美國(guó)空軍未來(lái)15年科技發(fā)展側(cè)重點(diǎn),軍事技術(shù)論文

美國(guó)空軍未來(lái)15年科技發(fā)展側(cè)重點(diǎn),軍事技術(shù)論文美國(guó)空軍承當(dāng)著全球警戒、全球到達(dá)和全球氣力的作戰(zhàn)責(zé)任,美國(guó)空軍的科技發(fā)展必須以支持其作戰(zhàn)責(zé)任、知足其核心職能為重點(diǎn).2020年7月,美國(guó)空軍首席科學(xué)家辦公室發(fā)布了題為(全球地平線〕的報(bào)告.該報(bào)告以美國(guó)國(guó)家安全戰(zhàn)略、國(guó)防部軍事戰(zhàn)略以及空軍科技戰(zhàn)略為指引,借鑒了美國(guó)空軍科學(xué)參謀委員會(huì)的先期研究成果(例如(空軍科技計(jì)劃〕、2018年發(fā)布的(技術(shù)地平線〕、2018年發(fā)布的(能源地平線〕和2020年發(fā)布的(網(wǎng)絡(luò)空間愿景2025〕等),考慮了美國(guó)空軍、聯(lián)合跨部門(mén)作戰(zhàn)司令部、一級(jí)司令部等部門(mén)的要求,吸收了美國(guó)空軍(全球伙伴戰(zhàn)略〕、12項(xiàng)核心職能計(jì)劃等文件的相關(guān)思想,提出了持續(xù)保持全球優(yōu)勢(shì),在天空、太空和網(wǎng)空中實(shí)現(xiàn)全球警戒、全球到達(dá)和全球氣力的目的.在這份科技發(fā)展規(guī)劃中,美國(guó)空軍首先分析預(yù)測(cè)將來(lái)科技發(fā)展環(huán)境與威脅,在這里基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了天空域、太空域、網(wǎng)絡(luò)空間域、全球指揮與控制(C2)和情報(bào)、監(jiān)視和偵察(ISR)、任務(wù)支援保障等空軍核心任務(wù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略趨勢(shì)、威脅和機(jī)遇、變革性技術(shù),以及制造和材料、運(yùn)輸和后勤、能源、通信、信息技術(shù)和金融服務(wù)、健康和醫(yī)藥以及教育和培訓(xùn)等工業(yè)領(lǐng)域的科技發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)重點(diǎn),并提出了每個(gè)領(lǐng)域近、中、遠(yuǎn)期技術(shù)發(fā)展的道路圖,同時(shí)將各領(lǐng)域辨別出的重點(diǎn)技術(shù)明確根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)者(L)、跟進(jìn)者(F)和關(guān)注者(W)三個(gè)層次對(duì)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的投資優(yōu)先權(quán)分類(lèi).1將來(lái)面臨的威脅環(huán)境美國(guó)空軍以為在2025年前后,世界環(huán)境在人口、經(jīng)濟(jì)、資源和技術(shù)等要素方面將呈現(xiàn)如下趨勢(shì):亞洲將成為擁有先進(jìn)信息技術(shù)的誘人商業(yè)市場(chǎng);世界人口將呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),而能源、礦產(chǎn)存量將逐步減少,資源、人口間的矛盾日趨突出,溫度和濕度的增加將導(dǎo)致惡劣氣候?yàn)?zāi)禍頻發(fā);通信和計(jì)算機(jī)的增長(zhǎng)推動(dòng)技術(shù)發(fā)展,同時(shí)惡意軟件的指數(shù)增長(zhǎng)使網(wǎng)絡(luò)信息安全問(wèn)題日趨突出;在空間運(yùn)用方面,在軌非美國(guó)衛(wèi)星數(shù)量將增加一倍,成為美國(guó)空間安全的挑戰(zhàn).數(shù)十年以來(lái),美國(guó)在新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面具有優(yōu)勢(shì).但是,受當(dāng)下技術(shù)擴(kuò)散以及商業(yè)創(chuàng)新不斷加速的影響,美國(guó)國(guó)內(nèi)牽涉國(guó)家安全領(lǐng)域的研發(fā)人員數(shù)量缺乏,美國(guó)在科技領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位正日趨遭到威脅.通過(guò)跨域整合天空、太空和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)與資源,美國(guó)的敵人有可能以非對(duì)稱(chēng)的方式方法制造威脅,如利用非對(duì)稱(chēng)攻擊方式對(duì)其經(jīng)濟(jì)、物流管理和基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行攻擊.在表1中,根據(jù)近、中、遠(yuǎn)三個(gè)時(shí)間段詳細(xì)預(yù)測(cè)了在天空域、太空域、網(wǎng)絡(luò)空間域以及跨域的詳細(xì)威脅,提出了支持美國(guó)應(yīng)對(duì)敵人威脅而需要具備的相關(guān)配套技術(shù).2將來(lái)15年科技發(fā)展重點(diǎn)2.1空域美國(guó)空軍的空中優(yōu)勢(shì)將由三個(gè)戰(zhàn)略趨勢(shì)而遭到挑戰(zhàn):首先,全球化加速了技術(shù)擴(kuò)散,減少了美軍技術(shù)優(yōu)勢(shì).