航空顛覆性技術(shù)初探

樊會濤，段鵬飛，袁成

1.中國航空工業(yè)集團有限公司，北京 100027

2.航空工業(yè)未來機載武器技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100029

3.北京航空航天大學 人工智能研究院，北京 100191

顛覆性技術(shù)憑借對社會形態(tài)的重塑、對生產(chǎn)力的極大促進、對戰(zhàn)斗力的巨大提升，一直是影響文明進程、塑造世界秩序、改變生活方式的重要因素。當今世界已進入21 世紀20 年代，新一輪工業(yè)革命、產(chǎn)業(yè)革命、軍事革命交織發(fā)展，正迎來百年未有之大變局［1］。

航空裝備擁有高空高速、機動靈活等獨特優(yōu)勢，向來是影響戰(zhàn)爭勝負和促進經(jīng)濟發(fā)展的重要抓手，技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的屬性也使其天然成為承載顛覆性技術(shù)的平臺載體。大國戰(zhàn)略競爭背景下，我國如能領(lǐng)先對手率先識別、研究、掌握一批航空顛覆性技術(shù)，將是我國實現(xiàn)航空強國和大國復興的歷史機遇，也將成為未來經(jīng)濟發(fā)展的加速器和空中作戰(zhàn)效能的倍增器。

1 顛覆性技術(shù)的理解認識

1.1 顛覆性技術(shù)的概念內(nèi)涵

學術(shù)界一般認為，美國哈佛大學教授克萊頓·克里斯坦森在1995 年的《哈佛商業(yè)評論》中最早提出了“顛覆性技術(shù)”的概念（如圖1 所示），即“一種另辟蹊徑、對已有傳統(tǒng)或主流技術(shù)產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù)”［2-4］。顛覆性技術(shù)的提出最早面向商業(yè)領(lǐng)域，但隨著其認可度越來越高，概念也逐漸擴展到國防軍事和經(jīng)濟民生等領(lǐng)域。

圖1 哈佛大學教授克萊頓·克里斯坦森及其著作Fig.1 Harvard University professor Clayton M.Christensen and his paper

民用顛覆性技術(shù)是對某民用領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù)，能以革命性方式對該領(lǐng)域產(chǎn)生“歸零效應”，重構(gòu)體系和秩序，由此改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鞣绞健Ｃ裼妙嵏残约夹g(shù)強調(diào)市場獲勝效果，通過帶來性能更好、功能更新、價格更低的產(chǎn)品，幫助企業(yè)“顛覆”原有市場格局，獲得商業(yè)成功。

美國知名國防智庫新美國安全中心的《改變游戲規(guī)則：顛覆性技術(shù)與美國國防戰(zhàn)略》報告將軍用顛覆性技術(shù)定義為：“以快速打破對手之間軍力平衡的方式解決問題的技術(shù)或技術(shù)群”［3］。軍用顛覆性技術(shù)強調(diào)能力制勝效果，通過升級現(xiàn)有武器裝備性能，或催生一批新型作戰(zhàn)裝備，促進軍力快速“顛覆”原有力量格局，獲得軍事成功。

1.2 顛覆性技術(shù)3 個顯著特征

顛覆性技術(shù)至少具有3 個顯著特征：

一是替代性。某項技術(shù)是否是顛覆性技術(shù)，需觀察其應用后的效果，即是否對原有技術(shù)實現(xiàn)強勢替代。顛覆性技術(shù)不僅能替代傳統(tǒng)技術(shù)路徑，如燃油車正被新能源車快速替代；還可引領(lǐng)出全新技術(shù)領(lǐng)域，替代原有社會形態(tài)和作戰(zhàn)樣式，典型案例有個人電腦、空空導彈和隱身戰(zhàn)機等。另外顛覆是相對的概念，曾經(jīng)替代了過去某項技術(shù)的顛覆性技術(shù)，未來也可被新的技術(shù)替代［5］。

二是破壞性。顛覆性技術(shù)的應用，小到對某一領(lǐng)域的發(fā)展、大到對世界格局的走向都會產(chǎn)生破壞性影響，創(chuàng)新型組織或國家迅速崛起，因循守舊的組織或國家將被歷史淘汰。如比亞迪和特斯拉已牢牢占據(jù)電動車頭部位勢，而日本老牌汽車巨頭三菱公司則剛剛宣布退出中國市場。又如引領(lǐng)了第一次工業(yè)革命的英國由于沒有主導第二次工業(yè)革命，國力迅速被美國超越。

三是不確定性。顛覆性技術(shù)不會憑空出現(xiàn)，從出現(xiàn)到成熟需要一個長期的培育過程，考慮到一是基礎研究、發(fā)明創(chuàng)造本身難度巨大；二是對傳統(tǒng)技術(shù)的改良優(yōu)化和創(chuàng)新應用，一般保密程度較高；最后顛覆性技術(shù)的應用還與國家戰(zhàn)略、軍事戰(zhàn)略、體制機制等非科技因素密切相關(guān)［6］。以上因素導致顛覆性技術(shù)一般具有后驗屬性，事前預測和確定存在一定難度。

顛覆性技術(shù)歸根到底是以效果定義的一類技術(shù)統(tǒng)稱，一般認為顛覆性技術(shù)：①能提供前所未有的能力，產(chǎn)生顛覆性效果；②與其他技術(shù)組合、協(xié)同，產(chǎn)生顛覆性效果；③改變原有產(chǎn)品和技術(shù)樣式，產(chǎn)生新的競爭優(yōu)勢；④生成新的業(yè)務模式和增長點；⑤為用戶提供指數(shù)級提升的價值增長；⑥具備主導產(chǎn)品或技術(shù)的潛能；⑦ 用戶會為其改變原有行為模式。

1.3 顛覆性技術(shù)的識別和獲取

1.3.1 顛覆性技術(shù)的識別

顛覆性技術(shù)的不確定性往往使其“可遇不可求”，但如果能以超前的思維、深刻的洞察力、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，跟蹤、判斷、識別潛在顛覆性技術(shù)，將有效防止一個組織乃至國家被競爭對手“技術(shù)突襲”，這也使顛覆性技術(shù)識別成為熱點研究領(lǐng)域。

目前顛覆性技術(shù)的識別主要有定性和定量分析法。定性分析主要包括德爾菲法、情景分析、歷史案例、掃描與情報分析等，通過研究歷史演變規(guī)律、利用專家經(jīng)驗智慧，主觀預測顛覆性技術(shù)；定量分析主要基于文獻和專利的梳理，客觀統(tǒng)計研究熱點，并通過建立預測模型，預判潛在顛覆性技術(shù)［7-8］。

