航空顛覆性技術(shù)初探

樊會(huì)濤，段鵬飛，袁成

1.中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100027

2.航空工業(yè)未來(lái)機(jī)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(xué) 人工智能研究院，北京 100191

顛覆性技術(shù)憑借對(duì)社會(huì)形態(tài)的重塑、對(duì)生產(chǎn)力的極大促進(jìn)、對(duì)戰(zhàn)斗力的巨大提升，一直是影響文明進(jìn)程、塑造世界秩序、改變生活方式的重要因素。當(dāng)今世界已進(jìn)入21 世紀(jì)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(lái)百年未有之大變局［1］。

航空裝備擁有高空高速、機(jī)動(dòng)靈活等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，向來(lái)是影響戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)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(tái)載體。大國(guó)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)背景下，我國(guó)如能領(lǐng)先對(duì)手率先識(shí)別、研究、掌握一批航空顛覆性技術(shù)，將是我國(guó)實(shí)現(xiàn)航空強(qiáng)國(guó)和大國(guó)復(fù)興的歷史機(jī)遇，也將成為未來(lái)經(jīng)濟(jì)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(rèn)識(shí)

1.1 顛覆性技術(shù)的概念內(nèi)涵

學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為，美國(guó)哈佛大學(xué)教授克萊頓·克里斯坦森在1995 年的《哈佛商業(yè)評(píng)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(duì)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(rèn)可度越來(lái)越高，概念也逐漸擴(kuò)展到國(guó)防軍事和經(jīng)濟(jì)民生等領(lǐng)域。

圖1 哈佛大學(xué)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(duì)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(duì)該領(lǐng)域產(chǎn)生“歸零效應(yīng)”，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(qiáng)調(diào)市場(chǎng)獲勝效果，通過(guò)帶來(lái)性能更好、功能更新、價(jià)格更低的產(chǎn)品，幫助企業(yè)“顛覆”原有市場(chǎng)格局，獲得商業(yè)成功。

美國(guó)知名國(guó)防智庫(kù)新美國(guó)安全中心的《改變游戲規(guī)則：顛覆性技術(shù)與美國(guó)國(guó)防戰(zhàn)略》報(bào)告將軍用顛覆性技術(shù)定義為：“以快速打破對(duì)手之間軍力平衡的方式解決問(wèn)題的技術(shù)或技術(shù)群”［3］。軍用顛覆性技術(shù)強(qiáng)調(diào)能力制勝效果，通過(guò)升級(jí)現(xiàn)有武器裝備性能，或催生一批新型作戰(zhàn)裝備，促進(jìn)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(gè)顯著特征

顛覆性技術(shù)至少具有3 個(gè)顯著特征：

一是替代性。某項(xiàng)技術(shù)是否是顛覆性技術(shù)，需觀察其應(yīng)用后的效果，即是否對(duì)原有技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)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(huì)形態(tài)和作戰(zhàn)樣式，典型案例有個(gè)人電腦、空空導(dǎo)彈和隱身戰(zhàn)機(jī)等。另外顛覆是相對(duì)的概念，曾經(jīng)替代了過(guò)去某項(xiàng)技術(shù)的顛覆性技術(shù)，未來(lái)也可被新的技術(shù)替代［5］。

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

三是不確定性。顛覆性技術(shù)不會(huì)憑空出現(xiàn)，從出現(xiàn)到成熟需要一個(gè)長(zhǎng)期的培育過(guò)程，考慮到一是基礎(chǔ)研究、發(fā)明創(chuàng)造本身難度巨大；二是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的改良優(yōu)化和創(chuàng)新應(yīng)用，一般保密程度較高；最后顛覆性技術(shù)的應(yīng)用還與國(guó)家戰(zhàn)略、軍事戰(zhàn)略、體制機(jī)制等非科技因素密切相關(guān)［6］。以上因素導(dǎo)致顛覆性技術(shù)一般具有后驗(yàn)屬性，事前預(yù)測(cè)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(rèn)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?cè)挟a(chǎn)品和技術(shù)樣式，產(chǎn)生新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；④生成新的業(yè)務(wù)模式和增長(zhǎng)點(diǎn)；⑤為用戶提供指數(shù)級(jí)提升的價(jià)值增長(zhǎng)；⑥具備主導(dǎo)產(chǎn)品或技術(shù)的潛能；⑦ 用戶會(huì)為其改變?cè)行袨槟Ｊ健?/p>

1.3 顛覆性技術(shù)的識(shí)別和獲取

1.3.1 顛覆性技術(shù)的識(shí)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(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，跟蹤、判斷、識(shí)別潛在顛覆性技術(shù)，將有效防止一個(gè)組織乃至國(guó)家被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手“技術(shù)突襲”，這也使顛覆性技術(shù)識(shí)別成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

目前顛覆性技術(shù)的識(shí)別主要有定性和定量分析法。定性分析主要包括德?tīng)柗品?、情景分析、歷史案例、掃描與情報(bào)分析等，通過(guò)研究歷史演變規(guī)律、利用專家經(jīng)驗(yàn)智慧，主觀預(yù)測(cè)顛覆性技術(shù)；定量分析主要基于文獻(xiàn)和專利的梳理，客觀統(tǒng)計(jì)研究熱點(diǎn)，并通過(guò)建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)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(lái)說(shuō)有以下3 類途徑。一是基于科學(xué)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(duì)較少，如引領(lǐng)前三次工業(yè)革命的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和計(jì)算機(jī)。二是技術(shù)的顛覆性應(yīng)用。該類技術(shù)在已有技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)展創(chuàng)新應(yīng)用，雖技術(shù)難度相對(duì)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(shí)通信和線上支付等。三是以顛覆性思路解決問(wèn)題。強(qiáng)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(jìn)行創(chuàng)新，例如美國(guó)洛·馬公司臭鼬工廠研發(fā)的隱身戰(zhàn)機(jī)、馬斯克主導(dǎo)研發(fā)的可回收火箭、大疆公司的民用無(wú)人機(jī)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(dāng)下回望歷史，顛覆性技術(shù)一直是人類文明在歷史長(zhǎng)河中否定之否定發(fā)展的重要注腳，其對(duì)生產(chǎn)生活方式、作戰(zhàn)運(yùn)用方式的一輪又一輪地推倒和重建，不斷推動(dòng)著人類進(jìn)入更高等級(jí)的文明時(shí)代。

