【前沿动态】影响导弹武器发展的颠覆性技术发展分析
随着军事技术的不断发展，导弹武器的作战能力日益增强，导弹武器攻防对抗日趋激烈。为应对不断发展的新型导弹威胁，世界军事强国高度重视颠覆性技术发展及作战概念创新，以期获得克敌制胜的作战优势，改变未来导弹攻防作战样式。颠覆性技术是具有变革性意义、可“改变游戏规则”的重大技术。在军事领域，能够催生新型武器装备、改变作战样式的技术均可被认为是颠覆性军事技术。聚焦导弹攻防对抗，激光成像探测技术能够显著提升导弹制导能力，高功率微波技术进一步增强了导弹的杀伤能力，太赫兹、微系统、量子信息、增强现实等技术应用价值巨大，这些技术都将对导弹武器发展产生颠覆性影响。此外，通过对多领域军事技术的组合应用，无人机蜂群作战、分布式空战、海上分布式打击、基于高速炮弹的先进防御等一系列创新作战概念先后被提出。这些新作战概念可大幅降低作战成本，增强导弹武器杀伤效果，提高持久作战能力，增加敌方进攻与防御的难度和成本，对未来导弹攻防对抗产生颠覆性影响，对赢得最终战争胜利起到关键作用。
颠覆性军事技术的概念
“颠覆性技术”一词最早由美国哈佛商学院克莱顿克里斯滕森教授1995年在《颠覆性技术的机遇浪潮》一文中提出。2003年，克里斯滕森教授以“颠覆性创新”取代“颠覆性技术”的概念，强调带来“颠覆性效应”的不是新技术本身，而是技术的全新应用。从概念上看，颠覆性技术与前沿技术、新兴技术等有一定交叉，其最大区别就是强调效果。综合国外主流看法，颠覆性技术即一种另辟蹊径、可对已有技术途径产生颠覆性效果的技术，其发展与应用有望颠覆现有商业市场格局或改变作战样式。
在军事发展进程中，雷达、洲际弹道导弹、装甲榴弹炮、夜视眼镜等多种装备技术的突破对对手形成了突袭，使作战能力获得质的提升，从而带来压倒性优势；无线电、飞机、互联网等技术，催生了新型武器装备，改变了作战样式。此类为军事领域带来革命性变化的技术均可被称为颠覆性军事技术。
颠覆性技术具有事后验证的特点，美国多家组织机构近期对国防领域的颠覆性技术进行了预测分析。
2013年，新美国安全中心在《改变游戏规则：颠覆性技术与美国国防战略》报告中提出3D打印、自主系统、定向能武器、网电能力、人体机能增强五个颠覆性技术领域。2014年，美国《国防》杂志刊文将自主武器、大数据、全息技术、超能战士、高超声速导弹和空天飞机、新能源、抗干扰通信技术、低成本战舰等列为全球安全新形势下的十大颠覆性技术。2015年，美国战略与国际研究中心发布《国防2045：为国防政策制定者评估未来的安全环境及影响》报告，提出先进计算技术/人工智能、3D打印、合成生物学与性能增强、机器人、纳米技术与材料科学五大颠覆性技术。
影响导弹武器发展的颠覆性技术
导弹作为实现精确打击的高技术武器，已成为现代战争中的重要装备。按飞行方式与作战使命，导弹武器可分为弹道导弹、防空反导导弹、飞航导弹、反坦克导弹等。
近年来，各类导弹武器正以前所未有的速度进入升级换代、创新发展的新时期，导弹攻防对抗更趋激烈，主要呈现以下发展趋势：新一代战略弹道导弹生存与突防能力不断提升，多平台发射、导弹突防和先进制导控制等技术发展值得关注；新型巡航导弹实战能力不断增强，高超声速、自主系统、高效动力等技术的发展进一步丰富中远程精确打击手段；一体化防空反导即将实战化，预警探测、新一代动能杀伤器、高能激光等先进技术探索不断深入将有效解决限制防空反导作战效能的问题。
当前，诸多新技术都将影响未来导弹武器发展，以下重点介绍6个或将对导弹武器产生重大影响的技术。
激光成像探测技术主要用于弹上主动制导，具有信息维数多（包括角度/距离/速度等）、选择能力强、测量精度高（测距可达厘米级、测角可达百微弧度级）等特点。该技术与现有红外或射频制导体制复合或独立应用，能够显著提高弹上末制导探测和目标识别能力，在对抗抗射频拖曳干扰、红外烟障干扰等方面具有重大技术潜能，可广泛用于多种导弹。