1.3.2 顛覆性技術(shù)的獲取

顛覆性技術(shù)的獲取一般來說有以下3 類途徑。一是基于科學原理的重大突破。該類技術(shù)在顛覆性技術(shù)中重要性最高，影響程度深，但由于涉及理論和原理的創(chuàng)新突破，數(shù)量相對較少，如引領(lǐng)前三次工業(yè)革命的蒸汽機、內(nèi)燃機和計算機。二是技術(shù)的顛覆性應用。該類技術(shù)在已有技術(shù)基礎上開展創(chuàng)新應用，雖技術(shù)難度相對較小，但數(shù)量較多、影響范圍大，如基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的即時通信和線上支付等。三是以顛覆性思路解決問題。強調(diào)打破傳統(tǒng)慣性思維，以令人意想不到的另辟蹊徑的方式進行創(chuàng)新，例如美國洛·馬公司臭鼬工廠研發(fā)的隱身戰(zhàn)機、馬斯克主導研發(fā)的可回收火箭、大疆公司的民用無人機等，均屬于該類技術(shù)的典型代表。

2 歷史上顛覆性技術(shù)的重要影響

立足當下回望歷史，顛覆性技術(shù)一直是人類文明在歷史長河中否定之否定發(fā)展的重要注腳，其對生產(chǎn)生活方式、作戰(zhàn)運用方式的一輪又一輪地推倒和重建，不斷推動著人類進入更高等級的文明時代。

2.1 顛覆性技術(shù)對前三次工業(yè)革命的影響

第一次工業(yè)革命從18 世紀60 年代持續(xù)到19世紀中期，發(fā)軔于英國。詹姆斯·瓦特在1776年發(fā)明蒸汽機是第一次工業(yè)革命的標志性事件。相比于人的體力，蒸汽機力量更大、單位動力成本更低、工作效率更高。蒸汽機及其他工具機械的發(fā)明，伴隨著七年戰(zhàn)爭擊敗法國，使英國正式開啟了日不落帝國的序幕，如其1820 年的工業(yè)生產(chǎn)值占據(jù)了世界總產(chǎn)值的一半。同時，蒸汽機的出現(xiàn)也使世界進入了機械化時代，迅速建立了以機器為主體的工廠制度，促使西方列強從農(nóng)業(yè)國演進成輕工業(yè)國，由封建社會進入了自由資本主義社會［9］。

第二次工業(yè)革命從19 世紀50 年代持續(xù)到20 世紀初，孕育于美國。愛迪生于1879 年制造了第1 只實用的白熾電燈泡，是第二次工業(yè)革命的標志性事件。美國工廠迅速完成了從蒸汽機到電動機的轉(zhuǎn)換，提煉出了為內(nèi)燃機提供動力的汽油，開創(chuàng)了汽車和飛機時代，帶動了美國鋼鐵業(yè)的飛速發(fā)展。第二次工業(yè)革命使全球進入了機械化大生產(chǎn)的重工業(yè)時代，也使美國取代英國成為世界上頭號工業(yè)強國，同時也讓西方完成了自由資本主義社會向壟斷資本主義社會的過渡［10］。

第三次工業(yè)革命從20 世紀40～50 年代持續(xù)到90 年代，同樣起源于美國。半導體技術(shù)、計算機和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展催生了這次革命。與前兩次工業(yè)革命以機械替代人的體力勞動不同，第三次工業(yè)革命是以電腦的算力替代了人的部分智力，使世界進入了知識經(jīng)濟時代，社會生產(chǎn)力再次飛躍，并影響至今。

前三次工業(yè)革命的標志性成就如圖2 所示。值得注意的是，前三次工業(yè)革命都是由盎格魯·薩克遜民族主導發(fā)展的，這也使英美吃盡了顛覆性技術(shù)的發(fā)展紅利，完成了至今為止稱霸世界數(shù)百年的偉業(yè)。

圖2 前三次工業(yè)革命的標志性成就Fig.2 Signature achievements of the first three industrial revolutions

2.2 顛覆性技術(shù)和美軍的三次“抵消戰(zhàn)略”

“抵消戰(zhàn)略”是美國軍事戰(zhàn)略的重要組成部分，是其通過開發(fā)與運用非對稱手段，力求以技術(shù)優(yōu)勢提升軍事實力，并抵消對手數(shù)量優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略舉措。

20 世紀50 年代，為抵抗蘇聯(lián)地面鋼鐵洪流對歐洲國家的巨大威脅，美國提出了“新面貌戰(zhàn)略”，即第一次“抵消戰(zhàn)略”，旨在充分利用美國在核力量上的絕對優(yōu)勢，抵消蘇聯(lián)在常規(guī)兵力和地緣政治上的相對優(yōu)勢［11］。在此期間，美軍重點發(fā)展了氫彈、小型核武器、轟炸機、洲際彈道導彈、加油機等，有效實現(xiàn)了對蘇聯(lián)的威懾。

之后蘇聯(lián)快速掌握了核武器及相關(guān)投送技術(shù)，有效破解了第一次“抵消戰(zhàn)略”。為此在第三次工業(yè)革命方興未艾的20 世紀70 年代，美軍開啟了第2 次“抵消戰(zhàn)略”，希望利用信息技術(shù)和微電子技術(shù)等方面的優(yōu)勢，抵消蘇聯(lián)在裝備數(shù)量方面的優(yōu)勢［12］。其間，美軍研發(fā)了多款顛覆原有作戰(zhàn)樣式的裝備，如機載預警與控制系統(tǒng)（AWACS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、隱身戰(zhàn)機、精確制導武器等，并最終演化成“空地一體戰(zhàn)”理論。美軍第二次“抵消戰(zhàn)略”的成果，間接導致了蘇聯(lián)的解體。

在大國競爭時代，為遏制和抵消潛在大國對手的技術(shù)威脅，美國國防部于2014 年公布了“國防創(chuàng)新倡議”，標志著正式啟動了第三次“抵消戰(zhàn)略”（如圖3 所示），其戰(zhàn)略要旨經(jīng)共和黨、民主黨多任政府延續(xù)至今。第三次“抵消戰(zhàn)略”重點發(fā)展可以“改變未來戰(zhàn)局”的顛覆性技術(shù)，企圖再次以科技創(chuàng)新敲開新軍事革命的大門，明確了人工智能、高超聲速、多域多目標協(xié)同作戰(zhàn)、網(wǎng)絡和信息戰(zhàn)以及量子計算等優(yōu)先發(fā)展方向，研發(fā)途徑一是獲取商用技術(shù)以擴展技術(shù)選擇，二是推行原型化策略以加速技術(shù)成熟，三是實施采辦改革以加速技術(shù)物化，四是推廣開放系統(tǒng)和通用化以加速技術(shù)插入。最終力求實現(xiàn)人才制勝、技術(shù)制勝和創(chuàng)新制勝，以維持和擴大美國的軍事技術(shù)優(yōu)勢，進一步維護其全球霸主地位。

圖3 第三次“抵消戰(zhàn)略”相關(guān)文件Fig.3 Documents related to “Third Offset Strategy”

2.3 顛覆性技術(shù)對航空領(lǐng)域的重要影響

顛覆性技術(shù)對航空領(lǐng)域的變革十分顯著，使航空裝備成為了工業(yè)革命的重要成果和“抵消戰(zhàn)略”的有效支撐。自1903 年萊特兄弟發(fā)明飛機以來，每隔一段時間都會出現(xiàn)一批典型的顛覆性技術(shù)，最終塑造出了當今空中作戰(zhàn)和民航運輸?shù)幕拘螒B(tài)。本文列舉了歷史上給航空發(fā)展帶來重要影響的5 個顛覆性技術(shù)。

