超材料、新技术的应用将对航空武器装备产生深远影响

寂静天花板

航空作为国防的重要组成部分，不仅是典型的高科技集成体，更是未来作战的中坚力量，超材料技术、智能材料技术、生物计算机技术、量子信息技术、人工智能技术等在航空领域（主要在军用航空）大展身手。
9 `- t' J( Z2 o$ |从航空武器装备能力提升角度分析
. a1 k, q3 n, `1 }1 P, X相比其他武器装备，航空武器装备无论是在速度、机动性、杀伤力、信息知识以及生存力等方面都有着突出的优势。现代空军往往可以独立遂行机动灵活的多类型作战任务，而各军种协同作战时，航空武器装备也成为不可或缺的重要组成部分，甚至多次成为左右战争胜负的关键。但同时，现代航空武器装备集成了众多新技术，其研制费用高企、研发周期长，对于操纵人员的要求也越来越高。因而，在考虑航空领域颠覆性技术筛选分析时，可从这几个方面入手。即，考虑技术在：速度、机动性、杀伤力、信息知识、生存力、人机综合、研制过程（如压缩成本、缩短研发周期、降低研制风险）等方面。
) S# \  R7 g) q7 i: i从军用航空未来发展趋向符合性考虑
- S" |, P1 t" v! G6 w此外，还可以从技术对于未来军用航空发展趋向的符合性来考虑。2010年美国空军科技构想《技术地平线》中列出了12大未来航空科技顶层主题，也代表了美国空军对于未来航空发展趋势的判断，包括：从平台到能力，从有人驾驶到遥控，从固定到机敏，从控制到自主，从一体化到分块，从事先计划到组合，从单域到跨域，从允许到竞争，从传感器到信息，从打击到制止，从网电防御到网电弹性反应，从系统长寿命到快速更新。
综合分析世界航空武器装备及科技发展，可将未来的航空武器装备技术发展趋势归纳出以下四大特征：无人化、智能化、高能化和远程化。其中，“无人化”指的是未来航空作战体系中，无人装备数量将增加，承担的任务类型更趋多样，作战能力大幅提升；“智能化”指的是未来航空武器装备在探测、控制、指挥、操作、协同等方面能够高度智能，且能够更好地实现人机综合；“高能化”包括：高超声速技术的平台高能化、机载激光的武器高能化、发动机系统的高效化以及机电系统的能量综合化等；“远程化”是多种未来航空装备的特征，如下一代远程打击轰炸机、常规快速全球打击武器、新一代空射巡航导弹、舰载无人监视与打击飞机等。
8 W9 |* S0 J+ h# ?2 U. f& ~典型航空颠覆性技术发展状况与潜能初探
航空领域的颠覆性技术包括：超材料技术、智能材料技术、生物计算机技术、量子信息技术、人工智能技术、核能小型化技术、自适应变循环发动机技术、综合飞行器能量技术、网络化智能制造技术、基因工程技术、吸气式高超声速技术、机载激光武器技术、纳米技术以及脑机接口技术等。这里仅对其中的几项进行简要的分析。
1、超材料技术
从研制上，超材料采用了新颖的逆向设计，可按功能实现微结构的精确裁剪，突破传统材料试凑法的局限，实现了材料设计模式的变革；作用范围上，超材料可以横跨整个波谱频段（光学超材料、电磁超材料、声学超材料等）；材料特性上，超材料具备超常物理性质，如负折射、反多普勒效应、反常光压等。
% t) x# L! y$ V" m从航空应用潜力上，超材料可能首先应用在四个方面：实现航空武器装备宽频隐身；带内高透波/带外高截止的雷达罩的研制；革新传统天线设计，制作小型超轻的宽频天线；改写传统光学衍射定律，创造军用光学超薄高分辨透镜。
从效用上看，超材料在航空领域上的应用将显著提升航空武器装备的机动性、信息知识能力、生存力，并对研制流程形成重大影响。
2、量子信息技术
量子信息技术的突破和实用将全面颠覆传统航空电子以及航空工业的众多领域，为航空的发展带来不可估量的能力与价值提升。
