超材料、新技術的應用將對航空武器裝備產生深遠影響

寂靜天花板

航空作為國防的重要組成部分，不僅是典型的高科技集成體，更是未來作戰的中堅力量，超材料技術、智能材料技術、生物計算機技術、量子信息技術、人工智能技術等在航空領域（主要在軍用航空）大展身手。
從航空武器裝備能力提升角度分析
相比其他武器裝備，航空武器裝備無論是在速度、機動性、殺傷力、信息知識以及生存力等方面都有著突出的優勢。現代空軍往往可以獨立遂行機動靈活的多類型作戰任務，而各軍種協同作戰時，航空武器裝備也成為不可或缺的重要組成部分，甚至多次成為左右戰爭勝負的關鍵。但同時，現代航空武器裝備集成了眾多新技術，其研制費用高企、研發周期長，對于操縱人員的要求也越來越高。因而，在考慮航空領域顛覆性技術篩選分析時，可從這幾個方面入手。即，考慮技術在：速度、機動性、殺傷力、信息知識、生存力、人機綜合、研制過程（如壓縮成本、縮短研發周期、降低研制風險）等方面。
從軍用航空未來發展趨向符合性考慮
此外，還可以從技術對于未來軍用航空發展趨向的符合性來考慮。2010年美國空軍科技構想《技術地平線》中列出了12大未來航空科技頂層主題，也代表了美國空軍對于未來航空發展趨勢的判斷，包括：從平臺到能力，從有人駕駛到遙控，從固定到機敏，從控制到自主，從一體化到分塊，從事先計劃到組合，從單域到跨域，從允許到競爭，從傳感器到信息，從打擊到制止，從網電防御到網電彈性反應，從系統長壽命到快速更新。
/ B4 T4 L9 O# k綜合分析世界航空武器裝備及科技發展，可將未來的航空武器裝備技術發展趨勢歸納出以下四大特征：無人化、智能化、高能化和遠程化。其中，“無人化”指的是未來航空作戰體系中，無人裝備數量將增加，承擔的任務類型更趨多樣，作戰能力大幅提升；“智能化”指的是未來航空武器裝備在探測、控制、指揮、操作、協同等方面能夠高度智能，且能夠更好地實現人機綜合；“高能化”包括：高超聲速技術的平臺高能化、機載激光的武器高能化、發動機系統的高效化以及機電系統的能量綜合化等；“遠程化”是多種未來航空裝備的特征，如下一代遠程打擊轟炸機、常規快速全球打擊武器、新一代空射巡航導彈、艦載無人監視與打擊飛機等。
典型航空顛覆性技術發展狀況與潛能初探
9 S3 S* W) P' J" j航空領域的顛覆性技術包括：超材料技術、智能材料技術、生物計算機技術、量子信息技術、人工智能技術、核能小型化技術、自適應變循環發動機技術、綜合飛行器能量技術、網絡化智能制造技術、基因工程技術、吸氣式高超聲速技術、機載激光武器技術、納米技術以及腦機接口技術等。這里僅對其中的幾項進行簡要的分析。
1、超材料技術
從研制上，超材料采用了新穎的逆向設計，可按功能實現微結構的精確裁剪，突破傳統材料試湊法的局限，實現了材料設計模式的變革；作用范圍上，超材料可以橫跨整個波譜頻段（光學超材料、電磁超材料、聲學超材料等）；材料特性上，超材料具備超常物理性質，如負折射、反多普勒效應、反常光壓等。
從航空應用潛力上，超材料可能首先應用在四個方面：實現航空武器裝備寬頻隱身；帶內高透波/帶外高截止的雷達罩的研制；革新傳統天線設計，制作小型超輕的寬頻天線；改寫傳統光學衍射定律，創造軍用光學超薄高分辨透鏡。
從效用上看，超材料在航空領域上的應用將顯著提升航空武器裝備的機動性、信息知識能力、生存力，并對研制流程形成重大影響。
2、量子信息技術
量子信息技術的突破和實用將全面顛覆傳統航空電子以及航空工業的眾多領域，為航空的發展帶來不可估量的能力與價值提升。
（1）量子導航技術——依靠自身的精確導航
