2017世界軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展展望

中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2017世界軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展展望

中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 張楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟長

2016年，世界軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品在世界經(jīng)濟(jì)與政治發(fā)展的大勢下不斷前行，取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性成果。展望2017年，世界軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品將在軍用和民用需求的牽引下，在科技創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)下，取得新的發(fā)展和突破，特別是在人工智能、量子計(jì)算、商業(yè)航天、無人機(jī)、3D打印、5G通信、自動(dòng)駕駛技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、海洋技術(shù)，以及能源技術(shù)等方面呈現(xiàn)出較為顯著的發(fā)展態(tài)勢。

1 機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、語音識(shí)別技術(shù)或?qū)?shí)現(xiàn)新突破，人工智能的影響將更加深遠(yuǎn)

目前，機(jī)器深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已成為世界科技研究的熱點(diǎn)，并展現(xiàn)出了巨大的潛力，甚至可能實(shí)現(xiàn)類人的機(jī)器智能。2017年，在機(jī)器學(xué)習(xí)方面，美國谷歌公司、IBM公司、微軟公司等企業(yè)或?qū)⒃陬惸X芯片等硬件研發(fā)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法，以及大數(shù)據(jù)挖掘等人工智能基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破，并形成人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。此外，語音識(shí)別技術(shù)作為人類與機(jī)器之間溝通的重要技術(shù)，將在2016年所取得的高準(zhǔn)確率的基礎(chǔ)上，在應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)較大范圍的拓展，不僅將開發(fā)出更智能的語音助手，還將應(yīng)用于智能家居和輔助駕駛領(lǐng)域。未來，語音助手還能將吃、喝、游、購、娛、出行等一系列的服務(wù)集中在一個(gè)大平臺(tái)上，使人們能夠更便捷地獲得所有的平臺(tái)信息。

在人工智能的應(yīng)用方面，目前，人工智能在癌癥等疾病診斷領(lǐng)域的應(yīng)用尤其引人矚目。例如，IBM公司的“沃森”機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)學(xué)習(xí)了大規(guī)模的癌癥醫(yī)學(xué)教材、癌癥病例，通過對這些數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行學(xué)習(xí)，能夠提供精準(zhǔn)化的診療手段，打破了以前醫(yī)生進(jìn)行癌癥診斷的重要方式。未來，人工智能在生產(chǎn)和生活領(lǐng)域的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)展，可應(yīng)用于自動(dòng)駕駛汽車、疾病診斷、生活助手和秘書等方面，或?qū)⒏淖內(nèi)祟惖纳罘绞?，給人類的生產(chǎn)和生活帶來重大影響。

2 量子計(jì)算機(jī)研發(fā)速度加快，有望從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)現(xiàn)實(shí)，量子通信得到進(jìn)一步驗(yàn)證

量子計(jì)算已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關(guān)注，2016年，各國的大型企業(yè)和大學(xué)研究機(jī)構(gòu)，包括我國中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中國科學(xué)院的研究人員也在實(shí)驗(yàn)室研究中取得了大量的突破性研究成果，量子編碼、量子糾纏、量子信息傳輸、量子存儲(chǔ)等技術(shù)均已取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，人類距離量子計(jì)算的真正實(shí)現(xiàn)越來越近。而2017年，美國谷歌公司、微軟公司等企業(yè)進(jìn)一步加大了人力和物力投入，計(jì)劃使量子計(jì)算機(jī)能夠具有超越最強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。因此，隨著基礎(chǔ)技術(shù)的突破、應(yīng)用需求的增加，量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)速度將進(jìn)一步加快，有望從實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。

在量子通信方面，我國發(fā)射的“墨子號”量子試驗(yàn)衛(wèi)星在世界上首次實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建起了天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，將開展星地高速量子密鑰分發(fā)、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)、星地量子糾纏分發(fā)，以及地星量子隱形傳態(tài)等量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)。此外，我國國家量子通信骨干網(wǎng)也已順利開通。通過運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)，量子通信的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)將進(jìn)一步得到驗(yàn)證，為量子通信的產(chǎn)業(yè)化提供堅(jiān)實(shí)的支撐。

