顛覆性技術發展及影響分析

（中國空間技術研究院通信衛星事業部）

顛覆性技術發展及影響分析

Analysis on the Development and Impact of Disruptive Technologies

李文奎 許國彩（中國空間技術研究院通信衛星事業部）

1 顛覆性技術的概念、產生與發展

顛覆性技術（Disruptive Technology）的概念于1995年由美國哈佛商學院工商管理教授波爾（Bower）和克里斯坦森（Christensen）提出，一經提出立刻在商業領域和學術界引發了廣泛思考。該概念是相對漸進性技術提出的，區別在于，顛覆性技術更多表現為新技術的發明、應用以至超越并取代現有主流技術。

美國2006年的《四年防務審查報告》、2008年的《國防戰略》以及2011年的《國家軍事戰略》等官方許多戰略文件中，頻頻出現“顛覆性軍事技術”、“顛覆性武器技術”等新提法。2004-2012年，美國國防工業協會持續舉辦顛覆性技術年會，軍方高層研究人員將軍事領域的顛覆性技術定義為“支撐非常規作戰和非對稱作戰能力的使能技術”，認為顛覆性技術是“以快速打破對手間軍力平衡的方式解決問題的技術或技術群”。2013年，美國國家科學基金會、麥肯錫全球研究所等智庫先后發布有關顛覆性技術的研究報告，顛覆性技術與顛覆性創新再次成為熱點討論問題，由于其對國家安全和國防工業發展的強勁影響，引起世界主要國家高度重視。

在國防工業領域，顛覆性技術的產生現如今同樣面臨一個重要的機遇與時機。美國國防部“下一代”項目通過對60余名頂級科學家的調查，確定出了5項可能對未來國防安全和軍事作戰產生影響的潛在顛覆性技術：3D打印技術、自主系統、定向能、網絡能力、人體機能改良。5項技術中，無一例外是多領域、跨學科產生的技術革命：①3D打印技術是先進制造技術、計算機技術、材料技術的合成產物；②自主系統是人工智能、無線網絡技術、智能硬件的合成產物；③定向能是物理、武器設計的合成產物；④網絡能力是計算機技術、互聯網技術的合成產物；⑤人體機能改良更是集合了基因組學、生物工程、神經科學、化學、機械技術、人工智能等多項學科的合成產物。隨著上述潛在顛覆性技術的逐漸發展，以及其他顛覆性技術的產生，必會對傳統技術、傳統運行模式產生巨大的影響和變革。

2 國外顛覆性技術研究相關機制及舉措

美國是最先重視發展顛覆性技術的國家，憑借其在科技領域的優勢，積極推進顛覆性技術探索和發展，已在工業界、學術界、軍方等部門形成了常態化機制。早在1958年，美國國防部就組建了國防高級研究計劃局（DARPA），積極捕獲和發展顛覆性技術。先后在互聯網、隱身技術、全球定位系統（GPS）、激光、高超聲速飛行器、無人系統等重大顛覆性技術發展上取得了成功，為保持美國軍事領先地位、增強霸權實力發揮了重要作用。此后，美國又設立了多個顛覆性技術專門研究機構，主要有美國國家研究理事會下設的國防情報局技術預測和審查委員會、未來顛覆性技術預測委員會等。2005年美國國防研究與工程署建議國防部將顛覆性技術納入戰略謀劃范疇。2007年，美國著名智庫蘭德公司（Rand Corp）發布了有關顛覆性技術與國家安全的研究報告。美國國家情報委員會分別于2008年和2012年發布《全球趨勢2025》和《全球趨勢2030》兩份報告，對可能出現的顛覆性技術進行了預測。

俄羅斯在保持其核心武器技術、太空戰武器技術等傳統優勢技術領域發展的同時，也致力于顛覆性技術的發展。普京總統于2012年10月簽署法令，批準成立面向國家安全與發展“未來研究基金會”，旨在借鑒美國國防高級研究計劃局模式，捕獲包括顛覆性技術在內的新興前沿技術機遇，促進顛覆性技術的誕生和發展。2013年，該機構預算為7000萬美元，用于新概念武器、未來戰術武器和網絡空間作戰等顛覆性技術研發。

