颠覆性技术发展及影响分析

2017-01-18中国空间技术研究院通信卫星事业部

国际太空 2016年12期

关键词：发展

（中国空间技术研究院通信卫星事业部）

颠覆性技术发展及影响分析

Analysis on the Development and Impact of Disruptive Technologies

李文奎许国彩（中国空间技术研究院通信卫星事业部）

1 颠覆性技术的概念、产生与发展

颠覆性技术（Disruptive Technology）的概念于1995年由美国哈佛商学院工商管理教授波尔（Bower）和克里斯坦森（Christensen）提出，一经提出立刻在商业领域和学术界引发了广泛思考。该概念是相对渐进性技术提出的，区别在于，颠覆性技术更多表现为新技术的发明、应用以至超越并取代现有主流技术。

美国2006年的《四年防务审查报告》、2008年的《国防战略》以及2011年的《国家军事战略》等官方许多战略文件中，频频出现“颠覆性军事技术”、“颠覆性武器技术”等新提法。2004-2012年，美国国防工业协会持续举办颠覆性技术年会，军方高层研究人员将军事领域的颠覆性技术定义为“支撑非常规作战和非对称作战能力的使能技术”，认为颠覆性技术是“以快速打破对手间军力平衡的方式解决问题的技术或技术群”。2013年，美国国家科学基金会、麦肯锡全球研究所等智库先后发布有关颠覆性技术的研究报告，颠覆性技术与颠覆性创新再次成为热点讨论问题，由于其对国家安全和国防工业发展的强劲影响，引起世界主要国家高度重视。

在国防工业领域，颠覆性技术的产生现如今同样面临一个重要的机遇与时机。美国国防部“下一代”项目通过对60余名顶级科学家的调查，确定出了5项可能对未来国防安全和军事作战产生影响的潜在颠覆性技术：3D打印技术、自主系统、定向能、网络能力、人体机能改良。5项技术中，无一例外是多领域、跨学科产生的技术革命：①3D打印技术是先进制造技术、计算机技术、材料技术的合成产物；②自主系统是人工智能、无线网络技术、智能硬件的合成产物；③定向能是物理、武器设计的合成产物；④网络能力是计算机技术、互联网技术的合成产物；⑤人体机能改良更是集合了基因组学、生物工程、神经科学、化学、机械技术、人工智能等多项学科的合成产物。随着上述潜在颠覆性技术的逐渐发展，以及其他颠覆性技术的产生，必会对传统技术、传统运行模式产生巨大的影响和变革。

2 国外颠覆性技术研究相关机制及举措

美国是最先重视发展颠覆性技术的国家，凭借其在科技领域的优势，积极推进颠覆性技术探索和发展，已在工业界、学术界、军方等部门形成了常态化机制。早在1958年，美国国防部就组建了国防高级研究计划局（DARPA），积极捕获和发展颠覆性技术。先后在互联网、隐身技术、全球定位系统（GPS）、激光、高超声速飞行器、无人系统等重大颠覆性技术发展上取得了成功，为保持美国军事领先地位、增强霸权实力发挥了重要作用。此后，美国又设立了多个颠覆性技术专门研究机构，主要有美国国家研究理事会下设的国防情报局技术预测和审查委员会、未来颠覆性技术预测委员会等。2005年美国国防研究与工程署建议国防部将颠覆性技术纳入战略谋划范畴。2007年，美国著名智库兰德公司（Rand Corp）发布了有关颠覆性技术与国家安全的研究报告。美国国家情报委员会分别于2008年和2012年发布《全球趋势2025》和《全球趋势2030》两份报告，对可能出现的颠覆性技术进行了预测。

俄罗斯在保持其核心武器技术、太空战武器技术等传统优势技术领域发展的同时，也致力于颠覆性技术的发展。普京总统于2012年10月签署法令，批准成立面向国家安全与发展“未来研究基金会”，旨在借鉴美国国防高级研究计划局模式，捕获包括颠覆性技术在内的新兴前沿技术机遇，促进颠覆性技术的诞生和发展。2013年，该机构预算为7000万美元，用于新概念武器、未来战术武器和网络空间作战等颠覆性技术研发。

