2016年世界国防科技十大进展
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编者按：近日，经多家科技信息机构、资深专家的推荐及多轮评审，中国国防科技信息中心组织评选出了“2016年世界国防科技十大进展”，评选结果集中体现了2016年世界国防科技的一些重大进展和创新。现将结果刊发如下，供参阅。
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脑机双向交互技术研发
取得重要进展
2016年10月13日，美国国防高级研究计划局（DARPA）在白宫前沿技术会议上，首次在残疾人员身上演示验证了一项新型脑机接口技术，通过与机械臂连接的脑神经接口系统实现了人脑和机器之间的双向通信能力，即输出信号用于控制运动而输入信号用于获得感觉，使他们能够体验被触摸的感觉。该技术将为残疾人员接触外界提供新途径，也为未来武器系统智能化奠定了基础。
▼关于新型脑机接口技术演示验证的视频
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=k0374ffv4vh&width=500&height=375&auto=0
目前，利用大脑思维进行远程控制的技术已可在实验室环境下实现人脑对小型飞行器、机器人等设备的控制操作，展现了未来实现大脑操控武器装备的技术前景。随着人们对神经系统功能认识的提高和计算机技术的发展，脑机交互技术研究不断取得突破，未来战场上可能出现各种先进的脑控装备，作战人员只需通过意念就能对武器装备进行操作控制，形成人与装备的有机融合，实现“人机合一”。
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美军加速推进无人机“蜂群”
作战技术演示验证
2016年，美军围绕无人机“蜂群”作战启动多个演示验证项目，包括美国国防部战略能力办公室和空军开展的“微型无人机高速发射”项目、海军“低成本无人机蜂群技术”项目、国防高级研究计划局“小精灵”项目等，推进微小型无人机集群技术的研究与验证。
▲DARPA“小精灵”项目概念图
无人机“蜂群”作战是指数十甚至上百架小尺寸、低成本、功能相对单一的小型无人机通过网络联接，在有人或无人管控的情况下，像蜂群一样集体行动，协同完成侦察、监视、诱骗、干扰、自杀式攻击等作战任务。无人机“蜂群”作战需要整个编队具备高速、实时、稳定的信息交互与共享能力，强大的协同作战能力、较强的抗干扰能力和自组织自适应能力，以及成熟的布放与回收能力。虽然目前美军正在验证的无人机“蜂群”项目作战能力有限，但随着无人系统自主能力不断提高，“蜂群”作战必将成为一种能够改变游戏规则的新型作战样式。
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美军深海定位导航技术研发
进入样机开发阶段
2016年5月，DARPA向BAE系统公司授出“深海导航定位系统”（POSYDON）项目第一阶段初始设计合同，进行样机系统开发和技术演示验证。
▲“深海导航定位系统”示意图
“深海导航定位系统”是一种类似GPS星座的无源导航定位系统，由固定部署在海底的大量水声传感器组成。每个传感器作为声源，持续发出包含自身坐标信息等的水声信号。水下作战平台通过接收并处理多个水声传感器发出的声信号，测算出自身距离水声传感器的相对位置，即可根据传感器的坐标推算出自身位置信息。
目前，以潜艇为代表的长航时水下作战平台主要依赖惯性导航装置结合其他导航系统实施综合导航。由于惯导系统存在误差随时间积累的致命弱点，必须结合GPS等其他导航手段进行误差修正。但在利用GPS进行导航信息校正时，潜艇须浮出水面或处于潜望状态，大大增大了潜艇被敌方侦察发现的风险。“深海导航定位系统”将使潜艇和潜航器等水下作战平台摆脱对GPS导航系统的依赖，无需上浮即可具备高精度定位和导航能力，有望大幅提高水下作战平台的隐蔽作战能力。
