導 讀
隨著百年未有之大變局的到來，航空裝備正受到越來越多的重視。2035年前後，一批新型航空裝備將登上歷史的舞臺，它們所採用的前沿技術代表了航空技術的發展方向，將對航空工業未來發展起到重要的引領作用。
航空工業作為工業皇冠上最閃亮的“寶石”，其技術的發展代表著人類科技發展的尖端，航空裝備的技術發展必然帶動或輻射其他工業的技術發展——站在2020放眼2035，用技術趨勢預測幫助產業創新創業者和投資者更好的預判未來的方向。
本次分享會圍繞下面三點展開：
- 總體發展趨勢
- 未來裝備展望
- 前沿技術展望
嘉賓介紹
主講嘉賓：趙群力
現任中國航空工業發展研究中心系統工程研究所總工程師，中航工業科技情報專業特級專家，主要從事航空科技情報和發展戰略研究工作，多次參與中航工業和國防科工局航空科技發展規劃研究和編制工作，先後完成2035航空科技發展戰略研究、航空強國建設研究等重大課題。工業領域投資，中國航空創新創業大賽CAIEC投資人評委。
核心觀點
1.全向寬頻隱身：其關鍵技術包括：隱身外形設計、高吸波率隱身材料、低截獲(LPI)雷達、射頻系統綜合技術、紅外抑制技術等。
2.作戰雲：其關鍵技術主要包括：開放式體系架構設計、自組織作戰管理、 輔助決策技術、賽博安全技術、體系優化、 開發與測試工具等。
3.智能空戰：空戰戰術方面，美空軍“阿爾法”人工智能運用遺傳模糊算法，戰術調整速度是人類的250倍，從傳感器蒐集信息、分析處理到作出正確反應，整個過程不超過1毫秒。
4.多功能結構：熱控與承載一體化結構、 隱身與承載一體化結構、智能蒙皮、能源與承載一體化結構、結構健康監測。
5.自適應發動機：自適應發動機技術是在變循環發動機基礎上實現自適應控制，通過改變發動機的涵道比等熱力循環參數，自動適應飛行過程各個任務段對動力裝置的要求，能大幅降低耗油率，顯著提高飛機航程和留空時間。
6.能量綜合優化：為了實現飛機上能量的優化，就需要對飛機上的能量壽命週期（能量從燃油化學能到做有用功或者產生廢熱的整個過程）進行詳細的分析。
7.認知無線電：其核心思想，就是通過頻譜感知和智能學習能力，實現動態頻譜分配和頻譜共享。
8.不依賴衛星的導航：主要技術途徑包括：冷原子導航、圖像導航技術、芯片級慣性導航技術、磁場導航技術、全源定位與導航等。
9.增材製造：顛覆現有設計理念和製造模式、大幅降低研製生產的週期和成本、實現現場按需製造的後勤保障變革、提高標準化程度，降低成本、提高性能，擴大應用範圍、 從塑料、金屬向複合材料拓展、擴大製造尺寸，提升製造效率、改進工藝，提高可靠性。
10.超材料：超材料是通過在材料關鍵物理尺寸上的結構有序設計，突破某些表觀自然規律的限制，獲得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技術。
直播回顧
我給大家簡要介紹了2035年前將會出現的6種航空裝備，這些裝備的發展，將會拉動一大批基礎前沿技術的發展。其中，最重要、使用範圍最廣的十項前沿技術是：全向寬頻隱身、作戰雲、智能空戰、多功能結構、自適應發動機、能量綜合優化、認知無線電、不依賴衛星的導航、增材製造、超材料技術。下面，我向大家彙報這些前沿技術的發展情況。
一、全向寬頻隱身主要用於未來的戰鬥機和轟炸機。以往的隱身飛機主要關注前向和高頻段的隱身能力，隨著各種探測手段的不斷進步，雷達組網和協同探測能力的不斷增強，必須具有對多個威脅方向和威脅頻段的隱身能力，才能保證飛機的安全。
