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    北約發布《科技趨勢:2020-2040》報告
    來源:寇玉晶     日期:2020-11-17    字體:【大】【中】【小】

      2020 年4 月,北約科技組織發布《科技趨勢:2020-2040》報告,著眼未來20 年軍事技術發展趨勢,對在2019年12 月北約倫敦峰會上提出的新興和顛覆性技術進行分析評估,報告主要內容如下。

    一、未來軍事技術四大特征

      在廣泛的戰略和地緣政治背景下,新興和顛覆性技術正與現有技術和軍事能力相結合,創造出新的軍事技術及作戰方式。未來軍事技術將呈現出智能化、互聯化、分布式和數字化的特征。
      一是智能化。人工智能、基于知識的分析能力、人工智能-人類智能共生,將推動所有軍事領域的顛覆性應用,提供一體化集成的人工智能、分析和決策能力。
      二是互聯化。通過現實與虛擬的網絡和新的加密方法,將傳感器、組織機構、個人、自主系統和流程等聯接起來。
      三是分布式。通過分散且無處不在的大規模傳感、存儲和計算,實現顛覆性的效果。
      四是數字化。采用數字孿生、合成現實等技術,將人域、物理域和信息域融合起來,創造新的生理、心理、社會和文化模式。

     

    二、未來八大重點技術

      報告提出了未來20 年影響軍事能力的八項重點技術,其中五項屬于顛覆性技術、三項屬于新興技術。
      1、顛覆性技術
      數據、人工智能、自主、太空和高超聲速五項技術本質上具有顛覆性,這些技術將在未來5~10 年內產生革命性影響。
      (1)數據:大數據與高級分析
      大數據與高級分析是所有新興和顛覆性技術的使能技術,對于增強軍事能力十分重要。大數據與高級分析技術跨越多個學科,其發展具備強大的商業和開源基礎。軍事應用領域包括情報監視偵察、態勢感知、訓練和戰備、后勤、作戰保障、科技研發、信息管理。
      關鍵研發領域包括:①工程防御,自動識別、破壞和調查網絡機器人社交和網絡攻擊;②優化通信,包括探索新的通信模式(如5G)、網狀網絡、后量子加密方法和認知方法的擴大應用;③分析,包括噪聲和不確定數據融合、作戰決策、復雜多尺度物理和信息系統建模仿真、新型分布式計算框架等;④傳感器,包括被動信號融合和評估、生物傳感器、多用傳感器、邊緣計算;⑤信任,包括分布式賬本技術、網絡代理、改進的可視化和預測分析、海量社交或網絡行為體識別與標記工具、紅隊網絡代理開發。


      (2)人工智能
      人工智能研究通?;趶V泛可用的開源工具和公開數據。商業應用是促進人工智能發展的主要推動力。人工智能的發展存在幾大技術挑戰:一是大部分現有人工智能應用都比較脆弱;二是需要可解釋人工智能;三是難以在未來20 年實現通用人工智能。軍事應用領域包括C4ISR、武器和效應、無人運載工具、能力規劃、核生化放、醫療、體系管理、后勤、網絡和信息空間、訓練。
      關鍵研發領域包括:①高級算法,設計機器與深度學習、對抗性人工智能、神經與概率計算等方面的持續研究;②人機共生,涉及接口、以人為中心的人工智能、可視化、可解釋性等方面的進步;③人工智能應用,如網絡攻防、電子戰、信息空間等領域的應用。