法国在国防部武器装备总署内设立了探索与先期研究处，专门负责创新管理工作，其中包括探索颠覆性技术。

3 国外重点关注的潜在颠覆性技术进展及影响

证以往之事易，推未来之事难。由于颠覆性技术具有“事后才能验证的特点”，因此很难判断目前的哪些技术有潜力成为未来的颠覆性技术。但近年来，国外许多相关机构、期刊、网站等都在积极评选有影响力的颠覆性技术。综合这些评选结果，结合我们对军事技术的长期跟踪研究，初步判断国外正在重点发展以下有军事价值的潜在颠覆性技术。

量子通信技术

量子通信技术是量子信息技术的主要技术方向之一，主要指量子密匙分发，即使用量子技术来实现密匙的安全分发，以保证“一次一密”的安全进行。

目前，量子密匙技术已获得初步的应用，传输距离逐步拓展，无中继量子保密通信、移动设备量子密匙也不断取得新突破。理论上，传统密匙分发技术无论多么复杂，分发过程中都可能被截获而不被发觉；而量子密匙分发技术，利用单光子的量子态不可克隆性，理论上能够保证密匙一旦被窃听即会被发觉。因此，基于量子密匙分发技术建立的保密通信系统，理论上可以做到信息传输的“绝对安全”，从而建立一种崭新的安全通信体系。

基于量子通信的这一特性，我国已成功研制并发射世界上第一颗量子通信卫星墨子号。这标志着我国已先于欧美等传统军事、航天强国率先掌握空间段量子通信技术，为我国先于欧美拥有量子通信覆盖全球能力奠定了坚实的基础。

研制团队与我国第一颗量子通信卫星合影

星载激光武器示意图

激光武器技术

激光武器是利用高能激光束打击目标的定向能武器，具有速度快、精度高、可重复使用、单发成本低、不受电磁干扰等优点，既可用作战略目的，也可用作战术目的。近十年来，随着高能化学激光器和固体激光器，以及激光跟瞄技术的突破，激光武器正逐步迈向实用化，并向路基、空基、海基及天基全方位应用方向发展。特别是近两年来，美军密集进行了一系列激光武器试验，击落弹道导弹、击毁无人机、摧毁移动靶船，实用化进程明显加快。未来，激光武器作为一种“光速交战”、拥有“无限弹药”的新概念武器，可快速打击多个目标，将颠覆传统弹药的打击模式，引起作战能力的重大变革。

我国已于2012年以海洋-2卫星为平台开展了星地激光通信验证试验，为空间段激光技术的应用奠定了一定的技术基础。

大数据系统流程示意图

利用“蜘蛛制造”技术进行千米级孔径的在轨建造

大数据技术

大数据技术是传统海量数据处理技术的继承和发展，主要解决复杂非结构化的超规模数据采集、存储、分析、利用等问题，具有数据规模大、种类复杂多样、数据更新速度快、科学价值大等特征。大数据是继云计算、物联网之后信息技术产业领域的又一重大技术变革。

大数据将从根本上改变传统主要依靠人的经验和智慧作判断的决策模式，从而提高复杂环境下的决策科学水平和快速反应能力。未来战争将是大数据技术支撑下的高技术作战，对战场海量数据信息的有效利用将成为赢得战争主动权的关键。

我国建设的未来大数据系统应用将发挥应有的作用。

3D打印技术

3D打印技术是依据物理三维数据模型，通过对粉末金属、丝材、液态高分子、陶瓷等材料进行烧结、熔化、固化，以连续物理层叠加的方式制造出实体的一种先进制造技术。

目前，3D打印技术已开始走向实用，其未来发展将对武器装备研发、制造和维修保障产生深刻影响。一是突破传统制造对设计的束缚，助推武器装备设计和制造创新；二是创新研制模式，提升武器装备建设效益；三是打破生产地点局限，变革作战部队后勤供应和装备维修保障模式。