2.1 顛覆性技術(shù)對(duì)前三次工業(yè)革命的影響

第一次工業(yè)革命從18 世紀(jì)60 年代持續(xù)到19世紀(jì)中期，發(fā)軔于英國(guó)。詹姆斯·瓦特在1776年發(fā)明蒸汽機(jī)是第一次工業(yè)革命的標(biāo)志性事件。相比于人的體力，蒸汽機(jī)力量更大、單位動(dòng)力成本更低、工作效率更高。蒸汽機(jī)及其他工具機(jī)械的發(fā)明，伴隨著七年戰(zhàn)爭(zhēng)擊敗法國(guó)，使英國(guó)正式開(kāi)啟了日不落帝國(guó)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(shí)，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)也使世界進(jìn)入了機(jī)械化時(shí)代，迅速建立了以機(jī)器為主體的工廠制度，促使西方列強(qiáng)從農(nóng)業(yè)國(guó)演進(jìn)成輕工業(yè)國(guó)，由封建社會(huì)進(jìn)入了自由資本主義社會(huì)［9］。

第二次工業(yè)革命從19 世紀(jì)50 年代持續(xù)到20 世紀(jì)初，孕育于美國(guó)。愛(ài)迪生于1879 年制造了第1 只實(shí)用的白熾電燈泡，是第二次工業(yè)革命的標(biāo)志性事件。美國(guó)工廠迅速完成了從蒸汽機(jī)到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)換，提煉出了為內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力的汽油，開(kāi)創(chuàng)了汽車和飛機(jī)時(shí)代，帶動(dòng)了美國(guó)鋼鐵業(yè)的飛速發(fā)展。第二次工業(yè)革命使全球進(jìn)入了機(jī)械化大生產(chǎn)的重工業(yè)時(shí)代，也使美國(guó)取代英國(guó)成為世界上頭號(hào)工業(yè)強(qiáng)國(guó)，同時(shí)也讓西方完成了自由資本主義社會(huì)向壟斷資本主義社會(huì)的過(guò)渡［10］。

第三次工業(yè)革命從20 世紀(jì)40～50 年代持續(xù)到90 年代，同樣起源于美國(guó)。半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)械替代人的體力勞動(dòng)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(jìn)入了知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，社會(huì)生產(chǎn)力再次飛躍，并影響至今。

前三次工業(yè)革命的標(biāo)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(dǎo)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(biāo)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(guó)軍事戰(zhàn)略的重要組成部分，是其通過(guò)開(kāi)發(fā)與運(yùn)用非對(duì)稱手段，力求以技術(shù)優(yōu)勢(shì)提升軍事實(shí)力，并抵消對(duì)手?jǐn)?shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的重要戰(zhàn)略舉措。

20 世紀(jì)50 年代，為抵抗蘇聯(lián)地面鋼鐵洪流對(duì)歐洲國(guó)家的巨大威脅，美國(guó)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(guó)在核力量上的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，抵消蘇聯(lián)在常規(guī)兵力和地緣政治上的相對(duì)優(yōu)勢(shì)［11］。在此期間，美軍重點(diǎn)發(fā)展了氫彈、小型核武器、轟炸機(jī)、洲際彈道導(dǎo)彈、加油機(jī)等，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jì)70 年代，美軍開(kāi)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(shì)，抵消蘇聯(lián)在裝備數(shù)量方面的優(yōu)勢(shì)［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(jī)載預(yù)警與控制系統(tǒng)（AWACS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、隱身戰(zhàn)機(jī)、精確制導(dǎo)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(dǎo)致了蘇聯(lián)的解體。

在大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，為遏制和抵消潛在大國(guó)對(duì)手的技術(shù)威脅，美國(guó)國(guó)防部于2014 年公布了“國(guó)防創(chuàng)新倡議”，標(biāo)志著正式啟動(dòng)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(diǎn)發(fā)展可以“改變未來(lái)戰(zhàn)局”的顛覆性技術(shù)，企圖再次以科技創(chuàng)新敲開(kāi)新軍事革命的大門，明確了人工智能、高超聲速、多域多目標(biāo)協(xié)同作戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)和信息戰(zhàn)以及量子計(jì)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(kuò)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(shí)施采辦改革以加速技術(shù)物化，四是推廣開(kāi)放系統(tǒng)和通用化以加速技術(shù)插入。最終力求實(shí)現(xiàn)人才制勝、技術(shù)制勝和創(chuàng)新制勝，以維持和擴(kuò)大美國(guó)的軍事技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步維護(hù)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(duì)航空領(lǐng)域的重要影響

顛覆性技術(shù)對(duì)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(jī)以來(lái)，每隔一段時(shí)間都會(huì)出現(xiàn)一批典型的顛覆性技術(shù)，最終塑造出了當(dāng)今空中作戰(zhàn)和民航運(yùn)輸?shù)幕拘螒B(tài)。本文列舉了歷史上給航空發(fā)展帶來(lái)重要影響的5 個(gè)顛覆性技術(shù)。