2.3.1 機槍射擊協(xié)調(diào)器：空戰(zhàn)一邊倒，引發(fā)“福克式災難”

一戰(zhàn)初期，飛機主要擔負偵察、地面火力目標指示等任務。1914 年，法國首次將機槍安裝在雙座飛機后座上，但射擊精度差，易擊中本機尾翼。另外還將機槍裝在戰(zhàn)斗機機翼兩側(cè)，但射擊效果仍很差。之后，荷蘭飛機設計師安東尼·福克發(fā)明了機槍射擊協(xié)調(diào)器（如圖4 所示），其可實現(xiàn)子彈僅從槳葉空隙間射出，而在槳葉轉(zhuǎn)到機槍槍口時停止擊發(fā)，使飛機可以非常方便地攻擊機頭方向的目標，最終大幅提高了射擊精度［13］。

圖4 機槍射擊協(xié)調(diào)器（圖片來源：http：∥airlinepilotguy.com/orford-ness/）Fig.4 Interrupter gear（source of picture：http：∥airlinepilotguy.com/orford-ness/）

1915 年，德國開始使用配裝射擊協(xié)調(diào)器的戰(zhàn)斗機，并迅速獲得了壓倒性的空戰(zhàn)優(yōu)勢，造成航空史上著名的“福克式災難”。據(jù)統(tǒng)計，一戰(zhàn)中協(xié)約國被擊落戰(zhàn)斗機8 400 架，80%是被“福克式”系列戰(zhàn)機擊落，其中德國王牌飛行員“紅男爵”曼弗雷德·馮·里希特霍芬更是完成了空戰(zhàn)交換比80∶1 的壯舉。直至噴氣戰(zhàn)斗機的出現(xiàn)，機槍射擊協(xié)調(diào)器才完成了歷史使命。

2.3.2 噴氣發(fā)動機：替代活塞，飛行性能全面提升

在人類對航空技術(shù)上下求索的道路上，噴氣飛機是一座重要的里程碑，其使各國人民的距離快速拉近，地球成了名副其實的“地球村”，但同時也使現(xiàn)代戰(zhàn)爭更加殘酷和激烈，多少無辜平民因此喪生。

噴氣飛機的基礎是噴氣發(fā)動機，其利用牛頓第三定律，低速流入發(fā)動機的工質(zhì)（空氣和燃油）燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓氣體，以高速從尾噴管向后噴出，由此產(chǎn)生反作用力推動飛機向前飛行，一經(jīng)推出便快速替代了活塞發(fā)動機，相比前者，噴氣發(fā)動機具備以下優(yōu)勢。

一是高速性能好。在重量相同前提下，可提供遠大于活塞發(fā)動機的動力，顯著提高飛機速度。二是高空性能好。進入發(fā)動機的空氣流量遠高于活塞發(fā)動機，在空氣稀薄的高空仍能產(chǎn)生足夠的推力。三是乘坐舒適性好。與活塞發(fā)動機相比，噴氣發(fā)動機的噪聲和振動均相對較小，可有效改善空勤人員和乘客的乘坐環(huán)境。

1937 年4 月，英國工程師弗蘭克·惠特爾研制的世界首臺渦輪噴氣發(fā)動機完成試車。但當時英國并沒有預判到噴氣發(fā)動機的顛覆性影響，反而讓德國取得了技術(shù)領(lǐng)先地位。1939 年8 月，德國工程師亨克爾設計的世界第1 架噴氣動力飛機He-178 完成首飛，其配裝了如圖5 所示的HeS 3B 噴氣發(fā)動機。1944 年，德國Me-262 戰(zhàn)斗機出現(xiàn)在戰(zhàn)場，成為人類航空史上第一型投入實戰(zhàn)的噴氣戰(zhàn)斗機。

圖5 He-178噴氣飛機配裝的HeS 3B 發(fā)動機（圖片來源：https：∥airandspace.si.edu/collectionobjects/heinkel-von-ohain-hes-3b-turbojetengine-reproduction/nasm_A19810039000）Fig.5 HeS 3B engine of He-178 jet plane（source of picture：https：∥airandspace.si.edu/collectionobjects/heinkel-von-ohain-hes-3b-turbojetengine-reproduction/nasm_A19810039000）

隨著噴氣發(fā)動機的不斷升級和改進，噴氣飛機的性能也不斷提高。當今，噴氣飛機已成為軍民用航空的主流構(gòu)型，并正向高超聲速和綠色環(huán)保等方向不斷發(fā)展。

2.3.3 精確制導武器：精確命中，打擊效率全面躍升

精確制導技術(shù)由美軍第2 次“抵消戰(zhàn)略”孕育而生，是利用導彈自身獲取或外部輸入的目標信息，探測、識別和跟蹤目標，導引和控制導彈命中的制導技術(shù)［14］。精確制導武器打擊距離遠，可大幅提高載機平臺的安全性；命中精度高，直接命中概率達50%以上；作戰(zhàn)效能高，可顯著減少彈藥投放數(shù)量和載機出動架次，已成為信息化局部戰(zhàn)爭中實現(xiàn)物理殺傷的主要手段。

越戰(zhàn)期間，美軍為摧毀北越清化大橋，曾歷時7 年，投放彈藥上萬噸，損失飛機上百架，耗資約10 億美元，仍沒能成功。1972 年5 月美軍出動8 架戰(zhàn)機，投放了26 枚剛剛研制成功的“寶石路”-I 型激光制導炸彈（如圖6 所示），全部直接命中清化大橋并將其徹底摧毀，由此使精確制導武器世人皆知［15］。隨后其地位持續(xù)上升，戰(zhàn)時使用占比不斷提高。海灣戰(zhàn)爭中，以美國為首的多國部隊用約8%～9%的精確制導武器擊毀了約75%～80%的目標。伊拉克戰(zhàn)爭中，精確制導武器用量已占全部使用武器的68%。21 世紀初以來，在美軍的“斬首”行動和無人機反恐作戰(zhàn)中，精確制導武器使用占比已達100%。

圖6 美軍寶石路-I 型激光制導炸彈（圖片來源：https：∥www.designation-systems.net/dusrm/app5/paveway-1）Fig.6 US Paveway-I laser guided bomb（source of picture：https：∥www.designation-systems.net/dusrm/app5/paveway-1）

2.3.4 隱身技術(shù)：隱蔽突襲，跨代壓制

20 世紀60～70 年代，由于先進防空導彈系統(tǒng)的出現(xiàn)，美軍戰(zhàn)機在越戰(zhàn)中損失慘重，以色列在第4 次中東戰(zhàn)爭期間同樣遭受了較大損失，因此美軍希望尋求一種能穿透敵防空系統(tǒng)并攻擊其核心節(jié)點的技術(shù)，這使隱身戰(zhàn)機最終浮出水面。