3 商業(yè)航天發(fā)展熱度不減，或?qū)㈤_創(chuàng)航天發(fā)展新模式

受預(yù)算等因素的影響，以美國為首的航天大國日益重視商業(yè)航天發(fā)展。目前，美國的商業(yè)航天正處于快速發(fā)展的新階段，其業(yè)務(wù)范圍已從傳統(tǒng)的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射、商業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用，擴(kuò)展到政府從私營企業(yè)購買商業(yè)發(fā)射服務(wù)和發(fā)展商業(yè)載人航天飛行等領(lǐng)域，以美國太空探索技術(shù)公司（Space X）、軌道科學(xué)公司、天空盒子成像公司（Skybox Imaging）等為代表的新興航天企業(yè)快速崛起，以美國谷歌公司為代表的互聯(lián)網(wǎng)巨頭也開始進(jìn)軍航天。2017年，世界商業(yè)航天發(fā)展仍將呈現(xiàn)繁榮發(fā)展的景象。美國藍(lán)色起源公司計(jì)劃于2017年開展新謝泊德亞軌道飛船載人飛行，為2018年商業(yè)飛行做準(zhǔn)備。Space X公司計(jì)劃在2017年底前進(jìn)行首次載人“龍”飛船發(fā)射。而自2015年起，我國商業(yè)航天也步入了發(fā)展“快車道”，從“吉林一號”一箭三星純商業(yè)發(fā)射成功，到設(shè)立百億元規(guī)模商業(yè)航天基金，商業(yè)航天領(lǐng)域“多點(diǎn)開花”。據(jù)預(yù)測，全球商業(yè)航天市場將超1.7萬億元規(guī)模，2020年我國商業(yè)航天市場將達(dá)到8000億元。商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)有望迎來重大發(fā)展機(jī)遇，而商業(yè)航天發(fā)展的新思維、新理念與新模式也對傳統(tǒng)航天產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大的沖擊和影響，或?qū)㈤_創(chuàng)全球航天發(fā)展的新模式。

4 無人機(jī)技術(shù)將進(jìn)一步提升，反無人系統(tǒng)開始受到重視

隨著人工智能技術(shù)、無人機(jī)探測和避險(xiǎn)技術(shù)、控制與通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、動(dòng)力技術(shù)等技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)能力將進(jìn)一步提升。其中，在軍用領(lǐng)域，美國將開發(fā)艦載中空長航時(shí)無人機(jī)、潛射無人機(jī)、飛行/駕駛兩用直升機(jī)、螺栓緊固垂直起降無人機(jī)、可重構(gòu)嵌入式航空系統(tǒng)等無人機(jī)系統(tǒng)，以更安全、更經(jīng)濟(jì)有效地執(zhí)行偵察等各項(xiàng)任務(wù)。而在民用領(lǐng)域，安防無人機(jī)、快遞無人機(jī)、救援無人機(jī)、測繪無人機(jī)等無人機(jī)系統(tǒng)仍將是無人機(jī)系統(tǒng)市場的重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測，未來，全球無人機(jī)技術(shù)將向智能化、更安全、更低成本方向發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)U(kuò)展到基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸、保險(xiǎn)、電信、農(nóng)業(yè)、安全和礦業(yè)等領(lǐng)域，未來5年的市場復(fù)合增長率將達(dá)到68%。

隨著無人機(jī)系統(tǒng)的快速發(fā)展，無人機(jī)也對機(jī)場等基礎(chǔ)設(shè)施，以及公共安全帶來了威脅。因此，反無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。例如，美國聯(lián)邦航空管理局和美國國防部正在研究一種無人機(jī)探測裝置，可在機(jī)場等設(shè)施附近探測出現(xiàn)的無人機(jī)。另外，美國還在開發(fā)一種可以發(fā)現(xiàn)并干擾無人機(jī)的無線通信技術(shù)，可防止無人機(jī)在森林救火時(shí)干擾直升機(jī)。美國國家航空航天局和國防部預(yù)先研究計(jì)劃局則在研發(fā)一種可以監(jiān)控城市上空低于特定高度的所有無人機(jī)的技術(shù)。反無人系統(tǒng)正受到軍方和政府的日益關(guān)注，未來也將成為無人機(jī)領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)之一。

5 3D打印材料將獲得重要發(fā)展，成型尺寸向兩端延伸，與其它制造技術(shù)的結(jié)合成為重要發(fā)展趨勢

3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)前制約3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。近年來，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料種類迅速擴(kuò)展，但與傳統(tǒng)材料相比，其種類依然偏少，且對材料的形態(tài)有著嚴(yán)格的要求。美國多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合編寫并發(fā)布了《下一代增材制造材料戰(zhàn)略路線圖》，為開發(fā)新的增材制造材料提供了思路。我國也在開展增材制造專用材料及其特性研究。未來，隨著這些研究工作的開展，3D打印材料的種類、形態(tài)將得到進(jìn)一步拓展，成本將大幅下降，強(qiáng)度、穩(wěn)定性、安全性也將進(jìn)一步提高。