2.3.1 機(jī)槍射擊協(xié)調(diào)器：空戰(zhàn)一邊倒，引發(fā)“?？耸綖?zāi)難”

一戰(zhàn)初期，飛機(jī)主要擔(dān)負(fù)偵察、地面火力目標(biāo)指示等任務(wù)。1914 年，法國(guó)首次將機(jī)槍安裝在雙座飛機(jī)后座上，但射擊精度差，易擊中本機(jī)尾翼。另外還將機(jī)槍裝在戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼兩側(cè)，但射擊效果仍很差。之后，荷蘭飛機(jī)設(shè)計(jì)師安東尼·?？税l(fā)明了機(jī)槍射擊協(xié)調(diào)器（如圖4 所示），其可實(shí)現(xiàn)子彈僅從槳葉空隙間射出，而在槳葉轉(zhuǎn)到機(jī)槍槍口時(shí)停止擊發(fā)，使飛機(jī)可以非常方便地攻擊機(jī)頭方向的目標(biāo)，最終大幅提高了射擊精度［13］。

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

1915 年，德國(guó)開(kāi)始使用配裝射擊協(xié)調(diào)器的戰(zhàn)斗機(jī)，并迅速獲得了壓倒性的空戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，造成航空史上著名的“?？耸綖?zāi)難”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一戰(zhàn)中協(xié)約國(guó)被擊落戰(zhàn)斗機(jī)8 400 架，80%是被“?？耸健毕盗袘?zhàn)機(jī)擊落，其中德國(guó)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(jī)的出現(xiàn)，機(jī)槍射擊協(xié)調(diào)器才完成了歷史使命。

2.3.2 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)：替代活塞，飛行性能全面提升

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

噴氣飛機(jī)的基礎(chǔ)是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其利用牛頓第三定律，低速流入發(fā)動(dòng)機(jī)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?gòu)奈矅姽芟蚝髧姵?，由此產(chǎn)生反作用力推動(dòng)飛機(jī)向前飛行，一經(jīng)推出便快速替代了活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，相比前者，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具備以下優(yōu)勢(shì)。

一是高速性能好。在重量相同前提下，可提供遠(yuǎn)大于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，顯著提高飛機(jī)速度。二是高空性能好。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量遠(yuǎn)高于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)相比，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)均相對(duì)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(guó)工程師弗蘭克·惠特爾研制的世界首臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)完成試車。但當(dāng)時(shí)英國(guó)并沒(méi)有預(yù)判到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的顛覆性影響，反而讓德國(guó)取得了技術(shù)領(lǐng)先地位。1939 年8 月，德國(guó)工程師亨克爾設(shè)計(jì)的世界第1 架噴氣動(dòng)力飛機(jī)He-178 完成首飛，其配裝了如圖5 所示的HeS 3B 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。1944 年，德國(guó)Me-262 戰(zhàn)斗機(jī)出現(xiàn)在戰(zhàn)場(chǎng)，成為人類航空史上第一型投入實(shí)戰(zhàn)的噴氣戰(zhàn)斗機(jī)。

圖5 He-178噴氣飛機(jī)配裝的HeS 3B 發(fā)動(dòng)機(jī)（圖片來(lái)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(dòng)機(jī)的不斷升級(jí)和改進(jìn)，噴氣飛機(jī)的性能也不斷提高。當(dāng)今，噴氣飛機(jī)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(dǎo)武器：精確命中，打擊效率全面躍升

精確制導(dǎo)技術(shù)由美軍第2 次“抵消戰(zhàn)略”孕育而生，是利用導(dǎo)彈自身獲取或外部輸入的目標(biāo)信息，探測(cè)、識(shí)別和跟蹤目標(biāo)，導(dǎo)引和控制導(dǎo)彈命中的制導(dǎo)技術(shù)［14］。精確制導(dǎo)武器打擊距離遠(yuǎn)，可大幅提高載機(jī)平臺(tái)的安全性；命中精度高，直接命中概率達(dá)50%以上；作戰(zhàn)效能高，可顯著減少?gòu)椝幫斗艛?shù)量和載機(jī)出動(dòng)架次，已成為信息化局部戰(zhàn)爭(zhēng)中實(shí)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(shí)7 年，投放彈藥上萬(wàn)噸，損失飛機(jī)上百架，耗資約10 億美元，仍沒(méi)能成功。1972 年5 月美軍出動(dòng)8 架戰(zhàn)機(jī)，投放了26 枚剛剛研制成功的“寶石路”-I 型激光制導(dǎo)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(dǎo)武器世人皆知［15］。隨后其地位持續(xù)上升，戰(zhàn)時(shí)使用占比不斷提高。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，以美國(guó)為首的多國(guó)部隊(duì)用約8%～9%的精確制導(dǎo)武器擊毀了約75%～80%的目標(biāo)。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，精確制導(dǎo)武器用量已占全部使用武器的68%。21 世紀(jì)初以來(lái)，在美軍的“斬首”行動(dòng)和無(wú)人機(jī)反恐作戰(zhàn)中，精確制導(dǎo)武器使用占比已達(dá)100%。

圖6 美軍寶石路-I 型激光制導(dǎo)炸彈（圖片來(lái)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(jì)60～70 年代，由于先進(jìn)防空導(dǎo)彈系統(tǒng)的出現(xiàn)，美軍戰(zhàn)機(jī)在越戰(zhàn)中損失慘重，以色列在第4 次中東戰(zhàn)爭(zhēng)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(diǎn)的技術(shù)，這使隱身戰(zhàn)機(jī)最終浮出水面。