隱身技術(shù)，亦稱“低可觀測技術(shù)”，是通過控制和降低飛機的信號特征，使其難以被發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤和打擊的技術(shù)，包括雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身、目視隱身等，其中雷達隱身是最重要的研究方向［16］。

美國國防高級研究計劃局（DARPA）于1973 年開始投資高度保密的“海弗蘭”（HAVE BLUE）特征信號減弱項目，并最終演變成了圖7中的F-117A 隱身戰(zhàn)機。1982 年F-117A 進入美國空軍服役，海灣戰(zhàn)爭期間42 架F-117A 共出動1 296 架次，雖僅占多國部隊戰(zhàn)機總出動架次的約2%，所攻擊的目標卻占到攻擊目標總數(shù)的40%，命中概率高達80%～85%，隱身技術(shù)初露崢嶸。

圖7 美國空軍F-117A 隱身戰(zhàn)機（圖片來源：https：∥www.turbosquid.com/3d-models/3d-f117anighthawk-stealth-fighter-aircraft-model-1987074）Fig.7 US Air Force F-117A stealth fighter（source of picture：https：∥www.turbosquid.com/3dmodels/3d-f117a-nighthawk-stealth-fighteraircraft-model-1987074）

從此之后隱身技術(shù)成為軍事強國主戰(zhàn)飛機的標配。隱身戰(zhàn)機可實現(xiàn)“先敵發(fā)現(xiàn)、先敵發(fā)射、先敵脫離、先敵命中”［17］，戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢明顯，可跨代碾壓非隱身戰(zhàn)機。2006 年美軍“北方利刃”軍演中，隱身戰(zhàn)機F-22A 與F-15C、F/A-18E/F 模擬空戰(zhàn)的交換比達到了驚人的144∶0［18-19］。

2.3.5 無人機技術(shù)：開創(chuàng)全新空中作戰(zhàn)模式

無人機是利用無線電遙控設備和搭載的程序控制飛行的不載人飛行器。相比有人機，無人機具有結(jié)構(gòu)相對簡單、體積小、成本低、續(xù)航力強、使用限制小、無人員傷亡危險等特點，可以替代有人機執(zhí)行枯燥、骯臟、危險的任務。

無人機的發(fā)展至今已有數(shù)十年的歷史。1960 年，DARPA 便開始投資無人機，但當時無人機的使用在美軍中存在廣泛爭議。DARPA 憑借其對顛覆性技術(shù)的超前眼光和持之以恒的興趣，持續(xù)支持無人機結(jié)構(gòu)、動力、導航、傳感器、通信和自主性等技術(shù)研發(fā)，成功轉(zhuǎn)化了多型經(jīng)過實戰(zhàn)考驗的無人機型號。

軍事上，無人機任務執(zhí)行能力已實現(xiàn)三級跨越。最初是承擔作戰(zhàn)支援任務，如情監(jiān)偵、誘餌、通信中繼、靶機、后勤運輸?shù)取?982 年以色列在貝卡谷地成功運用多型無人機，開展引誘、偵察、干擾等任務，一舉摧毀了敘利亞防空陣地，使無人機一戰(zhàn)成名；其次是在反恐等局部戰(zhàn)爭中實施低強度任務。2001 年11 月美軍MQ-1 無人機擊斃了塔利班高官；目前無人機正朝著在高強度戰(zhàn)爭中承擔主戰(zhàn)任務的方向發(fā)展。從2011 年至今的敘利亞戰(zhàn)爭、2020 年春季的土敘沖突，無人機成為戰(zhàn)場的重要角色。2020 年9 月的第2 次納卡戰(zhàn)爭，無人機對戰(zhàn)爭結(jié)局起到了決定性作用。2022 年初至今的俄烏沖突，某種程度上成為了無人機的大比拼，極大影響了戰(zhàn)爭走向。

3 航空科技發(fā)展趨勢

航空科技發(fā)展與世界整體發(fā)展趨勢息息相關(guān)，大國對抗使軍用航空主要聚焦高端戰(zhàn)爭，追求更高殺傷能力和更高生存能力是其亙古不變的目標。“雙碳”目標要求民航向綠色低碳方向發(fā)展，民用航空將更環(huán)保、更安全、更經(jīng)濟。

航空科技發(fā)展的總趨勢是“高能化”與“智能化”復合發(fā)展，高能為“體”，智能為“魂”。高能化是對能量、物質(zhì)的更多掌控，決定了航空裝備能達到的物理邊界，對飛行高度、航程、速度、機動性等性能指標有直接影響。智能化是對信息域與認知域掌控，決定了航空裝備運用的能力，可以實現(xiàn)更高的效率、更準的決策。

3.1 航空科技高能化發(fā)展

航空“高能化”主要包括高“動”能、高“供”能、高“聚”能、高效“用”能等4 方面。

高“動”能主要對應航空平臺的技術(shù)革新方向，如圖8 所示，高速飛行、超機動性、遠程作戰(zhàn)以及長時間滯空都是其發(fā)展的核心訴求，速度從亞聲速、超聲速到高超聲速，高度從低空、中空到高空、臨近空間，留空時間從數(shù)小時、幾十小時至數(shù)天等。高“動”能在軍民用航空領(lǐng)域都可發(fā)揮重要作用，如對臨近空間的進一步開發(fā)和低聲爆超聲速民機的應用等［20］。

圖8 航空平臺高能化發(fā)展Fig.8 High energy development of aviation platforms

高“供”能主要對應航空動力的技術(shù)革新方向，大推重比、高燃油效率、高功率提取及新能源體系正成為航空動力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢，包括進排氣的主動流動控制、高壓比壓氣系統(tǒng)、新概念動力系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)都是目前航空動力研究的熱點方向。此外，電動飛機和氫動力技術(shù)也將成為低碳化的前沿領(lǐng)域，為未來民航業(yè)創(chuàng)造更大的環(huán)保和經(jīng)濟潛力。

高“聚”能主要對應航空武器的技術(shù)革新方向，包括機載激光武器和高功率微波武器等。航空武器的設計將更加注重瞬態(tài)殺傷能力和效果可控性，根據(jù)不同的作戰(zhàn)場景，以最小化敵人反應時間和提高打擊精度為攻擊原則，提高作戰(zhàn)效率。

高效“用”能主要對應航空機電的技術(shù)革新方向，其中多電/全電技術(shù)、全機能量優(yōu)化、變革性能量傳輸與存儲等將在航空電力電氣系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而大幅提高飛行器在軍民用領(lǐng)域的性能水平。

3.2 航空科技智能化發(fā)展

如圖9 所示，機器智能化已成為社會發(fā)展大趨勢。航空“智能化”的核心在于使飛行器具備自主感知、自主決策、自主執(zhí)行、自主進化能力。

圖9 機器智能化已成為社會發(fā)展大趨勢Fig.9 Machine intelligence has become a major trend in social development

