涉及新材料等8大前沿科技領域!2040年主要發達國家和地區技術趨勢預測及啟示
                      發布時間:2022-11-22 來源:中國無機鹽工業協會     分享到:

                           展望2040年,全球科技創新方式和技術格局將發生重大變革,科技發展將在社會生產生活的方方面面產生深刻的影響。近年來,美國、北約、歐盟等國家和國際組織紛紛開展對高新技術領域未來發展趨勢的預測,并研究其在經濟、社會和軍事領域所帶來的重大影響,發布了重要報告。

                          本文重點分析的三份報告包括美國國家情報委員會(National Intelligence Council,NIC)發布的《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》、北約科技組織(NATO Science & Technology Organization,STO)發布的《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》及歐洲議會未來科學與技術委員會(European Parliament Research Service,EPRS)委托蘭德公司發布的《塑造2040年戰場的創新科技》(表1)。


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                      2019年我國啟動了第六次國家技術預測工作,制定2021—2035年國家中長期科技發展規劃,研判科技發展態勢并預測未來影響經濟社會發展的關鍵技術。美國、北約及歐盟等國家和國際組織近兩年發布的技術預測研究報告對我國技術趨勢研究研判具有參考意義。本文重點梳理歸納以上三份研究報告的主要內容,分析技術發展趨勢及重大影響,總結未來軍民兩用前沿科技領域和技術發展方向,提出對我國前沿科技領域發展的啟示。


                      1. 發達國家及區域組織近兩年對科技趨勢的預測



                      1)《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》



                      NIC以4年為周期發布全球趨勢預測報告。本文分析對象為其于2021年3月發布的《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》。該報告重點分析預測全球范圍內,未來20年的科技發展前沿態勢。報告預測了人工智能、先進材料和制造、生物技術、太空技術以及超級互聯等5大主要科技領域的創新發展趨勢及其對經濟、社會、政治、軍事等方面產生的影響,旨在為美國政府人員的科技發展戰略決策提供情報支撐服務。報告指出,科技領域的交叉融合和國際日益激烈的科技搶奪等發展趨勢,將加速前沿技術的出現,影響未來全球社會、經濟。



                      2)《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》


                      2020年3月,NATO STO組織發布《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》報告,著眼未來20年軍事技術發展趨勢,對北約2019年12月在倫敦會議上提出的新興和顛覆性技術予以分析評估。報告分析評估了未來20年在大數據、人工智能、自主技術、空間技術、高超音速、量子技術、生物技術、材料制造等8個領域新興顛覆性技術的發展趨勢及其對未來發展的潛在影響,提出了未來20年軍事領域新興顛覆性技術將具有智能化、互聯化、分布式、數字化四個主要特征,或催生精確戰、自主程序與系統、戰場網絡、作戰域拓展等軍事應用,希望借此提升北約決策者對科技發展影響軍事能力的理解。




                      3)《塑造2040年戰場的創新科技》


                      2021年8月,EPRS委托蘭德公司發布《塑造2040年戰場的創新科技》報告,采用結構化的綜合研究方法,選取了11項能夠在2040年前后對未來戰爭具有顛覆性影響的技術群,從未來趨勢、機遇與挑戰、應用優劣勢等方面進行研究。


                      報告提出的11項技術群如表1所示。一方面分析了在2040年的時間框架內,某一特定技術群在戰場環境中被廣泛使用和采用的程度;另一方面分析了對戰場的預期影響程度,即考慮相關技術帶來的機遇和挑戰,以及技術群對2040年戰場的影響程度。

                      2. 面向2040年科技發展趨勢及重大影響



                      2.1 科技是未來贏得國家競爭優勢的關鍵途徑


                      《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》提出了未來20年科技影響力將進一步加強的觀點,主要包括:科技將增強人類應對老齡化、氣候惡化和低生產率增長等挑戰的能力,并作為獲得競爭優勢的關鍵途徑影響社會、產業和國家的發展;未來能夠利用科技提高生產率的國家將擁有更多的經濟發展機會,尤其是人工智能技術優勢國家將會取得顯著的競爭優勢;人工智能技術能夠以領域交叉融合發展的方式推動包括醫療、工業、農業交通、教育等多個領域的快速發展;空間新興技術將幫助推動空間商業化,拓展新的應用領域,并展現出激烈的競爭態勢。

