殷云浩：对航空领域颠覆性技术的初步分析
来源：中国航空报
作者： 殷云浩（中国航空工业发展研究中心）
“颠覆性技术”（Disruptive technology）一词出自1995年的《哈佛商业评论》，指的是一种能够建立新技术和新市场的突变式技术。这一概念引发了对于颠覆性技术内涵与技术范畴的持续探讨，就其“颠覆性”效果而言，可从两方面考虑：技术发展上，其颠覆了原有的、传统的技术思维和技术发展路线；后续效果上，对原有应用模式、效果等方面有颠覆性影响。
颠覆性技术与前沿技术、新兴技术、变革性技术等易混淆的概念相比，探讨的角度不同：颠覆性技术更强调的是效果产生的颠覆性，与“变革性技术”、“改变游戏规则”技术（Game-Changer）等更为贴近；“前沿技术”首先强调的是技术所处的“前沿”状态，通常指的是高技术领域中具有前瞻性、先导性和探索性的技术；而“新兴技术”则描述的是新开始出现或由原来的不清晰变得清晰和显见的技术。
颠覆性技术概念的提出源于民用，但很快也被国防领域所采纳。民用颠覆性技术强调市场，军用颠覆性技术则强调作战能力的大幅攀升。美国近年来的很多国防文件与研究多次提及国防/军事颠覆性技术，相比已经展现颠覆效果的如核武器技术、隐身技术、侦察卫星技术、弹道导弹技术等，其研究的重点是识别和预测能颠覆未来作战效果的技术，如增材制造、自主系统、定向能、高超声速技术等。
航空作为国防的重要组成部分，不仅是典型的高科技集成体，更是未来作战的中坚力量，因而本文将初步探讨航空领域（主要在军用航空）的颠覆性技术。
航空领域颠覆性技术的选择分析
航空领域的颠覆性技术可从如下两个方面进行分析和选择：
1、从航空武器装备能力提升角度分析
相比其他武器装备，航空武器装备无论是在速度、机动性、杀伤力、信息知识以及生存力等方面都有着突出的优势。现代空军往往可以独立遂行机动灵活的多类型作战任务，而各军种协同作战时，航空武器装备也成为不可或缺的重要组成部分，甚至多次成为左右战争胜负的关键。但同时，现代航空武器装备集成了众多新技术，其研制费用高企、研发周期长，对于操纵人员的要求也越来越高。因而，在考虑航空领域颠覆性技术筛选分析时，可从这几个方面入手。即，考虑技术在：速度、机动性、杀伤力、信息知识、生存力、人机综合、研制过程（如压缩成本、缩短研发周期、降低研制风险）等方面的颠覆性效果。
2、从军用航空未来发展趋向符合性考虑
此外，还可以从技术对于未来军用航空发展趋向的符合性来考虑。与未来趋势符合得好，其颠覆性效果可能更明显。
2010年美国空军科技构想《技术地平线》中列出了12大未来航空科技顶层主题，也代表了美国空军对于未来航空发展趋势的判断，包括：从平台到能力，从有人驾驶到遥控，从固定到机敏，从控制到自主，从一体化到分块，从事先计划到组合，从单域到跨域，从允许到竞争，从传感器到信息，从打击到制止，从网电防御到网电弹性反应，从系统长寿命到快速更新。
综合分析世界航空武器装备及科技发展，可将未来的航空武器装备技术发展趋势归纳出以下四大特征：无人化、智能化、高能化和远程化。其中，“无人化”指的是未来航空作战体系中，无人装备数量将增加，承担的任务类型更趋多样，作战能力大幅提升；“智能化”指的是未来航空武器装备在探测、控制、指挥、操作、协同等方面能够高度智能，且能够更好地实现人机综合；“高能化”包括：高超声速技术的平台高能化、机载激光的武器高能化、发动机系统的高效化以及机电系统的能量综合化等；“远程化”是多种未来航空装备的特征，如下一代远程打击轰炸机、常规快速全球打击武器、新一代空射巡航导弹、舰载无人监视与打击飞机等。
以上这些趋势，都可以作为分析、选择航空颠覆性技术参考分析的切入点。
值得指出的是，越早识别出颠覆性技术，越容易抢占技术先机和提早获得颠覆性能力。但同时，想在技术发展初期就识别和预测出其颠覆性效果，其难度也更大。因而，在选择航空颠覆性技术时，不仅要将已经显现出颠覆性效果的技术遴选出来，更重要的是努力识别出那些处于前沿的、新兴的、甚至非传统航空领域的技术，并对其发展潜力给出判断和预测。
典型航空颠覆性技术发展状况与潜能初探
根据前述两方面的考虑，本文给出了一些典型航空颠覆性技术的选项，其中既包括已显现效果、得到公认的航空颠覆性技术，也包括了尚处于前沿、具有航空潜在颠覆性效用的技术。这些技术仅是部分代表、某些技术的颠覆性效果有待深究，仅供抛砖引玉，以期开拓视野、启发思路。
这些航空领域的颠覆性技术包括：超材料技术、智能材料技术、生物计算机技术、量子信息技术、人工智能技术、核能小型化技术、自适应变循环发动机技术、综合飞行器能量技术、网络化智能制造技术、基因工程技术、吸气式高超声速技术、机载激光武器技术、纳米技术以及脑机接口技术等。这里仅对其中的几项进行简要的分析。
1、超材料技术
