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航空作為國防的重要組成部分,不僅是典型的高科技集成體,,更是未來作戰(zhàn)的中堅力量,超材料技術(shù)、智能材料技術(shù),、生物計算機(jī)技術(shù)、量子信息技術(shù),、人工智能技術(shù)等在航空領(lǐng)域(主要在軍用航空)大展身手,。" {0 Y) S4 f+ ^! k
從航空武器裝備能力提升角度分析* m1 x3 g. c" b' N
相比其他武器裝備,航空武器裝備無論是在速度,、機(jī)動性,、殺傷力、信息知識以及生存力等方面都有著突出的優(yōu)勢�,,F(xiàn)代空軍往往可以獨(dú)立遂行機(jī)動靈活的多類型作戰(zhàn)任務(wù),,而各軍種協(xié)同作戰(zhàn)時,航空武器裝備也成為不可或缺的重要組成部分,,甚至多次成為左右戰(zhàn)爭勝負(fù)的關(guān)鍵,。但同時,現(xiàn)代航空武器裝備集成了眾多新技術(shù),,其研制費(fèi)用高企,、研發(fā)周期長,對于操縱人員的要求也越來越高,。因而,,在考慮航空領(lǐng)域顛覆性技術(shù)篩選分析時,可從這幾個方面入手,。即,,考慮技術(shù)在:速度,、機(jī)動性、殺傷力,、信息知識,、生存力、人機(jī)綜合,、研制過程(如壓縮成本,、縮短研發(fā)周期、降低研制風(fēng)險)等方面,。/ \# ?; a: G! n. F
從軍用航空未來發(fā)展趨向符合性考慮( Z/ r: Y5 S# S
此外,,還可以從技術(shù)對于未來軍用航空發(fā)展趨向的符合性來考慮。2010年美國空軍科技構(gòu)想《技術(shù)地平線》中列出了12大未來航空科技頂層主題,,也代表了美國空軍對于未來航空發(fā)展趨勢的判斷,,包括:從平臺到能力,從有人駕駛到遙控,,從固定到機(jī)敏,,從控制到自主,從一體化到分塊,,從事先計劃到組合,,從單域到跨域,從允許到競爭,,從傳感器到信息,,從打擊到制止,從網(wǎng)電防御到網(wǎng)電彈性反應(yīng),,從系統(tǒng)長壽命到快速更新,。$ T, Y9 h$ @% N: }7 e/ L" `8 B
綜合分析世界航空武器裝備及科技發(fā)展,可將未來的航空武器裝備技術(shù)發(fā)展趨勢歸納出以下四大特征:無人化,、智能化,、高能化和遠(yuǎn)程化。其中,,“無人化”指的是未來航空作戰(zhàn)體系中,,無人裝備數(shù)量將增加,承擔(dān)的任務(wù)類型更趨多樣,,作戰(zhàn)能力大幅提升,;“智能化”指的是未來航空武器裝備在探測、控制,、指揮,、操作、協(xié)同等方面能夠高度智能,且能夠更好地實現(xiàn)人機(jī)綜合,;“高能化”包括:高超聲速技術(shù)的平臺高能化、機(jī)載激光的武器高能化,、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的高效化以及機(jī)電系統(tǒng)的能量綜合化等,;“遠(yuǎn)程化”是多種未來航空裝備的特征,如下一代遠(yuǎn)程打擊轟炸機(jī),、常規(guī)快速全球打擊武器,、新一代空射巡航導(dǎo)彈、艦載無人監(jiān)視與打擊飛機(jī)等,。. q( F+ W- c s) |& J$ T; ~9 x' v
典型航空顛覆性技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與潛能初探. A; P3 Y" Y( r: W