潛在對(duì)手將快速獲得并能夠使用的包括第五代戰(zhàn)斗機(jī)、新型導(dǎo)彈、彈藥和定向能武器在內(nèi)的先進(jìn)系統(tǒng).其次,美國(guó)空軍有人機(jī)隊(duì)規(guī)模在2027年前將持續(xù)縮小,但無(wú)人機(jī)規(guī)模與任務(wù)將顯著增加,無(wú)人機(jī)在國(guó)際空域的運(yùn)用能力問(wèn)題將日漸突出.第三,空中氣力的運(yùn)用將受氣候變化、能源成本上升、空中交通管制形式變化等因素的影響.因而,美國(guó)必須考慮變革空軍的規(guī)章、政策和條令.針對(duì)上述環(huán)境趨勢(shì),美國(guó)空軍將至少需要在五個(gè)技術(shù)方面發(fā)展變革性技術(shù),嘗試從根本上改變作戰(zhàn)方式方法和范式,進(jìn)而繼續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),其近中遠(yuǎn)期技術(shù)發(fā)展道路圖見(jiàn)表2.1)高速系統(tǒng)和定向能:高超聲速武器將在近中期能夠裝備,該技術(shù)下一步重點(diǎn)是發(fā)展ISR平臺(tái),并最終在遠(yuǎn)期構(gòu)成重復(fù)使用和快速響應(yīng)的平臺(tái).定向能武器是以電磁波為代表的一系列變革性技術(shù),可改善飛機(jī)自我保衛(wèi)、戰(zhàn)區(qū)基地防御和壓制敵方防空氣力的能力.高效高能激光和高能微波系統(tǒng)的發(fā)展將使之成為傳統(tǒng)動(dòng)能彈藥的補(bǔ)充,并使空軍在精到準(zhǔn)確交戰(zhàn)、控制殺傷力、攻擊速度和效應(yīng)范圍方面獲得革命性進(jìn)步.2)自主、分布式?jīng)Q策和分級(jí)系統(tǒng):隨著計(jì)算、網(wǎng)電安全和平臺(tái)間連通能力的提高,不同規(guī)模自主系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)和基于任務(wù)需要分布決策將成為可能,并將隨著技術(shù)成熟,應(yīng)用于整個(gè)指揮、控制和通信系統(tǒng)以及各類(lèi)平臺(tái).分級(jí)或分解系統(tǒng)由更為便宜、小型和具備可擴(kuò)展性的平臺(tái)構(gòu)成,提供更好的任務(wù)彈性、經(jīng)濟(jì)可承受性和生存力.自主、分布式?jīng)Q策和分級(jí)系統(tǒng)都將依靠于安全和可信的硬件、軟件、處理和通信.3)先進(jìn)飛機(jī)自適應(yīng)架構(gòu):開(kāi)放式軟件架構(gòu)和支持即插即用的模塊化組件(傳感器、導(dǎo)引裝置等)允許航空電子系統(tǒng)和機(jī)載武器系統(tǒng)能夠快速適應(yīng)不斷變化的任務(wù).即插即用的軟硬件特性,使得航空電子系統(tǒng)和機(jī)載武器系統(tǒng)的升級(jí)變得更為容易,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)基于任務(wù)需求的配置.在本領(lǐng)域相關(guān)軟硬件的制造、認(rèn)證、評(píng)價(jià)和核實(shí)的相關(guān)流程將變得更為重要.4)包括小型彈藥和遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的武器:自適應(yīng)架構(gòu)的方式方法同樣適用于武器系統(tǒng),在知足武器認(rèn)證要求的情況下,通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)總線接口實(shí)現(xiàn)對(duì)多種子部件(傳感器/尋的裝置、推進(jìn)裝置、效應(yīng)包)即插即用,并根據(jù)特定的傳感器、推進(jìn)和戰(zhàn)斗部配置調(diào)整氣動(dòng)、制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制算法,這將依靠于具備高效處理能力和存儲(chǔ)能力的先進(jìn)任務(wù)計(jì)算機(jī),多功能/多頻段孔徑和天線的進(jìn)步、自主和協(xié)同控制策略的發(fā)展.多用處、多模效應(yīng)包包括動(dòng)能、定向能和非動(dòng)能效應(yīng).5)高能效飛機(jī)和推進(jìn):本主題的技術(shù)發(fā)展空軍在能源方面的努力相一致,詳見(jiàn)本文2.9部分.2.2太空域?qū)τ诿绹?guó)空軍而言,太空領(lǐng)域最重要的威脅源自航天發(fā)射和小衛(wèi)星技術(shù)的全球擴(kuò)散所導(dǎo)致的空間競(jìng)爭(zhēng)日趨劇烈;另一方面,空間資產(chǎn)所受的網(wǎng)絡(luò)和物理威脅將日趨加重,同時(shí)空間頻譜的超負(fù)荷使用,使得美國(guó)空軍需要開(kāi)場(chǎng)使用更高層次頻率的頻譜段.針對(duì)上述環(huán)境趨勢(shì),美國(guó)空軍需要發(fā)展變革性技術(shù),通過(guò)利用下面的技術(shù)領(lǐng)域徹底變革空間系統(tǒng)架構(gòu).1)可分解衛(wèi)星星座:空間技術(shù)的將來(lái)需要更具成本效益和能夠響應(yīng)快速進(jìn)入太.這需要具備部分先進(jìn)能力、但能很好實(shí)現(xiàn)集成的太空裝備.利用分散系統(tǒng)或及分離的衛(wèi)星星座能補(bǔ)充少數(shù)大型、能力極強(qiáng)的傳統(tǒng)衛(wèi)星,具備更好的經(jīng)濟(jì)可承受性、敏捷性和改良彈性,降低太空系統(tǒng)的脆弱性,平衡性能與成本.