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

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）于1973 年開(kāi)始投資高度保密的“海弗蘭”（HAVE BLUE）特征信號(hào)減弱項(xiàng)目，并最終演變成了圖7中的F-117A 隱身戰(zhàn)機(jī)。1982 年F-117A 進(jìn)入美國(guó)空軍服役，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間42 架F-117A 共出動(dòng)1 296 架次，雖僅占多國(guó)部隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)總出動(dòng)架次的約2%，所攻擊的目標(biāo)卻占到攻擊目標(biāo)總數(shù)的40%，命中概率高達(dá)80%～85%，隱身技術(shù)初露崢嶸。

圖7 美國(guó)空軍F-117A 隱身戰(zhàn)機(jī)（圖片來(lái)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(qiáng)國(guó)主戰(zhàn)飛機(jī)的標(biāo)配。隱身戰(zhàn)機(jī)可實(shí)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(shì)明顯，可跨代碾壓非隱身戰(zhàn)機(jī)。2006 年美軍“北方利刃”軍演中，隱身戰(zhàn)機(jī)F-22A 與F-15C、F/A-18E/F 模擬空戰(zhàn)的交換比達(dá)到了驚人的144∶0［18-19］。

2.3.5 無(wú)人機(jī)技術(shù)：開(kāi)創(chuàng)全新空中作戰(zhàn)模式

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和搭載的程序控制飛行的不載人飛行器。相比有人機(jī)，無(wú)人機(jī)具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、續(xù)航力強(qiáng)、使用限制小、無(wú)人員傷亡危險(xiǎn)等特點(diǎn)，可以替代有人機(jī)執(zhí)行枯燥、骯臟、危險(xiǎn)的任務(wù)。

無(wú)人機(jī)的發(fā)展至今已有數(shù)十年的歷史。1960 年，DARPA 便開(kāi)始投資無(wú)人機(jī)，但當(dāng)時(shí)無(wú)人機(jī)的使用在美軍中存在廣泛爭(zhēng)議。DARPA 憑借其對(duì)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(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、導(dǎo)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(guò)實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)的無(wú)人機(jī)型號(hào)。

軍事上，無(wú)人機(jī)任務(wù)執(zhí)行能力已實(shí)現(xiàn)三級(jí)跨越。最初是承擔(dān)作戰(zhàn)支援任務(wù)，如情監(jiān)偵、誘餌、通信中繼、靶機(jī)、后勤運(yùn)輸?shù)取?982 年以色列在貝卡谷地成功運(yùn)用多型無(wú)人機(jī)，開(kāi)展引誘、偵察、干擾等任務(wù)，一舉摧毀了敘利亞防空陣地，使無(wú)人機(jī)一戰(zhàn)成名；其次是在反恐等局部戰(zhàn)爭(zhēng)中實(shí)施低強(qiáng)度任務(wù)。2001 年11 月美軍MQ-1 無(wú)人機(jī)擊斃了塔利班高官；目前無(wú)人機(jī)正朝著在高強(qiáng)度戰(zhàn)爭(zhēng)中承擔(dān)主戰(zhàn)任務(wù)的方向發(fā)展。從2011 年至今的敘利亞戰(zhàn)爭(zhēng)、2020 年春季的土敘沖突，無(wú)人機(jī)成為戰(zhàn)場(chǎng)的重要角色。2020 年9 月的第2 次納卡戰(zhàn)爭(zhēng)，無(wú)人機(jī)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)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(wú)人機(jī)的大比拼，極大影響了戰(zhàn)爭(zhēng)走向。

3 航空科技發(fā)展趨勢(shì)

航空科技發(fā)展與世界整體發(fā)展趨勢(shì)息息相關(guān)，大國(guó)對(duì)抗使軍用航空主要聚焦高端戰(zhàn)爭(zhēng)，追求更高殺傷能力和更高生存能力是其亙古不變的目標(biāo)?！半p碳”目標(biāo)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(jì)。

航空科技發(fā)展的總趨勢(shì)是“高能化”與“智能化”復(fù)合發(fā)展，高能為“體”，智能為“魂”。高能化是對(duì)能量、物質(zhì)的更多掌控，決定了航空裝備能達(dá)到的物理邊界，對(duì)飛行高度、航程、速度、機(jī)動(dòng)性等性能指標(biāo)有直接影響。智能化是對(duì)信息域與認(rèn)知域掌控，決定了航空裝備運(yùn)用的能力，可以實(shí)現(xiàn)更高的效率、更準(zhǔn)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(dòng)”能、高“供”能、高“聚”能、高效“用”能等4 方面。

高“動(dòng)”能主要對(duì)應(yīng)航空平臺(tái)的技術(shù)革新方向，如圖8 所示，高速飛行、超機(jī)動(dòng)性、遠(yuǎn)程作戰(zhàn)以及長(zhǎng)時(shí)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(shí)間從數(shù)小時(shí)、幾十小時(shí)至數(shù)天等。高“動(dòng)”能在軍民用航空領(lǐng)域都可發(fā)揮重要作用，如對(duì)臨近空間的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和低聲爆超聲速民機(jī)的應(yīng)用等［20］。

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

高“供”能主要對(duì)應(yīng)航空動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)，包括進(jìn)排氣的主動(dòng)流動(dòng)控制、高壓比壓氣系統(tǒng)、新概念動(dòng)力系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)都是目前航空動(dòng)力研究的熱點(diǎn)方向。此外，電動(dòng)飛機(jī)和氫動(dòng)力技術(shù)也將成為低碳化的前沿領(lǐng)域，為未來(lái)民航業(yè)創(chuàng)造更大的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)潛力。

