美國空軍未來15年科技發(fā)展側重點,軍事技術論文

美國空軍未來15年科技發(fā)展側重點,軍事技術論文美國空軍承當著全球警戒、全球到達和全球氣力的作戰(zhàn)責任,美國空軍的科技發(fā)展必須以支持其作戰(zhàn)責任、知足其核心職能為重點.2020年7月,美國空軍首席科學家辦公室發(fā)布了題為(全球地平線〕的報告.該報告以美國國家安全戰(zhàn)略、國防部軍事戰(zhàn)略以及空軍科技戰(zhàn)略為指引,借鑒了美國空軍科學參謀委員會的先期研究成果(例如(空軍科技計劃〕、2018年發(fā)布的(技術地平線〕、2018年發(fā)布的(能源地平線〕和2020年發(fā)布的(網(wǎng)絡空間愿景2025〕等),考慮了美國空軍、聯(lián)合跨部門作戰(zhàn)司令部、一級司令部等部門的要求,吸收了美國空軍(全球伙伴戰(zhàn)略〕、12項核心職能計劃等文件的相關思想,提出了持續(xù)保持全球優(yōu)勢,在天空、太空和網(wǎng)空中實現(xiàn)全球警戒、全球到達和全球氣力的目的.在這份科技發(fā)展規(guī)劃中,美國空軍首先分析預測將來科技發(fā)展環(huán)境與威脅,在這里基礎上重點分析了天空域、太空域、網(wǎng)絡空間域、全球指揮與控制(C2)和情報、監(jiān)視和偵察(ISR)、任務支援保障等空軍核心任務領域的戰(zhàn)略趨勢、威脅和機遇、變革性技術,以及制造和材料、運輸和后勤、能源、通信、信息技術和金融服務、健康和醫(yī)藥以及教育和培訓等工業(yè)領域的科技發(fā)展趨勢與技術重點,并提出了每個領域近、中、遠期技術發(fā)展的道路圖,同時將各領域辨別出的重點技術明確根據(jù)領導者(L)、跟進者(F)和關注者(W)三個層次對技術進行進一步的投資優(yōu)先權分類.1將來面臨的威脅環(huán)境美國空軍以為在2025年前后,世界環(huán)境在人口、經濟、資源和技術等要素方面將呈現(xiàn)如下趨勢:亞洲將成為擁有先進信息技術的誘人商業(yè)市場;世界人口將呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的態(tài)勢,而能源、礦產存量將逐步減少,資源、人口間的矛盾日趨突出,溫度和濕度的增加將導致惡劣氣候災禍頻發(fā);通信和計算機的增長推動技術發(fā)展,同時惡意軟件的指數(shù)增長使網(wǎng)絡信息安全問題日趨突出;在空間運用方面,在軌非美國衛(wèi)星數(shù)量將增加一倍,成為美國空間安全的挑戰(zhàn).數(shù)十年以來,美國在新技術的開發(fā)和應用方面具有優(yōu)勢.但是,受當下技術擴散以及商業(yè)創(chuàng)新不斷加速的影響,美國國內牽涉國家安全領域的研發(fā)人員數(shù)量缺乏,美國在科技領域的優(yōu)勢地位正日趨遭到威脅.通過跨域整合天空、太空和網(wǎng)絡領域的技術與資源,美國的敵人有可能以非對稱的方式方法制造威脅,如利用非對稱攻擊方式對其經濟、物流管理和基礎設施進行攻擊.在表1中,根據(jù)近、中、遠三個時間段詳細預測了在天空域、太空域、網(wǎng)絡空間域以及跨域的詳細威脅,提出了支持美國應對敵人威脅而需要具備的相關配套技術.2將來15年科技發(fā)展重點2.1空域美國空軍的空中優(yōu)勢將由三個戰(zhàn)略趨勢而遭到挑戰(zhàn):首先,全球化加速了技術擴散,減少了美軍技術優(yōu)勢.潛在對手將快速獲得并能夠使用的包括第五代戰(zhàn)斗機、新型導彈、彈藥和定向能武器在內的先進系統(tǒng).