                      《塑造2040年戰場的創新科技》提出,科技是世界指數級變化的關鍵驅動因素,將會導致社會的“游戲規則改變”。包括物聯網、先進制造、機器人和人工智能在內的先進技術,為歐洲的經濟增長和應對國際治理挑戰提供了巨大機遇。



                      2.2 未來科技進步將改變軍事作戰形態


                      通過總結北約《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》關于未來軍事作戰發展趨勢觀點可見,人工智能等高新技術領域與現有軍事技術相結合,將產生顛覆性影響,衍生出新的軍事技術,催生新的作戰能力。新技術的發展使未來軍事技術呈現出智能化、互聯化、分布式和數字化趨勢。

                      未來新技術將為軍隊提供更好的人機交互界面,提高國防決策效率。《塑造2040年戰場的創新科技》認為,這些新技術也為未來戰場管理提出了許多挑戰,特別是信息通信網絡日益發展導致的信息安全風險。人工智能、機器學習和大數據在軍事領域的應用將提高武器系統的作戰效能和指揮決策速度;新材料與制造技術使武器系統更輕、強度和能量效率更高,并支持自主武器系統現場定制;生物技術提高作戰人員在高危高壓環境下的戰斗能力;自主技術可實現基于群體智能的蜂群作戰能力;太空技術支持作戰效能的近實時評估并提高目標打擊成功率。



                      2.3 不同技術交叉融合成為主要趨勢


                      《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》提出,不同科技領域的交叉融合將推動未來科技快速發展。到2040年,人工智能、高速通信和生物技術等技術的融合將得到加強,其效能遠遠超過各單獨技術領域的總和。


                      《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》將8個技術領域間融合形成6種相互協同技術組,包括數據-人工智能-自主技術、數據-量子技術、太空-高超聲速武器-材料、太空-量子技術、數據-人工智能-生物技術、數據-人工智能-材料,并闡述了不同技術領域的交叉融合對未來軍事能力產生的顛覆性影響。



                      2.4 推動未來科技進步的主要力量和關鍵因素


                      《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》報告的主要觀點是,爭奪技術主導權的競爭日益激烈,將受到更廣泛的政治、經濟和社會競爭影響。技術資源的成功集聚者很可能成為2040年的技術領導者。國家主導型企業逐漸在開放性、創造性、競爭性以及驅動性等發展環境方面展現出劣勢,而一些跨國合作企業的相關衍生技術和應用成果將會展現出強大的優勢。

                      《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》認為,推動未來技術進步的全球主要戰略性力量和關鍵驅動因素包括創新投資、大國競爭、國防和安全、氣候變化和環境、資源和能源等可持續發展以及文化和法律等人文方面。

                      3. 未來軍民兩用的前沿科技領域

                      在對未來科技進步和技術趨勢預測中,三份報告對一些新興和顛覆性技術領域做出了趨同的研判和分析(表2)。人工智能、新材料和制造、生物技術、太空技術、大數據與高級分析、自主技術、高超聲速、量子技術等8個前沿科技領域被認為是未來軍民兩用的重點技術領域。本文重點介紹上述8個技術領域的未來發展趨勢及對經濟社會和軍事領域的影響。


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                      3.1 人工智能


                      人工智能將在廣泛的活動中與人類合作或取代人類。其發展和應用將改變人類的工作、交流、思考和決策方式,從而改變全球經濟、安全、通信和運輸等多個方面。在提升人類生活和經濟競爭力方面的巨大潛力將有助于解決當前社會面臨的緊迫挑戰,但同時也會帶來新的技術和倫理風險。

