超材料、新技術(shù)的應(yīng)用將對(duì)航空武器裝備產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響

寂靜天花板

航空作為國防的重要組成部分，不僅是典型的高科技集成體，更是未來作戰(zhàn)的中堅(jiān)力量，超材料技術(shù)、智能材料技術(shù)、生物計(jì)算機(jī)技術(shù)、量子信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等在航空領(lǐng)域（主要在軍用航空）大展身手。
從航空武器裝備能力提升角度分析
8 @8 B2 X' Y+ f. K* D* Y8 V相比其他武器裝備，航空武器裝備無論是在速度、機(jī)動(dòng)性、殺傷力、信息知識(shí)以及生存力等方面都有著突出的優(yōu)勢(shì)�，F(xiàn)代空軍往往可以獨(dú)立遂行機(jī)動(dòng)靈活的多類型作戰(zhàn)任務(wù)，而各軍種協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)，航空武器裝備也成為不可或缺的重要組成部分，甚至多次成為左右戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵。但同時(shí)，現(xiàn)代航空武器裝備集成了眾多新技術(shù)，其研制費(fèi)用高企、研發(fā)周期長(zhǎng)，對(duì)于操縱人員的要求也越來越高。因而，在考慮航空領(lǐng)域顛覆性技術(shù)篩選分析時(shí)，可從這幾個(gè)方面入手。即，考慮技術(shù)在：速度、機(jī)動(dòng)性、殺傷力、信息知識(shí)、生存力、人機(jī)綜合、研制過程（如壓縮成本、縮短研發(fā)周期、降低研制風(fēng)險(xiǎn)）等方面。
4 N' `- e2 {9 Y; a8 }從軍用航空未來發(fā)展趨向符合性考慮
2 n6 \  [+ m- P. O此外，還可以從技術(shù)對(duì)于未來軍用航空發(fā)展趨向的符合性來考慮。2010年美國空軍科技構(gòu)想《技術(shù)地平線》中列出了12大未來航空科技頂層主題，也代表了美國空軍對(duì)于未來航空發(fā)展趨勢(shì)的判斷，包括：從平臺(tái)到能力，從有人駕駛到遙控，從固定到機(jī)敏，從控制到自主，從一體化到分塊，從事先計(jì)劃到組合，從單域到跨域，從允許到競(jìng)爭(zhēng)，從傳感器到信息，從打擊到制止，從網(wǎng)電防御到網(wǎng)電彈性反應(yīng)，從系統(tǒng)長(zhǎng)壽命到快速更新。
綜合分析世界航空武器裝備及科技發(fā)展，可將未來的航空武器裝備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)歸納出以下四大特征：無人化、智能化、高能化和遠(yuǎn)程化。其中，“無人化”指的是未來航空作戰(zhàn)體系中，無人裝備數(shù)量將增加，承擔(dān)的任務(wù)類型更趨多樣，作戰(zhàn)能力大幅提升；“智能化”指的是未來航空武器裝備在探測(cè)、控制、指揮、操作、協(xié)同等方面能夠高度智能，且能夠更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)綜合；“高能化”包括：高超聲速技術(shù)的平臺(tái)高能化、機(jī)載激光的武器高能化、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的高效化以及機(jī)電系統(tǒng)的能量綜合化等；“遠(yuǎn)程化”是多種未來航空裝備的特征，如下一代遠(yuǎn)程打擊轟炸機(jī)、常規(guī)快速全球打擊武器、新一代空射巡航導(dǎo)彈、艦載無人監(jiān)視與打擊飛機(jī)等。
1 A, v% D8 r$ @典型航空顛覆性技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與潛能初探
! `: K9 {  B& S7 b. [航空領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)包括：超材料技術(shù)、智能材料技術(shù)、生物計(jì)算機(jī)技術(shù)、量子信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、核能小型化技術(shù)、自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、綜合飛行器能量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化智能制造技術(shù)、基因工程技術(shù)、吸氣式高超聲速技術(shù)、機(jī)載激光武器技術(shù)、納米技術(shù)以及腦機(jī)接口技術(shù)等。這里僅對(duì)其中的幾項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。
( ~5 N" D0 }: W1 ~1 Z4 P( Q& m1、超材料技術(shù)
從研制上，超材料采用了新穎的逆向設(shè)計(jì)，可按功能實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的精確裁剪，突破傳統(tǒng)材料試湊法的局限，實(shí)現(xiàn)了材料設(shè)計(jì)模式的變革；作用范圍上，超材料可以橫跨整個(gè)波譜頻段（光學(xué)超材料、電磁超材料、聲學(xué)超材料等）；材料特性上，超材料具備超常物理性質(zhì)，如負(fù)折射、反多普勒效應(yīng)、反常光壓等。
從航空應(yīng)用潛力上，超材料可能首先應(yīng)用在四個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)航空武器裝備寬頻隱身；帶內(nèi)高透波/帶外高截止的雷達(dá)罩的研制；革新傳統(tǒng)天線設(shè)計(jì)，制作小型超輕的寬頻天線；改寫傳統(tǒng)光學(xué)衍射定律，創(chuàng)造軍用光學(xué)超薄高分辨透鏡。
% c+ a* L7 i" A; e從效用上看，超材料在航空領(lǐng)域上的應(yīng)用將顯著提升航空武器裝備的機(jī)動(dòng)性、信息知識(shí)能力、生存力，并對(duì)研制流程形成重大影響。