3 R6 d4 |8 v: j% H6 G  x; L（1）量子导航技术——依靠自身的精确导航
量子导航以冷原子或其他量子技术为核心，能够依靠航空平台自身而非GPS提供精确的导航定位信息，具有抗干扰好、环境适应性强、足够精确等优势与特点，尤其适用于各类作战系统在现代与未来作战中的定位与导航，可大幅提升复杂环境下平台生存力和任务执行能力。
（2）量子成像技术——穿透干扰、高度清晰
) a& S$ P9 @/ n& J9 p9 R1 P量子成像的分辨率可超越经典成像的衍射极限；不受光路扰动影响；利用非相干源进行相干成像；采样率低于奈奎斯特采样率的情况下仍能达到扫描成像效果。简言之，量子成像技术几乎适用于任何光源、可轻松穿透干扰、且能获取更为清晰的图像。量子成像技术不仅可以增强航空器在各类复杂环境下的对敌态势感知能力，从而提升任务效能，其相关的量子刻蚀等技术除能提高成像能力外还有望在未来的芯片工业领域大展身手。
（3）量子加密及量子通信技术——天然安全、大容量传输
* X) w% k8 Y" N( Y将量子态充当建立该经典关联随机数的桥梁和保障的量子加密技术已接近实用；全程利用量子信道来传送、存储和处理量子态信息的量子通信仍处于探索发展中。
采用量子态编码的通信方式有着与生俱来的安全特性，其“理论上绝对安全”，量子通信比传统通信容量大、复杂度低，利用量子通信，航空器可以在接收和传输信息时确保己方信息不被对方获取、操纵和篡改，以保证顺利完成各类任务；同时，量子通信能大幅扩展通信容量，这对于信息作战和交流意义重大。
此外，航空器的智能化网络研制也将受益于量子通信技术，促使云技术等技术在航空装备研发中的安全实用。
0 k( ?% n+ }# O, O$ A/ G6 v: `（4）量子计算机技术——突破传统限制、更快更高效
处理和计算量子信息、运行量子算法的量子计算机其具有天然的量子并行计算能力，在解决复杂数学问题时远超传统计算机。量子计算机技术能够以更高的效力突破传统计算机体制，实现信息处理和决策的能力跃升，这不仅利于航空武器装备提升作战期间及时的多源复杂信息处理和决策，还有利于更快更好地研制航空器。
7 }7 a# ^; v5 m7 K3、核能小型化技术
+ b/ H3 X: M1 K: U2014年10月，美国洛克希德·马丁公司称其新型紧凑聚变反应堆研究取得惊人突破，首个反应堆体积已经缩小到可放入一辆卡车，可能在10年左右研制成功并投入使用。这一消息让人震惊，也引发了众多质疑。但从航空的角度，如果小型化核动力能够安全地安装到飞机上，将给未来的航空动力体系带来颠覆的影响。这样的核动力系统可实现超长航时飞行、提供充足动力与电能，支撑高功率激光等武器应用。
如果洛马公司的进展属实，尽管其技术处于早期阶段，到实用仍需要10年甚至数十年时间，也必须要给予足够的重视。
, `2 c% c$ O% k. D: q  D4、网络化智能制造
网络化智能制造系统是生产模式的深刻变革，对于航空装备研制影响巨大。通过引入网络化智能制造系统以及并行协同、集成产品研发等工程管理思想和方法，对飞机设计生产模式进行变革，从而大幅缩减研制时间，提升研制效率，更快地实现新技术集成和作战能力的形成，并有利于航空装备从设计到实用的全寿命信息化管理和应用。
; b% Y6 h* Z/ Y7 q$ e以上的几个示例简单分析了该技术对于航空（尤其是军用航空）的潜在颠覆性效用，这些技术的发展状况不同，颠覆性效果体现的领域也有所差异，但对于形成对航空颠覆性技术认识有所帮助，也值得未来给予充分的关注。

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