                      到2040年,人工智能通過與其他技術相結合,將使人類生活的諸多方面受益。《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》提出,人工智能的應用將改善醫療保健、支持更安全有效的交通、提高農作物產量,提高國家防御系統性能。同時,旨在影響或混淆人工智能決策的反人工智能技術也可能出現。大數據在為人工智能的發展提供數據支撐的同時,在數據的安全訪問、隱私保護、控制權等方面也將產生多方競爭和沖突日益加劇的問題。人工智能代替人類決策的應用將繼續引起倫理關注。

                      《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》分析了人工智能發展的重要技術方向和核心部件,提出人工智能研究往往依賴于兼容性強的開源工具和大量的數據信息,強調驅動人工智能發展的重要因素為商業應用需求。人工智能的發展存在幾大技術挑戰:一是大部分現有人工智能應用都比較脆弱;二是需要提升人工智能的可解釋性;三是難以在未來20年實現通用人工智能發展階段。主要的技術發展方向包括高級算法、人工智能應用、人機接口等;未來軍事應用包括指揮信息系統、武器和效果、無人作戰裝備、作戰任務規劃、核生化放以及軍事模擬訓練等,可顯著提升北約的情報分析、決策支持、無人群組智能作戰、日常軍事實戰化訓練等方面的軍事能力。

                      《塑造2040年戰場的創新科技》的主要觀點則認為,人工智能、機器學習和大數據可以在情報獲取、決策支持、指揮控制和后勤保障領域發揮重要作用。人工智能和機器學習技術可發揮數據訪問和管理方面的優勢,破壞作戰對手的觀察、判斷、決策和行動的決策環;亦可集成于遙感衛星、精確制導導彈和高超聲速武器等武器系統,大大提高武器作戰效能、殺傷力和自主決策能力。同時,人工智能和機器學習技術還可應用于網絡對抗,自主化編程生成惡意代碼增加攻防對手追蹤溯源的難度性,亦或是生成“深度偽造”的圖像、視頻和社交媒體“機器人”,增加敵方信息辨別真偽的難度。

                      總體而言,人工智能是新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量,具備改變經濟、社會和軍事的能力。重點技術方向包括高級算法研究、人機共生接口研究以及與量子技術、自主技術、新材料與先進制造技術的融合創新發展等。應用角度包括醫療、交通、農業、公共管理以及軍事等方面。其中北約和歐盟報告重點從軍事領域應用角度進行了預測,覆蓋情報分析、輔助決策、指揮控制和后勤保障以及日常軍事訓練等各階段。



                      3.2 新材料和制造


                      新材料和制造業的發展將對全球經濟、社會及軍事產生深遠影響。這是因為新材料將會在許多領域顯著改善產品性能。增材制造生成效率和成本控制等方面具有巨大的發展潛力,其與人工智能、大數據以及新材料等技術的融合將推動實現工業4.0,實現更高效和智能化的個性化定制和可持續制造。

                      先進材料源于其在輕度、柔韌性、導電性等特性優勢,重點研究方向包括二維材料、超材料和可編程物質等,未來將實現多元化應用;其重點研究領域為增材制造技術(3D打印),具備快速制作、按需定制、復雜形狀制造等優點,未來通過相關技術突破和可靠性提升,將推動現代制造業革命,以上為《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》的主要觀點。同時,報告指出,未來先進材料和制造領域,將更多地體現出多技術領域結合驅動發展的特點。高性能計算、材料建模、人工智能和生物材料等領域的融合將加速材料和制造業的創新發展,包括按需定制的高性能新材料和完全集成的協同制造系統研究,將實現現有材料無法獲得的新性能以及快速響應的智能化生產線。