      (3)自主技術
      自主系統已在現實和虛擬環境中廣泛使用,最終將與人聯合組成強大團隊。其中,自主系統將承擔單一、危險和代價高的任務,這能夠顯著降低作戰成本、減少人員配置、提高作戰效能并減少傷亡。未來20 年,自主系統將顯著影響以下軍事領域:兵力結構、單兵效能、反制措施、無人蜂群、后勤、態勢感知、殺傷力、機動能力、生存能力、持續性、城鎮作戰、網絡。
      關鍵研發領域包括:①系統,如下一代低可觀測系統、新型推進器、太空與高超聲速系統、低功耗廉價高敏感傳感器、社交機器人、網絡攻防、誘餌等;②人機編組,包括改進的人機編組、優化的社會技術集成、新接口與控制設計;③反制措施,包括定向能武器、電磁反制措施、誘餌、蜂群攔截等;④自主行為,包括大規模蜂群、嵌入式人工智能、精確導航和數字控制。
      (4)太空技術
      60多年來,人類一直在有效利用太空,當前兩種相互關聯、相互作用的發展趨勢正推動太空開發活動激增。一是商業航天在衛星、傳感器、通信和發射方面發揮主導作用,使發射成本大幅降低,為部署天基資產提供了新的選擇;二是新技術和制造方法改變了利用太空的方式和成本,包括新型推進裝置、機載人工智能、先進機器人、衛星在軌維護、系統微型化、新型傳感器、3D 打印以及下一代加密技術。太空技術有望大幅提升所有層面的態勢感知水平、支持作戰效能的近實時評估并提高目標打擊成功率。但隨著對天基資產依賴性的增加,反衛星等系統帶來的風險將加大;隨著軌道越來越擁擠、太空碎片數量不斷增加,天基系統的有效性和可靠性將受到威脅。
      關鍵研發領域包括:①微波光電,持續研究以提升太空系統性能并促進系統進一步微型化;②小衛星,包括低能耗推進、衛星控制等方面研究;③自主,擴大在軌自主能力,提高人工智能處理能力;③無源相干定位雷達;④天基量子;⑤太赫茲傳感器;⑥穩固性,如低成本快速戰術發射、改進的太空態勢感知、衛星強化等。
      (5)高超聲速
      通常討論的高超聲速系統有四種,即高超聲速滑翔飛行器(HGV)、吸氣式高超聲速巡航導彈(HCM)、高超聲速軌道炮和高超聲速載人飛機,軍事應用優先考慮高超聲速滑翔飛行器和高超聲速巡航導彈??紤]到高超聲速武器留給綜合戰術警報/攻擊評估系統(ITWAA)的反應時間少、制定對抗措施難及對高價值目標威脅大等特點,這類系統在戰略上尤其具有顛覆性,能夠提高北約對地面和海上重點目標的打擊能力。美國高超聲速巡航導彈預計在2025年前投入戰場,高超聲速滑翔飛行器在2035 年前投入戰場。過去70 多年,高超聲速研究經歷了若干重大發展階段。然而,近年來材料、推進器、制導、控制等方面的發展,為解決高超聲速有關的熱、機動性、壓力和能量挑戰提供了新方法。
      未來關鍵研究領域包括:①平臺,包括新耐熱材料、新推進模式、微型化和減重、建模與仿真、新運載器具設計、超燃沖壓發動機推進、隱身材料與設計、先進飛行控制等;②防御性反制措施,包括傳感器和跟蹤、硬殺傷、軟殺傷三方面研究。

     
      2、新興技術
      量子、生物和材料技術屬于新興技術,需要更多時間(10~20 年)才能在軍事領域充分表現出顛覆性。
      (1)量子技術
      量子現象是許多現代技術的基礎,包括晶體管、核能、電子顯微鏡、超導、光電探測器、醫學成像(功能性磁共振成像和正電子發射成像)、激光和固態器件。過去十年,人們將量子現象用于新興技術開發,其中大多數技術還處于早期階段,在實現應用前還面臨重大挑戰。例如,廣泛可用的通用量子計算至少需要發展15~20年,實現商用預計還需要5~10 年。
      下一代量子技術可能對北約軍事能力產生革命性影響。①計算方面,量子計算機有望具備更加強大的計算能力,使加密和解密防范變得更加復雜,同時有助于新材料和生物技術的加快開發;②傳感方面,量子傳感器將更加敏感,有助于開發隱身和反隱身雷達及更強大的磁、聲和重力傳感器;③導航定位授時方面,量子效應有助于開發非常敏感的導航定位授時設備;④通信與加密方面,不可破解的密碼以及快速解密當前加密信息的能力,將挑戰現有C4ISR 系統。關鍵研究領域包括傳感、導航定位授時、量子遙感、磁力和重力感應、量子計算、量子通信和材料。
      (2)生物和人效增強技術
      材料學、信息系統和人類科學方面的進步,使生物和人效增強技術正以驚人的速度發展。這類技術的研發限制在于不僅要進行基線研究,還要解決道德、法律和政策方面的問題。其中,基因工程的使用面臨的問題最為突出,包括個人生物數據發布、藥理增強手段的使用以及新型治療方法涉及的倫理問題。
    關鍵研究領域包括:①生物信息技術和生物傳感器,探索新型生物傳感器、生物數據收集和分析方法;②人效增強,利用基因改良、神經接口、藥理制劑、機械裝置提高人類生理效能和認知能力,通過更強的計算和建模能力來理解復雜社交網絡中的信息流;③醫療防護措施和技術,開發新型診斷及治療方法,以支持預測性診斷、生化放威脅識別、傷員護理;③合成生物學,設計和創造合成的生物成分或系統,包括用于監視多種細胞的生物傳感器系統。
      (3)新材料與制造技術
      工業革命的成功很大程度上取決于新材料和制造技術的發展,未來20年新材料、增材制造、能源三個領域的發展預計會產生顛覆性影響。北約軍事能力受到的影響包括:新材料在國防領域廣泛應用,使武器系統更輕、強度和能量效率更高;增材制造將促進產品開發、減少庫存備用件、降低新設計產品和高價值部件成本、實現按需現場定制武器系統。關鍵研究領域包括石墨烯和二維材料、納米級生物制造技術、3D/4D 增材制造技術。

     

    三、八大技術形成六個技術組

      報告認為,八大技術形成了六個相互協同和依賴、最具顛覆性能力的技術組。
      (1)數據-人工智能-自主技術
      自主技術、大數據與高級分析和人工智能相結合,預計將在未來10 年對北約軍事能力產生最大的顛覆性影響。利用5G 及類似通信技術、認知電磁管理、物聯網、人工智能物聯網、更好的電池技術、3D 打印技術,以及太空、生物和量子技術的進步,將產生潛在的軍事戰略和作戰決策優勢。