當(dāng)前計(jì)算機(jī)、傳感器和材料的進(jìn)步已經(jīng)允許建立大量互相連接的衛(wèi)星星座,實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)覆蓋.2)便宜發(fā)射系統(tǒng):與發(fā)展小型衛(wèi)星星座相適應(yīng),美軍正著手發(fā)展支持小型載荷發(fā)射任務(wù)的便宜發(fā)射系統(tǒng),構(gòu)成小型、低成本的發(fā)射能力.如DARPA正在推進(jìn)的空中發(fā)射輔助進(jìn)入太空(ALASM)項(xiàng)目,將為進(jìn)入太空提供新的方式方法.3)創(chuàng)新技術(shù)方案:太空增材制造(將支持在軌建設(shè)和維修)等新技術(shù)與模塊化、開(kāi)放系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)合,將有助于實(shí)現(xiàn)低成本、靈敏、可重構(gòu)的空間系統(tǒng).自主性空間系統(tǒng)和地面控制將引發(fā)空間作戰(zhàn)的變革.2.3網(wǎng)電空間域在網(wǎng)電空間領(lǐng)域,影響美國(guó)空軍科技發(fā)展的主要戰(zhàn)略趨勢(shì)是使用量日趨增加的貨架產(chǎn)品、惡意軟件數(shù)量的指數(shù)增長(zhǎng)、云計(jì)算的廣泛應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的愈加復(fù)雜等.網(wǎng)電空間安全的主要威脅是系統(tǒng)和處理的脆弱性.不完全受控的供給鏈所提供、源自外國(guó)的貨架產(chǎn)品和惡意軟件將成為這種威脅的重要來(lái)源.云計(jì)算不僅帶來(lái)計(jì)算與存儲(chǔ)的便利性,而且也帶來(lái)物理安全的風(fēng)險(xiǎn)性.面對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)空間安全態(tài)勢(shì),美國(guó)空軍需要發(fā)展一系列變革性技術(shù)領(lǐng)域,如網(wǎng)電空間信任根、一體化網(wǎng)電空間作戰(zhàn)、網(wǎng)電空間態(tài)勢(shì)感悟等.1)網(wǎng)絡(luò)空間信任根:開(kāi)發(fā)可信的硬件、軟件、供給鏈、帶外(OOB)指揮和控制和云服務(wù),提高空軍網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的安全性、靈敏性、彈性和可信性,以確保對(duì)抗環(huán)境的任務(wù)執(zhí)行.2)一體化網(wǎng)電空間作戰(zhàn):開(kāi)發(fā)進(jìn)攻性網(wǎng)電能力,在戰(zhàn)時(shí)想定中增加動(dòng)能作戰(zhàn),以影響戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術(shù)任務(wù).開(kāi)發(fā)持久或及動(dòng)態(tài)參與能力,以在網(wǎng)電空間、信號(hào)情報(bào)、電子戰(zhàn)/電子防護(hù)、空間和通信中遂行協(xié)同任務(wù),在對(duì)抗和反參與/區(qū)域拒止(A2/AD)環(huán)境獲得靈敏的全譜情報(bào)、監(jiān)視和偵察能力.3)網(wǎng)電空間態(tài)勢(shì)感悟:發(fā)展全面的網(wǎng)電態(tài)勢(shì)感悟能力,以在己方和針對(duì)敵方的任務(wù)中獲得網(wǎng)電優(yōu)勢(shì).(網(wǎng)電空間愿景2025〕將是美國(guó)空軍網(wǎng)電技術(shù)發(fā)展的重要指導(dǎo)性文件,網(wǎng)電空間領(lǐng)域技術(shù)道路圖見(jiàn)表4.2.4全球指揮控制和ISR指揮控制和情報(bào)、監(jiān)視與偵察是美國(guó)空軍關(guān)鍵的軍事能力,然而這一能力遭到包括國(guó)家財(cái)政預(yù)算削減、敵方反參與和區(qū)域拒止能力、大規(guī)模殺傷性武器擴(kuò)散、全球網(wǎng)絡(luò)一體化、城市化等發(fā)展趨勢(shì)的影響,并將嚴(yán)重危害美國(guó)空軍在該領(lǐng)域的能力.因而,美國(guó)空軍必須發(fā)展在創(chuàng)新指揮控制和分析、戰(zhàn)場(chǎng)空間網(wǎng)絡(luò)、跨任務(wù)和域的一體化三個(gè)領(lǐng)域發(fā)展變革性技術(shù),以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn),確保美空軍的技術(shù)優(yōu)勢(shì).1)創(chuàng)新的指揮控制和分析:確保信息傳輸速度超過(guò)交戰(zhàn)速度是本領(lǐng)域的愿景.該部分技術(shù)包括數(shù)據(jù)分析、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、認(rèn)知建模、自主和協(xié)同預(yù)見(jiàn).更好的傳感器將獲得更好的數(shù)據(jù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更好的自動(dòng)化和自主,最終目的是實(shí)現(xiàn)將關(guān)鍵信息更快地交付至用戶(hù)手中.將數(shù)據(jù)分析、協(xié)同預(yù)見(jiàn)、操作者知識(shí)、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、認(rèn)知建模整合至靈敏自主系統(tǒng)之內(nèi),將實(shí)現(xiàn)以當(dāng)下指揮控制和ISR任務(wù)1/5的資源發(fā)現(xiàn)五倍的目的.