航空領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)包括:超材料技術(shù),、智能材料技術(shù)、生物計算機(jī)技術(shù),、量子信息技術(shù),、人工智能技術(shù)、核能小型化技術(shù),、自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動機(jī)技術(shù),、綜合飛行器能量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化智能制造技術(shù),、基因工程技術(shù),、吸氣式高超聲速技術(shù)、機(jī)載激光武器技術(shù),、納米技術(shù)以及腦機(jī)接口技術(shù)等,。這里僅對其中的幾項進(jìn)行簡要的分析。
: _8 R( n( ?) V0 w$ J1,、超材料技術(shù)
# y" b( |% @5 |8 b" E+ N$ L% ]從研制上,,超材料采用了新穎的逆向設(shè)計,可按功能實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的精確裁剪,,突破傳統(tǒng)材料試湊法的局限,,實現(xiàn)了材料設(shè)計模式的變革;作用范圍上,,超材料可以橫跨整個波譜頻段(光學(xué)超材料,、電磁超材料、聲學(xué)超材料等),;材料特性上,,超材料具備超常物理性質(zhì),如負(fù)折射,、反多普勒效應(yīng),、反常光壓等。$ c. j! P* _3 @4 }
從航空應(yīng)用潛力上,,超材料可能首先應(yīng)用在四個方面:實現(xiàn)航空武器裝備寬頻隱身,;帶內(nèi)高透波/帶外高截止的雷達(dá)罩的研制,;革新傳統(tǒng)天線設(shè)計,制作小型超輕的寬頻天線,;改寫傳統(tǒng)光學(xué)衍射定律,,創(chuàng)造軍用光學(xué)超薄高分辨透鏡。3 {+ }, [0 ~( p" ~, e
從效用上看,,超材料在航空領(lǐng)域上的應(yīng)用將顯著提升航空武器裝備的機(jī)動性,、信息知識能力、生存力,,并對研制流程形成重大影響,。
s& d; m: X- `4 Z5 ?% y2、量子信息技術(shù)
/ @2 S3 |* s& p4 X8 q' k* K0 k量子信息技術(shù)的突破和實用將全面顛覆傳統(tǒng)航空電子以及航空工業(yè)的眾多領(lǐng)域,,為航空的發(fā)展帶來不可估量的能力與價值提升,。
; B+ P7 L: v, K U+ |* o+ h(1)量子導(dǎo)航技術(shù)——依靠自身的精確導(dǎo)航/ U M/ ^: `5 S, j6 n
量子導(dǎo)航以冷原子或其他量子技術(shù)為核心,能夠依靠航空平臺自身而非GPS提供精確的導(dǎo)航定位信息,,具有抗干擾好,、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、足夠精確等優(yōu)勢與特點(diǎn),,尤其適用于各類作戰(zhàn)系統(tǒng)在現(xiàn)代與未來作戰(zhàn)中的定位與導(dǎo)航,,可大幅提升復(fù)雜環(huán)境下平臺生存力和任務(wù)執(zhí)行能力。
( } [$ P3 L" Q8 e(2)量子成像技術(shù)——穿透干擾,、高度清晰
* z: w. C9 r! m量子成像的分辨率可超越經(jīng)典成像的衍射極限,;不受光路擾動影響;利用非相干源進(jìn)行相干成像,;采樣率低于奈奎斯特采樣率的情況下仍能達(dá)到掃描成像效果,。簡言之,量子成像技術(shù)幾乎適用于任何光源,、可輕松穿透干擾,、且能獲取更為清晰的圖像。量子成像技術(shù)不僅可以增強(qiáng)航空器在各類復(fù)雜環(huán)境下的對敵態(tài)勢感知能力,,從而提升任務(wù)效能,,其相關(guān)的量子刻蝕等技術(shù)除能提高成像能力外還有望在未來的芯片工業(yè)領(lǐng)域大展身手。
3 \0 U. K* ^% v5 T5 S(3)量子加密及量子通信技術(shù)——天然安全,、大容量傳輸
( B% m/ h! `% y! k將量子態(tài)充當(dāng)建立該經(jīng)典關(guān)聯(lián)隨機(jī)數(shù)的橋梁和保障的量子加密技術(shù)已接近實用,;全程利用量子信道來傳送、存儲和處理量子態(tài)信息的量子通信仍處于探索發(fā)展中,。6 P: ~5 F5 }5 l4 `- G% f