      (2)數據-量子技術
      未來15~20 年,量子技術將通過大幅增強傳感器能力、通信安全和計算能力,提升C4ISR 數據收集、處理和利用能力。特別是,量子計算有望大幅提高預測分析和建模仿真的速度和保真度,并通過量子方法實現神經網絡深度學習,極大增強人工智能和數據分析能力。上述發展有助于發現新的基礎應用科學、新穎設計、特制基因或有機體,并識別新材料、化學和生物特性。所有這些能力都可能在2040 年以后產生顛覆性影響。
      (3)太空-高超聲速武器-材料
      太空和高超聲速是具有挑戰性的作戰領域。為充分利用太空和高超聲速環境,需要發展特殊材料、新穎設計、制造方法和推進技術,以降低成本、提高可靠性、改善性能,推動按需定制任務系統的生產。特別是,開發廉價、堅實和高耐熱的新材料,拓展3D/4D 打印技術的應用。


      (4)太空-量子技術
      在量子密鑰分發技術的推動下,天基量子傳感器將是與當前完全不同的衛星傳感器。借助下一代量子技術實現的體積更小、功耗更低、更靈敏和更分布式的天基傳感器網絡,將成為北約未來20 年情報、監視、偵察架構的關鍵組成部分。為維持完全可靠的全球通信網絡,北約必須大規模發展天基量子密鑰分發通信網絡。預計未來5~10年的技術發展將在很大程度上擴展這些早期實驗,從而為穩健的商業能力提供技術框架。
      (5)數據-人工智能-生物技術
      人工智能和大數據與高級分析在生物技術領域的應用,將對世界經濟與衛生發展產生巨大影響。這種組合將在很大程度上有助于新藥設計和發現、定向基因改造、最佳生物戰劑開發、生物傳感器研制以及新的核生化放對抗措施的制定。

      (6)數據-人工智能-材料
      人工智能和大數據與高級分析在材料領域的應用,將有助于具有獨特物理特性的新型材料的設計。特別是,這將支持二維材料的進一步開發,并在很大程度上促進可靠、定制、混合材料產品的開發。

     

    四、未來發展趨勢

      報告簡述了推動技術進步的主要全球性戰略性力量。
      1、創新和投資
      過去20 年,科技發展的驅動力越來越多地來自國防與安全以外的領域,特別是,商業領域對人工智能、量子計算和信息、商業太空、合成生物學、云計算、網絡安全和大數據分析技術的投資日益增加,成為新軍事能力發展的關鍵驅動力。同時,各國科技投資規模也發生了巨大變化,美國20 世紀60 年代在全球研發中所占份額為69%,到2016 年,這一份額降到了28%。
      一些研究稱,政府資金減少的同時,技術創新的步伐也在放緩,而微軟公司總裁比爾?蓋茨等人則強烈反對這種論斷。鑒于創新的定義是模棱兩可的,且國家投資、科學發現和實際應用之間的周期很長,所以兩種觀點可能都是正確的。
      2、戰略驅動因素
      影響未來20 年軍事技術發展的關鍵戰略驅動因素來自多個方面。
      作戰環境方面。隨著地緣政治、軍事、經濟、社會、氣候和技術格局的變化,北約可能開展作戰行動的范圍不斷擴大,太空、信息空間(網絡、電子和電磁頻譜)、北極和城市作戰環境日益得到重視。
      文化、倫理道德和法律方面。隨著技術的發展速度越來越快,法律框架、社會規范的發展已相對滯后。盡管很多技術具有全球性影響,但缺乏相關的國際監管協議。新興和顛覆性技術的發展充斥著倫理道德和監管問題,直接影響到了國防相關能力的發展,尤其是在自主、人工智能和大數據領域。另外,技術的民主化(即成本降低、容易獲得)使人們開始關注需要多大監管力度才能使社會不受到擁有高科技的流氓行為體的影響。
      環境方面。未來幾十年,氣候變化將成為主要的顛覆性力量,許多針對未來環境的研究都強調氣候變化引發沖突的可能性。糧食短缺、淡水資源匱乏、生物多樣性減少以及礦物和能源競爭,都將對全球的凝聚力和力量平衡構成挑戰。
      此外,工作性質的變化、教育、自動化后勤、食品和水技術、人力資本、不斷變化的全球經濟架構、傳染病和流行病等也可能影響北約未來的能力或行動。
      3、國防與安
      受沖突性質演變和地緣政治因素的影響,國防與安全環境正不斷發生變化?;靵y、復雜和競爭被認為是未來的本質特征。大國競爭的可能性日益加大、技術民主化、實力相當的競爭對手所帶來的新技術威脅、恐怖主義等,將對北約行動構成更大挑戰。

     

    五、結論

      報告最后指出,目前尚無法得知新興和顛覆性技術需要多久以及最終可能在多大程度上獲得成功,但對軍事技術發展趨勢的預估有助于為能力和技術投資提供指導。北約需考慮地緣政治和軍事領域的演變,制定新的“技術戰略”。

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