                      《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》將新材料和增材制造等領域定位于顛覆性影響因素。納米技術或合成生物學技術的發展將支撐先進材料的制備,主要包括極端耐熱性涂料、高強度車身或平臺裝甲、隱身涂料、超導性傳感器和建筑材料等。增材制造將促進產品開發、減少庫存備用件、降低成本、優化產品設計以及按需定制,重點研究方向包括石墨烯和二維材料、納米級生物制造技術、3D/4D增材制造技術。其中,石墨烯和其他2D材料將帶來的優勢主要包括:減少設備負擔(用輕型材料和設備取代笨重部件),這對遠程作戰特別重要,對飛機系統也至關重要;為隱蔽的可穿戴設備編織織物類整體輕質柔性電子產品;更快的電子通信(更大的帶寬)和更強大的計算能力;改進(微弱)信號的檢測,(射頻/微波或光學)擴展操作平臺的物理范圍(用于通信、測距或熱成像/熱尋道);防生化攻擊,以及為爆炸性蒸汽的檢測提供更高的靈敏度及選擇性,用于新型裝甲和士兵系統的輕型高抗沖擊材料(比現有材料輕得多)。

                      《塑造2040年戰場的創新科技》提出的新材料和制造領域重點技術方向包括納米材料、石墨烯、復合材料以及增材制造。這里的新材料是指具有獨特功能或在強度重量比、熱穩定性或抗腐蝕性等方面優于傳統材料的材料。納米材料(納米武器)、石墨烯(碳納米管)和先進復合材料(金屬基、陶瓷基和聚合物基復合材料)值得高度關注。納米材料可能會作為生化武器的載體,這樣會擴大攻擊范圍,增加檢測和溯源的難度,降低生化武器的使用門檻。

                      綜上所述,新材料和制造技術能夠通過材料性能和制造方式的優化,推動現代化產業革命。其中,新材料方面,通過提升耐熱性、抗腐蝕性、輕量便捷性、通信能力、探測能力、抗核生化能力,能夠有效提升未來作戰裝備在復雜作戰環境下的作戰能力。先進制造領域重點技術方向為增材制造,具備低成本、復雜模型定制化、批量生產等優勢,與人工智能技術結合,具備在深空探測以及復雜戰場環境下的自動定制生產應用前景。



                      3.3 生物技術


                      生物技術是指重新設計或改造生物體,使其能夠實現特定功能的技術,將在生命健康、食品安全、生態環境以及社會經濟等方面產生深刻影響。生物技術與信息技術、新材料和制造等先進技術的結合,將進一步衍生出人機接口、合成生物學以及生物存儲與計算等新興技術領域。生物技術、神經科學和計算等領域的進步帶來了新型增強技術的潛力。

                      生物技術有望在未來20年影響全球經濟的20%,《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》提出的生物技術未來重點研究方向包括:數字健康/個性化醫藥,用于降低誤診率,改善醫療效果;定制化基因藥物,用于實現更加快速、有效的醫療;生物打印和異種移植,提供器官器官移植和修復效率,減少排斥;生殖工程學,大幅度減少基因遺傳疾病;人機界面,通過神經系統疾病新療法,增強認知能力;生物工程,提高設計和制造新材料、藥物的速度和可靠性;合成生物學,創造新分子、新材料和新療法;農業和食品生產轉型,實現低成本食品種類的增加,降低對環境的影響。

                      人體增強技術作為生物醫學干預手段,可用于改善人體形態、恢復能力、健康防護能力。《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》預測未來20年重點研究方向包括:生物信息技術和生物傳感器,探索新型生物傳感器、生物數據收集和分析方法;人效增強,利用基因改良、神經接口、藥理制劑、機械裝置提高人類生理效能和認知能力,通過更強的計算和建模能力來理解復雜社交網絡中的信息流;醫療防護措施和技術,開發新型診斷及治療方法,以支持預測性診斷、生化放威脅識別、傷員護理;合成生物學,設計和創造合成的生物成分或系統,包括用于監視多種細胞的生物傳感器系統。

                      合成生物學技術作為未來重要的技術發展方向,可利用基因編輯、藥物和生物技術進行戰傷救治,也可以用于士兵體能或認知能力增強。《塑造2040年戰場的創新科技》報告提出,將生物技術與機器人、自主系統、傳感器和電子技術結合將衍生諸多發展方向,包括模仿生物系統開發的仿生機器人、創造新型生物的基因改造技術。軍事應用生物技術可以分為侵入式(如藥物)和非侵入式(如外骨骼)兩種類型,通過提高人體警覺性、學習能力、認知能力、消化能力來提高士兵的運動和非運動能力。如莫達非尼(提高注意力的藥物)可以提高士兵在高危高壓環境下的態勢感知和決策能力。此外,士兵還可以通過基因工程預先篩查潛在的風險和疾病,獲得量身定制的藥物,以便進行準確的治療。

