肖 丹

瞄準全球到達 空軍項目探秘

肖 丹

美國空軍以“全球警戒”“全球到達”和“全球力量”戰(zhàn)略為最頂層目標，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、能力配置、科學(xué)技術(shù)等各方面的發(fā)展。但是，隨著中俄等潛在對手研發(fā)新型戰(zhàn)機和一體化多層防空系統(tǒng)，嚴重威脅到了美空軍自豪的“任何地方打擊任何目標”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10年的能力差距和填補措施。

美國空軍研究實驗室重點展示了生物交叉、人工智能、進攻和防御能力等領(lǐng)域的技術(shù)進展。

人工智能領(lǐng)域

最突出的代表是依靠神經(jīng)形態(tài)計算機的機器學(xué)習(xí)項目。該項目將機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)計算技術(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)對外部信息的依賴，使目標識別精度達到90%以上。這一技術(shù)將使作戰(zhàn)人員具備更強大的數(shù)據(jù)分析和目標識別能力，增強態(tài)勢感知能力。在失去網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接、人員控制、無法與地面站取得聯(lián)系的情況下，都可能導(dǎo)致任務(wù)失敗，作戰(zhàn)人員可能無法識別合成孔徑雷達圖像上的目標。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目標并作戰(zhàn)的技術(shù)。

IBM公司已研制出由16片“真北”芯片組成的4×4陣列的類腦計算子系統(tǒng)，此次將利用4個類腦計算子系統(tǒng)，構(gòu)成包含64塊“真北”芯片的類腦計算系統(tǒng)，并將其放置到標準的4單元超算機架中?？哲娧芯繉嶒炇覍⒂?個類似的超算機架組成1個標準的超算機柜，進而構(gòu)建出類腦超級計算機。

每塊“真北”芯片含有100萬個“神經(jīng)元”，含有8個機架的機柜，“神經(jīng)元”數(shù)量達到5.12億個。相比于人腦所擁有的860億個神經(jīng)元，由不到170個機柜構(gòu)成的類腦超算就能達到相同的神經(jīng)元數(shù)量級別。含有64塊“真北”芯片的機架，其功耗僅為10瓦。達到人腦神經(jīng)元數(shù)量級別的類腦超算，其功耗不到15千瓦。與之相比，用傳統(tǒng)超算實時模擬人腦規(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12000兆瓦，兩者相差6個數(shù)量級。

類腦超級計算機能夠處理光電、紅外和無線電頻率圖像及視頻，同時還可探測目標并對目標進行分類。類腦超級計算機將為作戰(zhàn)人員提供新的能力，如增強的大數(shù)據(jù)分析、更快的目標/事件識別、改進的態(tài)勢感知能力等，其目標是實現(xiàn)更加快速、穩(wěn)健的決策。應(yīng)用于在對抗激烈地區(qū)執(zhí)行任務(wù)的無人機系統(tǒng)，該工具可提供高達百倍的能效，可在沒有人為干預(yù)情況下實現(xiàn)智能處理、分析和決策以及自主情報、監(jiān)視與偵察。隨著這項技術(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，將更小型的計算機應(yīng)用到飛機上。其未來應(yīng)用包括將這些計算機連接到多個平臺，在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接丟失或在對抗激烈地區(qū)訪問地面站受限的情況下，進一步增強作戰(zhàn)人員的能力。

無人系統(tǒng)

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

低成本、耐消耗無人機技術(shù)（LCAAT） 該項目尋求將低成本無人機與人工智能技術(shù)結(jié)合，發(fā)展可自主作戰(zhàn)的低成本無人機，在有人機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)前，遂行武器投送、目標定位、干擾和通信等作戰(zhàn)任務(wù)。該項目正在探索廣泛的技術(shù)創(chuàng)新，以開發(fā)一種新型低成本無人機。這些無人機可在與實力接近對手的對抗環(huán)境下、在難以或無法進行前沿部署的情況下提供遠程響應(yīng)能力。由于成本低，不同種類的無人機將能針對武器投送、發(fā)現(xiàn)和定位目標、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進入強對抗地區(qū)，為有人駕駛飛機提供支持，提高在強對抗地區(qū)的打擊能力。LCAAT項目的目標是開發(fā)出一個低成本、耐消耗的無人機系統(tǒng)譜系，將以最大程度降低無人機壽命期成本作為重點，無人機的單架成本為300萬美元（按照采購數(shù)量不到100架無人機計算），能最大限度減少人員對作戰(zhàn)和保障的需求。

該項目將采用以持續(xù)飛機設(shè)計和能力更新為特征的生產(chǎn)線方法，以便以及時和高效費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)，減少勞動力并最終降低成本。由于設(shè)計針對的需求面窄，無人機的工程和生產(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)有機身對設(shè)計所造成的限制。

生物交叉技術(shù)

“真北”神經(jīng)形態(tài)計算機機器學(xué)習(xí)項目圖

低成本、耐消耗飛行器技術(shù)項目無人機

合成生物學(xué)技術(shù)推進生物探測器發(fā)展

合成生物學(xué)技術(shù)推進生物探測器發(fā)展 該項目尋求利用合成生物學(xué)技術(shù)，開發(fā)出可探測爆炸物和有毒化學(xué)物質(zhì)的生物探測器。合成生物學(xué)使傳感器探測模塊發(fā)展獲得了革命性進步?？哲娧芯繉嶒炇遗c國防部、其他政府機構(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。空軍研究實驗室團隊正在從基因上構(gòu)建微生物結(jié)構(gòu)，用于準確、靈敏探測國防、醫(yī)藥和安全等各種領(lǐng)域的目標化學(xué)品或生物學(xué)標記。研究團隊一直在制造檢測非天然化學(xué)品的細菌，并通過熒光蛋白生產(chǎn)報告檢測情況。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）等分子的細菌。感應(yīng)細菌的篩選工藝以及后續(xù)的感應(yīng)細菌與功能報告基因的耦合，對體能和新材料接口應(yīng)用至關(guān)重要。研究團隊正在與合成生物學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先團隊合作，將“設(shè)計、建造和試驗”范式的邊界拓展到控制和協(xié)調(diào)細胞功能領(lǐng)域，響應(yīng)美國空軍和國防部對體能研究的需求。