開(kāi)發(fā)全源情報(bào)融合與可視化技術(shù),為指揮控制和ISR提供改良的分析和規(guī)劃能力,建立與操作者合作的智能平臺(tái),加強(qiáng)和補(bǔ)充分析人員的能力,提高現(xiàn)有系統(tǒng)的彈性和適應(yīng)性.2)戰(zhàn)場(chǎng)空間網(wǎng)絡(luò):經(jīng)濟(jì)可承受、高速寬帶空天地IP網(wǎng)絡(luò)將可提供實(shí)時(shí)的情報(bào)、監(jiān)視和偵察與指揮控制協(xié)同能力.利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和高級(jí)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)管,實(shí)現(xiàn)高效的全球指揮控制和具有任務(wù)感悟網(wǎng)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈,構(gòu)建安全、自組建、彈性、靈敏的IP網(wǎng)絡(luò).裝備當(dāng)前裝備的敏捷、彈性和高性能的超視距指揮與控制(BLOS-C2)快速反響能力(QRC)和戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)關(guān),并將其作為構(gòu)建聯(lián)合空中分層網(wǎng)絡(luò)(JALN)的基礎(chǔ).確保護(hù)星和通信拒止環(huán)境中的指揮控制能力,通太多層保密網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一體化協(xié)同作戰(zhàn)能力.3)跨任務(wù)和域的一體化:通過(guò)分析對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)空間的理解將實(shí)現(xiàn)預(yù)見(jiàn)性的指揮控制,推動(dòng)態(tài)勢(shì)感悟的監(jiān)控、搜集、評(píng)估、計(jì)劃、任務(wù)分配和執(zhí)行.實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)與計(jì)劃與指示、搜集、處理和利用、分析和結(jié)果生成、分發(fā)(PCPAD)的跨域全面一體化.重點(diǎn)包括:實(shí)現(xiàn)彈性空間能力的小衛(wèi)星;全面利用持久紅外數(shù)據(jù)作為情報(bào)源;實(shí)現(xiàn)第五代戰(zhàn)斗機(jī)搜集、處理和分發(fā)作為攻擊目的的ISR數(shù)據(jù)的能力.認(rèn)知電子戰(zhàn)和簽名的進(jìn)步將降低瞄準(zhǔn)的情報(bào)需求,需要開(kāi)發(fā)復(fù)雜電磁環(huán)境下快速試驗(yàn)和評(píng)估通信系統(tǒng)的能力.開(kāi)發(fā)自動(dòng)化決策輔助和自主信息系統(tǒng)彈性的指揮控制架構(gòu)將確保全球氣力跨域使用全部可用裝備的分布式規(guī)劃和同步.該領(lǐng)域技術(shù)道路圖見(jiàn)表5.2.5任務(wù)支援保障當(dāng)下美軍采辦方式方法強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)或平臺(tái)的垂直集成,而日益增加的系統(tǒng)復(fù)雜性大大延長(zhǎng)了研發(fā)周期.為了實(shí)現(xiàn)快速裝備、跨平臺(tái)集成和模塊化升級(jí)的目的,現(xiàn)有采辦流程需要重新聚焦于采購(gòu)與任務(wù)和系統(tǒng)架構(gòu)相一致的部件,開(kāi)發(fā)與之相適應(yīng)的方式方法與流程,發(fā)展和應(yīng)用新的研發(fā)工具與手段.美國(guó)空軍在本領(lǐng)域所需施行的變革性行為與技術(shù)包括:1)數(shù)字化設(shè)計(jì)工具(數(shù)字線):在近中期建立建模公共資源架構(gòu),集成不同領(lǐng)域的能力規(guī)劃、材料性能、部件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造和保障.集成的工具和流程將大大提高折中的可能、實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵決策的風(fēng)險(xiǎn)量化、辨別和管理技術(shù)成熟風(fēng)險(xiǎn),減少后期發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能缺陷的可能.數(shù)字線將在產(chǎn)品的能力規(guī)劃與分析、初步設(shè)計(jì)、具體設(shè)計(jì)、制造、保障和訓(xùn)練的全壽命期提供可靠的支持.2)先進(jìn)的原型設(shè)計(jì)方式方法:在國(guó)防部和空軍范圍,原型設(shè)計(jì)一直是采辦前實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)躲避、概念確定、新技術(shù)優(yōu)化和提供工藝水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié).