肖丹

美國(guó)空軍以“全球警戒”“全球到達(dá)”和“全球力量”戰(zhàn)略為最頂層目標(biāo)，構(gòu)建了體系完備的發(fā)展戰(zhàn)略框架，用以具體指導(dǎo)人力資本、戰(zhàn)略態(tài)勢(shì)、能力配置、科學(xué)技術(shù)等各方面的發(fā)展。但是，隨著中俄等潛在對(duì)手研發(fā)新型戰(zhàn)機(jī)和一體化多層防空系統(tǒng)，嚴(yán)重威脅到了美空軍自豪的“任何地方打擊任何目標(biāo)”的能力，為此美空軍正在不斷尋求技術(shù)突破，以確定美空軍未來(lái)10年的能力差距和填補(bǔ)措施。

美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)展示了生物交叉、人工智能、進(jìn)攻和防御能力等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展。

“真北”神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目圖

人工智能領(lǐng)域

最突出的代表是依靠神經(jīng)形態(tài)計(jì)算機(jī)的機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目。該項(xiàng)目將機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)計(jì)算技術(shù)和“真北”仿腦芯片處理器相結(jié)合，發(fā)展深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可大幅減小武器系統(tǒng)對(duì)外部信息的依賴，使目標(biāo)識(shí)別精度達(dá)到90%以上。這一技術(shù)將使作戰(zhàn)人員具備更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和目標(biāo)識(shí)別能力，增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知能力。在失去網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、人員控制、無(wú)法與地面站取得聯(lián)系的情況下，都可能導(dǎo)致任務(wù)失敗，作戰(zhàn)人員可能無(wú)法識(shí)別合成孔徑雷達(dá)圖像上的目標(biāo)。因此，作戰(zhàn)人員需要一種可在不依賴外部因素的情況下探測(cè)目標(biāo)并作戰(zhàn)的技術(shù)。

IBM公司已研制出由16片“真北”芯片組成的4×4陣列的類腦計(jì)算子系統(tǒng)，此次將利用4個(gè)類腦計(jì)算子系統(tǒng)，構(gòu)成包含64塊“真北”芯片的類腦計(jì)算系統(tǒng)，并將其放置到標(biāo)準(zhǔn)的4單元超算機(jī)架中。空軍研究實(shí)驗(yàn)室將用8個(gè)類似的超算機(jī)架組成1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的超算機(jī)柜，進(jìn)而構(gòu)建出類腦超級(jí)計(jì)算機(jī)。

每塊“真北”芯片含有100萬(wàn)個(gè)“神經(jīng)元”，含有8個(gè)機(jī)架的機(jī)柜，“神經(jīng)元”數(shù)量達(dá)到5.12億個(gè)。相比于人腦所擁有的860億個(gè)神經(jīng)元，由不到170個(gè)機(jī)柜構(gòu)成的類腦超算就能達(dá)到相同的神經(jīng)元數(shù)量級(jí)別。含有64塊“真北”芯片的機(jī)架，其功耗僅為10瓦。達(dá)到人腦神經(jīng)元數(shù)量級(jí)別的類腦超算，其功耗不到15千瓦。與之相比，用傳統(tǒng)超算實(shí)時(shí)模擬人腦規(guī)模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，需要1500多套2012年排名世界第一的“紅杉”超算，所需的功耗高達(dá)12000兆瓦，兩者相差6個(gè)數(shù)量級(jí)。

類腦超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠處理光電、紅外和無(wú)線電頻率圖像及視頻，同時(shí)還可探測(cè)目標(biāo)并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類。類腦超級(jí)計(jì)算機(jī)將為作戰(zhàn)人員提供新的能力，如增強(qiáng)的大數(shù)據(jù)分析、更快的目標(biāo)/事件識(shí)別、改進(jìn)的態(tài)勢(shì)感知能力等，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)更加快速、穩(wěn)健的決策。應(yīng)用于在對(duì)抗激烈地區(qū)執(zhí)行任務(wù)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，該工具可提供高達(dá)百倍的能效，可在沒(méi)有人為干預(yù)情況下實(shí)現(xiàn)智能處理、分析和決策以及自主情報(bào)、監(jiān)視與偵察。隨著這項(xiàng)技術(shù)不斷發(fā)展，美空軍今后能夠在不丟失數(shù)據(jù)處理能力的情況下，將更小型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用到飛機(jī)上。其未來(lái)應(yīng)用包括將這些計(jì)算機(jī)連接到多個(gè)平臺(tái)，在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接丟失或在對(duì)抗激烈地區(qū)訪問(wèn)地面站受限的情況下，進(jìn)一步增強(qiáng)作戰(zhàn)人員的能力。

低成本、耐消耗飛行器技術(shù)項(xiàng)目無(wú)人機(jī)