目前，3D打印產(chǎn)品的成型尺寸正在向兩端延伸：一方面，向“大”發(fā)展，從零部件到汽車、航空、航天等領(lǐng)域大尺寸精密構(gòu)件，產(chǎn)品尺寸不斷加大。另一方面，向“小”延伸，采用微納米3D打印技術(shù)可制造出微觀結(jié)構(gòu)可控的定制材料。未來，3D打印的成型尺寸仍將不斷向兩端延伸。

此外，3D打印是一種增材制造技術(shù)，是對以“減材制造”、“等材制造”為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，但實(shí)際上，將3D打印與傳統(tǒng)制造技術(shù)結(jié)合，可獲得更為強(qiáng)大的制造能力，如我國華中科技大學(xué)在世界上首創(chuàng)的“智能微鑄鍛”技術(shù)等。未來，3D打印技術(shù)將與多種傳統(tǒng)制造技術(shù)探索互補(bǔ)結(jié)合的途徑，實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)發(fā)展和傳統(tǒng)制造技術(shù)升級“齊頭并進(jìn)”。

6 5G時(shí)代加速來臨，進(jìn)入技術(shù)方案和系統(tǒng)驗(yàn)證階段

隨著下一代移動(dòng)通訊網(wǎng)（5G）的推廣，世界各國紛紛開展5G技術(shù)研究。美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)向移動(dòng)和固定無線寬帶服務(wù)提供商開放了近10.85MHz的頻譜資源，成為世界上首個(gè)為5G應(yīng)用確定并開放大量高頻頻譜的國家；英國政府將投資10億英鎊用于寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和支持5G移動(dòng)通信技術(shù)研發(fā)；另外，德國將力爭在5G標(biāo)準(zhǔn)方面發(fā)揮引領(lǐng)作用。而我國華為技術(shù)有限公司代表我國主推的極簡碼方案入選5G標(biāo)準(zhǔn)，使我國企業(yè)首次進(jìn)入了基礎(chǔ)通信框架協(xié)議領(lǐng)域。我國計(jì)劃到2020年完成5G技術(shù)研發(fā)測試和商用部署。2017年，更多的5G標(biāo)準(zhǔn)將明確推出，以適應(yīng)5G時(shí)代“萬物互聯(lián)”接入的多種設(shè)備的通信需求，而我國5G研發(fā)工作將進(jìn)入技術(shù)方案驗(yàn)證和系統(tǒng)驗(yàn)證階段，技術(shù)上或?qū)?shí)現(xiàn)新突破，也將發(fā)布更多實(shí)驗(yàn)性、概念性的5G產(chǎn)品，加速邁入5G通信時(shí)代。

7 自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展和驗(yàn)證，實(shí)際應(yīng)用逐步成為現(xiàn)實(shí)

隨著傳感器技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車已成為近年來各國研發(fā)的重點(diǎn)，美國、英國、韓國等國家均非常重視自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展。美國特斯拉汽車公司、福特汽車公司、谷歌公司等多家公司對自動(dòng)駕駛汽車投入了大量的人力、物力，自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)并獲得了部分應(yīng)用，但其安全性等相關(guān)技術(shù)問題仍有待驗(yàn)證。2017年，針對這些問題，相關(guān)企業(yè)將加大研發(fā)和技術(shù)驗(yàn)證力度，或?qū)⑷〉美锍瘫竭M(jìn)展，助力自動(dòng)駕駛汽車的實(shí)際應(yīng)用。例如，美國福特汽車公司將在歐洲測試自動(dòng)駕駛汽車，2021年生產(chǎn)出沒有方向盤、剎車或油門踏板的自動(dòng)駕駛出租車。瑞典沃爾沃汽車公司將在中國公路上測試100輛自動(dòng)駕駛汽車，力爭在2020年之前造出高安全性的汽車。美國通用汽車公司將在底特律進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車雪地測試。谷歌公司旗下Waymo公司將與菲亞特克萊斯勒汽車公司合作推出自動(dòng)駕駛汽車，并正在與日本本田汽車公司合作開發(fā)自動(dòng)駕駛技術(shù)。特斯拉公司將在2017年對安裝了改進(jìn)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的完全自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行從洛杉磯到紐約的自動(dòng)駕駛道路測試。自動(dòng)駕駛汽車的研制成功及推廣，或?qū)⒏淖兤囆袠I(yè)的商業(yè)模式，例如催生高級汽車的共享服務(wù)等。