通過(guò)建立由實(shí)驗(yàn)室、聯(lián)合作戰(zhàn)用戶(hù)、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界聯(lián)合的原型設(shè)計(jì)中心,將能夠?qū)崿F(xiàn)快速發(fā)現(xiàn),構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)承受能力相關(guān)的文化,建立多約束優(yōu)化的工作能力.通過(guò)實(shí)踐開(kāi)放創(chuàng)新和挑戰(zhàn)大獎(jiǎng)賽等新穎的工作形式,將可利用全球研發(fā)資源,需求更為廣泛的可能解決方案,獲得更好的跨域解決方案,同時(shí)還有望降低成本.3)敏捷的勞動(dòng)力雇傭形式:敏捷的勞動(dòng)力資源是實(shí)現(xiàn)空軍快速響應(yīng)新興技術(shù)挑戰(zhàn)和機(jī)遇的關(guān)鍵.需要新的創(chuàng)新理念以吸引和鼓勵(lì)全球頂尖人才,采用靈敏的雇傭和管理形式,實(shí)行技術(shù)和管理雙軌并行的形式來(lái)吸引和保存更多的人才.任務(wù)支援保障道路圖見(jiàn)表6.2.6使能技術(shù)根據(jù)對(duì)將來(lái)時(shí)機(jī)、威脅和已辨別的發(fā)展趨勢(shì)的評(píng)估,為了應(yīng)對(duì)將來(lái)各種不對(duì)稱(chēng)威脅,美國(guó)空軍將在將來(lái)15年重點(diǎn)加強(qiáng)下面五個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的投入.1)材料科學(xué):材料科學(xué)為空軍所有物理系統(tǒng)提供基礎(chǔ),在電子材料、光學(xué)材料、磁材料等方面將出現(xiàn)較大的進(jìn)展,如納米光子學(xué)與等離子體學(xué)的耦合將實(shí)現(xiàn)期間密度和處理速度的數(shù)量級(jí)增加,還有量子計(jì)算機(jī)和冷原子導(dǎo)航系統(tǒng),這些由以材料學(xué)進(jìn)步為基礎(chǔ).將來(lái)15年,材料學(xué)的趨勢(shì)仍然是支持進(jìn)一步小型化和降低成本,知足設(shè)計(jì)復(fù)雜性的增加,華而不實(shí),石墨烯、碳納米管以及超材料的制備將是備受關(guān)注的領(lǐng)域.2)生物技術(shù):生物技術(shù)將在將來(lái)獲得重要的影響,華而不實(shí)新型生物電子設(shè)備、新型人機(jī)接口(包括通過(guò)植入技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的直接耦合)、神經(jīng)計(jì)算和生物傳感器.生物傳感器將提供更好的堅(jiān)固性、低功耗和更好的抗電磁脈沖能力.加強(qiáng)人體機(jī)能相關(guān)的生物技術(shù)將成為美空軍科技發(fā)展的重點(diǎn)之一.3)自主和機(jī)器人系統(tǒng)和平臺(tái):自主技術(shù)和機(jī)器人系統(tǒng)已在整個(gè)國(guó)防系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用.空軍在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展包括進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)的小型化、增加任務(wù)壽命時(shí)間,通過(guò)提高自主系統(tǒng)的信息采集、傳輸和處理能力,以實(shí)現(xiàn)更為魯棒的編隊(duì)和集群飛行和作戰(zhàn)能力.自主系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)和可信賴(lài)能力將不斷提高,進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)更少的人力監(jiān)管.4)知識(shí)發(fā)現(xiàn)和決策工具:存儲(chǔ)和處理信息,并對(duì)信息進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn),作出正確的決策時(shí)空軍作戰(zhàn)的核心.空軍在很多作戰(zhàn)想定中需要實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理.因而,該技術(shù)領(lǐng)域需要通過(guò)推動(dòng)基礎(chǔ)研究,發(fā)展新的算法和計(jì)算機(jī)硬件,以允許從數(shù)據(jù)中提取知識(shí),進(jìn)而知足多樣化和大規(guī)模的信息處理要求.將來(lái),大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)將極為常見(jiàn).5)社會(huì)預(yù)測(cè)和效果干涉:針對(duì)社會(huì)行為的預(yù)測(cè)和分析是空軍施行作戰(zhàn)的重要挑戰(zhàn),典型如針對(duì)特定場(chǎng)景的武器使用影響預(yù)測(cè).現(xiàn)有預(yù)測(cè)工具具有一定效果,但仍受制于相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和對(duì)人類(lèi)行為認(rèn)知的缺乏,短期內(nèi)主要發(fā)展數(shù)據(jù)收集技術(shù)和認(rèn)知技術(shù),通過(guò)建模和試驗(yàn)為作戰(zhàn)人員提供支持任務(wù)規(guī)劃的工具.