自主感知使飛行器通過各類傳感器和數(shù)據(jù)融合完成復雜環(huán)境和目標的分類、識別，生成能用于決策的信息；自主決策可充分發(fā)揮人工智能在信息處理速度和處理量方面的優(yōu)勢，綜合利用感知信息和決策算法，在各種復雜場景中快速作出利益最大化的決策，實現(xiàn)“機主人輔”甚至“完全自主”；自主執(zhí)行能使人類從下達操作指令轉(zhuǎn)變到下達任務指令，機器自主進行任務規(guī)劃，并在執(zhí)行過程中實時調(diào)整，最終替代人在任務執(zhí)行中的作用；基于“自主遺傳進化”算法，自主進化可使智能飛行器具有生命體特征，認知決策水平可通過不斷學習而實時進化，自主提升能力，以應對全新環(huán)境。

智能化大幅提高了飛行器在不同環(huán)境中的感知、決策、執(zhí)行、學習能力，無論是戰(zhàn)場態(tài)勢感知、無人機集群、智能博弈對抗、認知電子戰(zhàn)等軍事領(lǐng)域，還是智能交通管制、乘客體驗改善、自動化貨運等民用領(lǐng)域，智能化將為未來航空打開更大的想象空間［21-23］。

4 航空顛覆性技術(shù)預判

材料制造是航空發(fā)展的基礎，能源動力對飛行器有決定性影響，信息電子將全方位變革傳統(tǒng)航空形態(tài)，跨學科跨領(lǐng)域交叉融合是航空的重要特征。本文預判了上述4 個領(lǐng)域的9 項航空顛覆性技術(shù)及潛在影響（如圖10 所示）。

圖10 航空顛覆性技術(shù)最可能出現(xiàn)的領(lǐng)域Fig.10 Most likely areas of disruptive technology in aviation

4.1 材料制造

航空領(lǐng)域素有“一代材料一代裝備”的說法，可見材料的屬性對飛機的性能來說至關(guān)重要。另外，航空工業(yè)本質(zhì)上是高端裝備制造業(yè)，制造技術(shù)對于實現(xiàn)穩(wěn)定的大規(guī)模批產(chǎn)舉足輕重。隨著技術(shù)的發(fā)展，航空工業(yè)正邁入材料、制造一體化的時代，也使材料制造領(lǐng)域成為涌現(xiàn)顛覆性技術(shù)的重要來源。

4.1.1 超材料

超材料（Metamaterial）是一種通過人為設計內(nèi)部結(jié)構(gòu)實現(xiàn)超常物理性能的人造材料，其基本結(jié)構(gòu)單元尺度小于它作用的波長，從而可控制光波、無線電波和機械波傳播，典型超材料包括“左手材料”、光子晶體及聲子晶體等。

“左手材料”是一種可調(diào)控電磁波的電磁超材料，其介電常數(shù)和磁導率皆為負值，具有負折射、逆多普勒效應、逆切侖科夫輻射和亞波長衍射等特性；光子晶體是一種可控制光子流動的光學超材料，用于光纖、微帶天線及濾波器等，具有低損耗、大帶寬、高增益等性能；聲子晶體是一種可調(diào)控彈性波傳播的機械/聲學超材料，其帶隙可抑制彈性波在一定頻率范圍內(nèi)不能傳播，可實現(xiàn)減震和降噪。

超材料技術(shù)實現(xiàn)了功能到結(jié)構(gòu)的逆向設計，對航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生潛在顛覆性影響：①構(gòu)造能實現(xiàn)完美隱身的超材料“隱身斗篷”和超材料吸波體，控制入射波傳播方向或通過吸波方式降低目標信號特征，大幅提高戰(zhàn)機的隱身性能；②制造小型相控陣天線和超分辨率成像系統(tǒng)，應用在戰(zhàn)機、導彈等領(lǐng)域可有效強化探測跟蹤能力，在未來信息化空戰(zhàn)中進一步加快OODA（觀察、定位、決策、行動）循環(huán)；③將平面?zhèn)鬏斕炀€與超材料耦合設計，可提高天線輻射效率并縮小尺寸，推動航空裝備關(guān)鍵微波射頻組件的小型化、集成化發(fā)展［24］。

4.1.2 智能結(jié)構(gòu)

智能結(jié)構(gòu)（SmartStructure）將傳感器、驅(qū)動器和控制元件集成到基體材料中，實現(xiàn)自診斷、自適應和自修復等功能，是未來先進飛行器的發(fā)展方向之一，主要研究方向為智能蒙皮和自適應變體結(jié)構(gòu)等。

智能蒙皮將幾千個尺寸僅有米粒大小具有感知、處理和通信能力的微型計算系統(tǒng)植入材料內(nèi)部，協(xié)同感知周邊環(huán)境，從而調(diào)控過熱和超應變區(qū)域，或調(diào)節(jié)內(nèi)部電磁參量，降低電磁散射信號實現(xiàn)隱身功能。智能蒙皮將功能組件與結(jié)構(gòu)相集成，具備雷達探測、能量存儲等功能，在減輕重量、節(jié)省空間、提高飛機隱身性能等方面具有很大潛力。

自適應變體結(jié)構(gòu)通過感知飛行器飛行環(huán)境和姿態(tài)變化，經(jīng)處理機運算決策后閉環(huán)控制飛行器結(jié)構(gòu)局部或整體連續(xù)光滑變形，使飛行器保持最優(yōu)性能和氣動效率，實時適應多種飛行環(huán)境和任務需求（如圖11 所示）。

圖11 美國空軍研究實驗室自適應變體機翼（圖片來源：https：∥www.twz.com/15413/the-futureof-stealth-is-in-morphing-wing-technologywill-the-b-21-feature-it）Fig.11 Morphing wing of US Air Force Research Laboratory（source of picture：https：∥www.twz.com/15413/the-future-of-stealth-is-inmorphing-wing-technology-will-the-b-21-feature-it）

智能結(jié)構(gòu)對航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生潛在顛覆性影響：①機翼自適應結(jié)構(gòu)變形可進一步減阻降噪，提高飛行經(jīng)濟性；②采用智能結(jié)構(gòu)的高超聲速飛行器可感知高溫區(qū)域并進行外形自適應和材料自修復，有效解決“熱障”問題，降低熱防護設計難度；③采用智能可見光隱身材料、智能雷達隱身材料和智能紅外隱身材料可進一步提高隱身性能，提升飛行器突防能力［25］。

4.2 能源動力

從歷史角度看，動力裝置的發(fā)明創(chuàng)造是引發(fā)歷次工業(yè)革命的重要因素。發(fā)動機和燃料可看作飛機的心臟和血液，該領(lǐng)域的顛覆性發(fā)展將深刻變革未來航空形態(tài)。

4.2.1 可持續(xù)航空燃料

全球民航業(yè)正為實現(xiàn)2050 年航空零碳排放目標而開展積極行動，可持續(xù)航空燃料（SAF）的應用被認為是最具潛力的技術(shù)。SAF 是指可再生、使用過程中對環(huán)境影響較小的航空燃料，具有碳排放少、降低對石油等不可再生能源的依賴，促進經(jīng)濟發(fā)展等優(yōu)點，主要分為生物質(zhì)燃料、合成燃料、電能和氫燃料4 種。限于生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)規(guī)模小、存儲運輸困難等問題，目前可持續(xù)航空燃料尚未得到廣泛應用。