高“聚”能主要對(duì)應(yīng)航空武器的技術(shù)革新方向，包括機(jī)載激光武器和高功率微波武器等。航空武器的設(shè)計(jì)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(chǎng)景，以最小化敵人反應(yīng)時(shí)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(duì)應(yīng)航空機(jī)電的技術(shù)革新方向，其中多電/全電技術(shù)、全機(jī)能量?jī)?yōu)化、變革性能量傳輸與存儲(chǔ)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(jī)器智能化已成為社會(huì)發(fā)展大趨勢(shì)。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(jìn)化能力。

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

自主感知使飛行器通過(guò)各類傳感器和數(shù)據(jù)融合完成復(fù)雜環(huán)境和目標(biāo)的分類、識(shí)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(shì)，綜合利用感知信息和決策算法，在各種復(fù)雜場(chǎng)景中快速作出利益最大化的決策，實(shí)現(xiàn)“機(jī)主人輔”甚至“完全自主”；自主執(zhí)行能使人類從下達(dá)操作指令轉(zhuǎn)變到下達(dá)任務(wù)指令，機(jī)器自主進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，并在執(zhí)行過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整，最終替代人在任務(wù)執(zhí)行中的作用；基于“自主遺傳進(jìn)化”算法，自主進(jìn)化可使智能飛行器具有生命體特征，認(rèn)知決策水平可通過(guò)不斷學(xué)習(xí)而實(shí)時(shí)進(jìn)化，自主提升能力，以應(yīng)對(duì)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(xué)習(xí)能力，無(wú)論是戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、無(wú)人機(jī)集群、智能博弈對(duì)抗、認(rèn)知電子戰(zhàn)等軍事領(lǐng)域，還是智能交通管制、乘客體驗(yàn)改善、自動(dòng)化貨運(yùn)等民用領(lǐng)域，智能化將為未來(lái)航空打開(kāi)更大的想象空間［21-23］。

4 航空顛覆性技術(shù)預(yù)判

材料制造是航空發(fā)展的基礎(chǔ)，能源動(dòng)力對(duì)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(xué)科跨領(lǐng)域交叉融合是航空的重要特征。本文預(yù)判了上述4 個(gè)領(lǐng)域的9 項(xiàng)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(shuō)法，可見(jiàn)材料的屬性對(duì)飛機(jī)的性能來(lái)說(shuō)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(duì)于實(shí)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(shí)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(lái)源。

4.1.1 超材料

超材料（Metamaterial）是一種通過(guò)人為設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)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(zhǎng)，從而可控制光波、無(wú)線電波和機(jī)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(dǎo)率皆為負(fù)值，具有負(fù)折射、逆多普勒效應(yīng)、逆切侖科夫輻射和亞波長(zhǎng)衍射等特性；光子晶體是一種可控制光子流動(dòng)的光學(xué)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(jī)械/聲學(xué)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(shí)現(xiàn)減震和降噪。

超材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)了功能到結(jié)構(gòu)的逆向設(shè)計(jì)，對(duì)航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生潛在顛覆性影響：①構(gòu)造能實(shí)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(guò)吸波方式降低目標(biāo)信號(hào)特征，大幅提高戰(zhàn)機(jī)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(yīng)用在戰(zhàn)機(jī)、導(dǎo)彈等領(lǐng)域可有效強(qiáng)化探測(cè)跟蹤能力，在未來(lái)信息化空戰(zhàn)中進(jìn)一步加快OODA（觀察、定位、決策、行動(dòng)）循環(huán)；③將平面?zhèn)鬏斕炀€與超材料耦合設(shè)計(jì)，可提高天線輻射效率并縮小尺寸，推動(dòng)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(dòng)器和控制元件集成到基體材料中，實(shí)現(xiàn)自診斷、自適應(yīng)和自修復(fù)等功能，是未來(lái)先進(jìn)飛行器的發(fā)展方向之一，主要研究方向?yàn)橹悄苊善ず妥赃m應(yīng)變體結(jié)構(gòu)等。

智能蒙皮將幾千個(gè)尺寸僅有米粒大小具有感知、處理和通信能力的微型計(jì)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(guò)熱和超應(yīng)變區(qū)域，或調(diào)節(jié)內(nèi)部電磁參量，降低電磁散射信號(hào)實(shí)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(dá)探測(cè)、能量存儲(chǔ)等功能，在減輕重量、節(jié)省空間、提高飛機(jī)隱身性能等方面具有很大潛力。

自適應(yīng)變體結(jié)構(gòu)通過(guò)感知飛行器飛行環(huán)境和姿態(tài)變化，經(jīng)處理機(jī)運(yùn)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(dòng)效率，實(shí)時(shí)適應(yīng)多種飛行環(huán)境和任務(wù)需求（如圖11 所示）。

圖11 美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室自適應(yīng)變體機(jī)翼（圖片來(lái)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(duì)航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生潛在顛覆性影響：①機(jī)翼自適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形可進(jìn)一步減阻降噪，提高飛行經(jīng)濟(jì)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(jìn)行外形自適應(yīng)和材料自修復(fù)，有效解決“熱障”問(wèn)題，降低熱防護(hù)設(shè)計(jì)難度；③采用智能可見(jiàn)光隱身材料、智能雷達(dá)隱身材料和智能紅外隱身材料可進(jìn)一步提高隱身性能，提升飛行器突防能力［25］。