使能技術(shù)領(lǐng)域詳細(xì)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)見(jiàn)表7.2.7制造和材料制造的全球化正導(dǎo)致美國(guó)制造業(yè)從業(yè)人數(shù)不斷減少,對(duì)美國(guó)國(guó)防部和美國(guó)空軍所需的國(guó)防工業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)生嚴(yán)重的削弱作用,并嚴(yán)重影響美國(guó)空軍及時(shí)應(yīng)用可靠先進(jìn)技術(shù)應(yīng)對(duì)新型威脅的能力.當(dāng)下,敏捷制造與分布式制造的全球化趨勢(shì)將加劇這一挑戰(zhàn),怎樣確保美國(guó)空軍的制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)將變得至關(guān)重要.有鑒于此,美國(guó)空軍需要發(fā)展變革性技術(shù)以實(shí)現(xiàn)愈加快速的研發(fā)和部署,包括先進(jìn)制造、革新的資質(zhì)和認(rèn)證范式、數(shù)字線和數(shù)字線組,為了實(shí)現(xiàn)這些變革性技術(shù),所需發(fā)展的使能技術(shù)詳細(xì)有:1)先進(jìn)材料:空軍在先進(jìn)材料領(lǐng)域更多的是相應(yīng)的材料基因組建議,并充分利用材料基因組計(jì)劃的相關(guān)成果,將一體化計(jì)算材料工程的相關(guān)成果與工具應(yīng)用于航空材料的研發(fā)中.2)先進(jìn)制造和設(shè)計(jì)工具:數(shù)字線涵蓋了空軍裝備從材料的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)、部件設(shè)計(jì)、到生產(chǎn)線的末端.先進(jìn)材料開(kāi)發(fā)的建模與仿真工具將與現(xiàn)有制造流程的數(shù)字化建模擬真工具建立接口,通過(guò)對(duì)材料特性和各種不同制造工藝的深入認(rèn)識(shí),最終實(shí)現(xiàn)部件制造的最優(yōu)工藝選擇.3)人體性能監(jiān)控和加強(qiáng)(HPMA):了解特定工作負(fù)荷條件下操作者的能力和認(rèn)知水平,是提供高性能產(chǎn)品的關(guān)鍵,這意味著需要實(shí)時(shí)監(jiān)控操作者的情況.因此可穿戴、非侵入式監(jiān)控和報(bào)告裝置(智能繃帶)的相關(guān)傳感器材料和制造技術(shù)將特別重要.4)數(shù)據(jù)采集和管理:建模與仿真工具不僅僅用于驗(yàn)證和評(píng)價(jià).不確定性的量化是實(shí)現(xiàn)充分利用數(shù)字線能力的關(guān)鍵因素.采集和管理數(shù)據(jù)特別重要.來(lái)自數(shù)字線每一步的數(shù)據(jù),以及來(lái)自作戰(zhàn)維修和性能的數(shù)據(jù),構(gòu)成了所謂的數(shù)字雙線(概念),從實(shí)現(xiàn)對(duì)材料、部件,乃至子系統(tǒng)和系統(tǒng)級(jí)的預(yù)測(cè).制造和材料道路圖見(jiàn)表8.2.8后勤和運(yùn)輸后勤所消耗的能源占美國(guó)空軍總能耗的大部分,不僅對(duì)美國(guó)空軍的軍事行動(dòng)成敗至關(guān)重要,同時(shí)影響整個(gè)美國(guó)空軍的壽命周期費(fèi)用,美國(guó)空軍的愿景是定義一個(gè)新的成熟、考慮全額成本的后勤和戰(zhàn)斗支持體系,通過(guò)利用若干領(lǐng)域(如安全和可信的網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化、增材制造、工業(yè)界最佳實(shí)踐和直接投送等)的技術(shù)進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)后勤整體費(fèi)用的降低.因而,重點(diǎn)關(guān)注的變革性技術(shù)領(lǐng)域包括:1)自主化:通過(guò)增加自主或遙控系統(tǒng)的使用,駐地后勤和運(yùn)輸?shù)男蕦⒌玫教嵘?通過(guò)部署該類(lèi)系統(tǒng),能夠有效減少前沿部署的人員數(shù)量.物資的處理和裝卸(武器和貨物)、服務(wù)、維修、應(yīng)急響應(yīng)、安保以及基地監(jiān)視等工作都將能夠通過(guò)自主/遙控操作來(lái)實(shí)現(xiàn).2)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和制造能力:利用增材制造等先進(jìn)工程制造技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)制造能在有效質(zhì)量控制下提供急需的零部件.通過(guò)使用包括可重復(fù)使用原材料在內(nèi)的當(dāng)?shù)刭Y源,能在節(jié)省費(fèi)用的同時(shí)提高靈敏性.3)高效后勤:用于發(fā)電的能源和設(shè)備的運(yùn)輸通常占據(jù)了大量的運(yùn)輸能力,所以提高能源傳輸效率具有重要意義.先進(jìn)的處理和運(yùn)算能力可進(jìn)行最佳的道路選擇,布置最佳的行程計(jì)劃,并對(duì)線路進(jìn)行跟蹤.同時(shí),引人成熟的商業(yè)運(yùn)營(yíng)形式也將能夠提升運(yùn)輸經(jīng)過(guò)中的透明度和用戶(hù)滿(mǎn)意度.4)針對(duì)偏僻、惡劣區(qū)域的直接投送:減少中間環(huán)節(jié)進(jìn)行直接投送,可大幅減少相應(yīng)的后勤需求.