超材料,、新技術(shù)的應(yīng)用將對航空武器裝備產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響

寂靜天花板

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(jiān)力量,，超材料技術(shù),、智能材料技術(shù)、生物計(jì)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。
從航空武器裝備能力提升角度分析
相比其他武器裝備,，航空武器裝備無論是在速度,、機(jī)動(dòng)性、殺傷力,、信息知識(shí)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(dòng)靈活的多類型作戰(zhàn)任務(wù)，而各軍種協(xié)同作戰(zhàn)時(shí),，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(shí),，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(shí),，可從這幾個(gè)方面入手。即,，考慮技術(shù)在：速度,、機(jī)動(dòng)性、殺傷力,、信息知識(shí),、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(xiǎn)）等方面,。
從軍用航空未來發(fā)展趨向符合性考慮
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(tái)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(jì)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,。
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(shí)現(xiàn)人機(jī)綜合,；“高能化”包括：高超聲速技術(shù)的平臺(tái)高能化,、機(jī)載激光的武器高能化、發(fā)動(dòng)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。
典型航空顛覆性技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與潛能初探
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(jì)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(dòng)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(xiàng)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(jì),，可按功能實(shí)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(shí)現(xiàn)了材料設(shè)計(jì)模式的變革,；作用范圍上,，超材料可以橫跨整個(gè)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,。
從航空應(yīng)用潛力上，超材料可能首先應(yīng)用在四個(gè)方面：實(shí)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(jì)，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。
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(dòng)性,、信息知識(shí)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(shí)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(jià)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
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(tái)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(tái)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(dòng)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(shí)用,；全程利用量子信道來傳送,、存儲(chǔ)和處理量子態(tài)信息的量子通信仍處于探索發(fā)展中。
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(shí)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(shí)，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(shí)用,。
2 E8 d: D. r9 S5 X1 k9 j$ [（4）量子計(jì)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(jì)算量子信息、運(yùn)行量子算法的量子計(jì)算機(jī)其具有天然的量子并行計(jì)算能力,，在解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題時(shí)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī),。量子計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠以更高的效力突破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)體制，實(shí)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(shí)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。
3,、核能小型化技術(shù)
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(gè)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(dòng)力能夠安全地安裝到飛機(jī)上，將給未來的航空動(dòng)力體系帶來顛覆的影響,。這樣的核動(dòng)力系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超長航時(shí)飛行,、提供充足動(dòng)力與電能，支撐高功率激光等武器應(yīng)用,。
如果洛馬公司的進(jìn)展屬實(shí),，盡管其技術(shù)處于早期階段，到實(shí)用仍需要10年甚至數(shù)十年時(shí)間,，也必須要給予足夠的重視,。
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(jì)生產(chǎn)模式進(jìn)行變革,，從而大幅縮減研制時(shí)間，提升研制效率,，更快地實(shí)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(jì)到實(shí)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(gè)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(shí)有所幫助,，也值得未來給予充分的關(guān)注,。

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