2016年世界国防科技发展态势分析（三）

（续前文《2016年世界国防科技发展态势分析(二)》)

（六）新材料新器件技术

新材料和新器件技术是推动国防科技发展的基础技术和先导技术，每一次重大突破都会引发深刻的变革，因此，也是主要国家抢占未来发展战略制高点的必要途径。2016年，新材料、新器件技术均取得了重要进展或突破。

1、超材料、智能材料、复合材料等研发取得重大进展。一是美科学家研发出可制作“隐身斗篷”的柔性超材料。美国艾奥瓦州立大学研究人员称研发出一种柔性、可伸缩、具有调谐选择性的超材料蒙皮（Meta-skin）。该超材料由硅胶薄膜以及镶嵌在硅胶薄膜内的开口环形谐振器阵列组成，通过伸展和收缩改变开口环形谐振器的形状，进而改变谐振器的电感参数与电容参数，调整抑制电磁波的频率范围，实现在更宽频段内、全方位抑制电磁波散射。试验显示，这种超材料对频率范围为8～10吉赫兹的电磁波，吸收率达75%。这种超材料蒙皮有望作为下一代隐身战机的外表面材料，未来还将实现在可见光或红外光等更高频电磁波下隐身。

二是华盛顿州立大学开发出多功能“智能”材料。7月，美国华盛顿州立大学研发出一种独特的多功能智能材料，可以在光和热的作用下实现形状改变、自我折叠和展开。这是研究人员首次在一种材料上合成了形状记忆、光激活及自修复等多种能力。这项成果为智能材料的多能化和归一化应用开辟了新的技术途径，未来将在制动器、药物传送系统、自组装设备等多个领域方面得到广泛应用。

三是英国科学家在复合材料研发上取得新突破。英国研究人员在一个曲面物体上覆盖了一种纳米复合介质，实现了使其“隐身”的效果。这是一种带有纳米级微粒的复合材料，拥有7个不同的层，每一层的电子属性根据其所在位置的不同而各异。这种复合材料有着非常广泛的应用，对纳米天线、航空航天工业等其他工程设计领域大有助益。

2、新型元器件取得重大突破。一是美国研制出世界最小尺寸晶体管。10月，美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室牵头的研发团队宣布，研制出全球首个1纳米栅长高性能晶体管，这将为电子元件的尺寸及性能的改善提供很大的优化空间，同时，也将有助于促进超级计算机发展，进而通过更大规模的建模仿真，研制性能更加优异的武器装备。

二是NASA研制抗辐射纳米级航天器芯片。美国NASA和韩国科学技术研究所12月初公布其研发的自愈型芯片可在受到辐射损伤后进行修复，此项技术突破可描述为“一款可用于开发特殊硅芯片的晶体管，使硅芯片在辐射受损后能自行修复”。

三是新加坡研发微型芯片技术。新加坡南洋理工大学研发出一种微型芯片，可用于制造尺寸仅相当于现有雷达相机1/100的新型雷达相机。该芯片技术可使重达50～200千克、搭载于大型卫星上的雷达相机缩小至掌上尺寸，且所拍摄图像质量不低于大型雷达相机，造价却仅相当于现有大型雷达相机的1/20，能耗降低至少75%，可在所有气象环境下使用。

七）先进制造技术

先进制造技术是衡量一个国家综合实力和科技发展水平的重要标志，也是在战场对抗和市场竞争中获胜的重要支柱。因此，世界各国高度重视发展国防先进制造技术。2016年，美、俄等军事强国，通过发布顶层规划、投资重点制造技术研发项目等举措，积极推动国防先进制造技术发展，先进设计、智能制造、增材制造、微纳制造、生物制造等领域都取得了一系列重要进展。

1、加强战略规划，指导国防先进制造技术发展。美国发布《先进制造：联邦政府优先技术投资领域速览》 告，提出先进材料制造、推动生物制造发展的工程生物学、再生医学生物制造、先进生物制品制造、药品连续生产等5个应重点考虑的新兴制造技术领域，明确了美国政府未来制造技术发展重点；1月，美海军发布2016财年海军制造技术计划（ManTech），该计划针对海军对平台、系统、装备的生产和维修需求，通过转化海军项目所需的制造技术，降低成本，实现海军各个武器平台经济可承受性目标。12月，美国防部宣布设立高级再生制造研究所（ARMI），这是“美国制造业”战略规划的第七个国防制造中心。其使命是组织当前国内分散的组织生物制造技术能力，提高美国在全球竞争中的地位。ARMI将重点关注高通量培养技术、3D生物制造技术、生物反应器、存储方法、破坏性评估、实时监测/感知和检测技术等。