                      綜上所述,三份報告均提出以增強人類能力為目標的人體增強技術為未來生物技術發展重點方向。以藥物、檢測設備以及新型治療手段等方式提升人類的學習能力、認知能力、消化能力、信息傳輸能力等。此外,《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》《塑造2040年戰場的創新科技》還提出生物技術與機器人、自主系統、傳感器和電子技術結合,研制新型生物傳感器、仿生機器人、生物武器等,以提升軍事作戰能力。



                      3.4 太空技術


                      外層空間的激烈競爭使得各國政府更看重遏制和保護太空資產的能力。太空技術的提升將在航空、導航、交通、通信、環境監測以及軍事用途等領域帶來顯而易見的好處。

                      未來太空技術研究需重點結合先進制造技術、增材制造技術、人工智能技術、通信技術開展,拓展在民用、商業、軍用方面的創新應用。通過分析《全球趨勢2040——競爭更激烈的世界》可以梳理出3個重點研究方向:結合智能制造、增材制造等技術,開展在軌服務、裝配和制造等太空技術發展,用以支持國家和國際空間系統建設;結合通信技術發展,提升空地間數據信息傳輸的實時性和海量性,為上層服務提供更準確、詳細的數據信息;利用人工智能技術,驅動大型衛星星座運行、提升空間態勢感知能力,并衍生出創新的空間服務。

                      《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》從應用發展趨勢和重點研發方向2個層面進行了預測分析。應用發展趨勢方面,提出太空技術有望大幅提升多層面的態勢感知水平、支持作戰效能的近實時評估并提高目標打擊成功率。但隨著對天基資產依賴性的增加,反衛星等系統帶來的風險將加大;隨著軌道越來越擁擠、太空碎片數量不斷增加,天基系統的有效性和可靠性將受到威脅。重點研發方面,主要包括:微波光電,持續研究以提升太空系統性能并促進系統進一步微型化;小衛星,包括低能耗推進、衛星控制等方面研究;自主系統,擴大在軌自主能力,提高人工智能處理能力;無源相干定位雷達;天基量子;太赫茲傳感器等。

                      《塑造2040年戰場的創新科技》提出,太空技術已經成為網絡中心戰和精確打擊戰的關鍵。報告強調,未來馬賽克戰要求分散部署兵力,將會更加依賴天基指揮控制和情報監視偵察能力。未來太空技術重點研究方向主要包括太空發射技術、對地監視和太空態勢感知技術、天基通信技術以及太空對抗技術等。臨近空間技術也值得高度關注,高空偽衛星和在平流層用來進行對地觀測的遙控飛機等已經成為網絡中心戰和精確打擊戰的關鍵。軍事應用進入太空成本的降低可能進一步促進天基服務的應用,可用于防空反導,例如使用衛星跟蹤和攔截彈道導彈來探測大規模殺傷性武器的試驗或使用情況。

                      綜上所述,未來太空技術與人工智能、先進制造等技術領域的融合,會顯著提升空間應用的各項水平,包括支持在軌服務、裝配和制造活動,大幅提升多層面的態勢感知水平。其中,軍事方面重點應用在于空間態勢感知,以小型化、集群化的發展趨勢提升情報監視偵查、態勢判斷分析、輔助指揮決策、目標持續跟蹤、目標判斷識別、目標精確打擊、導彈預警防御等能力,支撐未來軍事全域作戰能力,包括支撐馬賽克等新型作戰方式等。



                      3.5 大數據技術


                      隨著物聯網和智能產品的開發和應用,世界數據總量呈現爆炸式增長,并將在未來進一步擴大規模。大數據技術的發展將提供更快、更準確的分析和決策,并對安全局勢產生實時的情境性理解,但同時也會引發新的問題和風險,如對數據的控制權、數據濫用及隱私泄露等。