* ^% m% }5 {, i" c( e量子導航以冷原子或其他量子技術為核心，能夠依靠航空平臺自身而非GPS提供精確的導航定位信息，具有抗干擾好、環境適應性強、足夠精確等優勢與特點，尤其適用于各類作戰系統在現代與未來作戰中的定位與導航，可大幅提升復雜環境下平臺生存力和任務執行能力。
（2）量子成像技術——穿透干擾、高度清晰
+ ~' C- _$ y3 P2 E% R2 `量子成像的分辨率可超越經典成像的衍射極限；不受光路擾動影響；利用非相干源進行相干成像；采樣率低于奈奎斯特采樣率的情況下仍能達到掃描成像效果。簡言之，量子成像技術幾乎適用于任何光源、可輕松穿透干擾、且能獲取更為清晰的圖像。量子成像技術不僅可以增強航空器在各類復雜環境下的對敵態勢感知能力，從而提升任務效能，其相關的量子刻蝕等技術除能提高成像能力外還有望在未來的芯片工業領域大展身手。
7 c/ ^! o1 y  X2 |, A& p; X5 f/ H5 ~# z. f（3）量子加密及量子通信技術——天然安全、大容量傳輸
將量子態充當建立該經典關聯隨機數的橋梁和保障的量子加密技術已接近實用；全程利用量子信道來傳送、存儲和處理量子態信息的量子通信仍處于探索發展中。
' n. j+ q" h! k+ |( n' P采用量子態編碼的通信方式有著與生俱來的安全特性，其“理論上絕對安全”，量子通信比傳統通信容量大、復雜度低，利用量子通信，航空器可以在接收和傳輸信息時確保己方信息不被對方獲取、操縱和篡改，以保證順利完成各類任務；同時，量子通信能大幅擴展通信容量，這對于信息作戰和交流意義重大。
此外，航空器的智能化網絡研制也將受益于量子通信技術，促使云技術等技術在航空裝備研發中的安全實用。
- `9 k& v. A7 J# Z/ c（4）量子計算機技術——突破傳統限制、更快更高效
0 U+ P1 j% p, }處理和計算量子信息、運行量子算法的量子計算機其具有天然的量子并行計算能力，在解決復雜數學問題時遠超傳統計算機。量子計算機技術能夠以更高的效力突破傳統計算機體制，實現信息處理和決策的能力躍升，這不僅利于航空武器裝備提升作戰期間及時的多源復雜信息處理和決策，還有利于更快更好地研制航空器。
9 V$ P& W6 G  z2 t/ o$ P: l3、核能小型化技術
2014年10月，美國洛克希德·馬丁公司稱其新型緊湊聚變反應堆研究取得驚人突破，首個反應堆體積已經縮小到可放入一輛卡車，可能在10年左右研制成功并投入使用。這一消息讓人震驚，也引發了眾多質疑。但從航空的角度，如果小型化核動力能夠安全地安裝到飛機上，將給未來的航空動力體系帶來顛覆的影響。這樣的核動力系統可實現超長航時飛行、提供充足動力與電能，支撐高功率激光等武器應用。
- v4 B/ }/ t& _8 F' U5 N如果洛馬公司的進展屬實，盡管其技術處于早期階段，到實用仍需要10年甚至數十年時間，也必須要給予足夠的重視。
4、網絡化智能制造
' ]( r1 n% I) _網絡化智能制造系統是生產模式的深刻變革，對于航空裝備研制影響巨大。通過引入網絡化智能制造系統以及并行協同、集成產品研發等工程管理思想和方法，對飛機設計生產模式進行變革，從而大幅縮減研制時間，提升研制效率，更快地實現新技術集成和作戰能力的形成，并有利于航空裝備從設計到實用的全壽命信息化管理和應用。
以上的幾個示例簡單分析了該技術對于航空（尤其是軍用航空）的潛在顛覆性效用，這些技術的發展狀況不同，顛覆性效果體現的領域也有所差異，但對于形成對航空顛覆性技術認識有所幫助，也值得未來給予充分的關注。