采用量子態(tài)編碼的通信方式有著與生俱來的安全特性,,其“理論上絕對安全”,量子通信比傳統(tǒng)通信容量大、復(fù)雜度低,,利用量子通信,,航空器可以在接收和傳輸信息時確保己方信息不被對方獲取、操縱和篡改,,以保證順利完成各類任務(wù),;同時,量子通信能大幅擴(kuò)展通信容量,,這對于信息作戰(zhàn)和交流意義重大,。
6 w: C/ a8 @% d4 N( f2 [此外,,航空器的智能化網(wǎng)絡(luò)研制也將受益于量子通信技術(shù),,促使云技術(shù)等技術(shù)在航空裝備研發(fā)中的安全實用。
2 E8 d: D. r9 S5 X1 k9 j$ [(4)量子計算機(jī)技術(shù)——突破傳統(tǒng)限制,、更快更高效
" c m) o& h9 o# W+ M- R3 m2 z處理和計算量子信息,、運(yùn)行量子算法的量子計算機(jī)其具有天然的量子并行計算能力,在解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題時遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計算機(jī),。量子計算機(jī)技術(shù)能夠以更高的效力突破傳統(tǒng)計算機(jī)體制,,實現(xiàn)信息處理和決策的能力躍升,這不僅利于航空武器裝備提升作戰(zhàn)期間及時的多源復(fù)雜信息處理和決策,,還有利于更快更好地研制航空器,。9 N* _& C. S3 B1 m
3、核能小型化技術(shù); d' ]; ~3 s ^$ B, N
2014年10月,,美國洛克希德·馬丁公司稱其新型緊湊聚變反應(yīng)堆研究取得驚人突破,,首個反應(yīng)堆體積已經(jīng)縮小到可放入一輛卡車,可能在10年左右研制成功并投入使用,。這一消息讓人震驚,,也引發(fā)了眾多質(zhì)疑。但從航空的角度,,如果小型化核動力能夠安全地安裝到飛機(jī)上,,將給未來的航空動力體系帶來顛覆的影響。這樣的核動力系統(tǒng)可實現(xiàn)超長航時飛行,、提供充足動力與電能,,支撐高功率激光等武器應(yīng)用。. Q( p# Z H2 I" y- C+ N S; F
如果洛馬公司的進(jìn)展屬實,,盡管其技術(shù)處于早期階段,,到實用仍需要10年甚至數(shù)十年時間,也必須要給予足夠的重視,。2 T' w3 ~0 F- h$ A; b9 g. f
4,、網(wǎng)絡(luò)化智能制造
% V" s& q. I' ]網(wǎng)絡(luò)化智能制造系統(tǒng)是生產(chǎn)模式的深刻變革,對于航空裝備研制影響巨大。通過引入網(wǎng)絡(luò)化智能制造系統(tǒng)以及并行協(xié)同,、集成產(chǎn)品研發(fā)等工程管理思想和方法,,對飛機(jī)設(shè)計生產(chǎn)模式進(jìn)行變革,從而大幅縮減研制時間,,提升研制效率,,更快地實現(xiàn)新技術(shù)集成和作戰(zhàn)能力的形成,并有利于航空裝備從設(shè)計到實用的全壽命信息化管理和應(yīng)用,。
* H. F; F5 T" U) ? q# U以上的幾個示例簡單分析了該技術(shù)對于航空(尤其是軍用航空)的潛在顛覆性效用,,這些技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r不同,顛覆性效果體現(xiàn)的領(lǐng)域也有所差異,,但對于形成對航空顛覆性技術(shù)認(rèn)識有所幫助,,也值得未來給予充分的關(guān)注。) r1 S! T/ V! F9 {
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