法國在國防部武器裝備總署內設立了探索與先期研究處，專門負責創新管理工作，其中包括探索顛覆性技術。

3 國外重點關注的潛在顛覆性技術進展及影響

證以往之事易，推未來之事難。由于顛覆性技術具有“事后才能驗證的特點”，因此很難判斷目前的哪些技術有潛力成為未來的顛覆性技術。但近年來，國外許多相關機構、期刊、網站等都在積極評選有影響力的顛覆性技術。綜合這些評選結果，結合我們對軍事技術的長期跟蹤研究，初步判斷國外正在重點發展以下有軍事價值的潛在顛覆性技術。

量子通信技術

量子通信技術是量子信息技術的主要技術方向之一，主要指量子密匙分發，即使用量子技術來實現密匙的安全分發，以保證“一次一密”的安全進行。

目前，量子密匙技術已獲得初步的應用，傳輸距離逐步拓展，無中繼量子保密通信、移動設備量子密匙也不斷取得新突破。理論上，傳統密匙分發技術無論多么復雜，分發過程中都可能被截獲而不被發覺；而量子密匙分發技術，利用單光子的量子態不可克隆性，理論上能夠保證密匙一旦被竊聽即會被發覺。因此，基于量子密匙分發技術建立的保密通信系統，理論上可以做到信息傳輸的“絕對安全”，從而建立一種嶄新的安全通信體系。

基于量子通信的這一特性，我國已成功研制并發射世界上第一顆量子通信衛星墨子號。這標志著我國已先于歐美等傳統軍事、航天強國率先掌握空間段量子通信技術，為我國先于歐美擁有量子通信覆蓋全球能力奠定了堅實的基礎。

研制團隊與我國第一顆量子通信衛星合影

星載激光武器示意圖

激光武器技術

激光武器是利用高能激光束打擊目標的定向能武器，具有速度快、精度高、可重復使用、單發成本低、不受電磁干擾等優點，既可用作戰略目的，也可用作戰術目的。近十年來，隨著高能化學激光器和固體激光器，以及激光跟瞄技術的突破，激光武器正逐步邁向實用化，并向路基、空基、海基及天基全方位應用方向發展。特別是近兩年來，美軍密集進行了一系列激光武器試驗，擊落彈道導彈、擊毀無人機、摧毀移動靶船，實用化進程明顯加快。未來，激光武器作為一種“光速交戰”、擁有“無限彈藥”的新概念武器，可快速打擊多個目標，將顛覆傳統彈藥的打擊模式，引起作戰能力的重大變革。

我國已于2012年以海洋-2衛星為平臺開展了星地激光通信驗證試驗，為空間段激光技術的應用奠定了一定的技術基礎。

大數據系統流程示意圖

利用“蜘蛛制造”技術進行千米級孔徑的在軌建造

大數據技術

大數據技術是傳統海量數據處理技術的繼承和發展，主要解決復雜非結構化的超規模數據采集、存儲、分析、利用等問題，具有數據規模大、種類復雜多樣、數據更新速度快、科學價值大等特征。大數據是繼云計算、物聯網之后信息技術產業領域的又一重大技術變革。

大數據將從根本上改變傳統主要依靠人的經驗和智慧作判斷的決策模式，從而提高復雜環境下的決策科學水平和快速反應能力。未來戰爭將是大數據技術支撐下的高技術作戰，對戰場海量數據信息的有效利用將成為贏得戰爭主動權的關鍵。

我國建設的未來大數據系統應用將發揮應有的作用。

3D打印技術

3D打印技術是依據物理三維數據模型，通過對粉末金屬、絲材、液態高分子、陶瓷等材料進行燒結、熔化、固化，以連續物理層疊加的方式制造出實體的一種先進制造技術。

目前，3D打印技術已開始走向實用，其未來發展將對武器裝備研發、制造和維修保障產生深刻影響。一是突破傳統制造對設計的束縛，助推武器裝備設計和制造創新；二是創新研制模式，提升武器裝備建設效益；三是打破生產地點局限，變革作戰部隊后勤供應和裝備維修保障模式。

3D打印技術在航天領域也將有極為廣泛的、甚至是顛覆性的應用，例如進行在軌建造，將可解決地面難以解決的精度、靈敏度以及試驗驗證等相關難題。

超材料

利用新型材料建造的空天飛機示意圖

超材料是指將傳統材料經單元結構設計而構造出來的人工超構材料，具有傳統材料所不具備的超長宏觀物理性質（如負折射率、負磁導率、負介電常數等），可改變電磁波的傳輸路徑。

