美媒盤點(diǎn)十大新興國防技術(shù)：顛覆未來戰(zhàn)爭的革新力量

布賴恩·麥卡錫是美國博思艾倫咨詢公司（Booz Allen Hamilton）的高級(jí)副總裁，在國防和情報(bào)領(lǐng)域的技術(shù)和戰(zhàn)略方面擁有深厚的資歷。他在《國防》月刊網(wǎng)站上發(fā)布了題為《2024年十大新興國防技術(shù)》的文章，詳細(xì)討論了當(dāng)前及未來一至三年內(nèi)在國防與情報(bào)領(lǐng)域至關(guān)重要的技術(shù)。

圖片來源：天工AI生成

1. AI加速器芯片

基本概念

AI加速器芯片是專為加速人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）計(jì)算并降低能耗而設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體芯片。這些芯片使得邊緣設(shè)備（例如無人機(jī)系統(tǒng)、頭戴式顯示器）能夠?qū)崿F(xiàn)AI功能。AI的發(fā)展速度可能取決于新型芯片的材料與設(shè)計(jì)。在未來，隨著芯片變得越來越“類腦”，大型語言模型可以在小型化、輕量化、低功耗的設(shè)備上運(yùn)行。

底層原理

AI加速器芯片通過優(yōu)化硬件架構(gòu)來提高AI計(jì)算性能并降低能耗。這些芯片通常包含大量的專用計(jì)算單元，如張量處理單元（TPU）、神經(jīng)處理單元（NPU）等，這些單元特別適合特定的AI計(jì)算需求。例如，TPU非常適合矩陣運(yùn)算，而NPU則擅長卷積操作和遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。

潛在影響

• 邊緣計(jì)算的革命 ： 高保真的計(jì)算機(jī)視覺和實(shí)時(shí)翻譯等邊緣應(yīng)用可能發(fā)生重大變革。無人機(jī)系統(tǒng)上的高保真計(jì)算機(jī)視覺或頭戴式顯示器中利用自然語言進(jìn)行的實(shí)時(shí)翻譯將顯著提升邊緣計(jì)算的能力。
• 大規(guī)模模型的小型化 ： 大型語言模型能夠在小型、低功耗設(shè)備上運(yùn)行，從而提高能效和計(jì)算能力。這將極大地促進(jìn)智能設(shè)備的普及和效能提升。

2. 定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）替代技術(shù)

基本概念

定位、導(dǎo)航與授時(shí)替代技術(shù)提供了一種比現(xiàn)有全球定位系統(tǒng)（GPS）更安全、更健全的替代方案。該技術(shù)套件包括慣性、視覺、低地球軌道衛(wèi)星、地面射頻以及基于環(huán)境和地球物理的導(dǎo)航和授時(shí)技術(shù)。美國未來的導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)計(jì)將嵌入多種可替代PNT技術(shù)模式，并可能利用多模態(tài)AI技術(shù)進(jìn)行整合。

底層原理

PNT替代技術(shù)依賴多種不同的導(dǎo)航和授時(shí)方法，以確保在一種技術(shù)失效或受到干擾時(shí)，其他技術(shù)仍能正常工作。以下是幾種主要技術(shù)：

• 慣性導(dǎo)航 ： 使用加速度計(jì)和陀螺儀測量載體的位置變化。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）可以在水下或地下等無法接收衛(wèi)星信號(hào)的地方工作。
• 視覺導(dǎo)航 ： 通過攝像頭和圖像匹配技術(shù)，根據(jù)已知地標(biāo)或其他視覺特征進(jìn)行定位。
• 低地球軌道衛(wèi)星 ： 這些衛(wèi)星相對(duì)于傳統(tǒng)GPS衛(wèi)星有更低的軌道，信號(hào)延遲少，更適合城市峽谷和密集森林等復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航。
• 地面射頻技術(shù) ： 包括WiFi、藍(lán)牙、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等多種無線信號(hào)源，可用于室內(nèi)或地下設(shè)施的精確定位。

潛在影響

• 抗干擾能力增強(qiáng) ： 即使在沒有衛(wèi)星信號(hào)的情況下，軍隊(duì)仍然能夠準(zhǔn)確地確定位置和時(shí)間。這大大提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。
• 多模態(tài)AI整合 ： 將多種導(dǎo)航技術(shù)通過多模態(tài)AI進(jìn)行整合，可以實(shí)現(xiàn)更靈活、更可靠的導(dǎo)航解決方案，提高整體系統(tǒng)的魯棒性。