3D打印技术在航天领域也将有极为广泛的、甚至是颠覆性的应用，例如进行在轨建造，将可解决地面难以解决的精度、灵敏度以及试验验证等相关难题。

超材料

利用新型材料建造的空天飞机示意图

超材料是指将传统材料经单元结构设计而构造出来的人工超构材料，具有传统材料所不具备的超长宏观物理性质（如负折射率、负磁导率、负介电常数等），可改变电磁波的传输路径。

目前，国外在三维“声学斗篷”，“金属水”，水声隐身超材料等技术发展上已取得实质性进展，展示出重要的应用前景。超材料技术性能的极致发挥，不仅延伸和拓展了传统材料的设计思想，而且可能带动通信、隐身等多领域的颠覆性进步，甚至催生出一批划时代的军事装备。一旦超材料技术能够应用于未来装备整机设计，将会很快形成新质作战能力。

超材料技术在航天领域应用极为广泛，可以为未来航天实现突破性发展提供有力支撑。

脑机接口技术

脑机接口实质上是一种信号转换和控制系统，它直接接收大脑活动的信号，由计算机软件进行信号分析和特征提取，通过一定的硬件设备产生行为，并由此实现对外界物体的控制。在美国麻省理工学院推测的“21世纪能改变世界的10大技术”排行榜中，脑机接口技术排名第一位。

目前，利用大脑思维进行远程控制的技术已可以在实验室环境下实现人脑对小型飞行器、机器人等设备的控制操作。在军事领域，脑机接口技术的发展将颠覆传统的武器装备操控模式。未来战场上可能出现各种先进的脑控装备，作战人员只需通过意念就能对武器装备进行操作控制，武器装备将不再是一个外部工具，人与装备有可能融合成一个有机的整体，实现“人机合一”，从而对武器装备使用与控制、战场通信、军事训练乃至作战思想等产生重要影响。

脑机接口技术在未来太空工程中也会有广泛应用，如深空探索、星际基地及星际移民工程等。

自主武器技术

自主武器系统可通过环境感知和信息处理，在没有作战人员干预的情况下自主完成各种作战任务，具有很强的任务适应性和极高的作战费效比，但在应用上尚存在法律、道德层面上的广泛争议。

自主性是无人系统智能水平的重要体现。目前，无人系统的自主水平有限，大多需要人在回路中完成各种控制操作。随着环境感知与理解、智能规划与控制等自主武器系统技术的快速发展，各类无人化装备的自主程度将大大提高，成为未来战争的主角，这将颠覆传统的作战理论、作战方式、指挥体制等，催生出自主战争的概念。

空间技术是自主武器系统中非常重要的支撑环节。

脑机接口技术可应用于未来的星际基地及移民工程

4 “互联网+”时代的颠覆性技术的新特性

“互联网+”是创新2.0下的互联网发展新形态、新业态，是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进，它代表一种新的社会形态，即充分发挥互联网在社会资源配置中的优化和集成作用，将互联网的创新成果深度融合于经济、社会各领域之中，提升全社会的创新力和生产力，形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。

“互联网+”环境具备更强的创造性，能更好地与其他产品、服务进行融合。一些从传统角度来看与业务毫不相关的技术，通过技术的组合，开发出价值主张远高于传统类型的新产品。像行星实验室公司（Planet Labs，现已更名为行星公司）这样的新兴的商业遥感卫星公司，同数字地球公司（Digital Globe）这样的传统的商业遥感卫星公司相比，具有以下特征。

（1）非宇航级供应链

行星实验室公司的“鸽子”（Dove）卫星没有任何元件直接来自传统的宇航产业，而是通过商用现货产品（COTS）获取。

（2）从电子消费产业中吸取卫星制造的经验

1）资源共享。如行星实验室公司的“鸽子”卫星效仿新一代电脑Surface Pro 3不再提供任何服务组件的设计方法，不再进行任何封装，所有器件都共享包括电源、现场可编程门阵列（FPGA）等在内的资源。

