未来5年,颠覆世界军事的7项关键技术

业界 作者:全球技术地图 2021-01-11 22:38:07 阅读:67




进入21世纪以来,美国、中国和俄罗斯一方面继续在传统的军备竞争,如第五代战斗机、重型轰炸机和航空母舰。然而,第四次工业革命所创造的新一代体积更小、更智能、成本更低的武器,无疑对当今军队的武器系统发起了颠覆性的挑战。这种挑战将遍及陆地、海洋和空中等各个作战域。本文总结并分析了未来5年(2020-2025)最直接影响军事能力的几个关键技术,及其对作战域的影响。



这些小型、智能和廉价的武器将从根本上改变战争的性质,并非常有可能主导大国冲突。总之,我们正在走向一个“精确的时代”。而在如今的大国竞争时代,最关键问题是哪个国家能够最迅速、最有效地适应这场颠覆性的革命。 


技术融合


与以往的工业革命一样,这次工业革命也不是仅基于单一技术的,而是建立在一系列快速成熟的技术融合之上。本文简要分析了那些在未来5年(2020-2025年)最直接影响军事能力的因素。


1.1 纳米技术


纳米技术是在纳米尺度上进行的科学、工程和技术,纳米尺度约为1至100纳米。从这个角度来看,一张新闻纸的厚度约为100,000纳米。纳米技术可应用于化学、生物、物理和材料科学,以显著提高强度、燃烧性和导电性等一系列性能。

纳米技术最直接的军事应用是纳米炸药。公开来源的报告表明,纳米炸药的爆炸力是常规炸药的10倍。而纳米研究仍在继续,这意味着国家和非国家行为者可以获得更大的常规爆炸力。爆炸能力的增加可以使那些新的、更小的武器具有与大型传统武器相同的效力。

第二个领域是纳米材料。碳纳米管(由石墨烯制成)比钢强400多倍,是特殊的导体。可以用来减轻许多产品的重量,如:电子产品、汽车、医疗设备等。一旦石墨烯达到大量廉价可用的阶段,必将广泛应用于日用品以及高端军事的各个领域。此外,纳米材料还极大地增加了电池的存储容量,基于石墨烯的超级电容器将大大提高充电效率。纳米材料还可以制造智能织物,这些织物会随着背景和纳米涂料的变化而变化。另外,抗辐射电路可以保护电子设备免受微波武器的影响,被认为是最有价值的纳米产品是。总之,基于纳米技术的材料、电路、能量存储和炸药的改进将使得各种武器装备的射程、有效载荷和隐身能力的大幅提高。 


1.2 无人机


1.2.1 监视/侦察无人机
商业、自主监视无人机的快速发展正在降低远程、多光谱和雷达的运营成本。长航时(30小时以上)、军用遥控无人驾驶飞行器,如“全球鹰”(Global Hawk),不仅价格昂贵(1.3亿美元),并且还需要完善的配备才能支撑其发挥效力。而如今的长航时监视系统只需要几名人员,自主垂直起降无人机DX-3可以携带光检测的测距技术,任务范围可达900英里。

1.2.2 通信中继无人机
长续航时间或系留无人机可以提供临时节点,以扩展现有系统的范围,或者为持续损坏的节点提供快速替换。

1.2.3 攻击型无人机
捕食者无人机成为近20年里最为热门的无人机,其高端系列售价200万美元,也仅是F-35的1/45。而XQ-222无人机的射程为3000英里(是F-35的两倍多),有效载荷为600磅。其成本优势也不容忽视:由于其垂直起飞和回收系统,XQ-222的训练成本最低,不需要机场,不需要飞行员和维护人员的培训,没有飞行员奖金,没有退休费用等等……美国空军也正在研制并测试其专用的XQ-58A版本(远程、高亚音速无人驾驶飞行器)。