3. 自主集群機(jī)器人

基本概念

自主集群機(jī)器人是指一群作為整體協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人。自主集群的應(yīng)用包括情報(bào)收集、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、周邊安全維護(hù)以及在戰(zhàn)場上鎖定目標(biāo)或動(dòng)能打擊。自主集群中的單元使用AI“駕駛員”與人類、集群內(nèi)的其他單元以及非集群系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)決策優(yōu)化和任務(wù)執(zhí)行。

底層原理

自主集群機(jī)器人依賴先進(jìn)的分布式AI和多機(jī)器人協(xié)調(diào)控制技術(shù)。每個(gè)機(jī)器人單元都有自己的本地計(jì)算能力，用于處理傳感器數(shù)據(jù)和執(zhí)行任務(wù)規(guī)劃。集群中的多個(gè)機(jī)器人通過共享感知數(shù)據(jù)和協(xié)調(diào)行動(dòng)，可以共同完成復(fù)雜的任務(wù)。例如，一組無人機(jī)可以通過相互間的通信和協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積區(qū)域的快速掃描和目標(biāo)識(shí)別。

潛在影響

• 智能化戰(zhàn)場 ： 自主集群機(jī)器人可能使未來的戰(zhàn)場變得更加智能化，甚至可能主導(dǎo)部分戰(zhàn)斗任務(wù)。例如，無人機(jī)群可以用于空中偵查、敵方陣地突襲等任務(wù)，大幅提高作戰(zhàn)效率和安全性。
• 增強(qiáng)多域作戰(zhàn)能力 ： 在增強(qiáng)情報(bào)、監(jiān)視、偵察、通信、電子戰(zhàn)、后勤支援等方面的能力，自主集群機(jī)器人提供了極大的靈活性和戰(zhàn)術(shù)選擇。

4. 生成式AI新軟件

基本概念

生成式AI新軟件是一種用于審查、編輯和編寫的AI/ML軟件，旨在減輕人類寫代碼的負(fù)擔(dān)，并減少漏洞和安全缺陷。生成式編碼技術(shù)已經(jīng)在法律文件自動(dòng)生成、程序編寫等領(lǐng)域顯示出巨大潛力。

底層原理

生成式AI技術(shù)利用深度學(xué)習(xí)模型（尤其是自然語言處理和生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)GANs）來自動(dòng)生成各種形式的代碼和文本。這些模型經(jīng)過大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，能夠理解和模仿人類的編程風(fēng)格，自動(dòng)生成高質(zhì)量的代碼片段。此外，生成式AI還可以檢測和修復(fù)代碼中的漏洞，提高軟件的安全性。

潛在影響

• 自動(dòng)化編程 ： 減少了人類編寫代碼的工作量，使程序員能夠更專注于軟件的設(shè)計(jì)和邏輯，而不是具體的編程細(xì)節(jié)。這將大大提高開發(fā)效率和軟件質(zhì)量。
• 減少安全漏洞 ： 生成式AI可以自動(dòng)檢測和修復(fù)代碼中的安全漏洞，減少人為錯(cuò)誤，提高軟件的整體安全性。

5. 高密度能量存儲(chǔ)

基本概念

高密度能量存儲(chǔ)技術(shù)相比當(dāng)前能源系統(tǒng)具有更高的能量重量比和能量體積比。這種技術(shù)能夠?yàn)閺谋銛y式電子設(shè)備到電動(dòng)汽車的各種應(yīng)用提供更高效、更持久的電力。硅陽極技術(shù)的最新進(jìn)展表明，未來1—3年內(nèi)，硅陽極將提供比石墨基鋰離子電池技術(shù)更好的能量密度和效率。

底層原理

高密度能量存儲(chǔ)技術(shù)主要依靠新材料和先進(jìn)儲(chǔ)能機(jī)制。硅作為一種高性能陽極材料，相較于傳統(tǒng)石墨，能夠儲(chǔ)存更多電量。這是因?yàn)楣璧睦碚撊萘窟h(yuǎn)高于石墨，盡管其在實(shí)際應(yīng)用中面臨膨脹等問題，但通過納米結(jié)構(gòu)和涂層等技術(shù)，這些問題得到了有效緩解。