精到準(zhǔn)確空投技術(shù)、無(wú)人機(jī)技術(shù)、自主技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)能實(shí)現(xiàn)及時(shí)向目的地域提供所需材料,同時(shí)減少人員需求和倉(cāng)儲(chǔ)成本.各技術(shù)主題關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)見(jiàn)表9.2.9能源能源對(duì)于美國(guó)空軍執(zhí)行各種任務(wù)都至關(guān)重要,是確保完成天空、太空和網(wǎng)空任務(wù)的重要前提,針對(duì)當(dāng)下和將來(lái)一段時(shí)期能源可用性和經(jīng)濟(jì)可承受性的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),美國(guó)空軍將繼續(xù)執(zhí)行(能源地平線〕所提出的各項(xiàng)建議和技術(shù)關(guān)注重點(diǎn),根據(jù)減少需求、增加供應(yīng)、提高彈性的主題思想,圍繞先進(jìn)推進(jìn)、能源存儲(chǔ)密度、能源彈性和高效定向能四個(gè)技術(shù)主題開(kāi)展相關(guān)研究,見(jiàn)表l0.1)先進(jìn)推進(jìn):飛行燃料消耗已占空軍能源消耗總量的86%,提高新型飛機(jī)系統(tǒng)的推進(jìn)及空氣動(dòng)力學(xué)效率,將有效減少能源消耗.最近/中期的研究重點(diǎn)分別是自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和高效嵌入式渦輪發(fā)動(dòng)機(jī),遠(yuǎn)期則應(yīng)關(guān)注提高飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)效率的解決技術(shù),如層流優(yōu)化、混合機(jī)翼布局以及升力體構(gòu)造等.2)能源存儲(chǔ)密度:能源存儲(chǔ)密度的大幅提升能夠改變現(xiàn)有航空航天能源配置方式.超級(jí)電容器具備快速充電/放電能力,然而當(dāng)前仍然存在能量密度低、成本高和本身放電等問(wèn)題.對(duì)中期發(fā)展,則需關(guān)注提高電池、固體氧化物燃料電池、光伏電池、高溫半導(dǎo)體和相變材料的效率.就遠(yuǎn)期目的而言,新的高溫超導(dǎo)材料將縮短充電/放電之間的延時(shí),并提供幾乎實(shí)時(shí)的可用功率、短期內(nèi)非常高的輸出功率和高能量密度.3)能源彈性:空軍必須有能力不間斷地監(jiān)測(cè)和評(píng)估能源,并具備在各種替代能源之間進(jìn)行快速切換的靈敏性,這需要對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行安全、智能的監(jiān)測(cè)和控制.最近通過(guò)開(kāi)展先進(jìn)的能量管理與分配計(jì)劃來(lái)解決基礎(chǔ)設(shè)施的脆弱性問(wèn)題,如針對(duì)微電網(wǎng)的研究,遠(yuǎn)期應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注以小型自持核反響堆為基地能源供給的選擇.美國(guó)空軍還將繼續(xù)可替代燃料方面的努力,以確保其全球機(jī)動(dòng)能力.4)高效定向能:定向能技術(shù)不但成效高,而且能夠帶來(lái)革命性的能力.定向能技術(shù)或許能使諸如基于空間的、當(dāng)前尚不具可行性的能量獲得廣泛應(yīng)用.鑒于定向能武器能量消耗較少,將來(lái)將可替換動(dòng)能反導(dǎo)武器,能有效減少后勤保障負(fù)擔(dān)并加快現(xiàn)有反導(dǎo)導(dǎo)彈系統(tǒng)的更替.2.9通信、信息技術(shù)和金融服務(wù)近乎實(shí)時(shí)的全方位信息技術(shù)和通信手段已經(jīng)成為軍民領(lǐng)域構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵,美國(guó)空軍以為把握這一領(lǐng)域的技術(shù)至關(guān)重要.十分考慮到將來(lái)美國(guó)空軍面臨的敵人往往具有人口優(yōu)勢(shì),因而必須加強(qiáng)自主智能計(jì)算相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研究,以維持長(zhǎng)期的技術(shù)優(yōu)勢(shì).海量信息的處理和分析能力,將有望顯著提高美國(guó)空軍多方面的作戰(zhàn)能力.而實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析方式方法通常受制于包括處理能力、通信能力、計(jì)算機(jī)智能等多方面因素的影響,因而美國(guó)空軍必須發(fā)展革命性的技術(shù),以期在通信、信息技術(shù)和金融領(lǐng)域獲得更大的優(yōu)勢(shì).革命性的技術(shù)包括:1)符號(hào)推理模型和神經(jīng)計(jì)算:大規(guī)模符號(hào)推理模型及神經(jīng)形態(tài)學(xué)計(jì)算構(gòu)造是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、靈敏、認(rèn)知和可信的系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),估計(jì)可降低計(jì)算成本約100倍,神經(jīng)計(jì)算數(shù)據(jù)分析性能將可提升100倍,進(jìn)而是提取和處理大規(guī)模數(shù)據(jù)成為可能.2)三維芯片堆疊:三維芯片堆疊是將多顆芯片進(jìn)行三維空間垂直整合,以解決半導(dǎo)體制程遭到電子及材料的物理極限的限制,使摩爾定律得以延續(xù).