                      大數據與高級分析是所有新興和顛覆性技術的使能技術,對于增強軍事能力十分重要。《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》重點強調大數據與高級分析技術跨越多個學科,其發展具備強大的商業和開源基礎。涉及的軍事應用領域包括情報監視偵察、態勢感知、訓練和戰備、后勤、作戰保障、科技研發、信息管理。重點技術方向包括:工程防御,包括自動識別、破壞和調查網絡機器人社交和網絡攻擊;優化通信,包括探索新的通信模式(如5G)、網狀網絡、后量子加密方法和認知方法的擴大應用;分析,包括噪聲和不確定數據融合、作戰決策、復雜多尺度物理和信息系統建模仿真、新型分布式計算框架等;傳感器,包括被動信號融合和評估、生物傳感器、多用傳感器、邊緣計算;信任,包括網絡代理、改進的可視化和預測分析、海量社交或網絡行為體識別與標記工具、紅隊網絡代理開發。

                      《塑造2040年戰場的創新科技》提出了大數據技術的3個重點技術方向,分別是數據技術領域中的先進計算、先進數據存儲和先進通信技術。先進計算技術包括量子計算和邊緣AI計算等;先進數據存儲技術包括高密度低能耗數據存儲和全息數據存儲等;先進通信技術包括5G和先進光纖技術等。未來戰場先進軍事能力的形成依賴大量的計算資源和高性能的計算解決方案。5G等先進通信技術可能會對國防安全構成挑戰。

                      綜上所述,《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》和《塑造2040年戰場的創新科技》均提出大數據技術作為使能技術,借由數據采集技術(傳感器)、數據通信技術(5G和先進光纖)的發展,未來能夠結合具體軍事應用開展定制化的數據挖掘與分析,為軍事作戰前期的情報、監視、偵查和態勢感知提供更多有價值的數據分析結論,同時為人工智能賦能下的作戰決策、作戰指揮、作戰評估等新形態應用提供通用技術支撐。



                      3.6 自主技術


                      自主技術能夠承擔單一重復式或危險性高的任務,能夠顯著降低成本、減少人員配置、提高效益并減少人員傷害。《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》從未來軍事應用和重點技術方向共2個層面進行了闡述,認為在軍事應用方面,自主系統已在現實和虛擬環境中廣泛使用,最終將以人機協同的方式實現更廣泛的應用。未來20年,自主技術將顯著影響以下軍事領域:兵力結構、單兵效能、反制措施、無人蜂群、后勤、態勢感知、殺傷力、機動能力、生存能力、持續性、城鎮作戰、網絡。重點技術方向包括:系統,如下一代低可觀測系統、新型推進器、太空與高超聲速系統、低功耗廉價高敏感傳感器、社交機器人、網絡攻防、誘餌等;人機編組,包括改進的人機編組、優化的社會技術集成、新接口與控制設計;反制措施,包括定向能武器、電磁反制措施、誘餌、蜂群攔截等;自主行為,包括大規模蜂群、嵌入式人工智能、精確導航和數字控制。

                      《塑造2040年戰場的創新科技》,自主系統可以提高反應速度、決策速度和跨陸海空域的移動速度,可以增強情報監視偵察能力和武器系統的延伸覆蓋范圍,并重點強調了先進機器人和自主系統能夠適應各種不同任務和不同條件(例如氣候和地形),具備廣泛的軍事應用前景,可以應用于空中、地面、水面和水下運載器,以及異構系統和自主蜂群。隨著計算機視覺傳感技術和雷達技術的發展,先進機器人和自主系統的推進、精確起降和導航能力都在不斷進步,將在情報監視偵察方面發揮更大的作用。隨著運載器互操作技術和人工智能賦能的遠程控制技術的發展,一個操作員將可以控制多個運載器組成的編隊。

