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

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)的中堅力量,，超材料技術(shù),、智能材料技術(shù),、生物計算機技術(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,。
) l% I% ?% s, K8 w4 _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。現(xiàn)代空軍往往可以獨立遂行機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,、機動性,、殺傷力、信息知識,、生存力,、人機綜合、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。
) K7 f" _) q& z0 k& @, ?從軍用航空未來發(fā)展趨向符合性考慮
- \. ^8 J. j' n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,。
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)人機綜合；“高能化”包括：高超聲速技術(shù)的平臺高能化,、機載激光的武器高能化,、發(fā)動機系統(tǒng)的高效化以及機電系統(tǒng)的能量綜合化等；“遠程化”是多種未來航空裝備的特征,，如下一代遠程打擊轟炸機,、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)視與打擊飛機等,。
8 I6 M% b/ ^: }. Y1 e典型航空顛覆性技術(shù)發(fā)展狀況與潛能初探
% v( i$ m) ]; y+ a# l7 _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),、機載激光武器技術(shù)、納米技術(shù)以及腦機接口技術(shù)等,。這里僅對其中的幾項進行簡要的分析,。
1、超材料技術(shù)
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,。
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動性,、信息知識能力,、生存力，并對研制流程形成重大影響,。
4 [1 a) P  c% \. [2 k( f9 b7 J! W9 c2,、量子信息技術(shù)
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,。
（1）量子導(dǎo)航技術(shù)——依靠自身的精確導(dǎo)航
  t4 U1 K% d# s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,、足夠精確等優(yōu)勢與特點，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,。
（2）量子成像技術(shù)——穿透干擾、高度清晰
3 u- S4 F) |. ~3 q7 }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,；利用非相干源進行相干成像；采樣率低于奈奎斯特采樣率的情況下仍能達到掃描成像效果,。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,。
; }. O# G! T/ L+ N1 P# F5 R（3）量子加密及量子通信技術(shù)——天然安全、大容量傳輸
2 W0 R9 M0 B+ P& F( R5 U4 ^5 I% C% S將量子態(tài)充當(dāng)建立該經(jīng)典關(guān)聯(lián)隨機數(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。
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,，量子通信能大幅擴展通信容量，這對于信息作戰(zhàn)和交流意義重大,。
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,。
' T& O$ |& A3 v* h" s（4）量子計算機技術(shù)——突破傳統(tǒng)限制,、更快更高效
處理和計算量子信息、運行量子算法的量子計算機其具有天然的量子并行計算能力,，在解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題時遠超傳統(tǒng)計算機,。量子計算機技術(shù)能夠以更高的效力突破傳統(tǒng)計算機體制，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,。
. k& o/ F/ ^1 V# n3,、核能小型化技術(shù)
' G1 s$ @+ I4 V; V; W& K* p' ?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,。
如果洛馬公司的進展屬實，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。
1 {9 Y0 `6 G* }2 b7 y5 b4,、網(wǎng)絡(luò)化智能制造
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,，對飛機設(shè)計生產(chǎn)模式進行變革,，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。
: B3 ?1 e$ l6 v. V8 |4 H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)展狀況不同,，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)認識有所幫助,，也值得未來給予充分的關(guān)注,。