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北约科技组织展望未来20年军事新兴与颠覆性技术趋势

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北约科技组织展望未来20年军事新兴与颠覆性技术趋势

人工智能学家 人工智能学家 2020-06-08

来源:创新研究


2020年5月4日,北约科技组织(NATO Science & Technology Organization)发布《科技趋势:2020-2040》(Science & Technology Trends 2020-2040),分析评估未来20年在大数据、人工智能、自主技术、空间技术、高超音速(Hypersonics)、量子信息、生物技术、材料技术等8个领域的新兴与颠覆性技术(Emerging and Disruptive Technologies,EDTs)发展趋势及其潜在影响,以增强北约组织决策者对科技发展影响军事能力的理解。


一、 军事领域新兴技术与颠覆性技术的主要特征


报告认为,未来20年军事领域新兴与颠覆性技术将具有智能化、互联化、分布式和数字化四个主要特征,将催生精确战、自主程序与系统、战场网络和作战域拓展等军事发展趋势,如图1。



图1 新兴技术与颠覆性技术特征及其军事发展趋势


智能化是指以自主技术、人文智能(Humanistic Intelligence)、知识分析等为代表的人工智能技术将广泛应用于的跨领域决策支持系统。互联化是指基于区块链、量子秘钥分配、后量子密码学、人工智能网络代理等可信通讯技术,进行混合(网络+现实)复杂系统协同。分布式是指基于边缘计算和泛在技术更广范围更大尺度上进行传感、存储、计算、决策与研发。数字化是指利用数字孪生技术对人类社会、物理世界和信息空间进行融合,实现“心理-社会-技术”的综合现实,以提升军事颠覆性认知能力。


二、8个新兴技术与颠覆性技术领域预测


为全面评估新兴技术与颠覆性技术对北约的军事影响,报告从军事潜在影响力、关注度、技术成熟度、预期成熟时间等方面对八大新兴技术与颠覆性技术领域的有关技术方向进行评估(见表1),并采用红蓝对抗模式,分别述评了相关技术对北约(蓝)和假想敌(红)的军事影响。


表1 北约新兴技术与颠覆性技术领域评估表*



*表1中:关注度1~5,分别代表Gartner新兴技术成熟度曲线中的科技诞生促动期 (TechnologyTrigger)、过高期望峰值(Peakof Inflated Expectations)、泡沫化谷底 (Trough of Disillusionment)、启迪斜坡 (Slope of Enlightenment)及实质生产的高峰期 (Plateau of Productivity)。技术成熟度(TRL):范围1~9,数值越大反映出该项技术越成熟,新兴技术通常处于TRL 1~5范围内。




1. 大数据高级分析


未来20年世界数字化、虚拟化发展趋势将持续加速,基于泛在云计算的大数据高级分析将成为所有新兴颠覆性技术的实现基础,并将从情报、监视和侦查(Intelligence Surveillance and Reconnaissance,ISR)、态势感知、战备训练、后勤保障、操作支持、军事科研创新和信息管理等方面,全面提升蓝方(北约)的军事战略决策和战术行动研究能力。


受益于这一技术的发展,红方(假想敌)将具有相同或更加强大的数据资源、分析工具和加密方法;更广泛地利用非传统(军事)领域国家权力工具开展外交战、信息战和经济战;制造虚假信息,干扰指挥决策,破坏蓝方的可信任决策系统等。




2. 人工智能


人工智能技术将对核、航天、网络、材料和生物技术产生变革性影响,并可能引发新一轮人工智能军备竞赛。对蓝方(北约)而言,人工智能将会极大提升自动化指挥系统(C4ISR)、武器系统、决策规划、生化核放(Chemical Biological Radiological and Nuclear, CBRN)防御系统、医疗救护、业务管理、物流库存、网络通讯和战备训练工作的效率。


同时,红方(假想敌)将利用人工智能技术开展规模更大、效果更强的网络攻击,并可能构建不受伦理道德限制的全天候作战系统,或研制更加智能化的爆炸装置等。




3. 自主技术


自主技术在军事领域的发展将全面提升北约各类作战单元的作战能力,越来越多的自主技术将替代人类参与到恶劣的作战环境中,在单兵作战、集群感应、广域监测、无人驾驶、蜂群作战等系统内的应用也将大大提升其作战效率和人员生存能力。但是,自主技术的发展也将使得红方(假想敌),特别是恐怖组织等非国家行为者,更加隐蔽地发动大规模、低成本的定向攻击行动。




4. 量子技术


以量子通信、量子计算、量子定位和量子传感为代表的下一代量子技术正在快速发展,但国防安全应用在四个关键领域的发展并不均衡:量子计算的发展主要是由商业利益驱动,未来将为北约提供超越传统计算理论极限的先进算力;而量子通信、量子传感和量子定位的发展则是由国防安全利益驱动,将大大提升各式监测系统的灵敏度和抗干扰性。