2、先进制造技术将开辟新的产品设计与制造途径。一是增材制造技术持续快速发展。美国休斯实验室使用3D打印方法制造出超强陶瓷材料，不仅可拥有复杂的形状，还能耐受超过1700摄氏度的高温；美国哈佛大学研究人员利用3D打印出世界首个全柔性自主机器人；NASA推进3D打印火箭发动机测试工作，除了主燃烧室外，用于测试的燃料涡轮泵、燃料喷射器、阀门及其他主要发动机组件均由3D打印制造，通过测试获得的数据可验证并增强团队的计算机建模与仿真。NASA授出“多功能空间机器人精密制造与装配系统”（又名“建筑师”）研发合同，研发装有多个机械臂的3D打印机，并将其安装在国际空间站外部分离舱，未来利用“建筑师”的机械臂在轨拆卸废弃航天器上的可用零部件或在轨打印零部件，并组装新航天器。美国橡树岭国家实验室在聚焦电子束诱导沉积技术的基础上，将仿真与实验相结合，开发出仿真引导路径工艺，用于3D打印纳米结构的集成设计和构建，显著提高纳米级3D打印精度与可控性。

二是DARPA发展变革性设计技术。4月，美国DARPA宣布启动“变革性设计”（TRADES）基础研究项目，旨在解决现有设计技术与先进材料、先进制造工艺间不匹配的问题，以发挥先进材料、先进制造工艺的技术优势。目前，先进材料和尖端制造能力的发展使得产品性能和结构复杂度大幅提升，已超过传统计算机辅助设计和物理建模可处理的极限。TRADES项目将从材料科学、应用数学、数据分析及人工智能等技术领域，寻求具有创新设计概念的建议，开发一种革命性的新型设计工具，以充分利用先进材料及制造工艺，开拓设计领域的发展空间。

八）量子信息技术

量子信息技术在确保信息安全、提高运算速度和探测精度等方面具有颠覆性影响，是目前最引人瞩目的前沿技术领域之一。各国在量子信息领域争相投入巨资，期待在相关领域的突破。

1、在量子通信领域。美国是全球最早将量子通信技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家。2016年初，美国NASA正在总部与喷气推进实验室（JPL）之间建立一个直线距离600千米、光纤皮长1000千米左右的包含10个骨干节点的远距离光纤量子通信干线，并计划在2018年前后拓展到星地量子通信。7月22日，美国家科学技术委员会发布《先进量子信息科学：国家挑战及机遇》 告，表明美国将在量子信息领域加大国家投入，占领信息的制高点。欧盟委员会3月发布《量子宣言（草案）》，计划于2018年启动10亿欧元的量子技术项目。其中在量子通信方面，规划5年内突破量子中继器核心技术，实现点对点安全量子通信，10年内实现远距离量子网络、量子信用卡应用等，目标融合量子通信与经典通信，“保卫欧洲互联网安全”。日本政府2016年提出了以新一代量子通信技术为对象的长期研究战略，并计划2020-2030年间建成绝对安全保密的高速量子通信网，从而实现通信技术应用上质的飞跃。日本国家信息通信技术研究所计划在2020年实现量子中继，到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。量子理论与信息技术交叉产生的量子信息技术，已成为新兴战略前沿技术，一旦成熟，将在高安全保密通信、超强并行计算、高分辨抗干扰探测等领域带来全新的理念，成为推动信息技术发展的革命性力量。

2、在量子计算领域。美国出于国家安全利益的紧迫需求，将高性能计算能力与核能力同时列入重点发展规划，同时将量子计算技术规划为确保核武器安全和可靠性的重要手段。目前，美国已经在量子计算领域完成战略布局，2016年以来，美国国家科学和技术委员会、科学技术政策办公室和国家标准与技术局等机构推出了一系列政策和项目资助计划，支持量子计算技术的发展。谷歌和美国NASA联合研发的D-Wave 2X量子计算机在测试中运行速度达到了传统芯片的1亿倍。美国情 高级研究计划局在2016年初宣布启动量子逻辑芯片项目，这种硬件产品是研制通用型量子计算机的关键，如果该技术取得突破，理论上可以制造出量子比特可扩展的计算系统。除此之外，美军各军种科研机构也与私营和公共部门伙伴共同投资进行了量子信息研究项目，但涉及经费数量规模的数字并未公布。

九）生物交叉技术

生物技术是当今世界发展最快、最为活跃的技术领域之一。生物技术与信息、纳米、材料等技术交叉融合，已经衍生出了生物计算机、生物材料、生物器件、生物传感器、仿生、认知等多项新兴技术，其研究成果已展示出广阔的军事应用前景。

1、脑科学研究方兴未艾。美国2013年出台“脑科学研究计划”拉开了全世界进行脑科学研究的序幕，之后，欧盟、日本、英国、俄罗斯等国家和组织先后启动了脑计划，并将其上升到国家战略层面，各个国家的军方也迅速投入人员和经费积极参与其中，抢抓战略制高点，探索军事应用。

脑科学的军事应用主要体现在“仿脑”、“脑控”和“控脑”三个方面。其中，“仿脑”是基础与关键，即借鉴人脑构造方式和运行机理，开发出全新的信息处理系统和更加复杂、智能化的武器装备，甚至研发出与人类非常接近的智能机器人。而“脑控”和“控脑”的关键是脑机接口技术。1月，DARPA宣布斥资6200万美元研究一种可植入人脑的先进设备，通过采集大脑皮层神经系统活动产生的脑电信号，经过放大、滤波等方法，将其转化为可以被计算机识别的信号，从中辨别人的真实意图，使人类大脑直接与计算机对话。该技术具有大量潜在的军事应用，例如旨在提高和恢复人类工作效率的可穿戴机器人技术。如果该项目成功，机械战士或将成为现实。10月，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。该技术为赋予未来武器装备作战系统智能化奠定了基础。