其次,美國空軍有人機隊規(guī)模在2027年前將持續(xù)縮小,但無人機規(guī)模與任務將顯著增加,無人機在國際空域的運用能力問題將日漸突出.第三,空中氣力的運用將受氣候變化、能源成本上升、空中交通管制形式變化等因素的影響.因而,美國必須考慮變革空軍的規(guī)章、政策和條令.針對上述環(huán)境趨勢,美國空軍將至少需要在五個技術方面發(fā)展變革性技術,嘗試從根本上改變作戰(zhàn)方式方法和范式,進而繼續(xù)保持領先優(yōu)勢,其近中遠期技術發(fā)展道路圖見表2.1)高速系統(tǒng)和定向能:高超聲速武器將在近中期能夠裝備,該技術下一步重點是發(fā)展ISR平臺,并最終在遠期構成重復使用和快速響應的平臺.定向能武器是以電磁波為代表的一系列變革性技術,可改善飛機自我保衛(wèi)、戰(zhàn)區(qū)基地防御和壓制敵方防空氣力的能力.高效高能激光和高能微波系統(tǒng)的發(fā)展將使之成為傳統(tǒng)動能彈藥的補充,并使空軍在精到準確交戰(zhàn)、控制殺傷力、攻擊速度和效應范圍方面獲得革命性進步.2)自主、分布式決策和分級系統(tǒng):隨著計算、網(wǎng)電安全和平臺間連通能力的提高,不同規(guī)模自主系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)和基于任務需要分布決策將成為可能,并將隨著技術成熟,應用于整個指揮、控制和通信系統(tǒng)以及各類平臺.分級或分解系統(tǒng)由更為便宜、小型和具備可擴展性的平臺構成,提供更好的任務彈性、經濟可承受性和生存力.自主、分布式決策和分級系統(tǒng)都將依靠于安全和可信的硬件、軟件、處理和通信.3)先進飛機自適應架構:開放式軟件架構和支持即插即用的模塊化組件(傳感器、導引裝置等)允許航空電子系統(tǒng)和機載武器系統(tǒng)能夠快速適應不斷變化的任務.即插即用的軟硬件特性,使得航空電子系統(tǒng)和機載武器系統(tǒng)的升級變得更為容易,同時能夠實現(xiàn)基于任務需求的配置.在本領域相關軟硬件的制造、認證、評價和核實的相關流程將變得更為重要.4)包括小型彈藥和遠程導彈的武器:自適應架構的方式方法同樣適用于武器系統(tǒng),在知足武器認證要求的情況下,通過建立標準化的機械、電子和計算機總線接口實現(xiàn)對多種子部件(傳感器/尋的裝置、推進裝置、效應包)即插即用,并根據(jù)特定的傳感器、推進和戰(zhàn)斗部配置調整氣動、制導、導航和控制算法,這將依靠于具備高效處理能力和存儲能力的先進任務計算機,多功能/多頻段孔徑和天線的進步、自主和協(xié)同控制策略的發(fā)展.多用處、多模效應包包括動能、定向能和非動能效應.5)高能效飛機和推進:本主題的技術發(fā)展空軍在能源方面的努力相一致,詳見本文2.9部分.2.2太空域對于美國空軍而言,太空領域最重要的威脅源自航天發(fā)射和小衛(wèi)星技術的全球擴散所導致的空間競爭日趨劇烈;另一方面,空間資產所受的網(wǎng)絡和物理威脅將日趨加重,同時空間頻譜的超負荷使用,使得美國空軍需要開場使用更高層次頻率的頻譜段.針對上述環(huán)境趨勢,美國空軍需要發(fā)展變革性技術,通過利用下面的技術領域徹底變革空間系統(tǒng)架構.1)可分解衛(wèi)星星座:空間技術的將來需要更具成本效益和能夠響應快速進入太.這需要具備部分先進能力、但能很好實現(xiàn)集成的太空裝備.利用分散系統(tǒng)或及分離的衛(wèi)星星座能補充少數(shù)大型、能力極強的傳統(tǒng)衛(wèi)星,具備更好的經濟可承受性、敏捷性和改良彈性,降低太空系統(tǒng)的脆弱性,平衡性能與成本.