4.2 能源動(dòng)力

從歷史角度看，動(dòng)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(dòng)機(jī)和燃料可看作飛機(jī)的心臟和血液，該領(lǐng)域的顛覆性發(fā)展將深刻變革未來(lái)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(shí)現(xiàn)2050 年航空零碳排放目標(biāo)而開(kāi)展積極行動(dòng)，可持續(xù)航空燃料（SAF）的應(yīng)用被認(rèn)為是最具潛力的技術(shù)。SAF 是指可再生、使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境影響較小的航空燃料，具有碳排放少、降低對(duì)石油等不可再生能源的依賴，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，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(chǔ)運(yùn)輸困難等問(wèn)題，目前可持續(xù)航空燃料尚未得到廣泛應(yīng)用。

英國(guó)在2022 年4 月發(fā)布的《零排放目標(biāo)》報(bào)告中，預(yù)計(jì)氫動(dòng)力飛機(jī)最早可在2030 年前投入運(yùn)營(yíng)（城際級(jí)別），并在2050 年前逐步實(shí)現(xiàn)支線、窄體和寬體氫動(dòng)力飛機(jī)投入運(yùn)營(yíng)（如圖12 所示）。

圖12 英國(guó)《零排放目標(biāo)》綠色航空路線圖（圖片來(lái)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(duì)助力碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)、增強(qiáng)能源安全具有不可替代的作用，對(duì)航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：可實(shí)現(xiàn)航空動(dòng)力系統(tǒng)的重大變革。未來(lái)民用航空動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)使用可持續(xù)燃料作為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，或直接使用燃料電池為飛機(jī)提供動(dòng)力，將大幅降低航空業(yè)碳排放。

4.2.2 自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)

自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（Adaptive Variable Cycle Engine）是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)換的下一代軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（如圖13 所示）。美國(guó)空軍要求自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)與F-35戰(zhàn)斗機(jī)配裝的F135 發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來(lái)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(guó)空軍先后實(shí)施“自適應(yīng)通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)”計(jì)劃（ADVENT，2007—2015）、“自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展”計(jì)劃（AETD，2012—2017）和“自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化計(jì)劃”（AETP，2016 年起），通過(guò)技術(shù)預(yù)研逐步推動(dòng)自適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展成熟。2022 年8 月，美國(guó)空軍正式啟動(dòng)“下一代戰(zhàn)斗機(jī)自適應(yīng)推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)”（NGAP）計(jì)劃，預(yù)計(jì)2032 年7 月完成設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、臺(tái)架試驗(yàn)、原型試驗(yàn)和武器系統(tǒng)集成等設(shè)計(jì)工作，最終配裝美軍六代機(jī)［26］。

自適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能佳、工作范圍寬，對(duì)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(lái)飛行器呈現(xiàn)多任務(wù)和多用途發(fā)展趨勢(shì)；②可在多種飛行器上共享發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，應(yīng)用基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)衍生出系列發(fā)動(dòng)機(jī)，擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)適用范圍并降低研發(fā)成本。

4.2.3 旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)

旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（RDE）以爆震形式增壓燃燒。爆震波在傳播過(guò)程中實(shí)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(jiǎn)單、比沖和效率高、工作域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，RDE 相比現(xiàn)役渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率理論上可提高15%。除自身單獨(dú)作為動(dòng)力裝置外，RDE 還可與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組合，提升原動(dòng)力裝置性能。

圖14 RDE 結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來(lái)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(guó)、俄羅斯、法國(guó)、波蘭、日本等國(guó)都正對(duì)RDE 開(kāi)展試驗(yàn)研究，解決燃料噴注與摻混、爆震波傳播控制、進(jìn)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。美國(guó)為推動(dòng)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(dòng)力巡航導(dǎo)彈概念研究合同，并于2022 年8 月啟動(dòng)“開(kāi)局”項(xiàng)目，為戰(zhàn)機(jī)提供吸氣式RDE 動(dòng)力導(dǎo)彈，實(shí)現(xiàn)時(shí)敏目標(biāo)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(duì)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，產(chǎn)生了超過(guò)17.9 kN 的推力。

美軍認(rèn)為，RDE 已成為未來(lái)航空動(dòng)力領(lǐng)域最具潛力的變革者之一，在軍民用領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，對(duì)未來(lái)航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：①在前期作為機(jī)載武器、無(wú)人機(jī)、靶機(jī)、誘餌機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，推動(dòng)無(wú)人飛行器向小型化、遠(yuǎn)航程方向發(fā)展；②在后期可單獨(dú)或作為組合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用在中大型軍民用飛機(jī)上，提高推重比、降低油耗、提高經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(lái)源地。

4.3.1 腦機(jī)交互技術(shù)

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

DARPA 從1970 年開(kāi)始研究BCI 技術(shù)，特別是2014 年成立生物技術(shù)辦公室以來(lái)，以每年近億美元的投入加速推動(dòng)其軍事應(yīng)用。近年來(lái)，隨著神經(jīng)科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，BCI 技術(shù)也取得長(zhǎng)足進(jìn)步。從最初的基于電極陣列讀取腦電信號(hào)，發(fā)展到高精度單神經(jīng)元級(jí)別檢測(cè)；從最初只能控制簡(jiǎn)單設(shè)備，如移動(dòng)光標(biāo)，發(fā)展到可控制復(fù)雜機(jī)器人臂進(jìn)行抓取等動(dòng)作。

BCI 技術(shù)在航空領(lǐng)域存在巨大應(yīng)用價(jià)值，世界各國(guó)都在積極研究。2013 年美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)實(shí)現(xiàn)人類首次用腦電波控制四軸遙控飛機(jī)；2014 年5 月德國(guó)“腦飛行”計(jì)劃實(shí)現(xiàn)飛行員用大腦精準(zhǔn)操控飛行（如圖15 所示）；2015 年DARPA實(shí)現(xiàn)了讓癱瘓女士用意念控制F-35 模擬器。