提高全向寬頻隱身的技術途徑主要有兩個，一是採用飛翼式的隱身外形，全面減少前向、側向和下方等方向的雷達反射面積，二是採用納米材料、超材料等先進的隱身材料。特別是隱身超材料，目前技術發展很快，具有較強的應用潛力。
二、作戰雲的概念是在計算雲的基礎上衍生的。其目的是改變現有的空中作戰信息系統組織架構，使每一個作戰單元都能夠快速、方便地接入信息網絡，在為整個信息系統提供支持的同時，也可以從系統中獲得所需的信息保障，從而提高空戰信息系統的健壯性和信息保障能力。更好地完成作戰任務。
“作戰雲”是實現分佈式作戰構想的重要支撐，其關鍵技術主要包括：
- 開放式體系架構設計
- 自組織作戰管理
- 輔助決策技術
- 賽博安全技術等
“作戰雲” 的數據主要包括：
- 來自不同平臺的傳感器數據情報數據
- 作戰環境數據（天氣、地形等）
- 武器裝備的性能和狀態數據
- 與情報、環境或作戰行動有關的歷史數據
作戰雲的建設需要打破現有的封閉體系，加強橫向聯合，使信息系統從單向、煙囪或樹狀的結構向多向、網狀的結構轉變。
目前，美國空軍正在開展四代機和五代機的信息互通建設，企圖將F-15/16的Link16數據鏈、F-22的IFDL數據鏈、F-35的MADL數據鏈有機融合，實現戰場數據的實時交換，美國海軍則打算通過“海軍綜合火控與防空（NIFC-CA）計劃”，實現E-2D預警機、海上“宙斯盾”艦等作戰平臺，以及F/A-18E/F和F-35C艦載機、“標準”系列艦空導彈之間的信息共享，甚至指揮第六代F/A-XX多用途戰鬥機發射武器。
空客公司與泰雷茲集團簽署了“空戰雲”(Air Combat Cloud)的開發協議，從FCAS系統起步，逐步接入歐洲各國的航空裝備。
三、人工智能是近年來發展速度最快的技術之一，與人工決策相比具有很大的技術優勢。例如，國外研究發現：
- 空戰戰術方面：美空軍“阿爾法”人工智能系統運用遺傳模糊算法，戰術調整速度是人類的250倍，從傳感器蒐集信息、分析處理到作出正確反應，整個過程不超過1毫秒。
- 任務規劃方面：美軍規劃20分鐘的空中攻擊行動，通常需要40～50人花費12小時完成，而採用人工智能支撐的自動任務規劃系統只需要1小時。
目前，國外已經啟動了多個研究計劃，積極推動人工智能技術向智能空戰領域拓展。DARPA正在開展的“空戰進化” （ACE），旨在研究人-機協同空戰技術，並在空中格鬥條件下進行試驗。AFRL負責的“天空博格人”（Skyborg）項目，旨在開發一種集成在無人機上的試驗軟件， 用於支撐基於AI的輔助決策、自主駕駛等功能。XQ-58A等無人機使用這種軟件之後，將成為真正的人工智能僚機。
四、多功能結構是在常規金屬結構或複合材料結構的基礎上，再集成一些特殊材料或電子元器件，從而使之在具有承重、維形能力的同時，還具有隱身、防熱、智能蒙皮、能源存儲、健康檢測等功能，從而達到節省空間和減重的功效。
美國凱斯西儲大學機械和航空航天工程學院研製的結構功能一體化電池已經用於小型手拋式無人機，使飛機的續航時間從91分鐘增加到了171分鐘，幾乎翻倍。
英國科巴姆航空航天通信公司將多個天線集成在機身複合材料結構中，解決了多達20個外置天線的複雜安裝問題。減少了的零件數量，縮短了生產週期，並消除了外部天線帶來的空氣阻力。
2019年4月，NASA在X-56無人機上採用光纖傳感技術（FOS）實現實時的結構狀態監測。
五、自適應發動機通過改變發動機的涵道比等熱力循環參數，自動適應飛行過程各個任務段對動力裝置的要求，能大幅降低耗油率，提高飛機航程和留空時間。與F135發動機相比，自適應發動機的最大推力增加10%，燃油效率提高25%。可使六代機作戰半徑提高25-30%、續航時間增加30～40%、超聲速巡航半徑提高50%