然而,攻击型无人机技术并不限于百万美元的系统。自2011年以来,美国已经向阿富汗运送了超过4000架价值15000美元的弹簧刀无人机。它长2英尺,宽3英寸,只有6磅重,可以飞行约6.2英里,并为操作员提供实时视频,操作者还可以对其发现的任何目标进行“自杀式攻击”。伊朗在2019年9月对沙特阿拉伯阿布卡奇石油设施的袭击就是典型案例。伊拉克在2016年10月至2017年1月期间也进行了80多次无人驾驶飞机袭击。此外,商业公司正在测试自主垂直起降无人机,这些无人机不依赖全球定位系统,抗电子干扰能力强,射程数百英里,精度为1米,价格低廉,可以一次性使用。

1.2.4 海上无人机
商业航运业正在发展一系列无人驾驶的水面船只,从北海渡轮到电动沿海货船和全尺寸集装箱船和油轮。2018年起,美国海军就在开发水下无人机来探测和打击敌方战斗人员,使用一群船只在几个小时内清除一个布满地雷的海峡、跟踪敌人的潜艇,并守卫关键的基础设施。无人水下航行器可以成为潜艇部队相对廉价的替代品或增强手段。

1.2.5 地面无人机
地面无人机已经应用与实战。虽然目前面临一些困难,但许多国家仍在继续开发无人驾驶地面车辆。

简而言之,军用和商用无人机的使用——无论是在地面、海上还是空中——全部在呈爆炸式的增长。全球智能商用无人机市场预计到2025年将达到1790亿美元。

 
1.2.6 反击无人机
自2002年以来,DARPA开始赞助一年一度的黑色飞镖实弹演习,以探索摧毁无人机的方法。促进了反无人机技术的发展,具体包括:动能杀伤、定向能(激光和电磁脉冲)、软件攻击以及电子和GPS干扰。激光、软件攻击和电磁脉冲方法似乎对蜂群有最大的潜在影响。但每种方法都有很大的局限性。在最新的方法中,DARPA正在探索使用无人机群来击败无人机群,并开发最有效的软件和策略。实验小组随后驾驶由25架无人机组成的混合群相互攻击,取得了显著的成功。但这一概念还没有在更大群体样本上进行过测试,也没有付诸实战。


1.3 人工智能


人工智能是一个广泛的动态领域。本章只讨论在小型、智能和廉价武器发展中最重要的两个人工智能领域:独立于全球定位系统的导航和目标识别。


宾夕法尼亚大学的四轴飞行器“使用智能手机进行自主飞行,只使用机载硬件和视觉算法,就可以不依赖全球定位系统。”DARPA也正在利用地球磁场的变化开发精确导航。这两种系统都不受全球定位系统干扰或欺骗的影响。但是虽然这些系统可以让无人机到达目标区域,但以目前的技术还不能确保它能击中特定的目标。此外,真正自主无人机打击行动的第二个关键要素是准确的目标识别。许多研究人员正在研究利用人工智能将通过机载传感器以提供准确的识别。2019年初的一份在线杂志对七种可以识别和跟踪人的商业无人机进行了评级。而美国空军研究实验室正在使用一种新的遥控晶片来识别雷达生成的空中图像中的军用和民用车辆。 


1.4 无人机蜂群


2014年,弗吉尼亚大学的一个团队在一天内打印了一架3D无人机,然后使用小电机、2节电池和一部安卓手机,生产了一架800美元的自主无人机,航程约为30英里。如今,一家拥有1000台Carbon3D打印机的工厂每天可以打印10万架自主无人机的机身,至于成品的组装和装运,都可以通过机器人实现自动化。发射数千架无人机将具有挑战性,但通过使用像多管火箭系统一样设置的标准集装箱,可以快速移动和使用大量无人机。无人机蜂群的数量优势就足以对任何现有的防空系统造成巨大压力。