當前計算機、傳感器和材料的進步已經允許建立大量互相連接的衛(wèi)星星座,實現(xiàn)全球實時覆蓋.2)便宜發(fā)射系統(tǒng):與發(fā)展小型衛(wèi)星星座相適應,美軍正著手發(fā)展支持小型載荷發(fā)射任務的便宜發(fā)射系統(tǒng),構成小型、低成本的發(fā)射能力.如DARPA正在推進的空中發(fā)射輔助進入太空(ALASM)項目,將為進入太空提供新的方式方法.3)創(chuàng)新技術方案:太空增材制造(將支持在軌建設和維修)等新技術與模塊化、開放系統(tǒng)系統(tǒng)的結合,將有助于實現(xiàn)低成本、靈敏、可重構的空間系統(tǒng).自主性空間系統(tǒng)和地面控制將引發(fā)空間作戰(zhàn)的變革.2.3網(wǎng)電空間域在網(wǎng)電空間領域,影響美國空軍科技發(fā)展的主要戰(zhàn)略趨勢是使用量日趨增加的貨架產品、惡意軟件數(shù)量的指數(shù)增長、云計算的廣泛應用以及網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的愈加復雜等.網(wǎng)電空間安全的主要威脅是系統(tǒng)和處理的脆弱性.不完全受控的供給鏈所提供、源自外國的貨架產品和惡意軟件將成為這種威脅的重要來源.云計算不僅帶來計算與存儲的便利性,而且也帶來物理安全的風險性.面對復雜的網(wǎng)絡空間安全態(tài)勢,美國空軍需要發(fā)展一系列變革性技術領域,如網(wǎng)電空間信任根、一體化網(wǎng)電空間作戰(zhàn)、網(wǎng)電空間態(tài)勢感悟等.1)網(wǎng)絡空間信任根:開發(fā)可信的硬件、軟件、供給鏈、帶外(OOB)指揮和控制和云服務,提高空軍網(wǎng)絡和系統(tǒng)的安全性、靈敏性、彈性和可信性,以確保對抗環(huán)境的任務執(zhí)行.2)一體化網(wǎng)電空間作戰(zhàn):開發(fā)進攻性網(wǎng)電能力,在戰(zhàn)時想定中增加動能作戰(zhàn),以影響戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術任務.開發(fā)持久或及動態(tài)參與能力,以在網(wǎng)電空間、信號情報、電子戰(zhàn)/電子防護、空間和通信中遂行協(xié)同任務,在對抗和反參與/區(qū)域拒止(A2/AD)環(huán)境獲得靈敏的全譜情報、監(jiān)視和偵察能力.3)網(wǎng)電空間態(tài)勢感悟:發(fā)展全面的網(wǎng)電態(tài)勢感悟能力,以在己方和針對敵方的任務中獲得網(wǎng)電優(yōu)勢.(網(wǎng)電空間愿景2025〕將是美國空軍網(wǎng)電技術發(fā)展的重要指導性文件,網(wǎng)電空間領域技術道路圖見表4.2.4全球指揮控制和ISR指揮控制和情報、監(jiān)視與偵察是美國空軍關鍵的軍事能力,然而這一能力遭到包括國家財政預算削減、敵方反參與和區(qū)域拒止能力、大規(guī)模殺傷性武器擴散、全球網(wǎng)絡一體化、城市化等發(fā)展趨勢的影響,并將嚴重危害美國空軍在該領域的能力.因而,美國空軍必須發(fā)展在創(chuàng)新指揮控制和分析、戰(zhàn)場空間網(wǎng)絡、跨任務和域的一體化三個領域發(fā)展變革性技術,以應對挑戰(zhàn),確保美空軍的技術優(yōu)勢.1)創(chuàng)新的指揮控制和分析:確保信息傳輸速度超過交戰(zhàn)速度是本領域的愿景.