潛在影響

• 延長續(xù)航時(shí)間 ： 對(duì)于供應(yīng)鏈物流、基地運(yùn)營以及支持前線作戰(zhàn)人員等多種任務(wù)，高密度能量存儲(chǔ)技術(shù)至關(guān)重要。它將顯著延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，減少頻繁充電或更換電池的需求。
• 未來氫能技術(shù)發(fā)展 ： 雖然氫燃料電池具有長期潛力，但其廣泛應(yīng)用預(yù)計(jì)需要10—20年的時(shí)間。這一技術(shù)有望徹底改變能源供應(yīng)系統(tǒng)，特別是在遠(yuǎn)程和大規(guī)模應(yīng)用中。

6. 高超音速技術(shù)

基本概念

高超音速技術(shù)使飛行器或武器系統(tǒng)的飛行速度達(dá)到5倍音速以上。美國軍方正在研制兩種高超音速武器：裝備有吸氣式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的巡航導(dǎo)彈和高速滑翔飛行器。數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步降低了高超音速研發(fā)成本，并加速了創(chuàng)新和擴(kuò)展的途徑。

底層原理

高超音速飛行涉及特殊的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和耐高溫材料。為了在極高音速下保持穩(wěn)定，飛行器必須具備精確的氣動(dòng)外形和強(qiáng)大的熱防護(hù)系統(tǒng)。吸氣式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（scramjet）是關(guān)鍵技術(shù)之一，它能在空氣中直接燃燒燃料，無需攜帶氧化劑，從而大大減輕重量。

潛在影響

• 突破防空系統(tǒng) ： 高超音速武器的速度和機(jī)動(dòng)性使其難以攔截，對(duì)現(xiàn)有的防空系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一旦投入實(shí)戰(zhàn)，現(xiàn)有的防空系統(tǒng)將面臨前所未有的壓力。
• 縮短反應(yīng)時(shí)間 ： 高超音速技術(shù)的應(yīng)用將極大縮短戰(zhàn)場上的反應(yīng)時(shí)間，提高打擊精度和突然性，改變現(xiàn)代戰(zhàn)爭的游戲規(guī)則。

7. 多模態(tài)AI

基本概念

多模態(tài)AI是一種能夠同時(shí)處理文本、圖像、音頻、視頻等多種數(shù)據(jù)類型的AI系統(tǒng)，旨在更好地解釋上下文并做出更準(zhǔn)確的預(yù)測。多模態(tài)融合技術(shù)越來越多地被用于訓(xùn)練跨多種數(shù)據(jù)類型的AI模型，用于語言理解、圖像生成以及生物識(shí)別等領(lǐng)域。

底層原理

多模態(tài)AI通過綜合處理不同類型的感官輸入（如文本、圖像、聲音和視頻），能夠獲得更豐富、更細(xì)致的信息，從而做出更準(zhǔn)確的判斷和預(yù)測。例如，一個(gè)多模態(tài)AI系統(tǒng)可以從視頻中提取視覺和聽覺信息，結(jié)合兩者來更準(zhǔn)確地理解場景內(nèi)容。這種技術(shù)依賴于深度學(xué)習(xí)模型，特別是注意力機(jī)制和變換器架構(gòu)，這些模型能夠有效地處理和整合多類型數(shù)據(jù)。

潛在影響

• 增強(qiáng)情報(bào)分析 ： 美國國防部需要大量多模態(tài)模型來融合不同類型情報(bào)，實(shí)現(xiàn)決策信息的輸出。這將大幅提升情報(bào)分析的準(zhǔn)確性，提高決策質(zhì)量和反應(yīng)速度。
• 推動(dòng)情報(bào)戰(zhàn) ： 強(qiáng)大的多模態(tài)AI系統(tǒng)可能會(huì)引發(fā)新一輪的情報(bào)戰(zhàn)，各國競相開發(fā)更先進(jìn)的多模態(tài)情報(bào)分析技術(shù)，以獲取戰(zhàn)略優(yōu)勢。

8. 非動(dòng)能反無人機(jī)系統(tǒng)

基本概念

非動(dòng)能反無人機(jī)系統(tǒng)使用高度集中的能量（如激光、微波、粒子束等）來破壞或摧毀快速移動(dòng)的威脅目標(biāo)。隨著無人機(jī)的普及，未來反無人機(jī)系統(tǒng)將配備由AI驅(qū)動(dòng)的指揮控制系統(tǒng)，能夠融合傳感器數(shù)據(jù)，快速識(shí)別新威脅，并在人類監(jiān)督下自動(dòng)做出最佳響應(yīng)。