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芯片制造阶段硬件木马
植入技术得到验证
2016年，美国密歇根大学在不改变芯片电路设计情况下，在OR1200处理器制造阶段，通过改变集成电路版图的方式植入硬件木马，并通过网络远程控制激活方式实施网络攻击，验证了这种硬件木马植入技术的有效性。该硬件木马具有四个突出特点：一是结构小巧。其尺寸比传统数字电路构成的硬件木马缩小两个数量级。二是难以检测。硬件木马激活后，对整个芯片的功耗、温度、延时等参数几乎没有影响，现有测试技术无法检测出来。三是易于实现。通过分析目标芯片设计文件，就能找到芯片版图中符合要求的空隙，植入硬件木马，无需改变任何制造工艺。四是危害极大。该硬件木马可获取处理器的最高控制权限，进而获取系统最高控制权限。
▲上图为研究人员研制的处理器及硬件木马的尺寸示意，下图为测试环境
这项技术标志着芯片潜在安全风险来源已从设计阶段延伸至制造阶段，颠覆了既有安全防范措施的有效性，使代工制造面临新的安全风险。
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卫星激光通信技术进入实用阶段
2016年1月30日，欧洲航天局激光通信载荷“欧洲数据中继系统-A”（EDRS-A）搭乘“欧洲电信卫星-9B”通信卫星成功入轨，定轨于东经9度的地球同步轨道，成为EDRS系统首个通信节点，将首先为欧洲“哨兵”对地观测卫星提供激光数据中继服务。
▲搭载EDRS-A载荷的“欧洲电信卫星-9B”
EDRS-A载荷配置一套激光收发器和一套Ka波段微波收发器。星载激光收发器可以提供双工激光通信链路，能够在相距45000千米的在轨航天器之间提供1.8吉比特/秒的高速率数据中继服务。Ka波段微波收发器可提供300兆比特/秒的星间以及星地数据中继服务。激光通信链路的整个捕获、对准和建立连接过程可在55秒内完成，并能够在7.8千米/秒的相对速度下保持连接，跟踪精度约为2微弧。
EDRS-A激光通信载荷成功部署，标志星间激光通信技术开始进入实用化阶段，是欧洲实施“空间数据高速公路”计划迈出的关键一步，为后续建立全球覆盖的高速星间激光通信链路，实现星间、星地以及空基平台与卫星之间数据的高速率、低时延、强安全传输奠定了基础。
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美国完成第六代战斗机
自适应发动机技术可行性验证
2016年6月，美空军宣布授予通用电气和普拉特·惠特尼公司各10亿美元的“自适应发动机转化项目”（AETP）合同，计划利用5年时间完成自适应发动机工程验证机的制造、总装和试车，为2020年后转入工程研制阶段做好准备。
▲通用电气公司自适应循环发动机示意图
美空军已经确定选择自适应发动机作为第六代战斗机的动力装置，从2007年起先后实施多项技术预研计划，不断提升自适应发动机的技术成熟度。自适应发动机通过改变发动机一些部件的几何形状、尺寸或位置来改变其涵道比、总压比等循环参数，自动适应飞行过程中各种任务对动力装置的要求，可显著提升推力性能、降低耗油率，进而提高飞机航程和留空时间，大大提升飞机的作战能力，并可支持高功率航电设备和定向能武器的应用。AETP项目的启动标志着美国已经完成了自适应发动机技术可行性验证，突破了主要部件和新材料等关键技术，向实现工程应用迈进了一大步，将有力支持美军下一代战斗机的研制和性能跃升。
7/10
认知电子战技术取得重大进展
2016年初，DARPA通过“自适应雷达对抗”项目，研制出世界首款认知雷达电子战系统原型机。该系统可基于敌方无线电信号对抗敌方自适应雷达，感知周围环境并自动调整实施干扰。6月，DARPA与洛克希德·马丁公司成功演示了“自适应电子战行为学习”项目开发的认知电子战系统，该系统能够通过机器学习实现动态对抗自适应通信威胁，将干扰先进通信系统所需分析时间从以前的几个月缩短至几分钟。