該部分技術包括數(shù)據(jù)分析、神經形態(tài)計算、認知建模、自主和協(xié)同預見.更好的傳感器將獲得更好的數(shù)據(jù),進而實現(xiàn)更好的自動化和自主,最終目的是實現(xiàn)將關鍵信息更快地交付至用戶手中.將數(shù)據(jù)分析、協(xié)同預見、操作者知識、神經形態(tài)計算、認知建模整合至靈敏自主系統(tǒng)之內,將實現(xiàn)以當下指揮控制和ISR任務1/5的資源發(fā)現(xiàn)五倍的目的.開發(fā)全源情報融合與可視化技術,為指揮控制和ISR提供改良的分析和規(guī)劃能力,建立與操作者合作的智能平臺,加強和補充分析人員的能力,提高現(xiàn)有系統(tǒng)的彈性和適應性.2)戰(zhàn)場空間網(wǎng)絡:經濟可承受、高速寬帶空天地IP網(wǎng)絡將可提供實時的情報、監(jiān)視和偵察與指揮控制協(xié)同能力.利用現(xiàn)有的基礎設施和高級數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)管,實現(xiàn)高效的全球指揮控制和具有任務感悟網(wǎng)的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈,構建安全、自組建、彈性、靈敏的IP網(wǎng)絡.裝備當前裝備的敏捷、彈性和高性能的超視距指揮與控制(BLOS-C2)快速反響能力(QRC)和戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)關,并將其作為構建聯(lián)合空中分層網(wǎng)絡(JALN)的基礎.確保護星和通信拒止環(huán)境中的指揮控制能力,通太多層保密網(wǎng)絡實現(xiàn)一體化協(xié)同作戰(zhàn)能力.3)跨任務和域的一體化:通過分析對于戰(zhàn)場空間的理解將實現(xiàn)預見性的指揮控制,推動態(tài)勢感悟的監(jiān)控、搜集、評估、計劃、任務分配和執(zhí)行.實現(xiàn)武器系統(tǒng)與計劃與指示、搜集、處理和利用、分析和結果生成、分發(fā)(PCPAD)的跨域全面一體化.重點包括:實現(xiàn)彈性空間能力的小衛(wèi)星;全面利用持久紅外數(shù)據(jù)作為情報源;實現(xiàn)第五代戰(zhàn)斗機搜集、處理和分發(fā)作為攻擊目的的ISR數(shù)據(jù)的能力.認知電子戰(zhàn)和簽名的進步將降低瞄準的情報需求,需要開發(fā)復雜電磁環(huán)境下快速試驗和評估通信系統(tǒng)的能力.開發(fā)自動化決策輔助和自主信息系統(tǒng)彈性的指揮控制架構將確保全球氣力跨域使用全部可用裝備的分布式規(guī)劃和同步.該領域技術道路圖見表5.2.5任務支援保障當下美軍采辦方式方法強調的是系統(tǒng)或平臺的垂直集成,而日益增加的系統(tǒng)復雜性大大延長了研發(fā)周期.為了實現(xiàn)快速裝備、跨平臺集成和模塊化升級的目的,現(xiàn)有采辦流程需要重新聚焦于采購與任務和系統(tǒng)架構相一致的部件,開發(fā)與之相適應的方式方法與流程,發(fā)展和應用新的研發(fā)工具與手段.美國空軍在本領域所需施行的變革性行為與技術包括:1)數(shù)字化設計工具(數(shù)字線):在近中期建立建模公共資源架構,集成不同領域的能力規(guī)劃、材料性能、部件和系統(tǒng)設計、試驗、制造和保障.