目前，國外在三維“聲學斗篷”，“金屬水”，水聲隱身超材料等技術發展上已取得實質性進展，展示出重要的應用前景。超材料技術性能的極致發揮，不僅延伸和拓展了傳統材料的設計思想，而且可能帶動通信、隱身等多領域的顛覆性進步，甚至催生出一批劃時代的軍事裝備。一旦超材料技術能夠應用于未來裝備整機設計，將會很快形成新質作戰能力。

超材料技術在航天領域應用極為廣泛，可以為未來航天實現突破性發展提供有力支撐。

腦機接口技術

腦機接口實質上是一種信號轉換和控制系統，它直接接收大腦活動的信號，由計算機軟件進行信號分析和特征提取，通過一定的硬件設備產生行為，并由此實現對外界物體的控制。在美國麻省理工學院推測的“21世紀能改變世界的10大技術”排行榜中，腦機接口技術排名第一位。

目前，利用大腦思維進行遠程控制的技術已可以在實驗室環境下實現人腦對小型飛行器、機器人等設備的控制操作。在軍事領域，腦機接口技術的發展將顛覆傳統的武器裝備操控模式。未來戰場上可能出現各種先進的腦控裝備，作戰人員只需通過意念就能對武器裝備進行操作控制，武器裝備將不再是一個外部工具，人與裝備有可能融合成一個有機的整體，實現“人機合一”，從而對武器裝備使用與控制、戰場通信、軍事訓練乃至作戰思想等產生重要影響。

腦機接口技術在未來太空工程中也會有廣泛應用，如深空探索、星際基地及星際移民工程等。

自主武器技術

自主武器系統可通過環境感知和信息處理，在沒有作戰人員干預的情況下自主完成各種作戰任務，具有很強的任務適應性和極高的作戰費效比，但在應用上尚存在法律、道德層面上的廣泛爭議。

自主性是無人系統智能水平的重要體現。目前，無人系統的自主水平有限，大多需要人在回路中完成各種控制操作。隨著環境感知與理解、智能規劃與控制等自主武器系統技術的快速發展，各類無人化裝備的自主程度將大大提高，成為未來戰爭的主角，這將顛覆傳統的作戰理論、作戰方式、指揮體制等，催生出自主戰爭的概念。

空間技術是自主武器系統中非常重要的支撐環節。

腦機接口技術可應用于未來的星際基地及移民工程

4 “互聯網+”時代的顛覆性技術的新特性

“互聯網+”是創新2.0下的互聯網發展新形態、新業態，是知識社會創新2.0推動下的互聯網形態演進，它代表一種新的社會形態，即充分發揮互聯網在社會資源配置中的優化和集成作用，將互聯網的創新成果深度融合于經濟、社會各領域之中，提升全社會的創新力和生產力，形成更廣泛的以互聯網為基礎設施和實現工具的經濟發展新形態。

“互聯網+”環境具備更強的創造性，能更好地與其他產品、服務進行融合。一些從傳統角度來看與業務毫不相關的技術，通過技術的組合，開發出價值主張遠高于傳統類型的新產品。像行星實驗室公司（Planet Labs，現已更名為行星公司）這樣的新興的商業遙感衛星公司，同數字地球公司（Digital Globe）這樣的傳統的商業遙感衛星公司相比，具有以下特征。

（1）非宇航級供應鏈

行星實驗室公司的“鴿子”（Dove）衛星沒有任何元件直接來自傳統的宇航產業，而是通過商用現貨產品（COTS）獲取。

（2）從電子消費產業中吸取衛星制造的經驗

1）資源共享。如行星實驗室公司的“鴿子”衛星效仿新一代電腦Surface Pro 3不再提供任何服務組件的設計方法，不再進行任何封裝，所有器件都共享包括電源、現場可編程門陣列（FPGA）等在內的資源。