基因編輯技術(shù)軍事應(yīng)用 該項目探索通過基因編輯技術(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)用是一種獨特的技術(shù)，使遺傳學(xué)家和醫(yī)學(xué)研究人員通過敲除、增加或改變DNA序列來編輯基因組的部分功能。這項技術(shù)通過利用細菌防御機制，消除有害基因序列，可將人體在細胞水平出現(xiàn)的問題恢復(fù)到正常狀態(tài)。

信息系統(tǒng)領(lǐng)域

液態(tài)金屬天線 該項目尋求在不對飛機外形作大幅改動的情況下，將液態(tài)金屬合金嵌入飛機機身，使其成為頻率可調(diào)和可重構(gòu)的射頻天線，保障飛機執(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，飛機上常常需要配裝八九種適用不同頻率的天線。空軍研究實驗室研制了一種內(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)進行測試。液態(tài)天線使用的液態(tài)金屬為鎵，其熔點為30℃，通過添加銦等其他金屬形成合金，可使熔點降到-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。

導(dǎo)航技術(shù)衛(wèi)星-3 該項目尋求發(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)，探測并減輕對天基定位導(dǎo)航授時信號的干擾，增強衛(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驗室開發(fā)用于特種作戰(zhàn)部隊。WARTAK是一個強大、精確、直觀的基于安卓系統(tǒng)人機界面手機和平板電腦的應(yīng)用程序?；诠蚕硪苿拥貓D，WARTAK使每個人能夠了解每個節(jié)點每秒所在的位置。WARTAK同時提供一套工具，可用于增強態(tài)勢感知能力。下一步，空軍研究實驗室將使用新型無線電設(shè)備，構(gòu)建先進的高帶寬、移動自組織網(wǎng)絡(luò)視距網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。最后，通過互聯(lián)網(wǎng)/衛(wèi)星通信鏈路，建立超視距通信系統(tǒng)。每個移動或固定基站的WARTAK節(jié)點，通過將網(wǎng)絡(luò)擴展到其他節(jié)點，從而創(chuàng)建一個龐大、安全網(wǎng)絡(luò)，將通用態(tài)勢圖提供給建筑物內(nèi)、卡車、下車士兵、飛行器等的WARTAK節(jié)點。

進攻和防御能力領(lǐng)域

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

先進彈藥技術(shù)項目重點發(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，同時研究新型納米磁性材料，在減小彈藥尺寸的同時，提高彈藥的殺傷效果。

先進彈藥測試

定向能設(shè)施消聲室中的F-16戰(zhàn)斗機

空軍研究實驗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、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，選擇合適的彈藥，顯著減少出擊次數(shù)，增強武器效能。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驗室或許可以在不減少彈藥釋放能量的情況下縮小武器的尺寸。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)。

自防護高能激光器演示驗證機 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，目前已達到適用于作戰(zhàn)飛機的武器級應(yīng)用水平。

自防護高能激光器演示驗證機先進技術(shù)演示驗證項目，將把激光吊艙系統(tǒng)集成到飛機平臺，并驗證保護飛機的能力。該項目將開發(fā)出一款堅固耐用的緊湊型高能激光系統(tǒng)，在復(fù)雜飛行環(huán)境中驗證機載激光系統(tǒng)對抗威脅的自防御能力。外掛吊艙將犧牲戰(zhàn)機的隱身能力，因此激光吊艙將安裝在F-15C和F-15E等戰(zhàn)術(shù)飛機上，而不會安裝在F-35和F-22等隱身戰(zhàn)機上。雖然空軍目前重點是發(fā)展防御型機載激光武器吊艙，但同時空軍也在考慮發(fā)展進攻性機載激光武器。美國空軍正在研究在AC-130飛機上加裝進攻性戰(zhàn)術(shù)激光武器，其功率至少需達到300千瓦。用于防御的100千瓦級機載戰(zhàn)術(shù)激光武器，將在2025年左右部署。

裝備保障

遠程遙控非破壞性評估 該項目旨在發(fā)展蛇形機械臂，具備一體化操作控制模塊和非破壞性檢視探測器，用于空腔等狹小空間檢測。蛇形機械臂的線纜可以與基地部隊通信，并控制計算機運行。它能夠自動工作，采用蛇的引領(lǐng)/跟隨運動模式，可在狹窄空間進行可靠檢查，能夠在不破壞飛機結(jié)構(gòu)完整性的情況下對飛機實現(xiàn)快速檢查，將使飛機迅速恢復(fù)正常狀態(tài)。機器人技術(shù)的進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。將機器人與新一代檢測傳感器相結(jié)合用于空軍飛機維護是重要的一步。要實現(xiàn)新的監(jiān)測能力還需要在工具包、人力培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)方面長期、高昂的投入，以實現(xiàn)新的檢測能力。

責(zé)任編輯：彭振忠