2）效仿软件的研制方法。软件产品讲究“早发布、勤发布”，而对于商业小卫星来说，即快速发射卫星。这同传统宇航产业中动辄数年甚至数十年的研发周期相比，不仅可以避免产品功能的退化，还可以在后续产品中应用最新的技术。该研制方法的优势在于：首先，个体和交互胜于过程和工具，如行星实验室公司的“鸽子”系列卫星研发过程，不再围绕任务计划形成传统的上下级结构的管理团队，而是围绕产品及反馈形成自组织的以学习为目的的团队，这同硅谷的“最小化可行产品”（MVP）研制团队很类似，方便研发团队进行有效的资源配置，适应市场的变化。其次，注重“分众”的力量，以用户为中心的设计方法将客户从使用者变为生产者，如天空盒子成像公司（Skybox Imaging）的基于大数据的遥感卫星数据云处理平台，将客户的行业知识集成至数据产品。

空间自主技术将是未来空间站的关键支撑

5 颠覆性技术风险与预估

颠覆性技术的风险可以分解为2类：一类是颠覆性技术在萌芽、研发过程中的研发风险。尽早识别出真正的颠覆性技术并加以投资培养，才能够达到投资收益的最大化，快速促进颠覆性技术的发展。另一类是颠覆性技术的应用风险。如不对颠覆性技术合理应用，将折损其性能。

颠覆性技术研发风险与预估

颠覆性技术在研制初期，相对于处于主流地位的主导技术，以及发展中的渐进性技术，其特点难以辨别。由于颠覆性技术的重要意义和未来作用，其发展需要大量投资和长期扶持。因此，无论是科研机构还是国家，都需要建立一套科学的颠覆性技术预估系统，采用科学的方式对有潜在发展希望的颠覆性技术进行重点培养，而对于相对的渐进性技术进行规避。颠覆性技术预估系统的建立，需要以下要素的集合。

（1）基于颠覆性技术特点，构建科学评价标准

颠覆性技术具有4个共同特点：一是飞速发展的技术与突破性技术。颠覆性技术通常在价格或性能的快速变化中展现出来，另一种是产生突破性进展的技术，这些突破可加快发展速度或阶段性的技术进步。二是潜在影响范围广。产生颠覆性影响的技术必然涉及多个公司和多个行业，影响或造就各式各样的机器、产品或服务。例如人体机能改良技术，可影响未来战场百万以上参战人员的生理机能。三是可创造巨大军事价值。具有颠覆性影响的技术必须能够创造巨大效益。四是会产生颠覆性影响。有影响的技术可能会极大地改变现状格局，这些技术可能引起体制与方式的变革。

（2）选用权威评估人员，客观评价技术发展

预估系统必须采用人为评估的方式，在选取评估人员的过程中，建议选用在各领域的科研权威人士，并通过建立科学的评估采纳方案，保证评估人员能够就某项技术给予客观的评价，避免出现遗漏和偏见的现象，阻碍了潜在颠覆性技术的发展与成长。

（3）建立长效评价机制，对技术发展进行考核

由颠覆性技术的特点可知，颠覆性技术的发展可能是漫长的过程。因此对于颠覆性技术的评价和考核也不能急于求成。目前，虽然科技领域发展迅速，国防工业的装备水平也日新月异，但是对于潜在产生颠覆性作用的颠覆性技术来说，必须要给予其充分的发展空间。从预估系统的角度，也要建立长效的评价机制，不能以短期的成果和效能来评价。

颠覆性技术的应用风险

在国防工业领域，颠覆性技术能否发挥其作用，一是取决于颠覆性技术本身的应用价值，二是取决于与颠覆性技术相配套的战略目标、作战理念、应用环境是否与颠覆性技术相匹配，最大限度发挥其颠覆性作用。控制颠覆性技术的风险可从如下方面入手。

（1）配套合理化应用环境，发挥技术性能

在基于信息系统的体系环境下，颠覆性技术的发挥不仅取决于技术或平台本身，更取决于技术运用及应用环境是否一致。颠覆性技术与应用环境的一致性决定了新技术是否具有“改变游戏规则”的影响力。例如，第二次世界大战期间，德国发动的“闪电战”是将快速机动的坦克、飞机和双向无线电台集成到机动作战概念中。这些核心要素的协同增效使对手大部分防御手段快速失效。