2）效仿軟件的研制方法。軟件產品講究“早發布、勤發布”，而對于商業小衛星來說，即快速發射衛星。這同傳統宇航產業中動輒數年甚至數十年的研發周期相比，不僅可以避免產品功能的退化，還可以在后續產品中應用最新的技術。該研制方法的優勢在于：首先，個體和交互勝于過程和工具，如行星實驗室公司的“鴿子”系列衛星研發過程，不再圍繞任務計劃形成傳統的上下級結構的管理團隊，而是圍繞產品及反饋形成自組織的以學習為目的的團隊，這同硅谷的“最小化可行產品”（MVP）研制團隊很類似，方便研發團隊進行有效的資源配置，適應市場的變化。其次，注重“分眾”的力量，以用戶為中心的設計方法將客戶從使用者變為生產者，如天空盒子成像公司（Skybox Imaging）的基于大數據的遙感衛星數據云處理平臺，將客戶的行業知識集成至數據產品。

空間自主技術將是未來空間站的關鍵支撐

5 顛覆性技術風險與預估

顛覆性技術的風險可以分解為2類：一類是顛覆性技術在萌芽、研發過程中的研發風險。盡早識別出真正的顛覆性技術并加以投資培養，才能夠達到投資收益的最大化，快速促進顛覆性技術的發展。另一類是顛覆性技術的應用風險。如不對顛覆性技術合理應用，將折損其性能。

顛覆性技術研發風險與預估

顛覆性技術在研制初期，相對于處于主流地位的主導技術，以及發展中的漸進性技術，其特點難以辨別。由于顛覆性技術的重要意義和未來作用，其發展需要大量投資和長期扶持。因此，無論是科研機構還是國家，都需要建立一套科學的顛覆性技術預估系統，采用科學的方式對有潛在發展希望的顛覆性技術進行重點培養，而對于相對的漸進性技術進行規避。顛覆性技術預估系統的建立，需要以下要素的集合。

（1）基于顛覆性技術特點，構建科學評價標準

顛覆性技術具有4個共同特點：一是飛速發展的技術與突破性技術。顛覆性技術通常在價格或性能的快速變化中展現出來，另一種是產生突破性進展的技術，這些突破可加快發展速度或階段性的技術進步。二是潛在影響范圍廣。產生顛覆性影響的技術必然涉及多個公司和多個行業，影響或造就各式各樣的機器、產品或服務。例如人體機能改良技術，可影響未來戰場百萬以上參戰人員的生理機能。三是可創造巨大軍事價值。具有顛覆性影響的技術必須能夠創造巨大效益。四是會產生顛覆性影響。有影響的技術可能會極大地改變現狀格局，這些技術可能引起體制與方式的變革。

（2）選用權威評估人員，客觀評價技術發展

預估系統必須采用人為評估的方式，在選取評估人員的過程中，建議選用在各領域的科研權威人士，并通過建立科學的評估采納方案，保證評估人員能夠就某項技術給予客觀的評價，避免出現遺漏和偏見的現象，阻礙了潛在顛覆性技術的發展與成長。

（3）建立長效評價機制，對技術發展進行考核

由顛覆性技術的特點可知，顛覆性技術的發展可能是漫長的過程。因此對于顛覆性技術的評價和考核也不能急于求成。目前，雖然科技領域發展迅速，國防工業的裝備水平也日新月異，但是對于潛在產生顛覆性作用的顛覆性技術來說，必須要給予其充分的發展空間。從預估系統的角度，也要建立長效的評價機制，不能以短期的成果和效能來評價。

顛覆性技術的應用風險

在國防工業領域，顛覆性技術能否發揮其作用，一是取決于顛覆性技術本身的應用價值，二是取決于與顛覆性技術相配套的戰略目標、作戰理念、應用環境是否與顛覆性技術相匹配，最大限度發揮其顛覆性作用。控制顛覆性技術的風險可從如下方面入手。

（1）配套合理化應用環境，發揮技術性能

在基于信息系統的體系環境下，顛覆性技術的發揮不僅取決于技術或平臺本身，更取決于技術運用及應用環境是否一致。顛覆性技術與應用環境的一致性決定了新技術是否具有“改變游戲規則”的影響力。例如，第二次世界大戰期間，德國發動的“閃電戰”是將快速機動的坦克、飛機和雙向無線電臺集成到機動作戰概念中。這些核心要素的協同增效使對手大部分防御手段快速失效。