美國2007年啟動“自適應通用發動機技術”研究計劃，目前GE公司和普惠公司正在分別研製XA100和XA101自適應發動機驗證機，預計二者將在1-2年內完成競爭，勝者將成為美軍第六代戰鬥機的發動機。
為滿足FCAS中新一代戰鬥機的需要，2019年，賽峰集團與德國的MTU航空發動機公司簽署了聯合研製自適應發動機的協議。據報道，這種發動機的渦輪前溫度將達到2100K(1,825°C)，因此需要開發新的耐高溫材料。
六、由於現代飛機的功能越來越強，所需的能耗也越來越大。特備是偵察、探測、電子戰等的功耗越來越大，如果再安裝激光或電磁脈衝武器，對電能的需求將變得更多。為了滿足飛機上不斷增長的能源需要，需要對飛機各系統的能量壽命週期進行詳細的分析和全面的優化。
飛機能量優化是指在全機層面對能量的產生（轉化）、分配和使用進行優化，使全機能量消耗最小的技術。實現飛機能量優化的關鍵技術包括：自適應動力與熱管理系統、魯棒電力系統（REPS）、高性能電作動系統、基於模型的設計技術；通過能量優化，有望把飛機的油耗降低10%，併為飛機配裝定向能武器創造條件。
七、無線電技術主要用於在強對抗環境中保持可靠的信息感知和通信能力。認知無線電通過感知外界環境，從環境中學習，有目的地實時改變載波頻率、調製方式等參數，使其適應接收到的無線信號的變化，從而實現任何時間、任何地點的高可靠通信以及對無線頻率資源的高效利用。
其核心思想，就是通過頻譜感知和智能學習能力，實現動態頻譜分配和頻譜共享。目前，美國紐約大學布法羅分校已經開發成功一種認知無線電系統，能將通訊速度提高10倍；DARPA則正在開發用於電子對抗的認知電子戰技術。
八、隨著航天技術的發展和太空爭奪的不斷加劇，GPS、北斗等衛星導航系統面臨的威脅也越來越大。為了保證可靠的導航能力，必須發展不依賴衛星的導航技術。目前，發展比較快的技術包括：冷原子導航、圖像導航技術、芯片級慣性導航技術、磁場導航技術、全源定位與導航等。
美國正在研發的自適應導航系統（ANS）包含了精確慣導系統(PINS)和全源定位與導航（ASPN）兩個部分。前者是採用冷原子干涉技術，開發先進慣性導航系統（INS），在無需外界數據源的情況下提供精確的時間、位置數據。後者則是充分利用電視、電臺、信號發射塔等固定和隨機信號，以及傳感器和地理信息數據，獲得導航信息。
美國正在開發的另一個不依賴衛星的導航技術項目是“在競爭環境中的空間、時間和定向信息計劃（STOIC）”。該項目旨在利用極低頻信號發射器和高精度時鐘等技術為用戶提供遠距離的導航信息。
英國正在研究的“通過隨機信號導航”，類似美國的全源定位與導航，都是利用諸如Wi-Fi、無線電臺、移動電話等大量現成的信號輻射來完成導航定位。這種導航技術具有信號源充足、信號接收功率高、無需額外建立發射機和接收機等優點。
九、增材製造技術這些年一直比較熱，它顛覆了現有設計理念和製造模式，大幅降低研製生產的週期和成本，實現現場按需製造的後勤保障變革。目前已經在大型運輸機、艦載機等飛機型號中得到了應用，並取得了很好的效果。
我們認為，增材製造在航空中的應用目前仍處於比較初期的階段，未來還有很大的發展潛力。這主要表現在以下幾個方面：
一是進一步降低成本，提高產品的質量穩定性和可靠性；
二是進一步提高產品性能，擴大增材製造的適用範圍；
三是擴大增材製造的材料種類，從金屬、塑料的增材製造向複合材料增材製造的方向拓展。