無(wú)人系統(tǒng)

NINJA反無(wú)人機(jī)系統(tǒng) 隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，恐怖分子利用攜帶簡(jiǎn)易爆炸裝置的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)制造恐怖事件，或執(zhí)行數(shù)據(jù)搜集任務(wù)，將對(duì)國(guó)家安全構(gòu)成嚴(yán)峻威脅。NINJA反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)將綜合利用硬件、軟件和算法，探測(cè)非法無(wú)人機(jī)。一旦探測(cè)到無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，將生成無(wú)人機(jī)信號(hào)并確定該無(wú)人機(jī)是敵是友。如果該無(wú)人機(jī)被確認(rèn)為敵方無(wú)人機(jī)，反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)將采用軟殺傷或硬摧毀手段摧毀該無(wú)人機(jī)。

低成本、耐消耗無(wú)人機(jī)技術(shù)（LCAAT） 該項(xiàng)目尋求將低成本無(wú)人機(jī)與人工智能技術(shù)結(jié)合，發(fā)展可自主作戰(zhàn)的低成本無(wú)人機(jī)，在有人機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)前，遂行武器投送、目標(biāo)定位、干擾和通信等作戰(zhàn)任務(wù)。該項(xiàng)目正在探索廣泛的技術(shù)創(chuàng)新，以開發(fā)一種新型低成本無(wú)人機(jī)。這些無(wú)人機(jī)可在與實(shí)力接近對(duì)手的對(duì)抗環(huán)境下、在難以或無(wú)法進(jìn)行前沿部署的情況下提供遠(yuǎn)程響應(yīng)能力。由于成本低，不同種類的無(wú)人機(jī)將能針對(duì)武器投送、發(fā)現(xiàn)和定位目標(biāo)、干擾及通信等具體任務(wù)需求，承擔(dān)高度定制/優(yōu)化的作戰(zhàn)任務(wù)，從而提高現(xiàn)有武器系統(tǒng)的能力。低成本、耐消耗飛行器可先于有人駕駛飛機(jī)進(jìn)入強(qiáng)對(duì)抗地區(qū)，為有人駕駛飛機(jī)提供支持，提高在強(qiáng)對(duì)抗地區(qū)的打擊能力。LCAAT項(xiàng)目的目標(biāo)是開發(fā)出一個(gè)低成本、耐消耗的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)譜系，將以最大程度降低無(wú)人機(jī)壽命期成本作為重點(diǎn)，無(wú)人機(jī)的單架成本為300萬(wàn)美元（按照采購(gòu)數(shù)量不到100架無(wú)人機(jī)計(jì)算），能最大限度減少人員對(duì)作戰(zhàn)和保障的需求。

該項(xiàng)目將采用以持續(xù)飛機(jī)設(shè)計(jì)和能力更新為特征的生產(chǎn)線方法，以便以及時(shí)和高效費(fèi)比的方式整合新興技術(shù)。低成本、耐消耗飛行器可以快速生產(chǎn)，減少勞動(dòng)力并最終降低成本。由于設(shè)計(jì)針對(duì)的需求面窄，無(wú)人機(jī)的工程和生產(chǎn)周期可以縮短，可快速響應(yīng)作戰(zhàn)人員需求。這種方法也避免了昂貴的后方保養(yǎng)以及使用現(xiàn)有機(jī)身對(duì)設(shè)計(jì)所造成的限制。

生物交叉技術(shù)

合成生物學(xué)技術(shù)推進(jìn)生物探測(cè)器發(fā)展 該項(xiàng)目尋求利用合成生物學(xué)技術(shù)，開發(fā)出可探測(cè)爆炸物和有毒化學(xué)物質(zhì)的生物探測(cè)器。合成生物學(xué)使傳感器探測(cè)模塊發(fā)展獲得了革命性進(jìn)步。空軍研究實(shí)驗(yàn)室與國(guó)防部、其他政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界合作，利用生物學(xué)方法開發(fā)出了高度特異性的傳感器模塊。將傳感器組件擴(kuò)展到更加穩(wěn)定的生物分子（如DNA適配體和肽），將加速合成生物學(xué)技術(shù)的軍事應(yīng)用步伐。空軍研究實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)正在從基因上構(gòu)建微生物結(jié)構(gòu)，用于準(zhǔn)確、靈敏探測(cè)國(guó)防、醫(yī)藥和安全等各種領(lǐng)域的目標(biāo)化學(xué)品或生物學(xué)標(biāo)記。研究團(tuán)隊(duì)一直在制造檢測(cè)非天然化學(xué)品的細(xì)菌，并通過(guò)熒光蛋白生產(chǎn)報(bào)告檢測(cè)情況。目前已經(jīng)研制出能夠感應(yīng)三硝基甲苯、工業(yè)污染物和皮質(zhì)醇（壓力激素）等分子的細(xì)菌。感應(yīng)細(xì)菌的篩選工藝以及后續(xù)的感應(yīng)細(xì)菌與功能報(bào)告基因的耦合，對(duì)體能和新材料接口應(yīng)用至關(guān)重要。研究團(tuán)隊(duì)正在與合成生物學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先團(tuán)隊(duì)合作，將“設(shè)計(jì)、建造和試驗(yàn)”范式的邊界拓展到控制和協(xié)調(diào)細(xì)胞功能領(lǐng)域，響應(yīng)美國(guó)空軍和國(guó)防部對(duì)體能研究的需求。endprint