（2）调整理念与目标，合理使用颠覆性技术

在国防工业领域，颠覆性技术与武器、作战理念和战略目标密切关联，在引入颠覆性技术与武器后，如果不进行作战理念和战略目标的调整，使之与作战手段相适应，可能出现颠覆性军事技术与武器无法最优化使用，发挥不了其颠覆性作用。

（3）合理确定颠覆性技术引入时机

颠覆性技术与武器出现后，必须在恰当的时机与战略需求和战斗力生成机理相匹配，才能成为颠覆性作战模式。比如，互联网技术、雷达技术、核技术、隐身技术、夜视技术等颠覆性技术的发展，有的直接产生于世界大战，有的产生于冷战时期军事对抗。其中，美国发展隐身技术，正是为了试图改变在战斗机和预警雷达方面与前苏联军事上相持不下的局面；美国积极加快发展和部署导弹防御系统，是为了抵消俄罗斯弹道导弹打击力量优势；美国发展夜视技术，是为了改变自身不擅打“夜战”的劣势，避免重蹈朝鲜战争、越南战争等多次战争的覆辙。这些技术都是在满足特定战略需求背景下，才能成为颠覆性技术。

6 颠覆性技术发展对我国的启示

面对新技术革命将引发颠覆性技术集中涌现这一重大历史机遇，世界主要大国着眼未来国家安全和军事战略博弈的需要，将推进颠覆性技术发展作为提升国家科技创新能力的重要抓手，以大胆构想和前瞻性思维，部署和孕育颠覆性技术。

我国也在积极发展颠覆性技术的研究。在科技领域，虽然我国的基础相较美国、俄罗斯等超级大国仍有差距，但是对于国防工业领域的研发也是逐年增加，对于颠覆性技术的顶层导向性也逐渐增强。目前，我国已在多项关键技术、项目上达到国际先进水平。切实提高我国在颠覆性技术上，尤其是国防工业领域上的发展水平，可以从以下方面入手。

持续加大资金投入与方向引导

颠覆性技术的研发需要大量时间的积累与资金的扶持。针对国防工业这一重要领域，对于颠覆性技术的针对性投入是有价值、有意义的。对比美国、俄罗斯，都是在这一领域经历数十年，投入大量人力、财力才能够收获颠覆性技术的丰硕成果。我国在这一方面仍需要持续加强。

同时，顶层规划与引导对于颠覆性技术的产生也是十分必要的。将优势力量、专业人员和财力投入至关键领域，才能保证颠覆性技术在相对有限的资源内最优化地发挥作用。

增加多学科、跨领域学术交流

由颠覆性技术的产生机理可知，多学科交叉、跨领域研究是颠覆性技术爆发的重点地带。一项颠覆性技术的产生，必然需要多学科与多领域的专业知识的突破与支撑。我国目前的科学技术发展思路仍主要着力于单学科发展，多学科交叉领域仍属新兴领域，需要国家政策、科研机构的大力扶持。

提升国防工业的科技应用水平

颠覆性技术应用于国防工业发展领域，重要的一点是要切实提升颠覆性技术的应用程度和工程化水平。我国国防工业虽然在建国后取得长足的跨越式发展，不乏颠覆性技术的突破与应用，但在工程化和实战化上仍显不足。颠覆性技术在国防工业的尝试与应用，推广与实战化改制，提升我国武器装备的科技含量，使颠覆性尖端武器成为威慑与实战性装备，已为推进国防工业发展之必然。

改变作战体系，适应颠覆性技术的发展

现代战争中，没有任何一型武器能够脱离作战体系发挥作用。颠覆性技术的发展与应用，需要与作战体系相结合。根据颠覆性技术的新功能、新突破，研究出其在作战体系中的位置，甚至为颠覆性技术武器装备量身打造作战指挥体系，才能够保证颠覆性技术的有效发展。