底層原理

非動(dòng)能反無人機(jī)系統(tǒng)依賴定向能武器（DEW）技術(shù)，這些武器通過集中能量束來擊落目標(biāo)。激光武器通過高熱量燒毀無人機(jī)部件，微波武器通過電磁脈沖擊毀電子元件，粒子束武器通過帶電粒子破壞物質(zhì)結(jié)構(gòu)。AI指揮控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和決策制定，確保精準(zhǔn)打擊。

潛在影響

• 應(yīng)對(duì)無人機(jī)威脅 ： 隨著無人機(jī)技術(shù)的擴(kuò)散，非動(dòng)能反無人機(jī)系統(tǒng)成為關(guān)鍵防御手段，保護(hù)重要設(shè)施免受無人機(jī)襲擊。
• AI輔助指揮控制 ： AI驅(qū)動(dòng)的指揮控制系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)新威脅，提高反無人機(jī)作戰(zhàn)的效率和成功率。

9. 后量子密碼學(xué)算法

基本概念

后量子密碼學(xué)算法是指用于加密個(gè)人、組織和政府私密通信的數(shù)學(xué)算法，這些算法對(duì)抵御當(dāng)前和未來量子計(jì)算機(jī)的攻擊至關(guān)重要。后量子密碼學(xué)算法基于復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，目前尚未發(fā)現(xiàn)任何量子捷徑。

底層原理

后量子密碼學(xué)主要集中在以下幾個(gè)方向：

• 格基加密 ： 利用高維幾何結(jié)構(gòu)（稱為格）來創(chuàng)建極其復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題，這些難題目前的量子計(jì)算機(jī)無法有效解決。
• 碼基和多變量加密 ： 結(jié)合糾錯(cuò)碼和多變量代數(shù)，創(chuàng)建復(fù)雜的數(shù)學(xué)系統(tǒng)，抵抗量子攻擊。
• 超奇異橢圓曲線 ： 基于特殊橢圓曲線的數(shù)學(xué)特性，創(chuàng)建抗量子計(jì)算破解的密碼體制。

潛在影響

• 保障長期機(jī)密性 ： 由于過渡到后量子密碼學(xué)算法至少需要10年時(shí)間，相關(guān)機(jī)構(gòu)迫切需要立即采取行動(dòng)。成功實(shí)施后量子密碼學(xué)將確保長期機(jī)密性，防止歷史數(shù)據(jù)的大規(guī)模解密。
• 密碼敏捷性 ： 密碼敏捷性和混合密碼協(xié)議將是適應(yīng)新興漏洞的關(guān)鍵，確保在量子計(jì)算威脅面前維持信息安全。

10. 空間態(tài)勢感知技術(shù)

基本概念

空間態(tài)勢感知技術(shù)用于全面了解太空運(yùn)行環(huán)境，通過研究和監(jiān)測衛(wèi)星和軌道物體來感知威脅并降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。未來創(chuàng)新將包括在更高軌道上準(zhǔn)確跟蹤和部署航天器的能力，天基商業(yè)傳感器的增加，以及采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

底層原理

空間態(tài)勢感知技術(shù)依賴廣泛的傳感器和技術(shù)棧，包括計(jì)算資源、AI/ML與分析、可視化技術(shù)以及基于這些技術(shù)創(chuàng)建的應(yīng)用和服務(wù)。AI/ML用于模式識(shí)別和異常檢測，幫助快速識(shí)別潛在威脅并進(jìn)行軌跡預(yù)測。

潛在影響

• 太空安全 ： 通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，未來空間態(tài)勢感知將更加直觀和互動(dòng)，提高太空作業(yè)的安全性和效率。
• 商業(yè)化的太空活動(dòng) ： 天基商業(yè)傳感器的增加和更高軌道的準(zhǔn)確跟蹤和部署能力，將推動(dòng)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提供更多經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)。

這些新興國防技術(shù)將在未來幾年內(nèi)深刻影響國際關(guān)系和全球安全格局。各國政府、媒體和公眾需密切關(guān)注這些技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，思考其可能帶來的長期影響，共同努力構(gòu)建一個(gè)更加和平、穩(wěn)定的世界。