集成的工具和流程將大大提高折中的可能、實現(xiàn)關鍵決策的風險量化、辨別和管理技術成熟風險,減少后期發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能缺陷的可能.數(shù)字線將在產品的能力規(guī)劃與分析、初步設計、具體設計、制造、保障和訓練的全壽命期提供可靠的支持.2)先進的原型設計方式方法:在國防部和空軍范圍,原型設計一直是采辦前實現(xiàn)風險躲避、概念確定、新技術優(yōu)化和提供工藝水平的關鍵環(huán)節(jié).通過建立由實驗室、聯(lián)合作戰(zhàn)用戶、學術界和工業(yè)界聯(lián)合的原型設計中心,將能夠實現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn),構成風險承受能力相關的文化,建立多約束優(yōu)化的工作能力.通過實踐開放創(chuàng)新和挑戰(zhàn)大獎賽等新穎的工作形式,將可利用全球研發(fā)資源,需求更為廣泛的可能解決方案,獲得更好的跨域解決方案,同時還有望降低成本.3)敏捷的勞動力雇傭形式:敏捷的勞動力資源是實現(xiàn)空軍快速響應新興技術挑戰(zhàn)和機遇的關鍵.需要新的創(chuàng)新理念以吸引和鼓勵全球頂尖人才,采用靈敏的雇傭和管理形式,實行技術和管理雙軌并行的形式來吸引和保存更多的人才.任務支援保障道路圖見表6.2.6使能技術根據(jù)對將來時機、威脅和已辨別的發(fā)展趨勢的評估,為了應對將來各種不對稱威脅,美國空軍將在將來15年重點加強下面五個技術領域的投入.1)材料科學:材料科學為空軍所有物理系統(tǒng)提供基礎,在電子材料、光學材料、磁材料等方面將出現(xiàn)較大的進展,如納米光子學與等離子體學的耦合將實現(xiàn)期間密度和處理速度的數(shù)量級增加,還有量子計算機和冷原子導航系統(tǒng),這些由以材料學進步為基礎.將來15年,材料學的趨勢仍然是支持進一步小型化和降低成本,知足設計復雜性的增加,華而不實,石墨烯、碳納米管以及超材料的制備將是備受關注的領域.2)生物技術:生物技術將在將來獲得重要的影響,華而不實新型生物電子設備、新型人機接口(包括通過植入技術實現(xiàn)人與機器的直接耦合)、神經計算和生物傳感器.生物傳感器將提供更好的堅固性、低功耗和更好的抗電磁脈沖能力.加強人體機能相關的生物技術將成為美空軍科技發(fā)展的重點之一.3)自主和機器人系統(tǒng)和平臺:自主技術和機器人系統(tǒng)已在整個國防系統(tǒng)得到了廣泛的應用.空軍在該領域的技術發(fā)展包括進一步實現(xiàn)相關系統(tǒng)的小型化、增加任務壽命時間,通過提高自主系統(tǒng)的信息采集、傳輸和處理能力,以實現(xiàn)更為魯棒的編隊和集群飛行和作戰(zhàn)能力.自主系統(tǒng)的自學習和可信賴能力將不斷提高,進而能夠實現(xiàn)更少的人力監(jiān)管.4)知識發(fā)現(xiàn)和決策工具:存儲和處理信息,并對信息進行知識發(fā)現(xiàn),作出正確的決策時空軍作戰(zhàn)的核心.空軍在很多作戰(zhàn)想定中需要實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的實時處理.因而,該技術領域需要通過推動基礎研究,發(fā)展新的算法和計算機硬件,以允許從數(shù)據(jù)中提取知識,進而知足多樣化和大規(guī)模的信息處理要求.