目前，美国已研制出雪崩式光电二极管（APD）阵列探测激光雷达、自混频阵列探测激光雷达等激光凝视成像雷达，在研弹载激光雷达的光源量级将突破百毫焦，APD探测器阵列规模也达到了256×256元以上，为推动弹上远距离激光探测奠定了基础。2015年，美国国防高级研究计划局（DARPA）开展的宽视场激光相控阵技术研究取得重大进展，首次将相控阵天线与激光组件集成在一个微芯片上，实现了51°视场内精确激光扫描，扫描速度达到了100 000 fps。该技术可大幅提升激光雷达三维成像能力，为发展高性能、小型化的弹载激光雷达开辟了新途径。
太赫兹波是指频率在1011~1013Hz范围内的电磁波，波段介于毫米波与长波红外之间，具有高带宽、短波长、材料吸收、水分子吸收、低光子能量、指纹谱等特性。目前，太赫兹技术在导弹武器上的应用主要有两个方向：一是太赫兹雷达对传统隐身目标具有较强的探测能力，可用于导弹反隐身作战；二是太赫兹天线工作带宽宽、角分辨率高、对目标微动特征敏感，可用于高精度制导。
美国空军喷气推进实验室早在2006年就研制出了首部太赫兹雷达探测系统，2008年又成功研制了距离分辨率小于1cm的0.58THz（1THz=1012Hz）三坐标成像雷达。2014年，诺斯罗普·格鲁曼公司开发出了工作频率为1.03THz的固态放大器集成电路，将催生出高分辨率成像系统、增强型防撞雷达、大容量通信网络等革命性技术应用。
在导弹武器作战中，量子雷达可有效对抗有源欺骗干扰，实现高分辨率的反隐身探测，将对反隐身防空作战产生颠覆性影响；量子传感技术在精确制导和导航领域也有重要应用价值。
目前，量子雷达相关理论已经成熟，但技术尚处于探索阶段。2012年，美国罗切斯特大学成功验证了应用量子信息技术，可使雷达有效探测到具有欺骗能力的隐身目标。2015年，英国约克大学研发出一种利用纳米振荡器实现微波与光波耦合的双腔转换器，可作为未来量子雷达的核心器件。
量子导航技术具有精度高、不受环境限制和干扰等特点，可作为特殊环境下卫星导航的有效补充。英国于2014年研制出一套“量子罗盘”样机；DARPA的“冷原子微系统”项目已进行了原理性实验，目前正在开发相关器件。
微系统以微纳尺度理论为支撑，以微纳制造及工艺为基础，综合应用多种技术，具有微感知、微处理、微控制、微传输、微对抗等功能，目前正从芯片级、组部件级向复杂程度更高的系统级发展。微系统技术可促进导弹武器的微小型化和智能化，能够有效降低系统尺寸、质量、能耗与成本，提高系统性能，可用于开发惯性测量装置、雷达射频收发SOC芯片、弹载相控阵T/R子阵、多模导引头SOC芯片等部件以及导弹总体设计。
微惯性测量装置具有体积小、成本低、质量轻、抗振动和集成化程度高等优点，适用于多种导弹武器的制导系统、光学伺服稳定机构、姿态控制系统等。DARPA的“定位、导航与授时微技术”（Micro-PNT）项目旨在发展高精度时钟和惯性器件的微小型化技术，现已成功研制出功耗为100 mW量级的芯片级原子钟以及稳定性为0.1（°）/h的MEMS陀螺仪，并以此为基础开发出集成3个陀螺仪、3个加速度计、1个时钟、体积仅8mm3的样机系统。
雷锡恩公司将微系统技术应用于导弹武器的部件研制与总体设计。该公司研制的新型多功能微型处理器已装配于“战斧”Block 4巡航导弹，并在试验中成功验证了系统性能。雷锡恩公司还为特种部队研制了一种名为“枪刺”的微型激光制导导弹。该导弹弹长为43cm、弹径为3.8cm、质量为0.77kg、射程超过2000km、圆概率误差小于4.6m，采用激光半主动导引头、破片杀伤战斗部和无烟火箭发动机，能够打击固定和低速机动目标，是当前唯一可手持发射的导弹，可赋予士兵远距离精确打击能力。此外，雷锡恩公司还将微系统技术应用于防御巡航导弹用的浮空器雷达JLENS系统。该系统装备的X波段MEMS电扫相控阵面积仅为0.4 m2，使用了25000只射频 MEMS开关，实现了±60°的电扫角度，空中探测距离超过20km。
高功率微波技术可使导弹武器获得杀伤概率高、抗复杂电磁干扰、可破坏隐身目标等作战优势。除了应对电子设备外，该技术对于反辐射导弹和使用吸波材料的隐身目标可达到更好的作战效果。反辐射导弹主要依靠接收雷达电磁波制导，其天线会吸收更多的高功率微波；采用吸波材料的隐身目标会大量吸收高功率微波的能量，使吸波材料软化并失去隐身能力，甚至产生足以烧毁目标的高热量。