英國在2022 年4 月發(fā)布的《零排放目標》報告中，預計氫動力飛機最早可在2030 年前投入運營（城際級別），并在2050 年前逐步實現(xiàn)支線、窄體和寬體氫動力飛機投入運營（如圖12 所示）。

圖12 英國《零排放目標》綠色航空路線圖（圖片來源：https：∥www.ati.org.uk/wp-content/uploads/2022/04/ATITech-Strategy-2022-Destination-Zero.pdf）Fig.12 Destination Zero：the Technology Journey to 2050（source of picture：https：∥www.ati.org.uk/wp-content/uploads/2022/04/ATI-Tech-Strategy-2022-Destination-Zero.pdf）

可持續(xù)航空燃料技術(shù)對助力碳達峰碳中和目標、增強能源安全具有不可替代的作用，對航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：可實現(xiàn)航空動力系統(tǒng)的重大變革。未來民用航空動力系統(tǒng)通過使用可持續(xù)燃料作為渦輪發(fā)動機燃料，或直接使用燃料電池為飛機提供動力，將大幅降低航空業(yè)碳排放。

4.2.2 自適應變循環(huán)發(fā)動機

自適應變循環(huán)發(fā)動機（Adaptive Variable Cycle Engine）是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機涵道比和總壓比等熱力循環(huán)參數(shù)，在高推力和高燃油效率模式間自動轉(zhuǎn)換的下一代軍用渦扇發(fā)動機（如圖13 所示）。美國空軍要求自適應變循環(huán)發(fā)動機與F-35戰(zhàn)斗機配裝的F135 發(fā)動機相比，耗油率降低25%，推力增大10%，航程增加30%，熱管理能力提高100%。

圖13 自適應變循環(huán)發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來源：https：∥www.safie.hq.af.mil/OpEnergy/Future-Initiatives/）Fig.13 Schematic diagram of adaptive variable cycle engine structure（source of picture：https：∥www.safie.hq.af.mil/OpEnergy/Future-Initiatives/）

美國空軍先后實施“自適應通用發(fā)動機技術(shù)”計劃（ADVENT，2007—2015）、“自適應發(fā)動機技術(shù)發(fā)展”計劃（AETD，2012—2017）和“自適應發(fā)動機轉(zhuǎn)化計劃”（AETP，2016 年起），通過技術(shù)預研逐步推動自適應發(fā)動機技術(shù)發(fā)展成熟。2022 年8 月，美國空軍正式啟動“下一代戰(zhàn)斗機自適應推進系統(tǒng)技術(shù)”（NGAP）計劃，預計2032 年7 月完成設計開發(fā)、臺架試驗、原型試驗和武器系統(tǒng)集成等設計工作，最終配裝美軍六代機［26］。

自適應變循環(huán)發(fā)動機經(jīng)濟性能佳、工作范圍寬，對航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生的顛覆性影響：①可滿足多種性能需求，使未來飛行器呈現(xiàn)多任務和多用途發(fā)展趨勢；②可在多種飛行器上共享發(fā)動機技術(shù)，應用基準發(fā)動機衍生出系列發(fā)動機，擴大發(fā)動機適用范圍并降低研發(fā)成本。

4.2.3 旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機

旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機（RDE）以爆震形式增壓燃燒。爆震波在傳播過程中實現(xiàn)了激波和燃燒波的耦合，燃燒速度快，波后壓力、密度顯著提高。如圖14 所示，RDE 具有結(jié)構(gòu)簡單、比沖和效率高、工作域?qū)挼葍?yōu)點。美國空軍研究實驗室認為，RDE 相比現(xiàn)役渦輪發(fā)動機熱效率理論上可提高15%。除自身單獨作為動力裝置外，RDE 還可與渦輪發(fā)動機、沖壓發(fā)動機和火箭發(fā)動機組合，提升原動力裝置性能。

圖14 RDE 結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來源：https：∥aviationweek.com/defense-space/aircraft-propulsion/pratt-whitney-wins-air-force-rotatingdetonation-engine-work）Fig.14 RDE structure diagram（source of picture：https：∥aviationweek.com/defense-space/aircraft-propulsion/pratt-whitney-wins-airforce-rotating-detonation-engine-work）

目前，美國、俄羅斯、法國、波蘭、日本等國都正對RDE 開展試驗研究，解決燃料噴注與摻混、爆震波傳播控制、進排氣系統(tǒng)設計等問題。美國為推動RDE 武器化發(fā)展做了大量工作：DARPA于2020 年初授予雷神公司RDE 動力巡航導彈概念研究合同，并于2022 年8 月啟動“開局”項目，為戰(zhàn)機提供吸氣式RDE 動力導彈，實現(xiàn)時敏目標的防區(qū)外打擊［27］；2023 年9 月，NASA 表示將加速RDE 的研發(fā)工作，目前已對兩臺發(fā)動機進行了試驗，產(chǎn)生了超過17.9 kN 的推力。

美軍認為，RDE 已成為未來航空動力領(lǐng)域最具潛力的變革者之一，在軍民用領(lǐng)域應用前景廣闊，對未來航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：①在前期作為機載武器、無人機、靶機、誘餌機的動力系統(tǒng)，推動無人飛行器向小型化、遠航程方向發(fā)展；②在后期可單獨或作為組合動力系統(tǒng)應用在中大型軍民用飛機上，提高推重比、降低油耗、提高經(jīng)濟可承受性。

4.3 信息電子

信息電子技術(shù)發(fā)端于第三次工業(yè)革命，近年隨著人工智能技術(shù)研究進入第三波浪潮，量子信息、5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)取得突破，使該領(lǐng)域迅速成為炙手可熱的研究方向，也成為重要的航空賦能技術(shù)來源地。

4.3.1 腦機交互技術(shù)

腦機交互，也稱腦機接口（BCI），指不依賴大腦外周神經(jīng)與關(guān)聯(lián)肌肉動作的正常輸出通道，通過采集和分析人腦生物電信號，經(jīng)解算、調(diào)制和解調(diào)，實現(xiàn)“直接”控制對象設備或物體［28］。

DARPA 從1970 年開始研究BCI 技術(shù)，特別是2014 年成立生物技術(shù)辦公室以來，以每年近億美元的投入加速推動其軍事應用。近年來，隨著神經(jīng)科學和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，BCI 技術(shù)也取得長足進步。從最初的基于電極陣列讀取腦電信號，發(fā)展到高精度單神經(jīng)元級別檢測；從最初只能控制簡單設備，如移動光標，發(fā)展到可控制復雜機器人臂進行抓取等動作。

BCI 技術(shù)在航空領(lǐng)域存在巨大應用價值，世界各國都在積極研究。2013 年美國明尼蘇達大學實現(xiàn)人類首次用腦電波控制四軸遙控飛機；2014 年5 月德國“腦飛行”計劃實現(xiàn)飛行員用大腦精準操控飛行（如圖15 所示）；2015 年DARPA實現(xiàn)了讓癱瘓女士用意念控制F-35 模擬器。

