【科技资讯】美国《国防》杂志总结出十大颠覆性技术
2014年11月，美国《国防》杂志总结了十大颠覆性技术（排名不分先后）。在全球不稳定的新时代下，这些技术将对军事作战产生重要影响。(【战略前沿技术】2014年11月08日曾刊登过《【科技动态】美国《国家防务》公布影响未来作战的十大颠覆性技术》，本次刊出《防务视点》杂志的详细版本，并附原文)
自主无人系统
研究人员正在研究全自主的武器，包括机器人和其他系统。认知系统与普通计算机芯片的不同之处在于，认知系统是基于人脑的思维方式，具有全局意识，能感知自身以及周围现实和虚拟事物与信息，并了解其所处网络中的其他节点。无人系统可自主交互，并可以自主攻击不属于其所在网络体系中的系统。
2014年8月，美国海军研究办公室进行了无人系统研究历时10年以来最重要的一次里程碑式的试验。在试验中，13艘装备12.7毫米机枪的无人水面艇护卫主舰航行，在直升机侦察到可能携带简易爆炸装置的敌方舰艇目标后，各无人艇开始自主运动，与其他护卫舰围住主舰，提供防护。此次试验也标志着未来5年无人系统将有可能进一步在自主认知能力方面取得突破性进展。
从发展过程来看，未来无人系统将首先为操作人员提供行动提示，比如建议使用何种武器。下一步将达到自主决策水平。自主技术将不仅用于机器人，还可用于信息技术系统，对情报、侦察和监视平台收集的大量数据进行筛选。但完全自主的系统可能会带来风险，因此需要考虑如何确保对自主系统的控制等问题。
抗干扰、抗截获能力强的激光通信技术
激光通信技术也称作自由空间光学技术，可替代传统的无线电技术，帮助作战人员以难被探测（安全保密）的方式传输大量数据和语音信息。激光通信的概念出现于20世纪70年代，1998年实现商业应用，近年来进入黄金发展期和成熟期。
激光通信技术的优点包括：
①使用光脉冲来传输数据，无需绕开建筑物或湖泊、河流、山脉等自然障碍物，数据速率比传统的无线电技术高100～1000倍；
②可以解决当前的“频段拥挤”问题；
③保密性好；
④可在恶劣天气下正常工作；
⑤相关系统体积小、重量轻、功耗低。
在军事应用中，激光通信系统需要坚固耐用，若安装在地面车辆或飞机上，还需抗振性能好。美国海军研究办公室已在相隔50公里的两座山上成功测试了埃克斯利斯公司的战术瞄准线作战网激光通信系统。该系统包括可在行进中工作的同步发射器和接收端。发射器和接收端需要能够自动搜寻对方和自动链接，实现舰对舰或舰对岸通信。
可根据需要现场制作无人机的3D打印技术
3D打印又称作增材制造，自20世纪80年代开始出现，主要用于制造模型和样机。随着打印机分辨率和材料强度的提高，该技术取得了飞速发展。英国BAE系统公司的科学家和工程师预测，未来飞行员在执行作战任务时，如果临时需要无人机支援，可以利用3D打印技术现场打印出所需装备，相关技术可能在2040年前实现。具体过程为：飞行员提出无人机申请；后方工程师向申请人员载机上的3D打印机发送技术资料，通常是所需机型各零部件的3D打印工程图纸；飞行员利用3D打印机现场打印出尺寸、航行距离、载重量等参数均符合任务需求的无人机。
2014年8月，美国弗吉尼亚大学的研究团队用3D打印技术制造出重0.8kg的“剃刀”小型无人机的9个机体部件，共耗时31小时。制造过程采用熔融沉积铸模技术，熔融状态的材料经一层层喷涂后形成所需结构。无人机的马达、伺服系统、自动驾驶仪和电池等电子设备采用商用现有产品。安卓智能手机为无人机提供计算能力。
但实际上，当前的3D打印技术还不太成熟，工业界和政府部门需就打印机、打印材料以及打印方法制定系列标准和规范，推动未来3D打印技术的稳步、有序发展。
以3D打印技术打印的无人机
新能源技术
国防部是美国最大的能源用户，每年在燃料方面耗资约十亿美元。未来作战行动中，美国国防部需要能够为士兵装备、武器系统和电力基地提供电能的可再生能源，降低对石油燃料的依赖。
核聚变反应堆可为部队提供丰富的能源，并且安全性更好，成本也更低。如果能获得足够的投资，核聚变反应堆可能在15年内投入使用，在未来20年或30年内，有望装备到舰艇上为整艘舰船供电。
天基太阳能是另一种可为军方提供充足电能的技术。地面太阳能技术存在的问题是当光照条件不好时无法收集能量，但天基太阳能可以克服这一难题。天基太阳能方案为：发射地球同步卫星，在其上安装大型太阳能电池板阵列，收集能量并通过聚焦束定向技术发送到地面的接收电厂（接收电厂大小与足球场相当）。军方可在前线作战基地或其他偏远地区建造接收电场来收集能量，并将其转化为电能。但是，这项技术的成本非常高。相关系统需耗资数千亿美元。
美国海军研究办公室正在为海军陆战队研究通过士兵自身的运动来产生电能的方法。例如，将背包上下运动中蕴含的机械能转换为电能、利用背包收集太阳能、利用膝盖缠绕带将机械能转换为电能、利用压电技术将行走或跑步时鞋所承受的压力转换为电能。此外，海军研究办公室还开展了可再生可持续远征能源项目，利用太阳能发电和储能技术，将海军陆战队小型发电系统的燃油消耗量减少40%～60%。太阳能发电系统先收集太阳能，然后提供给斯特林发动机，斯特林发动机的转轴输出动能后由发电机进一步转换为电能。储能技术是采用固体氧化物燃料电池和商用现有的太阳能电池来供电。相关技术正处于演示阶段，预计将在2015财年第一季度进行关键设计评审。
此外，能源部下属的能源高级研究计划局还在研究将化学能转换为电能的转换燃料电池项目，最终可能降低成本，并实现军用。
美军希望在太空建大型卫星，图左为构想图，右为其中一款设计。
全息训练技术