（2）調整理念與目標，合理使用顛覆性技術

在國防工業領域，顛覆性技術與武器、作戰理念和戰略目標密切關聯，在引入顛覆性技術與武器后，如果不進行作戰理念和戰略目標的調整，使之與作戰手段相適應，可能出現顛覆性軍事技術與武器無法最優化使用，發揮不了其顛覆性作用。

（3）合理確定顛覆性技術引入時機

顛覆性技術與武器出現后，必須在恰當的時機與戰略需求和戰斗力生成機理相匹配，才能成為顛覆性作戰模式。比如，互聯網技術、雷達技術、核技術、隱身技術、夜視技術等顛覆性技術的發展，有的直接產生于世界大戰，有的產生于冷戰時期軍事對抗。其中，美國發展隱身技術，正是為了試圖改變在戰斗機和預警雷達方面與前蘇聯軍事上相持不下的局面；美國積極加快發展和部署導彈防御系統，是為了抵消俄羅斯彈道導彈打擊力量優勢；美國發展夜視技術，是為了改變自身不擅打“夜戰”的劣勢，避免重蹈朝鮮戰爭、越南戰爭等多次戰爭的覆轍。這些技術都是在滿足特定戰略需求背景下，才能成為顛覆性技術。

6 顛覆性技術發展對我國的啟示

面對新技術革命將引發顛覆性技術集中涌現這一重大歷史機遇，世界主要大國著眼未來國家安全和軍事戰略博弈的需要，將推進顛覆性技術發展作為提升國家科技創新能力的重要抓手，以大膽構想和前瞻性思維，部署和孕育顛覆性技術。

我國也在積極發展顛覆性技術的研究。在科技領域，雖然我國的基礎相較美國、俄羅斯等超級大國仍有差距，但是對于國防工業領域的研發也是逐年增加，對于顛覆性技術的頂層導向性也逐漸增強。目前，我國已在多項關鍵技術、項目上達到國際先進水平。切實提高我國在顛覆性技術上，尤其是國防工業領域上的發展水平，可以從以下方面入手。

持續加大資金投入與方向引導

顛覆性技術的研發需要大量時間的積累與資金的扶持。針對國防工業這一重要領域，對于顛覆性技術的針對性投入是有價值、有意義的。對比美國、俄羅斯，都是在這一領域經歷數十年，投入大量人力、財力才能夠收獲顛覆性技術的豐碩成果。我國在這一方面仍需要持續加強。

同時，頂層規劃與引導對于顛覆性技術的產生也是十分必要的。將優勢力量、專業人員和財力投入至關鍵領域，才能保證顛覆性技術在相對有限的資源內最優化地發揮作用。

增加多學科、跨領域學術交流

由顛覆性技術的產生機理可知，多學科交叉、跨領域研究是顛覆性技術爆發的重點地帶。一項顛覆性技術的產生，必然需要多學科與多領域的專業知識的突破與支撐。我國目前的科學技術發展思路仍主要著力于單學科發展，多學科交叉領域仍屬新興領域，需要國家政策、科研機構的大力扶持。

提升國防工業的科技應用水平

顛覆性技術應用于國防工業發展領域，重要的一點是要切實提升顛覆性技術的應用程度和工程化水平。我國國防工業雖然在建國后取得長足的跨越式發展，不乏顛覆性技術的突破與應用，但在工程化和實戰化上仍顯不足。顛覆性技術在國防工業的嘗試與應用，推廣與實戰化改制，提升我國武器裝備的科技含量，使顛覆性尖端武器成為威懾與實戰性裝備，已為推進國防工業發展之必然。

改變作戰體系，適應顛覆性技術的發展

現代戰爭中，沒有任何一型武器能夠脫離作戰體系發揮作用。顛覆性技術的發展與應用，需要與作戰體系相結合。根據顛覆性技術的新功能、新突破，研究出其在作戰體系中的位置，甚至為顛覆性技術武器裝備量身打造作戰指揮體系，才能夠保證顛覆性技術的有效發展。

7 結束語

隨著科學技術的不斷進步和國防工業的飛速發展，依靠顛覆性技術來對產業進行革新，起到顛覆性、革命性作用已成為各國發展的重點。本文從顛覆性技術的概念入手，闡述分析了顛覆性技術的產生與發展、風險與評估，并通過對比發達國家在顛覆性技術領域的發展脈絡，指出了我國在這一領域的發展方向。