1.5 小型弹头技术


无人机群面临的前两个挑战:自主导航和目标识别技术,已经在2020年得到了显著的发展。而最后一个挑战——小型无人机的有效载荷限制——可以通过以下三种方法解决。第一个也是最不具技术挑战性的方法是“携带引爆器”。第二种方法,使用爆炸成型弹药( EFPs)作为弹头,这种方法技术要求更高。第三种方法是利用蜂群,依靠几十枚小型弹头的累积伤害来完成任务。


“携带引爆器”通常适用于引爆易燃目标,如弹药库、停放的飞机、燃料卡车或火箭发射器。几盎司炸药只要投放到正确位置,就将引发二次爆炸,造成毁灭性的打击。俄罗斯多次使用小型无人机向乌克兰弹药库投掷简易手榴弹。由此产生的二次爆炸摧毁了数十万吨弹药。而要穿透非爆炸目标,如补给卡车或轻型装甲车,可以使用第二种方法:EFPs。一个合适的拇指大小的EFP只有3盎司重,可以穿透半英寸的钢。将EFP的尺寸增加到只有几磅,可以摧毁甚至是装甲良好的车辆。无人机、人工智能和先进制造的结合意味着在未来的战场上可能会有成千上万的移动、智能、活跃的猎人。


 1.6 低成本卫星


不论政府和大公司们如何挖掘其现有卫星的能力,都无法与商业卫星的低成本相比。立方星的每个模块大小是边长仅约为4英寸,其成本低于125,000美元,已成为空间服务新产业的关键。Viasat正在建立一个微小卫星网络,使客户能够近乎实时地查看不断增加的观测卫星网络的图像和视频。可见,大国已经失去了对太空使用的垄断。“廉价空间”意味着在一个破坏性技术和大国竞争的时代,所有军事规划者必须假设几乎任何敌人在移动时都能看到他们的部队。 


1.7 高超声速武器


高超声速武器,也称为超高速武器,其速度是音速的5到25倍。实现高超声速武器有三种不同的方法——助推-滑翔火箭、巡航导弹和炮弹。每种方法都在迅速成熟,并将极大地改变大国冲突的特征。但目前预计大多数不会在未来5年内大量投入作战。


助推-滑翔火箭系统要求弹道导弹在机动之前达到速度和高度。一旦投入使用,将提供具有毁灭性力量的机动、远程精确打击。大国似乎都在开发这类武器,重点是携带核弹头。美国预计在2028年前拥有一个可运行的助推-滑翔系统。相比之下,高超声速巡航导弹更为廉价,可以由各种地面、海上和空中平台发射,但体积更小,射程也有限。美国空军正在研制AGM-183空中发射快速反应武器。美国陆军正在开发一种远程高超声速武器。最后一项技术,高超声速炮弹,更便宜,但射程更远——目前只有大约50英里。陆军已经设定了一个射程为1000英里的火炮目标,但是还没有部署这种系统的预计日期。


总之,这些技术进步将在新兴的大国竞争时代彻底改变战争的所有领域,并改变未来冲突的战术和作战环境。


战术影响


以上这些小型、智能、廉价技术的崛起将对各个作战领域——地面、海上、空中、太空、网络和电磁——产生重大战术影响,更重要的是对跨领域作战产生影响。 


2.1 地面作战域


当我们将简单的无人机、增材制造(3D打印)、自主导航和目标识别结合起来时,地面部队可能需要处理数千甚至数万架无人驾驶飞机。但如果将他们都打包在商业集装箱或卡车中,并在战场上移动,就很难被识别或抢占。如果进而将其与地雷、GRAMM(制导火箭、大炮、迫击炮和导弹)火力和其他精确武器结合起来,那么“无人机家族”可以创造一个作战双方都无法撼动的纵深地带。目前,地面部队正处于新技术逐渐取代旧技术的阶段,未来发展空间巨大。


 2.2 .海上作战域


俄罗斯、以色列等国家已经生产了集装箱式巡航导弹,可以为各种平台提供反舰武器。集装箱船可以通过增加40至50件集装箱化武器和一个简单的指挥和控制系统而变为军舰,价格约为1.25亿美元,只相当于一艘海军沿海战斗舰(LCS)购买价格的一小部分。这是一种生存能力更强、价格更低的船只,并且可以为舰队增加大量导弹。


