瞄准全球到达 空军项目探秘

肖 丹

瞄准全球到达 空军项目探秘

肖 丹

美国空军以“全球警戒”“全球到达”和“全球力量”战略为最顶层目标，构建了体系完备的发展战略框架，用以具体指导人力资本、战略态势、能力配置、科学技术等各方面的发展。但是，随着中俄等潜在对手研发新型战机和一体化多层防空系统，严重威胁到了美空军自豪的“任何地方打击任何目标”的能力，为此美空军正在不断寻求技术突破，以确定美空军未来10年的能力差距和填补措施。

美国空军研究实验室重点展示了生物交叉、人工智能、进攻和防御能力等领域的技术进展。

人工智能领域

最突出的代表是依靠神经形态计算机的机器学习项目。该项目将机器学习、神经计算技术和“真北”仿脑芯片处理器相结合，发展深度神经网络技术，可大幅减小武器系统对外部信息的依赖，使目标识别精度达到90%以上。这一技术将使作战人员具备更强大的数据分析和目标识别能力，增强态势感知能力。在失去网络联接、人员控制、无法与地面站取得联系的情况下，都可能导致任务失败，作战人员可能无法识别合成孔径雷达图像上的目标。因此，作战人员需要一种可在不依赖外部因素的情况下探测目标并作战的技术。

IBM公司已研制出由16片“真北”芯片组成的4×4阵列的类脑计算子系统，此次将利用4个类脑计算子系统，构成包含64块“真北”芯片的类脑计算系统，并将其放置到标准的4单元超算机架中。空军研究实验室将用8个类似的超算机架组成1个标准的超算机柜，进而构建出类脑超级计算机。

每块“真北”芯片含有100万个“神经元”，含有8个机架的机柜，“神经元”数量达到5.12亿个。相比于人脑所拥有的860亿个神经元，由不到170个机柜构成的类脑超算就能达到相同的神经元数量级别。含有64块“真北”芯片的机架，其功耗仅为10瓦。达到人脑神经元数量级别的类脑超算，其功耗不到15千瓦。与之相比，用传统超算实时模拟人脑规模的神经网络，需要1500多套2012年排名世界第一的“红杉”超算，所需的功耗高达12000兆瓦，两者相差6个数量级。

类脑超级计算机能够处理光电、红外和无线电频率图像及视频，同时还可探测目标并对目标进行分类。类脑超级计算机将为作战人员提供新的能力，如增强的大数据分析、更快的目标/事件识别、改进的态势感知能力等，其目标是实现更加快速、稳健的决策。应用于在对抗激烈地区执行任务的无人机系统，该工具可提供高达百倍的能效，可在没有人为干预情况下实现智能处理、分析和决策以及自主情报、监视与侦察。随着这项技术不断发展，美空军今后能够在不丢失数据处理能力的情况下，将更小型的计算机应用到飞机上。其未来应用包括将这些计算机连接到多个平台，在网络联接丢失或在对抗激烈地区访问地面站受限的情况下，进一步增强作战人员的能力。

无人系统

NINJA反无人机系统 随着无人机技术的快速发展，恐怖分子利用携带简易爆炸装置的无人机系统制造恐怖事件，或执行数据搜集任务，将对国家安全构成严峻威胁。NINJA反无人机系统将综合利用硬件、软件和算法，探测非法无人机。一旦探测到无人机系统，将生成无人机信号并确定该无人机是敌是友。如果该无人机被确认为敌方无人机，反无人机系统将采用软杀伤或硬摧毁手段摧毁该无人机。