2、量子信息技術(shù)
6 V( }$ q  a0 Z; H5 U7 z量子信息技術(shù)的突破和實(shí)用將全面顛覆傳統(tǒng)航空電子以及航空工業(yè)的眾多領(lǐng)域，為航空的發(fā)展帶來不可估量的能力與價(jià)值提升。
0 W1 ~* `) _4 u" j: L6 K（1）量子導(dǎo)航技術(shù)——依靠自身的精確導(dǎo)航
9 j. K! K, h. y+ H* c( a量子導(dǎo)航以冷原子或其他量子技術(shù)為核心，能夠依靠航空平臺(tái)自身而非GPS提供精確的導(dǎo)航定位信息，具有抗干擾好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、足夠精確等優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，尤其適用于各類作戰(zhàn)系統(tǒng)在現(xiàn)代與未來作戰(zhàn)中的定位與導(dǎo)航，可大幅提升復(fù)雜環(huán)境下平臺(tái)生存力和任務(wù)執(zhí)行能力。
（2）量子成像技術(shù)——穿透干擾、高度清晰
量子成像的分辨率可超越經(jīng)典成像的衍射極限；不受光路擾動(dòng)影響；利用非相干源進(jìn)行相干成像；采樣率低于奈奎斯特采樣率的情況下仍能達(dá)到掃描成像效果。簡(jiǎn)言之，量子成像技術(shù)幾乎適用于任何光源、可輕松穿透干擾、且能獲取更為清晰的圖像。量子成像技術(shù)不僅可以增強(qiáng)航空器在各類復(fù)雜環(huán)境下的對(duì)敵態(tài)勢(shì)感知能力，從而提升任務(wù)效能，其相關(guān)的量子刻蝕等技術(shù)除能提高成像能力外還有望在未來的芯片工業(yè)領(lǐng)域大展身手。
（3）量子加密及量子通信技術(shù)——天然安全、大容量傳輸
  t0 J, [6 C0 X4 ^將量子態(tài)充當(dāng)建立該經(jīng)典關(guān)聯(lián)隨機(jī)數(shù)的橋梁和保障的量子加密技術(shù)已接近實(shí)用；全程利用量子信道來傳送、存儲(chǔ)和處理量子態(tài)信息的量子通信仍處于探索發(fā)展中。
4 Y# K' i! ~1 H- ~  e采用量子態(tài)編碼的通信方式有著與生俱來的安全特性，其“理論上絕對(duì)安全”，量子通信比傳統(tǒng)通信容量大、復(fù)雜度低，利用量子通信，航空器可以在接收和傳輸信息時(shí)確保己方信息不被對(duì)方獲取、操縱和篡改，以保證順利完成各類任務(wù)；同時(shí)，量子通信能大幅擴(kuò)展通信容量，這對(duì)于信息作戰(zhàn)和交流意義重大。
此外，航空器的智能化網(wǎng)絡(luò)研制也將受益于量子通信技術(shù)，促使云技術(shù)等技術(shù)在航空裝備研發(fā)中的安全實(shí)用。
（4）量子計(jì)算機(jī)技術(shù)——突破傳統(tǒng)限制、更快更高效
& {9 F: M" m, V! Q: d# H/ v/ c處理和計(jì)算量子信息、運(yùn)行量子算法的量子計(jì)算機(jī)其具有天然的量子并行計(jì)算能力，在解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題時(shí)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠以更高的效力突破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)體制，實(shí)現(xiàn)信息處理和決策的能力躍升，這不僅利于航空武器裝備提升作戰(zhàn)期間及時(shí)的多源復(fù)雜信息處理和決策，還有利于更快更好地研制航空器。
3、核能小型化技術(shù)
* P* \' e; ?( n# O2014年10月，美國洛克希德·馬丁公司稱其新型緊湊聚變反應(yīng)堆研究取得驚人突破，首個(gè)反應(yīng)堆體積已經(jīng)縮小到可放入一輛卡車，可能在10年左右研制成功并投入使用。這一消息讓人震驚，也引發(fā)了眾多質(zhì)疑。但從航空的角度，如果小型化核動(dòng)力能夠安全地安裝到飛機(jī)上，將給未來的航空動(dòng)力體系帶來顛覆的影響。這樣的核動(dòng)力系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)航時(shí)飛行、提供充足動(dòng)力與電能，支撐高功率激光等武器應(yīng)用。
1 n" R2 V4 i0 P2 @如果洛馬公司的進(jìn)展屬實(shí)，盡管其技術(shù)處于早期階段，到實(shí)用仍需要10年甚至數(shù)十年時(shí)間，也必須要給予足夠的重視。
. q  e$ l8 i$ ^. V6 X3 R1 Z5 y4 X4、網(wǎng)絡(luò)化智能制造
, v' H+ r4 l. G! R9 u! W: u* [  G) a網(wǎng)絡(luò)化智能制造系統(tǒng)是生產(chǎn)模式的深刻變革，對(duì)于航空裝備研制影響巨大。通過引入網(wǎng)絡(luò)化智能制造系統(tǒng)以及并行協(xié)同、集成產(chǎn)品研發(fā)等工程管理思想和方法，對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)模式進(jìn)行變革，從而大幅縮減研制時(shí)間，提升研制效率，更快地實(shí)現(xiàn)新技術(shù)集成和作戰(zhàn)能力的形成，并有利于航空裝備從設(shè)計(jì)到實(shí)用的全壽命信息化管理和應(yīng)用。
以上的幾個(gè)示例簡(jiǎn)單分析了該技術(shù)對(duì)于航空（尤其是軍用航空）的潛在顛覆性效用，這些技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r不同，顛覆性效果體現(xiàn)的領(lǐng)域也有所差異，但對(duì)于形成對(duì)航空顛覆性技術(shù)認(rèn)識(shí)有所幫助，也值得未來給予充分的關(guān)注。

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