圖15 德國(guó)“腦飛行”計(jì)劃開(kāi)展試驗(yàn)（圖片來(lái)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(duì)未來(lái)航空領(lǐng)域產(chǎn)生如下顛覆性影響：①實(shí)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(jī)界面；②借鑒人腦構(gòu)造和運(yùn)行，開(kāi)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(shí)技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于飛行模擬訓(xùn)練中，能有效降低訓(xùn)練成本并提高訓(xùn)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(jìn)行相關(guān)操作（測(cè)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(yīng)用集中在量子計(jì)算、量子通信、量子傳感、量子計(jì)算、量子成像等領(lǐng)域。

近些年，量子信息技術(shù)在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得長(zhǎng)足進(jìn)步。在理論上，掌握了量子錯(cuò)誤修正碼等更先進(jìn)的理論，極大提高了量子計(jì)算的容錯(cuò)率；在實(shí)驗(yàn)上，各國(guó)投入大量資源進(jìn)行研發(fā)，2023 年10 月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心合作，成功構(gòu)建了255 個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章三號(hào)”（如圖16 所示），刷新了光量子信息的技術(shù)水平和量子計(jì)算優(yōu)越性的世界紀(jì)錄。目前全球主要國(guó)家和公司都在積極布局這一領(lǐng)域，競(jìng)相研發(fā)量子計(jì)算機(jī)、量子傳感器和量子通信等設(shè)備。

圖16 “九章三號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī)（圖片來(lái)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(duì)未來(lái)航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：①量子計(jì)算超常規(guī)算力不但可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)研發(fā)優(yōu)化，還可加速人工智能算法訓(xùn)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(qiáng)遠(yuǎn)距隱身探測(cè)和抗干擾能力；④基于量子陀螺的慣性導(dǎo)航能大幅提高航空武器裝備的自主導(dǎo)航精度；⑤量子計(jì)量可為航空計(jì)量體系建立提供重要支撐。

4.4 交叉融合

多學(xué)科交叉領(lǐng)域是涌現(xiàn)顛覆性技術(shù)的重要源泉，而跨學(xué)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(diǎn)。

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(dǎo)彈、高超聲速飛機(jī)和空天飛行器3 大類。目前以高超聲速導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力生成和高超聲速飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)研制作為主要發(fā)展方向。

在高超聲速導(dǎo)彈方面，俄羅斯表示在2022 年8 月正式列裝“鋯石”高超聲速導(dǎo)彈。另外在俄烏沖突中，俄羅斯首次實(shí)戰(zhàn)使用了“匕首”高超聲速導(dǎo)彈。截至2023 年8 月，“匕首”導(dǎo)彈已完成3 次打擊縱深目標(biāo)任務(wù)［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(guó)海軍和空軍均啟動(dòng)了機(jī)載高超聲速巡航導(dǎo)彈型號(hào)研制，最早計(jì)劃2027 年實(shí)戰(zhàn)部署。

在高超聲速飛機(jī)方面，當(dāng)前研究主要面向動(dòng)力系統(tǒng)成熟與整機(jī)方案集成等方向。2022年1月，美國(guó)波音公司展出機(jī)頭扁平、機(jī)身較圓、雙發(fā)渦輪基組合循環(huán)（TBCC）發(fā)動(dòng)機(jī)分開(kāi)布置的新型“女武神”高超聲速飛機(jī)概念模型。2022 年7 月，英國(guó)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(hào)方案”高超聲速驗(yàn)證機(jī)縮比模型［31］（如圖17所示）。

圖17 英國(guó)高超聲速驗(yàn)證機(jī)概念方案（圖片來(lái)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(duì)未來(lái)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(jī)將極大縮短旅途中花費(fèi)的時(shí)間，顯著提高出行效率的同時(shí)，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(dāng)前幾乎所有防空反導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)固定、時(shí)敏、高價(jià)值目標(biāo)快速精確打擊；高超聲速飛機(jī)可執(zhí)行多元化任務(wù)，懾打一體，靈活機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，給未來(lái)空戰(zhàn)樣式帶來(lái)巨大變革。

4.4.2 機(jī)載定向能武器

機(jī)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(jī)載激光和高功率微波武器是當(dāng)前發(fā)展重點(diǎn)，現(xiàn)處于關(guān)鍵演示驗(yàn)證階段［32-33］。

2019 年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室“自防御高能激光演示器”（SHIELD）項(xiàng)目的100 kW 級(jí)激光樣機(jī)在地面成功擊落了數(shù)枚空射導(dǎo)彈，驗(yàn)證了技術(shù)可行性，圖18 為其配裝戰(zhàn)斗機(jī)的概念圖；2021 年上半年項(xiàng)目已接收機(jī)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(jìn)行系統(tǒng)集成，計(jì)劃2025 年將激光器裝機(jī)并開(kāi)展射擊演示驗(yàn)證。美國(guó)機(jī)載激光武器有望在2029 年前后配裝下一代作戰(zhàn)飛機(jī)，也可能用于其他大型空中平臺(tái)。

圖18 SHIELD 激光武器概念圖（圖片來(lái)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(guó)海軍和空軍研究實(shí)驗(yàn)室的“高功率聯(lián)合電磁非動(dòng)能打擊”項(xiàng)目（HiJENKS）進(jìn)行了為期2 個(gè)月的高功率微波導(dǎo)彈試驗(yàn)測(cè)試。Hi-JENKS 導(dǎo)彈戰(zhàn)時(shí)可破壞敵陸/?；鵆4I 系統(tǒng)、增強(qiáng)美軍電子戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)能力。美軍計(jì)劃在2029 年之后將高功率微波導(dǎo)彈配裝有人戰(zhàn)斗機(jī)和大型無(wú)人機(jī)。