圖15 德國“腦飛行”計劃開展試驗（圖片來源：https：∥www.golem.de/）Fig.15 German Brainflight Program trials（source of picture：https：∥www.golem.de/）

BCI 技術(shù)能創(chuàng)造出新型的飛行器控制方式，可能對未來航空領(lǐng)域產(chǎn)生如下顛覆性影響：①實現(xiàn)由大腦直接控制飛行器，減少或完全替代肢體操作，極大改變傳統(tǒng)人機界面；②借鑒人腦構(gòu)造和運行，開發(fā)全新信息處理系統(tǒng)，賦予航電系統(tǒng)新的功能和形態(tài)；③與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，應用于飛行模擬訓練中，能有效降低訓練成本并提高訓練的安全性［29］。

4.3.2 量子信息技術(shù)

量子信息（Quantum Information）是將量子理論與信息技術(shù)交叉融合，依賴量子特性進行相關(guān)操作（測量、控制等）的一類技術(shù)。目前量子信息技術(shù)的主要研究成果和應用集中在量子計算、量子通信、量子傳感、量子計算、量子成像等領(lǐng)域。

近些年，量子信息技術(shù)在理論和實驗上都取得長足進步。在理論上，掌握了量子錯誤修正碼等更先進的理論，極大提高了量子計算的容錯率；在實驗上，各國投入大量資源進行研發(fā)，2023 年10 月，中國科學技術(shù)大學與中國科學院、國家并行計算機工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建了255 個光子的量子計算原型機“九章三號”（如圖16 所示），刷新了光量子信息的技術(shù)水平和量子計算優(yōu)越性的世界紀錄。目前全球主要國家和公司都在積極布局這一領(lǐng)域，競相研發(fā)量子計算機、量子傳感器和量子通信等設備。

圖16 “九章三號”量子計算原型機（圖片來源：https：∥whb-oss.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/zhuzhan/kjwz/20231011/543384.html）Fig.16 “Jiuzhang 3.0”quantum computing prototype（source of picture：https：∥whb-oss.oss-cnshanghai.aliyuncs.com/zhuzhan/kjwz/20231011/543384.html）

量子信息技術(shù)將全方位變革傳統(tǒng)航空電子以及航空武器裝備的形態(tài)，對未來航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：①量子計算超常規(guī)算力不但可實現(xiàn)飛機研發(fā)優(yōu)化，還可加速人工智能算法訓練與執(zhí)行，提升體系指揮決策效能；②量子通信可提供體系化作戰(zhàn)高速保密通信保障；③量子傳感能極大增強遠距隱身探測和抗干擾能力；④基于量子陀螺的慣性導航能大幅提高航空武器裝備的自主導航精度；⑤量子計量可為航空計量體系建立提供重要支撐。

4.4 交叉融合

多學科交叉領(lǐng)域是涌現(xiàn)顛覆性技術(shù)的重要源泉，而跨學科、跨領(lǐng)域的集成創(chuàng)新同樣也是航空領(lǐng)域的特色，這使一批航空顛覆性技術(shù)體現(xiàn)出了交叉融合創(chuàng)新的特點。

4.4.1 高超聲速技術(shù)

高超聲速飛行器（Hypersonic Vehicle）是指在大氣層內(nèi)持續(xù)飛行速度大于馬赫數(shù)5 的飛行器，主要包括高超聲速導彈、高超聲速飛機和空天飛行器3 大類。目前以高超聲速導彈作戰(zhàn)能力生成和高超聲速飛機驗證機研制作為主要發(fā)展方向。

在高超聲速導彈方面，俄羅斯表示在2022 年8 月正式列裝“鋯石”高超聲速導彈。另外在俄烏沖突中，俄羅斯首次實戰(zhàn)使用了“匕首”高超聲速導彈。截至2023 年8 月，“匕首”導彈已完成3 次打擊縱深目標任務［30］。2022 年4 月 和7 月，DARPA“高超聲速吸氣式武器概念”（HAWC）高超聲速樣彈接連試射成功。目前美國海軍和空軍均啟動了機載高超聲速巡航導彈型號研制，最早計劃2027 年實戰(zhàn)部署。

在高超聲速飛機方面，當前研究主要面向動力系統(tǒng)成熟與整機方案集成等方向。2022年1月，美國波音公司展出機頭扁平、機身較圓、雙發(fā)渦輪基組合循環(huán)（TBCC）發(fā)動機分開布置的新型“女武神”高超聲速飛機概念模型。2022 年7 月，英國多家單位聯(lián)合展示了采用鴨式布局、翼身高度融合的“五號方案”高超聲速驗證機縮比模型［31］（如圖17所示）。

圖17 英國高超聲速驗證機概念方案（圖片來源：https：∥space4peace.org/britain-to-buildexperimental-hypersonic-air-vehicle/）Fig.17 Concept scheme for UK hypersonic vehicle（source of picture：https：∥space4peace.org/britain-to-build-experimental-hypersonic-airvehicle/）

高超聲速技術(shù)對未來航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：在民用領(lǐng)域，高超聲速客機將極大縮短旅途中花費的時間，顯著提高出行效率的同時，大幅改善乘客旅途中的舒適度；在軍用領(lǐng)域，高超聲速武器憑借其高速特性，可突破當前幾乎所有防空反導系統(tǒng)，實現(xiàn)對固定、時敏、高價值目標快速精確打擊；高超聲速飛機可執(zhí)行多元化任務，懾打一體，靈活機動性更強，給未來空戰(zhàn)樣式帶來巨大變革。

4.4.2 機載定向能武器

機載定向能武器（Airborne Directed Energy Weapon）是一種利用定向能技術(shù)的武器系統(tǒng)，主要包括激光武器、微波（射頻）武器、粒子束武器等，其中機載激光和高功率微波武器是當前發(fā)展重點，現(xiàn)處于關(guān)鍵演示驗證階段［32-33］。

2019 年，美國空軍研究實驗室“自防御高能激光演示器”（SHIELD）項目的100 kW 級激光樣機在地面成功擊落了數(shù)枚空射導彈，驗證了技術(shù)可行性，圖18 為其配裝戰(zhàn)斗機的概念圖；2021 年上半年項目已接收機載吊艙系統(tǒng)，2022 年接收高能激光器，待光束控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)塔交付后，將進行系統(tǒng)集成，計劃2025 年將激光器裝機并開展射擊演示驗證。美國機載激光武器有望在2029 年前后配裝下一代作戰(zhàn)飛機，也可能用于其他大型空中平臺。

圖18 SHIELD 激光武器概念圖（圖片來源：https：∥www.overtdefense.com/2021/02/25/usafshield-aircraft-self-defence-laser-podprototype-beginning-assembly/）Fig.18 SHIELD laser weapon concept（source of picture：https：∥www.overtdefense.com/2021/02/25/usaf-shield-aircraft-self-defence-laserpod-prototype-beginning-assembly/）