全息技术的工作原理是采用特殊的4K摄像机和投影仪，利用卫星传输数据，并在绿色房间内通过软件产生图像。全息技术已应用于娱乐行业，取代二维图像提供逼真的三维景象。在军事训练中，全息技术可使武装分子和平民等以逼真的三维实景出现，使训练更为逼真，提高训练效果。在模拟乡村或城市作战时，全息图像可以与软件结合，记录士兵发射子弹的时间。由此，培训师可以确切知悉谁是最先实施射击或最先击中目标的士兵。
全息技术的另一项军事应用是战略通信。陆军参谋长可在发布和讨论新条令时，与需要参与讨论的人员进行远程通信。建设一个全息位置点需花费25万美元，根据需求不同略有调整。
高超声速武器
高超声速技术自20世纪50年代出现，通常被定义为飞行速度超过5马赫以上，可在几分钟之内将携带的武器和传感器等有效载荷投送到目的地。
高超声速技术可作为武器和情报收集工具使用。美国空军对高超声速武器寄予厚望，并在五大优先发展的技术中将其列为首位。高超声速武器有望进入敌戒备森严的反介入/区域拒止地区执行快速目标打击任务。空军与国防高级研究计划局合作开展了两项新的高超声速武器计划，分别是高超声速吸气式武器概念巡航导弹和战术助推滑翔飞行器。战术助推滑翔飞行器是将飞机加速至5马赫，然后让其滑行至目标处。研究人员计划未来5年内进行演示，并预计2040年前后装备已形成战斗力的可重复使用型高超声速飞行器。
高超声速武器有望进入敌戒备森严的反介入区域拒止地区执行快速目标打击任务。
搭载无人装备的无人系统母舰
海军目前过度依赖先进的大型舰艇和潜艇来执行各种任务，虽然这些船只的生存力和战斗力很强，但一次也只能部署在一个地方。美国国防高级研究计划局正在通过“水螅”项目开发可搭载无人载荷和平台，并在海底潜伏数周甚至数月的系统。这种系统类似于航空母舰的模块化搭载平台，可在沿海海域行驶时搭载、运输和投放有效载荷，并且需拥有充足的能源、强大的推进系统和指挥控制系统。这种无人系统母舰将装载多种水下无人系统和载荷，用于执行反水雷以及情报、监视与侦察任务。国防高级研究计划局还希望无人系统母舰能搭载无人机，可从水下发射升空执行飞行任务。未来，海军还计划用无人系统母舰投放更多的有效载荷。无人系统母舰的通信套件将与海军的有人系统集成，士兵可对搭载的无人平台进行远距离操控。
“水螅”系统于2013年启动概念设计，之后进行组件集成和测试及进一步降低风险研究，2018财年将进行全系统演示，预计2040年投入使用。
从海量情报数据中提取有用信息的数据处理技术
美国国家安全机构搜集的数据量越来越庞大，过滤和筛选这些数据的任务变得越来越繁重。中央情报局的下一个大规模投资必定是大数据处理。
谷歌、亚马逊、脸书、微软和Adobe等公司已投入数十亿美元研究计算机视觉和深度学习技术。这些技术的目标是教会计算机如何以人类的方式观察事物和周围环境。计算机视觉技术专门用于获取、处理、分析和理解图像，将在未来几年迅速发展成熟。深度学习是使用人工智能来处理问题，从大量图像中发现规律。
能够应付小艇集群攻击的船体设计
2014年初，卫星图像拍摄到了伊朗制造的“尼米兹”级核动力航空母舰的等比模型。该模型用于训练如何用集群高速快艇将其摧毁。显然，美国海军需要能够应对集群小艇攻击的舰船，这种舰船要求体积小，稳定性好。美国朱丽叶公司设计了与海军其他水面舰艇不同的“幽灵”舰船，其指挥模块位于两个支柱的顶端，并分别与鱼雷形状的管体相连，该管体配有发动机和螺旋桨，可在管体周围产生气泡。“幽灵”舰船的稳定性非常好，即便在大浪环境中航行也能发射“复仇女神”导弹。M舰船公司制作了采用M形船体设计的M80“短剑”样船，船宽12米，稳定性好，可发射无人机和无人潜艇等无人系统。
新生物医学技术
随着医学和生物学技术的进步，军事研究机构正在努力提升士兵的战斗力和生存能力。美国国防高级研究计划局在2014年4月新成立了生物技术办公室，目的是研究使士兵保持最佳战斗力以及迅速、全面恢复战斗力的新技术。相关项目包括高科技机器人假肢，以及植入士兵大脑以帮助士兵在受伤后恢复记忆的设备。国防高级研究计划局还在开发类似于油灰的材料，可装入或置于骨折位置四周，在几天内硬化为骨质结构，实现正常的承重行为，医生无需再用夹板、棒条和螺钉等紧固装置。2014年8月，国防高级研究计划局新启动了ElectRx项目，开发能注入到士兵体内帮助士兵自愈的微型机器人。此外，国防高级研究计划局还在通过“勇士织衣”项目开发轻型共形外骨骼技术，来减少士兵因携带重物而受伤的风险。
通过“勇士织衣”项目开发的轻型共形外骨骼技术
美国陆军研究实验室正在研究利用最新的神经科学技术来检测大脑状态，以改善理解能力、目标感知和决策能力。到2030年，传感器将嵌入到士兵头盔和衣物中，监测士兵的大脑信号和生命体征。陆军医学研究与装备司令部正在研究伤口愈合技术，包括开发可注入到士兵血液中的人造血液。
（来源:防务视点, 作者:李雅琼，部分图片来源于原文网站,部分图片来源于网络）
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原文链接:
Top 10 Disruptive Technologies for a New Era of Global Instability
November 2014
By Sandra I. Erwin
There is growing concern in the Pentagon that the U.S. military is in a technology rut. Even though American technology has been the gold standard for decades, countries like China intend to challenge that lead.
