等信息化技术,推动美军云计算、人工智能、网络安全、指挥控制通信现代化建设,结合2019年美国先后发布《国防部云计算战略》《国防部人工智能战略》等信息化领域纲领性文件,预示着美军寄望于新技术,意欲推动新一轮信息化变革,以尽快实现信息化联合作战的战略目标。随着未来作战向信息化、网络化、智能化发展,信息对军事作战的影响日益重要,各作战域武器技术及指控体系等的信息化将深刻变革未来战争形式,战场优势也将取决于信息优势。未来,军事强国必将围绕一体化指控网络构建以信息为中心的军事能力,特别是信息网络作战的对抗能力,确保信息、网络、电磁等系统持续安全运行,进而确保对各作战域的控制。

三是突出作战概念对军事能力的牵引。长期以来,美军高度重视作战概念的设计,先后提出了应对高端冲突和“反介入/区域拒止”能力的多域作战、分布式作战、蜂群作战、太空作战、网络电磁空间作战、导弹齐射竞争、海上压制等全域对抗作战概念,其核心是以应对和战胜高端对手为目标,构建机动灵活、反应快速、分散部署、跨域协同、杀伤力强的联合任务部队,形成对高端对手的军事对抗优势。

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