低成本、耐消耗无人机技术（LCAAT） 该项目寻求将低成本无人机与人工智能技术结合，发展可自主作战的低成本无人机，在有人机执行作战任务前，遂行武器投送、目标定位、干扰和通信等作战任务。该项目正在探索广泛的技术创新，以开发一种新型低成本无人机。这些无人机可在与实力接近对手的对抗环境下、在难以或无法进行前沿部署的情况下提供远程响应能力。由于成本低，不同种类的无人机将能针对武器投送、发现和定位目标、干扰及通信等具体任务需求，承担高度定制/优化的作战任务，从而提高现有武器系统的能力。低成本、耐消耗飞行器可先于有人驾驶飞机进入强对抗地区，为有人驾驶飞机提供支持，提高在强对抗地区的打击能力。LCAAT项目的目标是开发出一个低成本、耐消耗的无人机系统谱系，将以最大程度降低无人机寿命期成本作为重点，无人机的单架成本为300万美元（按照采购数量不到100架无人机计算），能最大限度减少人员对作战和保障的需求。

该项目将采用以持续飞机设计和能力更新为特征的生产线方法，以便以及时和高效费比的方式整合新兴技术。低成本、耐消耗飞行器可以快速生产，减少劳动力并最终降低成本。由于设计针对的需求面窄，无人机的工程和生产周期可以缩短，可快速响应作战人员需求。这种方法也避免了昂贵的后方保养以及使用现有机身对设计所造成的限制。

生物交叉技术

“真北”神经形态计算机机器学习项目图

低成本、耐消耗飞行器技术项目无人机

合成生物学技术推进生物探测器发展

合成生物学技术推进生物探测器发展 该项目寻求利用合成生物学技术，开发出可探测爆炸物和有毒化学物质的生物探测器。合成生物学使传感器探测模块发展获得了革命性进步。空军研究实验室与国防部、其他政府机构、学术界和工业界合作，利用生物学方法开发出了高度特异性的传感器模块。将传感器组件扩展到更加稳定的生物分子（如DNA适配体和肽），将加速合成生物学技术的军事应用步伐。空军研究实验室团队正在从基因上构建微生物结构，用于准确、灵敏探测国防、医药和安全等各种领域的目标化学品或生物学标记。研究团队一直在制造检测非天然化学品的细菌，并通过荧光蛋白生产报告检测情况。目前已经研制出能够感应三硝基甲苯、工业污染物和皮质醇（压力激素）等分子的细菌。感应细菌的筛选工艺以及后续的感应细菌与功能报告基因的耦合，对体能和新材料接口应用至关重要。研究团队正在与合成生物学领域的技术领先团队合作，将“设计、建造和试验”范式的边界拓展到控制和协调细胞功能领域，响应美国空军和国防部对体能研究的需求。

基因编辑技术军事应用 该项目探索通过基因编辑技术，敲除、增加或改变DNA序列，消除化学和生物武器攻击引发的疾病和病毒。基因编辑技术的军事应用是一种独特的技术，使遗传学家和医学研究人员通过敲除、增加或改变DNA序列来编辑基因组的部分功能。这项技术通过利用细菌防御机制，消除有害基因序列，可将人体在细胞水平出现的问题恢复到正常状态。

信息系统领域

液态金属天线 该项目寻求在不对飞机外形作大幅改动的情况下，将液态金属合金嵌入飞机机身，使其成为频率可调和可重构的射频天线，保障飞机执行多种作战任务的需要。根据执行不同任务的需要，飞机上常常需要配装八九种适用不同频率的天线。空军研究实验室研制了一种内部填充液态金属的通道系统，可以根据所需频率和方向重新配置天线，并在70兆赫～7吉赫的频率范围内进行测试。液态天线使用的液态金属为镓，其熔点为30℃，通过添加铟等其他金属形成合金，可使熔点降到-28℃。由于天线是液态，因此可以重新配置和调整，用于执行特定任务。该技术可以通过灵活集成电子器件、多功能部件和抗毁电子器件，极大节约成本。