量子计算可能颠覆传统加密方法,形成新的分析决策优势。但考虑到量子技术所需的高水平科研能力和巨大的研发投入成本,未来该技术的威胁主要来自近同等规模的竞争对手。




5. 空间技术


近年来,世界各国经济、社会和军事发展对空间技术的依赖程度随着人们对太空的商业兴趣而持续激增,如图2。报告认为,北约未来20年的空间技术发展将围绕小型卫星集群、微波光子学、地基PCL(Passive Coherent Location,无源相干定位)、量子探测、太赫兹传感器和空间态势感知等技术方向展开。与之相对,实力相近的红方(假想敌)也将高速发展的空间技术机遇期,进行同类技术的竞争,如利用商业卫星系统加速发展小型卫星集群等。



图2 在轨及未来计划发射的卫星数量及其类型(统计数据截至2019年6月)




6. 高超音速技术


高超音速(超过6倍音速达到6125公里/小时)技术应用通常有助推滑翔飞行器(采用火箭弹道发射)、巡航导弹(采用超音速冲压发动机)和高超音速飞机等3种类型。高超音速技术需要强大的研发能力和巨额研发投入,美国每年花费10亿美元投入该技术研发。文献数据显示,美国、俄罗斯和中国目前在军事应用高超音速飞行器研究领域具有明显优势。预计到2030年,高超音速巡航侦察机将获得广泛部署。


报告明确该领域的假想敌威胁主要来自中俄两国,并提出未来北约应加强高超音速攻防技术、高超音速飞行器隐身技术和推进式高超音速飞行器侦查技术等方面的研究。




7. 生物与人体增强技术


生物与人体增强技术主要包括生物信息学和生物传感、人体增强、生物医学与合成生物学等方向。报告认为,北约应积极寻求该领域技术进步,利用生物信息学和生物传感(如生物标志物),利用纳米级智能织物对士兵和环境的各项指标进行监测分析;利用外骨骼和脑机接口技术等,增强士兵机体行动能力以及战斗态势感知和人机交互能力等;利用生物医学与合成生物学在分子层面进行药物研发和其他军用生物工程应用。


同时,生物与人体增强技术的发展,也放大了来自假想敌的威胁。恐怖组织等非国家行为者,有能力利用合成生物学制造新的病原体、生化攻击制剂或其他靶向药(毒)物;或利用人体增强技术设计“超级战士”。




8. 材料技术


制造具有独特新颖性能的新材料是新一轮工业革命的重要基础。报告指出,以石墨烯为代表的先进新材料,能够大大降低系统设备重量,改进检测系统灵敏度,增强装甲系统韧性和强度,提升穿戴设备耐候性和电池设备储能量;以3D打印为主的增材制造技术,能够大大缩短设计或产品改良的时间周期,减少备件库存,提升北约新材料和装备制造的工艺流程效率。同时强调,由于增材制造技术具有广泛的商业民用场景,国防军工领域的数字设计很可能被红方(假想敌)窃取使用,从而造成非对称威胁。


三、6个领域融合技术组


报告认为,大数据、人工智能、自主技术、空间和高超音速等领域的技术发展具有颠覆性特征,将在未来5~10年内对军事能力产生重大或变革性影响;而量子技术、生物技术和材料技术的发展具有新兴特征,需要更多时间(10~20年)才能完全感受到它们对军事能力产生的颠覆性。新兴和颠覆性技术的组合及其复杂交互更易于对军事能力产生颠覆性的影响。上述8个新兴颠覆性技术领域之间的融合,将形成6种相互协同的技术组,并对未来军事能力发展产生重要影响:



(1)数据-人工智能-自主技术。基于泛在传感数据的大数据和人工智能自主技术,将对未来军事战略和作战决策提供潜在的技术和方法优势。

(2)数据-人工智能-生物技术。人工智能和大数据在生物技术领域的应用,将有助于新型药物设计、定向基因改造、直接操控生物化学反应等技术的研发。

(3)数据-人工智能-材料。人工智能和大数据在材料领域的应用,将有助于具有独特新颖特性的新型材料研制,特别是支持使用二维材料和其他先进技术的进一步发展。

(4)数据-量子技术。在未来15~20年的时间内,量子技术将通过传感器增强、安全通信和计算能力,提高自动化指挥系统(C4ISR)的数据收集、处理和应用能力。

(5)空间-量子技术。在量子秘钥分发技术的推动下,天基量子传感器将颠覆现有卫星传感模式,成为未来二十年北约军队情报、监视和侦查(ISR)架构的关键部分。

(6)太空-高超音速武器-材料。为充分利用空间和高超音速环境,需要开发新颖设计、小型化、高储能的先进材料及推进装置等,以降低成本、改善性能、提高可靠性,并推动按需定制的任务制造系统。



未来智能实验室的主要工作包括:建立AI智能系统智商评测体系,开展世界人工智能智商评测;开展互联网(城市)云脑研究计划,构建互联网(城市)云脑技术和企业图谱,为提升企业,行业与城市的智能水平服务。


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