从研制上，超材料采用了新颖的逆向设计，可按功能实现微结构的精确裁剪，突破传统材料试凑法的局限，实现了材料设计模式的变革；作用范围上，超材料可以横跨整个波谱频段（光学超材料、电磁超材料、声学超材料等）；材料特性上，超材料具备超常物理性质，如负折射、反多普勒效应、反常光压等。
从航空应用潜力上，超材料可能首先应用在四个方面：实现航空武器装备宽频隐身；带内高透波/带外高截止的雷达罩的研制；革新传统天线设计，制作小型超轻的宽频天线；改写传统光学衍射定律，创造军用光学超薄高分辨透镜。
从效用上看，超材料在航空领域上的应用将显著提升航空武器装备的机动性、信息知识能力、生存力，并对研制流程形成重大影响。
2、量子信息技术
量子信息技术的突破和实用将全面颠覆传统航空电子以及航空工业的众多领域，为航空的发展带来不可估量的能力与价值提升。
（1）量子导航技术——依靠自身的精确导航
量子导航以冷原子或其他量子技术为核心，能够依靠航空平台自身而非GPS提供精确的导航定位信息，具有抗干扰好、环境适应性强、足够精确等优势与特点，尤其适用于各类作战系统在现代与未来作战中的定位与导航，可大幅提升复杂环境下平台生存力和任务执行能力。
（2）量子成像技术——穿透干扰、高度清晰
量子成像的分辨率可超越经典成像的衍射极限；不受光路扰动影响；利用非相干源进行相干成像；采样率低于奈奎斯特采样率的情况下仍能达到扫描成像效果。简言之，量子成像技术几乎适用于任何光源、可轻松穿透干扰、且能获取更为清晰的图像。量子成像技术不仅可以增强航空器在各类复杂环境下的对敌态势感知能力，从而提升任务效能，其相关的量子刻蚀等技术除能提高成像能力外还有望在未来的芯片工业领域大展身手。
（3）量子加密及量子通信技术——天然安全、大容量传输
将量子态充当建立该经典关联随机数的桥梁和保障的量子加密技术已接近实用；全程利用量子信道来传送、存储和处理量子态信息的量子通信仍处于探索发展中。
采用量子态编码的通信方式有着与生俱来的安全特性，其“理论上绝对安全”，量子通信比传统通信容量大、复杂度低，利用量子通信，航空器可以在接收和传输信息时确保己方信息不被对方获取、操纵和篡改，以保证顺利完成各类任务；同时，量子通信能大幅扩展通信容量，这对于信息作战和交流意义重大。
此外，航空器的智能化网络研制也将受益于量子通信技术，促使云技术等技术在航空装备研发中的安全实用。
（4）量子计算机技术——突破传统限制、更快更高效
处理和计算量子信息、运行量子算法的量子计算机其具有天然的量子并行计算能力，在解决复杂数学问题时远超传统计算机。量子计算机技术能够以更高的效力突破传统计算机体制，实现信息处理和决策的能力跃升，这不仅利于航空武器装备提升作战期间及时的多源复杂信息处理和决策，还有利于更快更好地研制航空器。
需要指出的是，量子信息技术的颠覆性影响的范围是整个社会领域，航空仅是其中的一部分。
3、核能小型化技术
2014年10月，美国洛克希德·马丁公司称其新型紧凑聚变反应堆研究取得惊人突破，首个反应堆体积已经缩小到可放入一辆卡车，可能在10年左右研制成功并投入使用。这一消息让人震惊，也引发了众多质疑。但从航空的角度，如果小型化核动力能够安全地安装到飞机上，将给未来的航空动力体系带来颠覆的影响。这样的核动力系统可实现超长航时飞行、提供充足动力与电能，支撑高功率激光等武器应用。
如果洛马公司的进展属实，尽管其技术处于早期阶段，到实用仍需要10年甚至数十年时间，也必须要给予足够的重视。
4、网络化智能制造
网络化智能制造系统是生产模式的深刻变革，对于航空装备研制影响巨大。通过引入网络化智能制造系统以及并行协同、集成产品研发等工程管理思想和方法，对飞机设计生产模式进行变革，从而大幅缩减研制时间，提升研制效率，更快地实现新技术集成和作战能力的形成，并有利于航空装备从设计到实用的全寿命信息化管理和应用。
以上的几个示例简单分析了该技术对于航空（尤其是军用航空）的潜在颠覆性效用，这些技术的发展状况不同，颠覆性效果体现的领域也有所差异，但对于形成对航空颠覆性技术认识有所帮助，也值得未来给予充分的关注。
启示
在当前科技革命和产业变革的时代，技术发展节奏明显加快，颠覆性技术将不断出现，对航空发展产生颠覆性影响，进而推动航空作战能力和作战样式的革命性变革。结合国外研究经验，对于发展航空颠覆性技术有如下启示：
（1）加强航空颠覆性技术扫描、识别与预测研究
如文中研究所述，颠覆性技术识别和预测是非常困难，尤其是对于那些尚处于研究探索的技术。但是，开展航空颠覆性技术扫描、识别与预测研究有助于提早分析和鉴别技术潜能，从而能够更早地确定发展目标，把握技术先机，占据科技主动。
（2）研究制定航空颠覆性技术发展策略
对于不同的航空颠覆性技术，可采取主导、跟进、关注的不同策略，区别对待。这就需要结合多方力量，共同促进航空颠覆性技术的发展。
此外，众多的航空颠覆性技术源自基础研究。应当长期持续强化基础研究，为航空颠覆性技术的产生与成长培育沃土。