How the nation’s military will keep that edge in a rapidly changing and dangerous world is the proverbial 64-million-dollar question. The national security challenges are multiplying: From the crisis in Ukraine, unprecedented turmoil in the Middle East, uncertainty in Pakistan, the drawdown in Afghanistan, unnerving tensions in the South China Sea.
The U.S. military continues to rely on many technologies that, although still dominant, are several decades old. After 13 years of grinding warfare and large-scale counterinsurgency operations, “We’re seeing first-hand that the rest of the world has not stood still,” said Defense Secretary Chuck Hagel.
Disruptive technologies and destructive weapons used to be accessible only to advanced nations, but are now available to almost anyone, including terrorist groups. The Pentagon has observed that China and Russia have been trying to close the technology gap by developing anti-ship, anti-air, counter-space, cyber, electronic warfare and special operations capabilities that appear designed to circumvent traditional U.S. military advantages.
All this suggests that a new wave of innovation is long overdue. “If we don’t take these challenges seriously,” Hagel cautioned, “our military could arrive in a future combat theater facing an arsenal of advanced, disruptive technologies that thwart our technological advantages, limit our freedom of maneuver and put American lives at risk.”
One of the favorite catchphrases of U.S. generals and admirals is that they do not want to send their troops into a “fair fight.” The implication is that they want to overwhelm the enemy with revolutionary, game-changing new technologies. In this age of fiscal austerity, however, the military no longer is able to purchase the shiniest objects that money can buy. To their credit, the military services consistently have managed to use technology in new and creative ways, so the future is likely to be a mix of old and new. In that vein, Hagel has directed the Pentagon to “embrace a spirit of innovation and adaptability across our defense enterprise.”
Against this backdrop, the writers and editors at National Defense Magazine identified key technologies that will give military forces a decisive edge in future wars and stay ahead of the game in an uncertain and volatile world.
These are the Top 10:
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