                      綜上所述,《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》和《塑造2040年戰場的創新科技》均根據自主系統的無人化、協同化、智能化等特點開展未來軍事應用分析,并從不同的作戰單元、作戰形式、作戰階段等角度列舉應用趨勢。自主技術或自主系統作為在大數據、人工智能、先進制造(機器人)以及通信技術的支撐下開展的智能化作戰單元/系統的綜合集成,可在特殊戰場環境下替代人員作戰或填補以往不能實現的作戰任務空缺,形成新形態聯合協同作戰編組,具備感知、判斷、決策、行動的閉環作戰能力,可極大提升軍事作戰能力。



                      3.7 高超聲速


                      高超聲速通常定義為高于5馬赫或音速的5倍。高超聲速飛行的技術進步催生全新的武器,高超聲速巡航導彈(Hypersonic Cruise Missile,HCM)以及高超聲速滑翔飛行器(Hypersonic Gliding Vehicle,HGV)。二者都可以在飛行過程中操縱,進而改變其目標和軌道。高超聲速武器的發展有可能使現有的導彈防御系統失效,但制造這些武器仍然存在一些重大的技術挑戰。

                      《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》對高超聲速系統的分類、應用前景以及重點研究領域進行了分析總結。報告認為,通常討論的高超聲速系統有四種,高超聲速滑翔飛行器、吸氣式高超聲速巡航導彈、高超聲速軌道炮和高超聲速載人飛機。其中,軍事應用優先考慮高超聲速滑翔飛行器和高超聲速巡航導彈。高超聲速武器具備戰術警報/攻擊評估系統反應時間少、制定對抗措施難及對高價值目標威脅大等優勢,具有重要戰略地位,能夠提高對地面和海上重點目標的打擊能力。美國高超聲速巡航導彈預計在2025年前投入戰場,高超聲速滑翔飛行器在2035年前投入戰場。近年來,隨著材料、推進器、制導、控制等方面的發展,為解決高超聲速有關的熱、機動性、壓力和能量挑戰提供了新方法。未來重點技術方向包括:平臺,包括新耐熱材料、新推進模式、微型化和減重、建模與仿真、新運載器具設計、超燃沖壓發動機推進、隱身材料與設計、先進飛行控制等;防御性反制措施,包括傳感器和跟蹤、硬殺傷、軟殺傷等。

                      高超聲速武器主要包括高超聲速滑翔彈(發射后沿大氣高層滑翔,與彈道導彈原理類似)和高超聲速巡航彈(利用先進的噴氣發動機和/或火箭發動機來獲得更高的速度),《塑造2040年戰場的創新科技》強調,盡管高超聲速滑翔彈并不比傳統的洲際彈道導彈速度更快,但滑翔彈道使其具有更強的機動性,能夠突破當前的導彈防御系統。隨著超燃沖壓發動機和耐高溫材料的出現,高超聲速武器的性能將不斷提高,未來可能會接入自主系統或AI賦能的指揮控制網絡。

                      綜上所述,《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》《塑造2040年戰場的創新科技》均提出高超聲速武器是未來先進武器系統重點研究方向,具有重要軍事發展戰略地位。借由其在速度、精準度、殺傷力等方面的優勢,未來與自主系統集成將進一步提升軍事作戰能力。



                      3.8 量子技術


                      量子現象是許多現代技術的基礎,包括晶體管、核能、電子顯微鏡、超導、光電探測器、醫學成像(功能性磁共振成像和正電子發射成像)、激光和固態器件。人們將之用于新興技術開發,其中大多數技術還處于早期階段,在實現應用前還面臨重大挑戰。例如,廣泛可用的通用量子計算至少需要發展15~20年,之后實現商用預計還需要5~10年。

                      下一代量子技術可能對北約軍事能力產生革命性影響。《科技趨勢2020—2040——探索科技前沿》重點從計算、傳感、導航定位授時以及通信與加密等方面提出了應用發展趨勢以及重點技術方向。計算方面,量子計算機有望具備更加強大的計算能力,使加密和解密防范變得更加復雜,同時有助于新材料和生物技術的加快開發;傳感方面,量子傳感器將更加敏感,有助于開發隱身和反隱身雷達及更強大的磁、聲和重力傳感器;導航定位授時方面,量子效應有助于開發非常敏感的導航定位授時設備;通信與加密方面,不可破解的密碼以及快速解密當前加密信息的能力,將挑戰現有自動化指揮系統。