將來,大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)將極為常見.5)社會預測和效果干涉:針對社會行為的預測和分析是空軍施行作戰(zhàn)的重要挑戰(zhàn),典型如針對特定場景的武器使用影響預測.現(xiàn)有預測工具具有一定效果,但仍受制于相關數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和對人類行為認知的缺乏,短期內主要發(fā)展數(shù)據(jù)收集技術和認知技術,通過建模和試驗為作戰(zhàn)人員提供支持任務規(guī)劃的工具.使能技術領域詳細發(fā)展的關鍵技術見表7.2.7制造和材料制造的全球化正導致美國制造業(yè)從業(yè)人數(shù)不斷減少,對美國國防部和美國空軍所需的國防工業(yè)基礎產生嚴重的削弱作用,并嚴重影響美國空軍及時應用可靠先進技術應對新型威脅的能力.當下,敏捷制造與分布式制造的全球化趨勢將加劇這一挑戰(zhàn),怎樣確保美國空軍的制造技術優(yōu)勢將變得至關重要.有鑒于此,美國空軍需要發(fā)展變革性技術以實現(xiàn)愈加快速的研發(fā)和部署,包括先進制造、革新的資質和認證范式、數(shù)字線和數(shù)字線組,為了實現(xiàn)這些變革性技術,所需發(fā)展的使能技術詳細有:1)先進材料:空軍在先進材料領域更多的是相應的材料基因組建議,并充分利用材料基因組計劃的相關成果,將一體化計算材料工程的相關成果與工具應用于航空材料的研發(fā)中.2)先進制造和設計工具:數(shù)字線涵蓋了空軍裝備從材料的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)、部件設計、到生產線的末端.先進材料開發(fā)的建模與仿真工具將與現(xiàn)有制造流程的數(shù)字化建模擬真工具建立接口,通過對材料特性和各種不同制造工藝的深入認識,最終實現(xiàn)部件制造的最優(yōu)工藝選擇.3)人體性能監(jiān)控和加強(HPMA):了解特定工作負荷條件下操作者的能力和認知水平,是提供高性能產品的關鍵,這意味著需要實時監(jiān)控操作者的情況.因此可穿戴、非侵入式監(jiān)控和報告裝置(智能繃帶)的相關傳感器材料和制造技術將特別重要.4)數(shù)據(jù)采集和管理:建模與仿真工具不僅僅用于驗證和評價.不確定性的量化是實現(xiàn)充分利用數(shù)字線能力的關鍵因素.采集和管理數(shù)據(jù)特別重要.來自數(shù)字線每一步的數(shù)據(jù),以及來自作戰(zhàn)維修和性能的數(shù)據(jù),構成了所謂的數(shù)字雙線(概念),從實現(xiàn)對材料、部件,乃至子系統(tǒng)和系統(tǒng)級的預測.制造和材料道路圖見表8.2.8后勤和運輸后勤所消耗的能源占美國空軍總能耗的大部分,不僅對美國空軍的軍事行動成敗至關重要,同時影響整個美國空軍的壽命周期費用,美國空軍的愿景是定義一個新的成熟、考慮全額成本的后勤和戰(zhàn)斗支持體系,通過利用若干領域(如安全和可信的網(wǎng)絡、自動化、增材制造、工業(yè)界最佳實踐和直接投送等)的技術進步,實現(xiàn)后勤整體費用的降低.因而,重點關注的變革性技術領域包括:1)自主化:通過增加自主或遙控系統(tǒng)的使用,駐地后勤和運輸?shù)男蕦⒌玫教嵘?通過部署該類系統(tǒng),能夠有效減少前沿部署的人員數(shù)量.物資的處理和裝卸(武器和貨物)、服務、維修、應急響應、安保以及基地監(jiān)視等工作都將能夠通過自主/遙控操作來實現(xiàn).2)現(xiàn)場生產和制造能力:利用增材制造等先進工程制造技術,現(xiàn)場制造能在有效質量控制下提供急需的零部件.