近期，美国以“高功率微波导弹项目”（CHAMP）为基础，开展了小型化机载高功率微波武器的研制，波段范围覆盖L、S、C、X等多个波段，有效毁伤距离达百米量级，到靶功率密度大于10 W/cm2，可达到烧毁目标的效果。美国空军计划将高功率微波组件小型化，安装于增程型“联合防区外空对地导弹”（JASSM-ER）上，使该型导弹具备远程定点破坏电子设备与信息系统的能力。此外，美国空军研究实验室还希望把CHAMP技术运用于网络空间战和电子战领域。
增强现实技术能够将计算机生成的虚拟信息合成到用户感知的真实世界中，可实现对真实世界的增加和强化。该技术在导弹武器的设计研制、维修保障、作战训练等方面拥有广泛的应用前景。
在武器设计和制造方面，增强现实技术能够构建更加逼真的研发和制造场景，实现设计人员和用户的实时信息共享，创造虚实结合的作战环境，以检验武器系统的设计方案和技战术指标。2015年，美国国防部牵头的数字化制造创新机构发布了“基于增强现实和可穿戴计算的生产车间布局”项目，增强现实技术将在未来国防智能制造与智慧工厂建设中扮演重要角色。在武器试验鉴定方面，增强现实技术可将现场真实数据和已有数据进行叠加、融合与比较分析，深化对试验过程的认识，更快速、准确的得出试验鉴定结论。在军事训练与演习方面，增强现实技术可将战场信息添加到训练演习场景中，提供更加真实的战场环境，提升训练演习的实战化程度。美军推出的“增强现实沙盘”系统可直观反映战场天气、地形地貌、兵力等信息，使士兵能身临其境地了解作战地形，对未来的兵棋推演产生重大影响。
增强现实技术能够提升导弹体系作战能力，实现真实作战装备协同模拟装备共同实现对目标的探测、处理和攻击，构建更加真实的导弹攻防体系作战场景，在体系作战的验证、评估中具有重大应用价值。此外，该技术还能大幅提升战场感知能力。BAE系统公司开发出一款名为Q-warrior的头盔附属装置，该装置可通过增强现实技术为士兵提供额外信息，安装该产品的普通军用头盔能让士兵在战场上获得增强的3D视觉，其质量仅为170 g，耗电量很低，可长期使用。
对导弹攻防产生颠覆性影响的作战概念
近年来，美国提出了一系列新的作战概念及支撑技术，其中无人机蜂群作战、分布式空战概念、海上分布式打击概念、基于高速炮弹的先进防御技术等将对未来的导弹攻防作战产生重大影响。
无人机蜂群作战概念即使用大量低成本无人机，携带各类载荷实行集群作战。目前，美国海军、DARPA、国防部战略能力办公室都对该作战技术进行了研究，如表1所示。美军希望借助无人机蜂群项目，利用有人平台在防区外发射大量具有协同和分布式作战能力的微小型无人机，提高在强对抗环境下中突破敌防空系统的能力，避免飞行员伤亡、降低作战成本。
表1 美军无人机蜂群作战项目
分布式作战是美军着眼于未来强对抗环境提出的作战构想，核心思路是将昂贵大型装备的功能分解到大量小型平台，通过自主、协同等技术达到相同或更高作战能力，具有成本低、灵活性、强对抗性等优势。分布式空战概念需依靠低成本无人机群空中发射和回收技术、协同作战技术、对抗环境下机载网络通信技术、战场管理技术等核心技术支撑。
2015年，DARPA发起“体系集成技术与试验”（SoSITE）项目，探索分布式空战概念。此概念是把空战能力分散部署于大量互操作的有人和无人平台，如下图所示。其中，有人平台的驾驶员作为战斗管理员和决策者，负责任务分配和实施，无人平台则用于执行危险任务或简单的单项任务，如武器投送、电子战或侦察等，从而构建一种作战体系，形成新的优势。
SoSITE项目概念图
2015年，美国海军提出“分布式杀伤”的概念，核心理念是将海上反舰与防空能力分散到更多水面舰艇上，强调进攻性水面作战能力。未来美军水面进攻火力将不再仅集中于舰载机，而将分散至大量巡、驱、护、两栖舰上，这将使潜在敌人耗费大量时间探测并逐一打击美军目标，迫使敌人增加防御，限制其机动作战能力。