目前，歐盟已經發布了增材製造標準化路線圖，與增材製造相關的各種標準體系將不斷完善，這對於降低成本、提高產品質量和可靠性都將產生重要作用。在提高性能方面，GE公司已經研製了發動機燃油噴嘴等熱端部件，進一步擴大了增材製造的適用範圍；美空軍研究實驗室、洛馬用3D打印製作的無人機機翼剖面，一次就集成了由碳纖維、光纖、銅線和鎳鉻鐵線組成的整體結構，為增材製造技術向複合材料領域拓展開闢了道路。
隨著各種標準規範和新技術的不斷成熟，預計2035年前，增材製造在航空中的應用將變得越來越多。
十、超材料是通過對材料的微觀結構進行特殊的設計，使之突破某些表觀自然規律的限制，成為超出自然界原有物理特性的超常材料。例如：光學超材料、電磁超材料、聲學超材料等。
美國軍方將至列為重要的顛覆性技術之一，共支持了超過100家企業開展超材料應用研究，領域涵蓋雷達、導彈天線罩、吸波材料、電子干擾箔條、通信天線和隱身技術等。超材料在航空領域具有廣闊的應用前景，例如：
在隱身技術方面，可以用超材料製作超材料隱身蒙皮，例如：美國東北大學研製了可在36～44GHz的電磁波段實現可調負折射率超材料 。
在探測系統方面，可以用超材料製作平板天線。例如：美國國土安全部資助美國Echodyne公司生產超材料電子掃描陣列MESA系統，可探測並跟蹤大疆“幻影” 4等小型無人機。
目前，超材料在結構設計和製造方面還存在一些技術難點，隨著技術的不斷髮展，超材料的製作和應用將變得越來越廣。
以上是我對2035年前航空裝備和前沿技術發展的一些粗淺的認識，但願能對大家的投資和技術研發工作有所幫助。
話題Q&A
Q:國內哪些方面在增材製造做的是比較好？
A:鈦合金的增材製造，主要應用在飛機起落架，還有一些重要的承力結構上。特別是北航王華明院士，製造出來的鈦合金結構件強度不亞於傳統機械加工生產出來的結構強度，具有國際一流的水平。但增材製造所用的一些設備，包括基礎的材料和軟件，還需要加強。
Q:超材料技術是如何探測到小型無人機？
A:主要是利用超材料技術做了一個具有比較高靈敏度的平板相控陣天線，用來收發電磁波，用超材料做天線的時候，它的天線的尺寸比較小，便於在飛機上配裝。用這種超材料天線做的雷達，裝在車上也比較容易，可以探測到小尺寸的無人機。
美國在這方面做的比較好，也取得了初步成功，這是一個比較重要的發展方向，當然超材料在隱身方面也有很好的應用前景。因為它可以把電磁波折射到敵方雷達接收不到的方向。在聲隱身和可見光隱身領域也有很好的應用前景。
Q:量子通信技術什麼時候可以引入？
A:量子通信主要是保密性、安全性非常高，通信的容量與速度還是比較慢。在容量、速度這方面，還不能滿足工程需要。但可以用來傳輸絕對重要的信息，例如秘鑰，由於信息量比較少，用量子通信還是可以的。對於大量信息，現在的量子通信還是不太成熟。如果能取得突破的話，在航空方面肯定會優先使用的，因為剛才也提到了，航空裝備的信息化、網絡化，通訊是關鍵，如果說能夠大容量、快速通信，對航空是一個非常大的支持。
Q:您認為無人機的發展方向是什麼？
A:無人機的發展方向在剛才已經介紹了幾種，最早用作靶機，然後是偵察，再後來是做長航時，其偵察能力進一步提高，然後察打一體。
現有的無人機基本上都是人來遙控，或者預先編寫程序，但自主的能力比較弱。我剛才提到的在研無人機，包括：忠誠僚機，蜂群無人機，以及無人加油機，對自主的程度要求高。因為戰場的環境是不斷變化的，在空中加油時氣象的環境或加油接頭的位置有很多不可預測的因素在裡面，因此需要有較高的自主性.實際上無人機就是在向智能化、自主化的方向發展。