通過使用包括可重復使用原材料在內的當?shù)刭Y源,能在節(jié)省費用的同時提高靈敏性.3)高效后勤:用于發(fā)電的能源和設備的運輸通常占據(jù)了大量的運輸能力,所以提高能源傳輸效率具有重要意義.先進的處理和運算能力可進行最佳的道路選擇,布置最佳的行程計劃,并對線路進行跟蹤.同時,引人成熟的商業(yè)運營形式也將能夠提升運輸經過中的透明度和用戶滿意度.4)針對偏僻、惡劣區(qū)域的直接投送:減少中間環(huán)節(jié)進行直接投送,可大幅減少相應的后勤需求.精到準確空投技術、無人機技術、自主技術和機器人技術能實現(xiàn)及時向目的地域提供所需材料,同時減少人員需求和倉儲成本.各技術主題關鍵技術發(fā)展重點見表9.2.9能源能源對于美國空軍執(zhí)行各種任務都至關重要,是確保完成天空、太空和網(wǎng)空任務的重要前提,針對當下和將來一段時期能源可用性和經濟可承受性的嚴峻挑戰(zhàn),美國空軍將繼續(xù)執(zhí)行(能源地平線〕所提出的各項建議和技術關注重點,根據(jù)減少需求、增加供應、提高彈性的主題思想,圍繞先進推進、能源存儲密度、能源彈性和高效定向能四個技術主題開展相關研究,見表l0.1)先進推進:飛行燃料消耗已占空軍能源消耗總量的86%,提高新型飛機系統(tǒng)的推進及空氣動力學效率,將有效減少能源消耗.最近/中期的研究重點分別是自適應通用發(fā)動機技術和高效嵌入式渦輪發(fā)動機,遠期則應關注提高飛機空氣動力學效率的解決技術,如層流優(yōu)化、混合機翼布局以及升力體構造等.2)能源存儲密度:能源存儲密度的大幅提升能夠改變現(xiàn)有航空航天能源配置方式.超級電容器具備快速充電/放電能力,然而當前仍然存在能量密度低、成本高和本身放電等問題.對中期發(fā)展,則需關注提高電池、固體氧化物燃料電池、光伏電池、高溫半導體和相變材料的效率.就遠期目的而言,新的高溫超導材料將縮短充電/放電之間的延時,并提供幾乎實時的可用功率、短期內非常高的輸出功率和高能量密度.3)能源彈性:空軍必須有能力不間斷地監(jiān)測和評估能源,并具備在各種替代能源之間進行快速切換的靈敏性,這需要對智能電網(wǎng)進行安全、智能的監(jiān)測和控制.最近通過開展先進的能量管理與分配計劃來解決基礎設施的脆弱性問題,如針對微電網(wǎng)的研究,遠期應當密切關注以小型自持核反響堆為基地能源供給的選擇.美國空軍還將繼續(xù)可替代燃料方面的努力,以確保其全球機動能力.4)高效定向能:定向能技術不但成效高,而且能夠帶來革命性的能力.定向能技術或許能使諸如基于空間的、當前尚不具可行性的能量獲得廣泛應用.鑒于定向能武器能量消耗較少,將來將可替換動能反導武器,能有效減少后勤保障負擔并加快現(xiàn)有反導導彈系統(tǒng)的更替.2.9通信、信息技術和金融服務近乎實時的全方位信息技術和通信手段已經成為軍民領域構成競爭優(yōu)勢的關鍵,美國空軍以為把握這一領域的技術至關重要.十分考慮到將來美國空軍面臨的敵人往往具有人口優(yōu)勢,因而必須加強自主智能計算相關領域技術研究,以維持長期的技術優(yōu)勢.海量信息的處理和分析能力,將有望顯著提高美國空軍多方面的作戰(zhàn)能力.而實時的數(shù)據(jù)分析方式方法通常受制于包括處理能力、通信能力、計算機智能等多方面因素的影響,因而美國空軍必須發(fā)展革命性的技術,以期在通信、信息技術和金融領域獲得更大的優(yōu)勢.