导航技术卫星-3 该项目寻求发展新型原子钟、可重编程数字波形发生器、软件定义用户界面等新技术，探测并减轻对天基定位导航授时信号的干扰，增强卫星导航系统弹性。

用于战术通信的安卓战术攻击包（WARTAK） 该攻击包最初由空军研究实验室开发用于特种作战部队。WARTAK是一个强大、精确、直观的基于安卓系统人机界面手机和平板电脑的应用程序。基于共享移动地图，WARTAK使每个人能够了解每个节点每秒所在的位置。WARTAK同时提供一套工具，可用于增强态势感知能力。下一步，空军研究实验室将使用新型无线电设备，构建先进的高带宽、移动自组织网络视距网络基础设施。最后，通过互联网/卫星通信链路，建立超视距通信系统。每个移动或固定基站的WARTAK节点，通过将网络扩展到其他节点，从而创建一个庞大、安全网络，将通用态势图提供给建筑物内、卡车、下车士兵、飞行器等的WARTAK节点。

进攻和防御能力领域

先进弹药技术 当前及未来空中隐身平台的武器化，需要有能适合内置弹舱尺寸的小型弹药，以维持飞机的隐身性能。今后小型武器必须能达到甚至超过大型常规武器的杀伤水平。此外，由于运载能力有限，未来武器必须能够在飞行过程中动态地重新分配任务，允许飞行员针对不同目标采用不同类型的弹药。

先进弹药技术项目重点发展小型化、当量可调的新型弹药，以满足打击不同目标的需要。在弹头材料方面，采用活性金属材料代替钢材料，同时研究新型纳米磁性材料，在减小弹药尺寸的同时，提高弹药的杀伤效果。

先进弹药测试

定向能设施消声室中的F-16战斗机

空军研究实验室弹药局正在制定一套一体化的技术解决方案，开发一种效果更强、选择性更好的小型化武器。可选择打击效果的技术将使飞行员根据目标，选择合适的弹药，显著减少出击次数，增强武器效能。另外，弹头材料采用活性金属代替钢材料，将使弹壳成为弹药杀伤能力的一部分。这意味着空军研究实验室或许可以在不减少弹药释放能量的情况下缩小武器的尺寸。纳米含能材料也为提高小型武器作战效能带来希望。这些含能材料比传统爆炸物释放能量更快、更有效，意味着可以用较少的装药量获得较好的打击效果。此外，增材制造技术将提高空军更新和定制新弹药的速度，并使空军能够开发特殊的武器结构。

自防护高能激光器演示验证机 空军在激光源、光学、光束控制以及能源和热管理支持系统方面的多年研究，使得激光技术在性能和成熟度上取得了重大飞跃。主要用于战术作战的固态激光器和光纤激光器的发展，目前已达到适用于作战飞机的武器级应用水平。

自防护高能激光器演示验证机先进技术演示验证项目，将把激光吊舱系统集成到飞机平台，并验证保护飞机的能力。该项目将开发出一款坚固耐用的紧凑型高能激光系统，在复杂飞行环境中验证机载激光系统对抗威胁的自防御能力。外挂吊舱将牺牲战机的隐身能力，因此激光吊舱将安装在F-15C和F-15E等战术飞机上，而不会安装在F-35和F-22等隐身战机上。虽然空军目前重点是发展防御型机载激光武器吊舱，但同时空军也在考虑发展进攻性机载激光武器。美国空军正在研究在AC-130飞机上加装进攻性战术激光武器，其功率至少需达到300千瓦。用于防御的100千瓦级机载战术激光武器，将在2025年左右部署。

装备保障

远程遥控非破坏性评估 该项目旨在发展蛇形机械臂，具备一体化操作控制模块和非破坏性检视探测器，用于空腔等狭小空间检测。蛇形机械臂的线缆可以与基地部队通信，并控制计算机运行。它能够自动工作，采用蛇的引领/跟随运动模式，可在狭窄空间进行可靠检查，能够在不破坏飞机结构完整性的情况下对飞机实现快速检查，将使飞机迅速恢复正常状态。机器人技术的进步使空军能够在维修领域应用这一技术，提高维修效率。将机器人与新一代检测传感器相结合用于空军飞机维护是重要的一步。要实现新的监测能力还需要在工具包、人力培训和技术指导方面长期、高昂的投入，以实现新的检测能力。

责任编辑：彭振忠