將來(lái)15年中,該技術(shù)將使運(yùn)算密度及能量利用效率提高百倍以上,使嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)算速度到達(dá)千萬(wàn)億次水平.將來(lái)15~25年,低成本、低功耗的納米電子器件和納米材料領(lǐng)域的進(jìn)步,將使計(jì)算系統(tǒng)的小型化、計(jì)算性能和能量利用效率再提升100倍.3)頻譜分享技術(shù):通過(guò)允許部分用戶(hù)在不影響主用戶(hù)的前提下動(dòng)態(tài)分享部分頻譜,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜資源的再利用,進(jìn)而有效解決頻譜資源稀缺的問(wèn)題.當(dāng)前,高寬帶組件及設(shè)備領(lǐng)域的新興技術(shù)使通信頻譜進(jìn)一步拓展,這將促進(jìn)將來(lái)同步多任務(wù)、多形式頻譜分享技術(shù)的發(fā)展.通信、信息技術(shù)和金融服務(wù)道路圖見(jiàn)表11.2.10醫(yī)藥和保健醫(yī)療和保健關(guān)乎美國(guó)空軍作戰(zhàn)人員的生命安全,也是美國(guó)空軍費(fèi)用支出不斷增長(zhǎng)的部分.這些因素凸顯了推進(jìn)醫(yī)療和保健形式變革對(duì)于美國(guó)空軍的重要意義.來(lái)自生物武器和生物黑客的潛在威脅,也使發(fā)展醫(yī)療和保健領(lǐng)域的革命性技術(shù)更具價(jià)值.美國(guó)空軍可利用移動(dòng)技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)步,為了實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)人員醫(yī)療和保健水平的革命性提升,發(fā)展以下變革性技術(shù).1)個(gè)性化醫(yī)療:個(gè)性化醫(yī)療通過(guò)納米技術(shù)、各種體技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)及檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化每個(gè)的健康和醫(yī)療狀況,實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體的實(shí)時(shí)診斷、護(hù)理、預(yù)防和治療.移動(dòng)技術(shù)的突破在構(gòu)建個(gè)性化保健和醫(yī)療體系以及持續(xù)性反應(yīng)系統(tǒng)方面將發(fā)揮重要作用.2)組學(xué):組學(xué)(Omics)主要包括基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、脂類(lèi)組學(xué)、免疫組學(xué)、糖組學(xué)、和RNA組學(xué)等.組學(xué)從整體的角度出發(fā)去研究人類(lèi)組織細(xì)胞構(gòu)造,基因,蛋白及其分子間互相的作用,通過(guò)整體分析反映人體組織器官功能和代謝的狀態(tài),為探尋求索人類(lèi)疾病的發(fā)病機(jī)制提供新的思路.醫(yī)療和保健技術(shù)道路圖見(jiàn)表12.2.11教育和訓(xùn)練美國(guó)空軍的訓(xùn)練需求日趨復(fù)雜,作戰(zhàn)人員的技能要求也越來(lái)越高.與此同時(shí),信息技術(shù)的發(fā)展使教育與訓(xùn)練的虛擬化成為可能.逼真、自適應(yīng)、互動(dòng)式基于實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景的教育與訓(xùn)練能夠根據(jù)訓(xùn)練者的個(gè)人需求將通過(guò)實(shí)戰(zhàn)獲得的經(jīng)歷體驗(yàn)教訓(xùn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái).在教育和訓(xùn)練領(lǐng)域,美國(guó)空軍將重點(diǎn)發(fā)展包括基于網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)智能化系統(tǒng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、桌面訓(xùn)練器、可穿戴式裝置、可視化技術(shù)、虛擬空間等技術(shù),見(jiàn)表13.3結(jié)束語(yǔ)近年來(lái),美國(guó)空軍在科技發(fā)展方面制定了多份發(fā)展規(guī)劃,然而受新型全球性挑戰(zhàn)以及更深層次全球財(cái)政不確定性等方面的影響,美國(guó)空軍不得不對(duì)其科技發(fā)展重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整.從美國(guó)空軍新的科技發(fā)展規(guī)劃的內(nèi)容布置看,美國(guó)空軍科技發(fā)展重點(diǎn)已經(jīng)聚焦于與作戰(zhàn)概念創(chuàng)新相關(guān)的革命性和相關(guān)工業(yè)技術(shù)上,典型如高超聲速及定向能武器、可信彈性網(wǎng)電空間、可靠的定位、導(dǎo)航與定時(shí)、生物計(jì)算、先進(jìn)材料與制造等;并將采取靈敏創(chuàng)新