除了能力越来越强的巡航导弹之外,像XQ-58A这样的垂直起落无人驾驶飞机意味着几乎任何海船都可以是小型飞机。此外,许多战舰在顶部装有盒式发射器。这些提供了容易识别的目标点和二次爆炸的巨大潜力。水下武器对海军构成了更大的挑战。各种商用无人水下航行器甚至可以变身为潜艇部队。如果发展成武器系统,商用无人驾驶飞行器可能会极大地改变海军。 在新兴的大国竞争时代,大量相对廉价的自主无人机和巡航导弹的出现将彻底改变海上战争。

 

 

2.3 空中作战域


对于传统的有人驾驶的空中力量来说,无人机和巡航导弹的结合一方面可以克服传统空中力量的许多弱点,但另一方面也提高了一些国家反进入/区域封锁和精确的远程打击能力。空中力量正面临巨大的变化。载人飞机已经过时,成本低廉的无人机、巡航和弹道导弹、潜在的高超音速导弹才是未来。然而,美国目前没有办法保护空军基地免受这种新一代武器的攻击,航空母舰也面临着越来越大的威胁。当前已有或设想的武器系统还无法发现并攻击这些移动系统。而对于飞行员来说,也必将被无人机所替代。


2.4 太空作战域


在太空领域中,微型卫星和立方星的出现,加上商业发射平台的兴起,将大大增加太空攻击的可能。2020年4月,诺斯罗普·格鲁曼公司的任务扩展飞行器成功地与国际通信卫星组织901号对接,并在轨道上为其提供服务(该系统可用于卫星摧毁和修复)。太空资产是否会被用来攻击地球上的目标仍然是一个悬而未决的问题。此外,为了在太空的战斗中保护重要资产,美国需要发展卫星上使用动能和软杀伤的能力,同时修复能力也至关重要。

 

2.5 信息作战域


相比之下,网络战是持续的、全球性的、持续的和不断发展的。随着第四次工业革命的继续,网络空间的持续冲突只会不断加速。而所有网络在现实世界中都有节点,如卫星下行链路、服务器和光纤网络,这些节点都很脆弱。与网络攻击不同,对已知位置的物理攻击会对对手的网络造成重大且可预测的损害。而协调现实世界的攻击也比混合网络和现实世界的攻击更容易操作。这是一个跨领域开发的成熟领域。 


2.6 电磁作战


电磁频谱的使用对于在其他领域进行战争至关重要。如果一种力量可以主宰整个频谱,就可以严重限制甚至击败对手在陆地、海洋、空中、太空和网络上的所有能力。此外,网络系统通常依赖电磁通信链路,这些链路可能会受到干扰、退化或欺骗。电子设备的小型化、计算机功率的大幅提高、电磁脉冲系统的创造以及传感器的改进,使得电磁频谱成为高科技竞争的一个关键领域,而这个领域很大程度上决定未来参与的结果。


军事行动


未来10到20年的技术融合意味着每个国家与非国家行为者都将拥有精确打击能力。拥有100台3D打印机的国家就可以使用成千上万架精密无人机作为战斗武器。通过将这些无人机与被动传感器配对,防御者在选择开火之前不必发射任何信号。因此,未来的战争很可能是由防御者选择何时发起,并且通过大规模精确打击来完成。简而言之,完善的防守将能够创造战术优势。


因此,那些试图登陆别国地面部队的进攻将会面临重大伤亡甚与不对等的经济损失。无论是在人力还是财力方面,未来的干预成本将比现在高得多。 



免责声明:本文转自学术plus,原作者T.X. Hammes。文章内容系原作者个人观点,本公众号转载仅为分享、传达不同观点,如有任何异议,欢迎联系我们/转载公众号XXX!



转自丨学术plus

作者丨T.X. Hammes

编辑丨翟丽影




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