                      量子技術能夠更準確、更快速、更省時地處理大量數據,從而提供先進的分析能力,《塑造2040年戰場的創新科技》強調量子技術重點技術方向包括量子密鑰分發、量子密碼分析和量子傳感。雖然通過量子密鑰分發進行量子加密可以為“防御”提供優勢,但量子密碼分析可以通過“進攻”破解該優勢。

                      綜上所述,北約和歐盟均提出量子技術在計算、通信、安全保密等方向具備提升未來軍事作戰效能的應用前景,具備顛覆性影響作用。量子計算將超越經典計算機對于特定分析問題的理論極限值,但需要更長周期的科學研究;量子傳感器將比現有系統敏感許多倍,且具備良好的抗干擾潛力;量子密鑰加密提升信息保密防御優勢,量子密碼分析可以提升情報信息破解能力。



                      4. 啟示與建議

                      未來20年,全球科技創新和技術格局將發生重大變革,也是我國建成世界科技創新強國的關鍵時期,把握代表世界科技前沿、經濟高質量發展和國防實力的高新技術領域的未來發展趨勢,以及發達國家和地區在這些領域的重點研究方向,對我國制定未來前沿科技領域的發展戰略具有參考價值。



                      1)加強技術預測和識別研究


                      關注發達國家和地區技術預測結果及實施,在大國博弈背景下應對世界創新格局變化和國際科技競爭,關注美國、歐盟等發達國家與組織在未來前沿科技領域的重點發展方向,針對技術預測所提出的戰略措施和相關政策,以及對世界經濟、社會和軍事發展產生的影響。加強我國對于未來前沿科技發展態勢的預測和識別研究,完善國家技術預測機制,發揮科技領域國家高端智庫在技術預測方面的作用,培養戰略研究高端人才,結合先進的技術預測方法,準確預測和研判未來技術的發展前沿態勢以及我國面臨的發展機遇和挑戰。交叉融合催生未來科技創新發展,不同技術領域相互促進,衍生出多元化創新和應用。準確把握不同技術交叉融合創新規律,加強人工智能和大數據、信息和通信技術、生物技術、新材料及制造技術、自主技術、太空技術等融合發展,及其在商業和國防領域顛覆性的應用研究,支撐我國未來經濟社會高質量發展,提高國防競爭力和未來戰場主動權。



                      2)關注前沿科技領域的重點研發方向


                      綜合分析美國、北約、歐盟等國家與組織發布的3份報告,總結其在人工智能、新材料和制造、生物技術、太空技術、自主技術、大數據技術、先進武器技術和量子技術等8個前沿科技領域提出的未來重點研究方向。

                      在人工智能領域,重點技術方向包括高級算法研究、人機共生接口研究以及與量子技術、自主技術、新材料與先進制造技術的融合創新研究;在新材料和制造領域,重點技術方向涉及新材料的耐熱性、抗腐蝕性、輕量便捷性、通信能力、探測能力等性能優化的研究和低成本、復雜模型定制化、批量生產的增材制造技術研究;在生物技術領域,重點關注生物信息、生物傳感、人效增強、生物醫學和合成生物等技術的發展,以及由此帶來的安全、倫理等社會問題;在太空領域,重視其與先進制造技術、人工智能技術、通信技術的交叉融合發展,重點技術方向為微型化太空系統、小衛星、無源相干定位雷達、天基量子、太赫茲傳感器等;在自主技術領域,重點技術方向為自主系統集成應用、人機交互、智能感知、智能決策等;在大數據技術領域,重點技術方向為先進計算技術、數據存儲和通信技術等;在高超聲速武器領域,重點研究超燃沖壓發動機、耐高溫材料、隱身材料與設計、先進飛行控制等技術;在量子計算領域,重點技術方向為量子計算、量子通信、量子加密以及導航定位授時等。


                      來源:世界科技研究與發展

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