2022 年，美國海軍和空軍研究實驗室的“高功率聯(lián)合電磁非動能打擊”項目（HiJENKS）進行了為期2 個月的高功率微波導彈試驗測試。Hi-JENKS 導彈戰(zhàn)時可破壞敵陸/海基C4I 系統(tǒng)、增強美軍電子戰(zhàn)和網(wǎng)絡作戰(zhàn)能力。美軍計劃在2029 年之后將高功率微波導彈配裝有人戰(zhàn)斗機和大型無人機。

機載定向能武器對未來航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：①在進攻方面，傳統(tǒng)彈藥主要依靠戰(zhàn)斗部進行毀傷，而機載定向能武器使用高能激光、微波等攻擊，速度快、精度高、損傷可控且攻擊成本低；②在防御方面，機載定向能武器對無人機/巡航彈集群防御有顯著效果，可摧毀其導引頭或傳感器甚至彈體，使目標直接喪失作戰(zhàn)能力［34］。

5 航空顛覆性技術(shù)發(fā)展建議

中國航空工業(yè)經(jīng)過幾十年發(fā)展，對比西方航空強國，已從望塵莫及、望其項背逐步發(fā)展到同臺競技階段，軍用領(lǐng)域全面進入“20”時代，民用國產(chǎn)大飛機實現(xiàn)商業(yè)運營，部分領(lǐng)域已實現(xiàn)領(lǐng)先發(fā)展。進入新時代，顛覆性技術(shù)的探索研究和產(chǎn)業(yè)化是實現(xiàn)航空強國的重要依托，同時也是一項極其復雜的系統(tǒng)工程，需要以戰(zhàn)略眼光謀劃布局，以戰(zhàn)略定力推動發(fā)展。

5.1 加強航空顛覆性技術(shù)掃描、識別與預測

加強原始創(chuàng)新是新時代實現(xiàn)航空領(lǐng)域高水平發(fā)展的必由之路，以顛覆性技術(shù)為牽引是新時代航空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)換道超車的重要抓手，需要主動開展航空顛覆性技術(shù)的掃描、識別與預測，牢牢把握未來航空發(fā)展脈搏。一是以戰(zhàn)略視角和技術(shù)視角為牽引，重視開展國內(nèi)外顛覆性技術(shù)的掃描，有效發(fā)揮情報尖兵耳目的作用；二是充分發(fā)揮行業(yè)內(nèi)專家的智慧，定期研判潛在顛覆性技術(shù)；三是廣泛與行業(yè)外專家學者進行深入?yún)f(xié)作，以凝聚技術(shù)結(jié)合點，尋求新的爆發(fā)點。

5.2 研究制定航空顛覆性技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃

發(fā)展規(guī)劃和路線圖是開展航空顛覆性技術(shù)研究的頂層輸入和戰(zhàn)略指導，需要在高層牽引下，組建固定人員團隊進行編制。一是結(jié)合需求編制，充分對標政府、軍方的發(fā)展規(guī)劃，使航空顛覆性技術(shù)發(fā)展真正符合國家戰(zhàn)略所需；二是結(jié)合技術(shù)編制，確定潛在顛覆性技術(shù)發(fā)展策略，并根據(jù)技術(shù)難度確定研究階段；三是結(jié)合實際編制，充分考慮行業(yè)發(fā)展規(guī)劃以及各研究院所的業(yè)務現(xiàn)狀，通過體制機制創(chuàng)新調(diào)動研究人員積極性，切實發(fā)揮出規(guī)劃的牽引作用。發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃既要保持戰(zhàn)略定力，切勿朝令夕改；也要定期更新，保持與時俱進。

5.3 持續(xù)推進基礎研究，培育顛覆性技術(shù)幼苗

基礎研究一直都是催生重大顛覆性技術(shù)的不竭源泉，一旦取得突破將為我航空事業(yè)發(fā)展帶來長期紅利。一是充分利用新型舉國體制優(yōu)勢，發(fā)揮國家作為重大基礎性技術(shù)研究組織者的作用，特別是做好周期長、風險大、難度高、前景好的技術(shù)研究、組織和推動工作；二是加強政府、產(chǎn)業(yè)基金、社會資本等多渠道設立與基礎研究相關(guān)的課題，營造航空相關(guān)基礎研究學術(shù)氛圍；三是航空產(chǎn)業(yè)力量加強與國家實驗室、國家科研機構(gòu)、高水平研究型大學等基礎研究單位合作，探索顛覆性技術(shù)的“發(fā)現(xiàn)-遴選-培育”新舉措。

5.4 以技術(shù)驗證平臺推動單項/多項技術(shù)綜合驗證

美國航空領(lǐng)域的X 系列技術(shù)驗證機舉世聞名，曾研究轉(zhuǎn)化了多項顛覆性技術(shù)，如電傳飛控、高超聲速等，是美國航空顛覆性技術(shù)研究的重要機制，目前正在研究分布式電推進、可持續(xù)航空燃料（如圖19 所示）、無人機蜂群等方向。面向航空自主創(chuàng)新，中國也需要A 系列技術(shù)驗證平臺，以有效開展單項/多項技術(shù)研究驗證。一是協(xié)調(diào)軍方、政府和工業(yè)部門，盡快設立系列化技術(shù)驗證平臺的經(jīng)費渠道及管理機構(gòu)；二是設計構(gòu)建技術(shù)驗證平臺的需求發(fā)布、競標研制、成果轉(zhuǎn)化等機制；三是針對驗證平臺制定相適應的空中試驗驗證規(guī)范，優(yōu)化流程，以實現(xiàn)顛覆性技術(shù)在其上的快速試驗驗證。

圖19 美國最新的X-66A 驗證機（圖片來源：https：∥wordlesstech.com/x-66a-nasas-newest-xplane/）Fig.19 US X-66A TTBW demonstrator（source of picture：https：∥wordlesstech.com/x-66anasas-newest-x-plane/）

5.5 打造航空顛覆性技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境

顛覆性技術(shù)的落地開花往往需要顛覆性的土壤作為保障，DARPA 在美國的成功就充分說明了這一點。在國內(nèi)，商業(yè)領(lǐng)域充分激烈的市場競爭可以保證不斷引入顛覆性技術(shù)，而在航空等重大領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，則需要設計合理的體制機制。一是優(yōu)化科研評價機制，引導行業(yè)主體重視、支持符合航空顛覆性技術(shù)發(fā)展方向但短期內(nèi)難以產(chǎn)生經(jīng)濟效益的科研工作；二是鼓勵產(chǎn)業(yè)力量建立顛覆性技術(shù)研究機構(gòu)，如專業(yè)實驗室、協(xié)同創(chuàng)新中心等，從事航空顛覆性技術(shù)的孕育和轉(zhuǎn)化；三是建立高效、靈活、寬容失敗的管理機制和營造敢于挑戰(zhàn)權(quán)威、鼓勵另辟蹊徑、開放協(xié)同寬松的創(chuàng)新文化。只有讓從事前瞻性、先導性、探索性、顛覆性技術(shù)的科研人員有所期、有所得，顛覆性技術(shù)才能取得突破，航空顛覆性技術(shù)才能寫上更多中國人的名字。