基因編輯技術(shù)軍事應(yīng)用 該項(xiàng)目探索通過(guò)基因編輯技術(shù)，敲除、增加或改變DNA序列，消除化學(xué)和生物武器攻擊引發(fā)的疾病和病毒?；蚓庉嫾夹g(shù)的軍事應(yīng)用是一種獨(dú)特的技術(shù)，使遺傳學(xué)家和醫(yī)學(xué)研究人員通過(guò)敲除、增加或改變DNA序列來(lái)編輯基因組的部分功能。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)利用細(xì)菌防御機(jī)制，消除有害基因序列，可將人體在細(xì)胞水平出現(xiàn)的問(wèn)題恢復(fù)到正常狀態(tài)。

信息系統(tǒng)領(lǐng)域

液態(tài)金屬天線 該項(xiàng)目尋求在不對(duì)飛機(jī)外形作大幅改動(dòng)的情況下，將液態(tài)金屬合金嵌入飛機(jī)機(jī)身，使其成為頻率可調(diào)和可重構(gòu)的射頻天線，保障飛機(jī)執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)的需要。根據(jù)執(zhí)行不同任務(wù)的需要，飛機(jī)上常常需要配裝八九種適用不同頻率的天線?？哲娧芯繉?shí)驗(yàn)室研制了一種內(nèi)部填充液態(tài)金屬的通道系統(tǒng)，可以根據(jù)所需頻率和方向重新配置天線，并在70兆赫～7吉赫的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。液態(tài)天線使用的液態(tài)金屬為鎵，其熔點(diǎn)為30℃，通過(guò)添加銦等其他金屬形成合金，可使熔點(diǎn)降到-28℃。由于天線是液態(tài)，因此可以重新配置和調(diào)整，用于執(zhí)行特定任務(wù)。該技術(shù)可以通過(guò)靈活集成電子器件、多功能部件和抗毀電子器件，極大節(jié)約成本。

合成生物學(xué)技術(shù)推進(jìn)生物探測(cè)器發(fā)展

導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星-3 該項(xiàng)目尋求發(fā)展新型原子鐘、可重編程數(shù)字波形發(fā)生器、軟件定義用戶界面等新技術(shù)，探測(cè)并減輕對(duì)天基定位導(dǎo)航授時(shí)信號(hào)的干擾，增強(qiáng)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)彈性。

用于戰(zhàn)術(shù)通信的安卓戰(zhàn)術(shù)攻擊包（WARTAK） 該攻擊包最初由空軍研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)用于特種作戰(zhàn)部隊(duì)。WARTAK是一個(gè)強(qiáng)大、精確、直觀的基于安卓系統(tǒng)人機(jī)界面手機(jī)和平板電腦的應(yīng)用程序?；诠蚕硪苿?dòng)地圖，WARTAK使每個(gè)人能夠了解每個(gè)節(jié)點(diǎn)每秒所在的位置。WARTAK同時(shí)提供一套工具，可用于增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知能力。下一步，空軍研究實(shí)驗(yàn)室將使用新型無(wú)線電設(shè)備，構(gòu)建先進(jìn)的高帶寬、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)視距網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。最后，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)/衛(wèi)星通信鏈路，建立超視距通信系統(tǒng)。每個(gè)移動(dòng)或固定基站的WARTAK節(jié)點(diǎn)，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到其他節(jié)點(diǎn)，從而創(chuàng)建一個(gè)龐大、安全網(wǎng)絡(luò)，將通用態(tài)勢(shì)圖提供給建筑物內(nèi)、卡車、下車士兵、飛行器等的WARTAK節(jié)點(diǎn)。

進(jìn)攻和防御能力領(lǐng)域

先進(jìn)彈藥技術(shù) 當(dāng)前及未來(lái)空中隱身平臺(tái)的武器化，需要有能適合內(nèi)置彈艙尺寸的小型彈藥，以維持飛機(jī)的隱身性能。今后小型武器必須能達(dá)到甚至超過(guò)大型常規(guī)武器的殺傷水平。此外，由于運(yùn)載能力有限，未來(lái)武器必須能夠在飛行過(guò)程中動(dòng)態(tài)地重新分配任務(wù)，允許飛行員針對(duì)不同目標(biāo)采用不同類型的彈藥。