▲DARPA“自适应雷达对抗”项目概念图
“认知电子战”技术发展将对未来电子对抗模式产生重要影响。一是实现对新型电子战威胁的精确感知。认知电子战装备具有自主学习能力，可解决复杂电磁环境下的精确信号捕获问题，有效弥补原有电子战装备应对新型电子信息装备的不足。二是提高电子战系统的隐蔽性和抗毁性。认知电子战系统能够深入、精确地进行自主态势感知，并在此基础上实现对目标的精准干扰，而无须依靠大功率压制手段，从而提高干扰系统的隐蔽性和抗毁性。
8/10
先进光学成像及处理技术
大幅提升航天侦察监视能力
在DARPA和美国国家航空航天局（NASA）的联合资助下，2016年1月，美国洛克希德·马丁公司和加州大学戴维斯分校联合完成“蜘蛛”微缩干涉光学成像系统的原型样机设计。这种系统利用大规模微型干涉仪组成的微缩干涉阵列，取代传统光学成像系统的望远镜和成像传感器，尺寸和重量只有传统光学成像系统的1/10～1/100，相同口径下分辨率可提高10倍以上，且能够大幅缩短干涉成像的周期，成像时间缩短到100毫秒量级，基本具备实时成像能力。此外，2016年9月，美国科学家还提出并验证了一种卫星图像重构技术，该技术可在不改变侦察卫星硬件的前提下，对单颗或多颗侦察卫星获取的同一目标的多张侦察图像，进行在轨图像后期处理与合成，理论上可将图像分辨率提高5倍，使亚米级侦察卫星生成的图像达到亚分米级的侦察效果。
▼关于“蜘蛛”系统的视频
https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=u0374kiqm7c&width=500&height=375&auto=0
这些技术一旦实用化，将开辟光学成像系统发展新途径，深刻影响未来空间光学成像系统的发展和应用模式，极大增强军事航天侦察与监视能力。
9/10
基因编辑技术引发安全问题
2016年2月9日，美国国家情报总监发布的年度《美国情报界全球威胁评估报告》，将“基因编辑技术”列入大规模杀伤性武器威胁，引发国际社会高度关注。9月，DARPA启动“安全基因”项目，开发系统工具用于解决基因编辑技术广泛应用所带来的潜在风险，以更好地推动基因编辑技术应用并防范生物安全问题。
基因编辑技术是指使目标基因序列特异性改变的技术，它能够让人类对目标基因进行“编辑”，实现对特定DNA片段的敲除、加入等，提供了可“人工设计”的高效、精确改变高等生物（动、植物）基因组序列的手段。
▲DARPA“安全基因”项目示意图
高效的基因编辑技术具有显著的军事用途，如通过高效基因组修饰获得传染性强、致病性高且逃避免疫的病原体；用于研制转基因药物，通过药物诱导或其他控制手段既可削弱对方的战斗力，又可增强己方士兵的作战能力，培育未来的“超级士兵”。值得关注的是，利用基因编辑技术可研制基因武器，一旦被恐怖分子掌握，将给人类带来毁灭性灾难。
10/10
“阿尔法”系统在模拟空战中
击败人类飞行员
2016年6月，美国辛辛那提大学开发的“阿尔法”超视距空战系统在空战模拟器环境下，指挥仿真战斗机编队与经验丰富的人类飞行员进行模拟空战，获得全胜。
▲模拟飞行中的飞行员
“阿尔法”系统由美空军研究实验室资助，系统的核心是在超视距模拟空战数据分析方面，引入了基于Python语言开发的控制和遗传模糊算法，使得系统能够在与人类飞行员的无数次对抗中学习人类指挥决策经验，提取并生成决策机制。在模拟空中格斗中，“阿尔法”系统调整战术计划的速度是人类的250倍，从传感器搜集信息、分析处理到做出正确反应，整个过程不超过1毫秒，可观察学习敌方战术，同时躲避数十枚导弹并对多目标进行攻击，还能与友机密切协同。
“阿尔法”系统是人工智能在指挥控制领域的重大突破，显示面向较复杂作战场景应用的军用人工智能正快速走向实用化，且在特定作战条件下的超视距模拟空战中已开始展现出超越人类飞行员的指挥与作战能力。
中国国防科技信息中心 李向阳 王三勇 等
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