有了這種能力以後，無人機執行任務的能力就會更強。除了傳統的任務之外，還將具備執行空戰任務和對地攻擊任務的能力，並且可以在通信中斷的情況下，自主地完成一些作戰的任務。
還有蜂群無人機，由於機上沒有人，可以放心大膽地的使用，但如果消耗過大的時候，成本還是承受不了，所以必須要想方設法降低無人機的成本。
綜上，我認為更好的經濟性，更高的智能程度，這是無人機的發展方向。
Q:傳統裝備和無人化裝備以後會是怎麼樣協同？
A:根據各自的特長，發揮各自的優勢。傳統裝備有人在上面，人的綜合判斷分析和處理複雜問題的能力比較高一些，因為空戰是非常複雜的，它不像下棋，規則是確定的，有約束性。戰場環境時常變化，是有對抗性的。所以有人機可以承擔比較複雜的判斷、指揮任務，這是它的長處。
但人受生理條件的限制，飛行過載或續航時間等等要受限制。高機動性的工作，還有那種很危險的工作，很枯燥乏味的工作，可以交給無人機做，有人機執行相對複雜和相對安全的一些任務，這樣就是各自發揮自己的特長，就可以做更好的協同。
Q:未來是否會大規模裝配這種大功率激光器？
A:這主要取決於激光技術的突破。現在激光的能源主要是電能，轉化的效率還比較低，大約只有25%左右。比如說你想用1千瓦的功率去攻擊，同時要產生300千瓦的熱量，總功率就需要提供400千瓦。
雖然大功率激光器的殺傷速度很快，但對遠程目標的殺傷能力有限。所以比較適合於自衛。它的反應速度很快，如果敵人用導彈來打，激光可以迅速攔截掉，這樣是一個比較好的自衛策略。另外可能用於對地面目標實施攻擊，如果地面防空系統不是很強的時候，飛行機高度在10至20公里，甚至是1萬米以內，它就可以打擊地面目標。但更遠還是有困難的。現在它還是受到能源和激光轉化效率的限制。如果這方面取得了突破，才能考慮更大規模更遠的激光武器。
Q:群體智能空戰的未來和關鍵是什麼？
A:群體智能空戰我認為參戰加的裝備種類更多，這實際上就回到了剛才大家談到的任務規劃的問題，任務分配，就是誰執行什麼任務？用什麼戰術去打？
如果要做好群體智能空戰，首先必須要有作戰雲，它能夠感知信息，交換信息，同時要有人工智能支持的，利用人工智能規劃系統和能力，因為這已經超出了在短時間內做由人作任務分配的能力。所以群體智能空戰的關鍵是人工智能技術和可靠的通訊技術，這些技術成熟了，群體智能空戰才能發展起來。
結語
本次分享總結了2035年前後新型航空裝備，它們所採用的前沿技術代表了航空技術的發展方向，將對航空工業未來發展起到重要的引領作用。航空裝備的技術發展必然帶動或輻射其他工業的技術發展——站在2020放眼2035，用技術趨勢預測幫助產業創新創業者和投資者更好的預判未來的方向。
作為專注航空產業創新創業與國際投資促進的平臺，中國航空創新創業大賽CAIEC和空天界一直在關注疫情的發展，我們堅信疫情是暫時的。一定能轉危為機，讓這段痛苦的時期成為我們反思、轉型升級的絕地反擊，成為中國航空航天產業和歐美國家重建格局的機遇。
第五屆中國航空創新創業大賽已於一月開啟報名通道，疫情當下大賽全面調整賽程設置，圍繞中小企業經營難、融資難推出《CAIEC在線》——空天創客營LIVE和伯樂計劃LIVE系列公益直播，開展在線幫扶、對接、培訓工作。CAIEC與中國空天創客共克時艱！
本文為CAIEC在線第三場直播的文字內容整理
分享嘉賓：中國航空工業發展研究中心系統工程研究所總工程師—趙群力
整理人：仰望
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