機(jī)載定向能武器對(duì)未來(lái)航空領(lǐng)域可能產(chǎn)生如下顛覆性影響：①在進(jìn)攻方面，傳統(tǒng)彈藥主要依靠戰(zhàn)斗部進(jìn)行毀傷，而機(jī)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(jī)載定向能武器對(duì)無(wú)人機(jī)/巡航彈集群防御有顯著效果，可摧毀其導(dǎo)引頭或傳感器甚至彈體，使目標(biāo)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(guó)航空工業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，對(duì)比西方航空強(qiáng)國(guó)，已從望塵莫及、望其項(xiàng)背逐步發(fā)展到同臺(tái)競(jìng)技階段，軍用領(lǐng)域全面進(jìn)入“20”時(shí)代，民用國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)，部分領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先發(fā)展。進(jìn)入新時(shí)代，顛覆性技術(shù)的探索研究和產(chǎn)業(yè)化是實(shí)現(xiàn)航空強(qiáng)國(guó)的重要依托，同時(shí)也是一項(xiàng)極其復(fù)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(dòng)發(fā)展。

5.1 加強(qiáng)航空顛覆性技術(shù)掃描、識(shí)別與預(yù)測(cè)

加強(qiáng)原始創(chuàng)新是新時(shí)代實(shí)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(shí)代航空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)換道超車的重要抓手，需要主動(dòng)開(kāi)展航空顛覆性技術(shù)的掃描、識(shí)別與預(yù)測(cè)，牢牢把握未來(lái)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(kāi)展國(guó)內(nèi)外顛覆性技術(shù)的掃描，有效發(fā)揮情報(bào)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(xué)者進(jìn)行深入?yún)f(xié)作，以凝聚技術(shù)結(jié)合點(diǎn)，尋求新的爆發(fā)點(diǎn)。

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(kāi)展航空顛覆性技術(shù)研究的頂層輸入和戰(zhàn)略指導(dǎo)，需要在高層牽引下，組建固定人員團(tuán)隊(duì)進(jìn)行編制。一是結(jié)合需求編制，充分對(duì)標(biāo)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(guó)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(shí)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(wù)現(xiàn)狀，通過(guò)體制機(jī)制創(chuàng)新調(diào)動(dòng)研究人員積極性，切實(shí)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(shí)俱進(jìn)。

5.3 持續(xù)推進(jìn)基礎(chǔ)研究，培育顛覆性技術(shù)幼苗

基礎(chǔ)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(lái)長(zhǎng)期紅利。一是充分利用新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮國(guó)家作為重大基礎(chǔ)性技術(shù)研究組織者的作用，特別是做好周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大、難度高、前景好的技術(shù)研究、組織和推動(dòng)工作；二是加強(qiáng)政府、產(chǎn)業(yè)基金、社會(huì)資本等多渠道設(shè)立與基礎(chǔ)研究相關(guān)的課題，營(yíng)造航空相關(guān)基礎(chǔ)研究學(xué)術(shù)氛圍；三是航空產(chǎn)業(yè)力量加強(qiáng)與國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家科研機(jī)構(gòu)、高水平研究型大學(xué)等基礎(chǔ)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(yàn)證平臺(tái)推動(dòng)單項(xiàng)/多項(xiàng)技術(shù)綜合驗(yàn)證

美國(guó)航空領(lǐng)域的X 系列技術(shù)驗(yàn)證機(jī)舉世聞名，曾研究轉(zhuǎn)化了多項(xiàng)顛覆性技術(shù)，如電傳飛控、高超聲速等，是美國(guó)航空顛覆性技術(shù)研究的重要機(jī)制，目前正在研究分布式電推進(jìn)、可持續(xù)航空燃料（如圖19 所示）、無(wú)人機(jī)蜂群等方向。面向航空自主創(chuàng)新，中國(guó)也需要A 系列技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)，以有效開(kāi)展單項(xiàng)/多項(xiàng)技術(shù)研究驗(yàn)證。一是協(xié)調(diào)軍方、政府和工業(yè)部門，盡快設(shè)立系列化技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)的經(jīng)費(fèi)渠道及管理機(jī)構(gòu)；二是設(shè)計(jì)構(gòu)建技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)的需求發(fā)布、競(jìng)標(biāo)研制、成果轉(zhuǎn)化等機(jī)制；三是針對(duì)驗(yàn)證平臺(tái)制定相適應(yīng)的空中試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)范，優(yōu)化流程，以實(shí)現(xiàn)顛覆性技術(shù)在其上的快速試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖19 美國(guó)最新的X-66A 驗(yàn)證機(jī)（圖片來(lái)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(kāi)花往往需要顛覆性的土壤作為保障，DARPA 在美國(guó)的成功就充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)，商業(yè)領(lǐng)域充分激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(shè)計(jì)合理的體制機(jī)制。一是優(yōu)化科研評(píng)價(jià)機(jī)制，引導(dǎo)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(jì)效益的科研工作；二是鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)力量建立顛覆性技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，如專業(yè)實(shí)驗(yàn)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(jī)制和營(yíng)造敢于挑戰(zhàn)權(quán)威、鼓勵(lì)另辟蹊徑、開(kāi)放協(xié)同寬松的創(chuàng)新文化。只有讓從事前瞻性、先導(dǎo)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(guó)人的名字。