2、生物材料技术受到重视。通过分子设计、生物工程、合成生物学等技术，可以制备出具有特殊性能的材料，应用前景广阔。2016年，生物材料研究，在多个领域有突破。一是DARPA开展体内纳米平台和工程生命材料等智能材料研究。2月，DARPA生物技术办公室发布了《生物控制》 告，通过对生物材料的嵌入式控制，为生物系统控制建立从纳米级到厘米级、几秒到几周的跨尺度能力。体内纳米平台计划是DARPA正在运行的生物材料项目，旨在研发全新的具备强适应性的纳米微粒，以期获取分布式、温和的生理和环境感知，同时形成针对生理异常、疾病和传染病的治疗方案。工程生命材料计划（ELM）是DARPA提出的利用生物学“生长”全新材料的理念。该计划旨在以材料科学、工程生物学以及发展生物学为技术支撑，将传统建筑材料的结构特征与生物系统特性结合，最终目的是通过生物系统的基因组直接获得制定的工程结构性能。

二是纳米轻质高强材料取得新突破。2月，美国西北大学在《科学》发表研究结果， 道了10种不同晶体结构，可任意进行材料设计，这种技术在设计新型光学材料方面非常有价值，严格控制纳米粒子的间距能制造出能传输、反射和发射特定波长光的水晶材料。三是生物制造受到高度重视。美国政府将生物制造确定为重点发展的新兴制造技术，国防部组建“先进组织生物制造”创新机构；美、欧生物制造应用研究取得诸多进展，低成本、无毒超疏水纳米仿生涂层材料，利用带有蜘蛛基因的微生物制造的高强蜘蛛丝，基于土壤细菌基因改造的合成纳米线等技术有望应用于国防领域。

3、仿生技术发展迅猛、军事应用前景广阔。2016年，各国积极发展仿生技术，涌现出一批新型仿生机械和仿生材料，有望成为装备新能力形成的有效途径。美军研制出单兵外骨骼装置，可以使士兵负重90千克在各种地形行进；哈佛大学研发了类似蜜蜂的“机器峰”和“机器鱼”，将在军事侦察领域发挥重要作用；美国斯坦福大学研究人员首次制备出一种可用于制作晶体管的可自愈弹性聚合物，实现了复杂电子表面模仿人类皮肤，是仿生学发展的重大突破，将为新一代类皮肤可穿戴装备奠定基础。波兰、意大利和英国合作利用光电机械液晶弹性体单片电路研发出一款长约15毫米的软体机器人，可模仿毛虫不同步态、爬坡、推动比自身重10倍的物体，具有在挑战性环境中执行任务的能力。英国研究人员设计出一种模仿蝙蝠的新型薄膜可变机翼，利用这种机翼制作出的微型无人机可以飞得更远并节省更多燃料。

十）先进信息技术

云计算、大数据的快速发展及其军事应用，推动了武器装备和战场智能化发展，也使得数据安全攻防将成为未来战场新常态。

1、推动云计算和大数据技术的军事应用。2016年，美国防部发布了关于云和网络的政策性文件，指导国防机构与商业云服务提供商的合作，加紧云计算在军事上的应用，包括美海军部署反舰战“战术云”，搭建进攻性反舰网络，可从卫星、飞机、舰船、潜艇以及武器本身获得目标信息，形成致命的“杀伤网”，使己方部队远离敌方远程致命武器。美国大数据研究的目标就是通过大数据创建真正能够自主决策和自主行动的无人系统。美国的X-47B侦打一体无人机，已经可以在完全无人干预的情况下，自动在航母上完成起降并执行作战任务。未来国防大数据可以将信息化战争推向智能化战争，实现情 智能化、指挥智能化、武器智能化、感知智能化以及后勤和装备保障智能化。

2、大数据目标识别将颠覆传统军事伪装与欺骗技术。大数据目标识别技术是指通过对侦察卫星、预警机、地基雷达和传感网络等多种系统所收集的海量数据进行综合研判和分析，获取战场目标的众多特征，进而对战场态势和真伪目标进行精准研判。美国目前已成功攻克大数据目标识别相关理论和关键技术。该技术一旦实用化，或将颠覆现有伪装和诱饵技术的发展。目前，战场伪装和诱饵手段主要通过模拟真实作战单元的外形、温度、电磁特性等个别特征，针对性地应对高分辨率成像侦察、红外侦察以及电磁侦察等手段，欺骗并引诱敌方打击伪装目标，但还无法完全模拟目标的全部或大量特征。大数据目标识别技术能够利用目标的历史数据结合实时获取的图像、电磁特征等信息综合分析研判，发现目标的众多特征的变化，进而判别出疑似军用目标和类型，有效避免伪目标的干扰，精准打击真实目标。