8 VR和AR技術(shù)進(jìn)一步融合，帶來更真實(shí)的體驗(yàn)

VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，其利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，可使用戶沉浸到該環(huán)境中。2016年，VR技術(shù)取得了重要的發(fā)展，從基于手機(jī)的系統(tǒng)到全畫幅的頭戴式設(shè)備（如HTC Vive等），VR技術(shù)在心理治療、教育體驗(yàn)、培訓(xùn)等方面獲得了應(yīng)用。未來，VR技術(shù)將在感知系統(tǒng)、3D掃描攝像頭、網(wǎng)絡(luò)通信、頭顯設(shè)備等方面開展重點(diǎn)研究，教育和訓(xùn)練將成為其重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)是在現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)處理能力，將虛擬數(shù)據(jù)疊加在現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中，再利用同一個(gè)畫面進(jìn)行顯示而形成的一種交互模式。2016年，微軟公司的AR平臺(tái)Windows Holographic為用戶帶來了新的混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。蘋果公司也將進(jìn)軍AR領(lǐng)域。未來，AR還可在汽車自動(dòng)駕駛、電子游戲、教育等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

實(shí)際上，未來將是VR和AR融合的混合現(xiàn)實(shí)的天下，更多的混合現(xiàn)實(shí)應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)，而計(jì)算機(jī)與人的交互也將采用VR和AR技術(shù)，把體驗(yàn)無縫地鏈接到現(xiàn)實(shí)生活中。

9 海洋技術(shù)將向更遠(yuǎn)、更深方向拓展

海洋是重要的戰(zhàn)略資源，海洋能源、資源的開發(fā)與利用，海洋與全球變化、海洋環(huán)境與生態(tài)的研究是人類維持生存與發(fā)展、拓展生存空間的重要途徑。為了開發(fā)海洋資源，保護(hù)海洋權(quán)益，世界各國均在發(fā)展系列海洋開發(fā)支撐技術(shù)，包括深海探測、深潛、海洋遙感、海洋導(dǎo)航等。目前，海洋技術(shù)正在從近岸向遠(yuǎn)洋、從淺水向深海拓展。其中，海洋環(huán)境研究正在朝著?？找惑w化、多平臺(tái)、多視角獲取海洋環(huán)境信息的方向發(fā)展；水下運(yùn)載器正朝著實(shí)用化、綜合技術(shù)體系化方向發(fā)展；海洋油氣勘探向深水推進(jìn)，不斷開發(fā)適合于深水油氣開發(fā)的新型平臺(tái)、多功能浮式生產(chǎn)裝置、水下生產(chǎn)系統(tǒng)；海洋生物資源保護(hù)、評價(jià)和發(fā)掘已成為國際競爭的焦點(diǎn)；深海礦產(chǎn)資源勘查技術(shù)向著大深度、近海底方向發(fā)展；海水綜合利用技術(shù)向著系統(tǒng)化、集成化、綜合化方向發(fā)展；海洋能技術(shù)向著大型化、低成本、高效率、高可靠性，以及商業(yè)化方向發(fā)展。

10 液流電池、石墨烯電池加速發(fā)展，各類新能源技術(shù)備受重視

2016年，美國哈佛大學(xué)的研究人員研發(fā)出一種新型液流電池，不僅可用于智能手機(jī)領(lǐng)域，還可用于包括可再生能源在內(nèi)的新型能源應(yīng)用領(lǐng)域。液流電池具有安全性高，壽命長，規(guī)模、設(shè)計(jì)靈活，可擴(kuò)展性好，能量效率高，成本低等特點(diǎn)，但其能量密度低，部署成本高，尚未獲得廣泛應(yīng)用。而石墨烯電池的研究也取得了多項(xiàng)進(jìn)展，主要集中在利用石墨烯改性電極材料方面。未來，隨著石墨烯技術(shù)的發(fā)展，以及液流電池技術(shù)的改進(jìn)，這些新型電池或?qū)⑷〈鷤鹘y(tǒng)的鋰離子電池，成為動(dòng)力電池領(lǐng)域更具安全性和高效率的能源設(shè)備。

在能源技術(shù)領(lǐng)域，世界能源發(fā)展已進(jìn)入新一輪戰(zhàn)略和結(jié)構(gòu)調(diào)整期，多個(gè)國家制定了能源科技發(fā)展路線圖。化石能源的高效和清潔利用將得到大力發(fā)展；可再生能源與新能源技術(shù)將持續(xù)獲得突破；太陽能光伏發(fā)電有望實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)；風(fēng)電機(jī)組朝著大型化、特性化和高效率發(fā)展；生物質(zhì)能應(yīng)用向多原料、多用途方向發(fā)展；新型核電系統(tǒng)將向小型化、安全化方向發(fā)展，聚變核電站的開發(fā)將是能源領(lǐng)域的長期研發(fā)重點(diǎn)；氫能源研究不斷推進(jìn)。此外，多種能源的混合利用將成為未來能源利用的新途徑和新趨勢，如風(fēng)能和太陽能混合利用等。