先進(jìn)彈藥技術(shù)項(xiàng)目重點(diǎn)發(fā)展小型化、當(dāng)量可調(diào)的新型彈藥，以滿足打擊不同目標(biāo)的需要。在彈頭材料方面，采用活性金屬材料代替鋼材料，同時(shí)研究新型納米磁性材料，在減小彈藥尺寸的同時(shí)，提高彈藥的殺傷效果。

空軍研究實(shí)驗(yàn)室彈藥局正在制定一套一體化的技術(shù)解決方案，開發(fā)一種效果更強(qiáng)、選擇性更好的小型化武器?？蛇x擇打擊效果的技術(shù)將使飛行員根據(jù)目標(biāo)，選擇合適的彈藥，顯著減少出擊次數(shù)，增強(qiáng)武器效能。另外，彈頭材料采用活性金屬代替鋼材料，將使彈殼成為彈藥殺傷能力的一部分。這意味著空軍研究實(shí)驗(yàn)室或許可以在不減少?gòu)椝庒尫拍芰康那闆r下縮小武器的尺寸。納米含能材料也為提高小型武器作戰(zhàn)效能帶來(lái)希望。這些含能材料比傳統(tǒng)爆炸物釋放能量更快、更有效，意味著可以用較少的裝藥量獲得較好的打擊效果。此外，增材制造技術(shù)將提高空軍更新和定制新彈藥的速度，并使空軍能夠開發(fā)特殊的武器結(jié)構(gòu)。

自防護(hù)高能激光器演示驗(yàn)證機(jī) 空軍在激光源、光學(xué)、光束控制以及能源和熱管理支持系統(tǒng)方面的多年研究，使得激光技術(shù)在性能和成熟度上取得了重大飛躍。主要用于戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)的固態(tài)激光器和光纖激光器的發(fā)展，目前已達(dá)到適用于作戰(zhàn)飛機(jī)的武器級(jí)應(yīng)用水平。

自防護(hù)高能激光器演示驗(yàn)證機(jī)先進(jìn)技術(shù)演示驗(yàn)證項(xiàng)目，將把激光吊艙系統(tǒng)集成到飛機(jī)平臺(tái)，并驗(yàn)證保護(hù)飛機(jī)的能力。該項(xiàng)目將開發(fā)出一款堅(jiān)固耐用的緊湊型高能激光系統(tǒng)，在復(fù)雜飛行環(huán)境中驗(yàn)證機(jī)載激光系統(tǒng)對(duì)抗威脅的自防御能力。外掛吊艙將犧牲戰(zhàn)機(jī)的隱身能力，因此激光吊艙將安裝在F-15C和F-15E等戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)上，而不會(huì)安裝在F-35和F-22等隱身戰(zhàn)機(jī)上。雖然空軍目前重點(diǎn)是發(fā)展防御型機(jī)載激光武器吊艙，但同時(shí)空軍也在考慮發(fā)展進(jìn)攻性機(jī)載激光武器。美國(guó)空軍正在研究在AC-130飛機(jī)上加裝進(jìn)攻性戰(zhàn)術(shù)激光武器，其功率至少需達(dá)到300千瓦。用于防御的100千瓦級(jí)機(jī)載戰(zhàn)術(shù)激光武器，將在2025年左右部署。

先進(jìn)彈藥測(cè)試

裝備保障

遠(yuǎn)程遙控非破壞性評(píng)估 該項(xiàng)目旨在發(fā)展蛇形機(jī)械臂，具備一體化操作控制模塊和非破壞性檢視探測(cè)器，用于空腔等狹小空間檢測(cè)。蛇形機(jī)械臂的線纜可以與基地部隊(duì)通信，并控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行。它能夠自動(dòng)工作，采用蛇的引領(lǐng)/跟隨運(yùn)動(dòng)模式，可在狹窄空間進(jìn)行可靠檢查，能夠在不破壞飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性的情況下對(duì)飛機(jī)實(shí)現(xiàn)快速檢查，將使飛機(jī)迅速恢復(fù)正常狀態(tài)。機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步使空軍能夠在維修領(lǐng)域應(yīng)用這一技術(shù)，提高維修效率。將機(jī)器人與新一代檢測(cè)傳感器相結(jié)合用于空軍飛機(jī)維護(hù)是重要的一步。要實(shí)現(xiàn)新的監(jiān)測(cè)能力還需要在工具包、人力培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)方面長(zhǎng)期、高昂的投入，以實(shí)現(xiàn)新的檢測(cè)能力。

責(zé)任編輯：彭振忠endprint