革命性的技術包括:1)符號推理模型和神經計算:大規(guī)模符號推理模型及神經形態(tài)學計算構造是實現(xiàn)經濟、靈敏、認知和可信的系統(tǒng)的關鍵技術,估計可降低計算成本約100倍,神經計算數(shù)據(jù)分析性能將可提升100倍,進而是提取和處理大規(guī)模數(shù)據(jù)成為可能.2)三維芯片堆疊:三維芯片堆疊是將多顆芯片進行三維空間垂直整合,以解決半導體制程遭到電子及材料的物理極限的限制,使摩爾定律得以延續(xù).將來15年中,該技術將使運算密度及能量利用效率提高百倍以上,使嵌入式系統(tǒng)的運算速度到達千萬億次水平.將來15~25年,低成本、低功耗的納米電子器件和納米材料領域的進步,將使計算系統(tǒng)的小型化、計算性能和能量利用效率再提升100倍.3)頻譜分享技術:通過允許部分用戶在不影響主用戶的前提下動態(tài)分享部分頻譜,進而實現(xiàn)對頻譜資源的再利用,進而有效解決頻譜資源稀缺的問題.當前,高寬帶組件及設備領域的新興技術使通信頻譜進一步拓展,這將促進將來同步多任務、多形式頻譜分享技術的發(fā)展.通信、信息技術和金融服務道路圖見表11.2.10醫(yī)藥和保健醫(yī)療和保健關乎美國空軍作戰(zhàn)人員的生命安全,也是美國空軍費用支出不斷增長的部分.這些因素凸顯了推進醫(yī)療和保健形式變革對于美國空軍的重要意義.來自生物武器和生物黑客的潛在威脅,也使發(fā)展醫(yī)療和保健領域的革命性技術更具價值.美國空軍可利用移動技術、傳感技術和數(shù)據(jù)技術的進步,為了實現(xiàn)作戰(zhàn)人員醫(yī)療和保健水平的革命性提升,發(fā)展以下變革性技術.1)個性化醫(yī)療:個性化醫(yī)療通過納米技術、各種體技術、移動技術及檢測技術優(yōu)化每個的健康和醫(yī)療狀況,實現(xiàn)對個體的實時診斷、護理、預防和治療.移動技術的突破在構建個性化保健和醫(yī)療體系以及持續(xù)性反應系統(tǒng)方面將發(fā)揮重要作用.2)組學:組學(Omics)主要包括基因組學、蛋白組學、代謝組學、轉錄組學、脂類組學、免疫組學、糖組學、和RNA組學等.組學從整體的角度出發(fā)去研究人類組織細胞構造,基因,蛋白及其分子間互相的作用,通過整體分析反映人體組織器官功能和代謝的狀態(tài),為探尋求索人類疾病的發(fā)病機制提供新的思路.醫(yī)療和保健技術道路圖見表12.2.11教育和訓練美國空軍的訓練需求日趨復雜,作戰(zhàn)人員的技能要求也越來越高.與此同時,信息技術的發(fā)展使教育與訓練的虛擬化成為可能.逼真、自適應、互動式基于實戰(zhàn)場景的教育與訓練能夠根據(jù)訓練者的個人需求將通過實戰(zhàn)獲得的經歷體驗教訓有機地結合起來.在教育和訓練領域,美國空軍將重點發(fā)展包括基于網(wǎng)絡的自適應智能化系統(tǒng)、移動網(wǎng)絡、桌面訓練器、可穿戴式裝置、可視化技術、虛擬空間等技術,見表13.3結束語近年來,美國空軍在科技發(fā)展方面制定了多份發(fā)展規(guī)劃,然而受新型全球性挑戰(zhàn)以及更深層次全球財政不確定性等方面的影響,美國空軍不得不對其科技發(fā)展重點進行調整.從美國空軍新的科技發(fā)展規(guī)劃的內容布置看,美國空軍科技發(fā)展重點已經聚焦于與作戰(zhàn)概念創(chuàng)新相關的革命性和相關工業(yè)技術上,典型如高超聲速及定向能武器、可信彈性網(wǎng)電空間、可靠的定位、導航與定時、生物計算、先進材料與制造等;并將采取靈敏創(chuàng)新