海上分布式打击概念的核心包括两点：一个是将海上反舰、防空能力，分散到更多水面舰艇上；二是提高单舰作战能力，如在“宙斯盾”舰上加装反舰导弹等进攻性武器，在两栖舰上加装“宙斯盾”系统。根据这种思想，美国未来水面舰艇能灵活编队，形成一批分布式的新火力点，独立于航母编队作战。
在此概念下，未来美军水面舰艇作用将发生重大变化，主要体现在两个方面：一是海上分布式打击概念将不再过分强调航母的中心指控地位。以巡洋舰、驱逐舰、护卫舰为核心的水面舰艇战斗群，以及搭载“宙斯盾”系统和舰载战斗机的两栖舰，均将具备独立的作战能力，可在远离航母编队的情况下实现分布式作战，降低了对航母的依赖。二是目前美国航母是敌方打击重点，未来美国水面战将出现大量装备反舰导弹的驱逐舰、巡洋舰、护卫舰，形成绝对火力压制。这种战场局势将迫使敌方在打击美国航母的同时，消耗更多的火力对抗其具备进攻能力的水面舰艇。在这种作战模式下，美国海军将更有效保护航母等高价值目标，确保力量投送，同时分散敌方火力、牵制敌作战机动性，增加敌方防御成本和决策复杂度。
目前，分布式打击概念已明确纳入美国海军重要战略文件，在2016年发布的《水面舰队愿景》、《海军科技战略》中均有所体现。美军正通过以下3个方向调整装备发展思路，以支撑海上分布式打击概念发展：一是加速发展超视距反舰导弹，主要装备包括“远程反舰导弹”（LRASM）、反舰型“战斧”导弹、挪威“海军打击导弹”以及具备反舰能力的“标准-6”导弹；二是为两栖舰装备“宙斯盾”系统，强化其独立作战能力，使其能与少量巡、驱、护甚至小型舰艇联合构成两栖打击群，独立于航母外执行分布式综合打击任务；三是发展无人侦察节点，构建分布式情报信息网络，支援水面舰艇战斗群。
2016年，美国防部战略能力办公室在预算申请中新设立了“超高速火炮武器系统”项目，旨在将“超高速制导炮弹”（HVP）技术移植到传统火炮上，以提升现役海军和陆军火炮防空反导、反舰、对陆攻击、火力压制等多任务能力。HVP是美国海军研发的一种可兼由电磁导轨炮和传统火炮发射的通用化、低风阻、多任务、低成本超高速制导炮弹，采用次口径通用化弹体，通过配置直径不同的4片铝制弹托，可由不同口径的火炮发射（如下图所示），包括电磁导轨炮、海军127毫米MK45型舰炮、155毫米先进舰炮系统以及陆军155毫米榴弹炮。
由不同口径火炮及电磁导轨炮发射的HVP示意图
HVP发射质量小、飞行速度快、反应灵活，可通过制导系统改变飞行路径，使常规大口径火炮不再局限于执行对陆攻击任务，还可具备防空反导和反舰能力。由于HVP通用化程度高，可在陆军、海军平台上大量部署，使传统武器平台重新具备颠覆性作战能力，进而提升美军整体作战效能。
为赢得在未来战争中的优势，世界军事强国高度重视颠覆性军事技术与作战概念发展。在军事领域，颠覆性技术实际暗含了颠覆对象，既可以是全新的技术，也可以是基于现有技术的跨学科、跨领域应用或多种技术的组合应用，其价值受战略目标、作战环境和作战概念影响。针对潜在对手，美军近期提出了一系列改变未来导弹攻防作战样式的概念，以期通过大量低成本、分布式进攻型武器以及大量的低成本防御手段，对潜在对手导弹攻防两方面构成重大威胁与成本压力。这些作战概念中包含的每项技术均不是颠覆性的，但通过技术组合与战场灵活应用便可产生颠覆性效果，从而彻底改变未来战争中的攻防平衡。
”作者：吴勤，张梦湉
本文选自《战术导弹技术》2016年第6期
《战术导弹技术》由中国航天科工集团公司主管，中国航天科工飞航技术研究院主办，北京海鹰科技情报研究所承办，是为导弹的研究、设计、制造、试验、使用等服务的学术期刊。刊物创刊于1980年、双月刊、是“中文核心期刊”，国内外公开发行。刊物主要刊登导弹和导弹武器系统总体技术，任务规划技术，推进技术，制导、导航与控制技术等方面的学术论文。
关键词
前沿技术：增材制造｜人工智能｜4D打印｜3D打印｜量子｜电磁｜激光｜隐身
防务装备：高超｜无人机｜战术导弹｜反舰导弹｜lrasm｜巡飞弹｜萨德｜水下无人作战平台｜发动机
研究机构：洛马｜雷锡恩｜SpaceX｜DARPA
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