科文

　　当21世纪的第一声钟声响起，人们翘首迎来了新世纪第一缕曙光。面对世界风起云涌的军事变革、迅猛发展的国防科技，我们耳边仿佛听到声声历史的呼唤和阵阵战鼓的震撼，肩上仿佛已经感受到一种强烈的的使命感和沉重的责任感：和平和发展的时代潮流势不可挡，国防科技事关国家安全和战略利益，“生死之地、存亡之道，不可不察”。

　　尽管20世纪末发生的战争硝烟刚刚散去，世界各国特别是世界主要军事强国已经着手谋划制定新世纪的国防科技发展战略，研究部署新的国防科技关键技术和基础研究计划。早在1995年，美国《2000-2035年海军技术》确认了未来9个领域。1996年，美国国防部提出了《2010年联合作战设想》，并制定了《2000-20 05年国防科学技术战略》，将发展国防科技的着眼点放在信息技术上，力争未来在7个领域和11项关键技术上取得突破。美国空军大学在《空军2025》系列研究报告中，将任务需要分解成感知、作用区和威力进行分析，评估出全球信息管理系统等12项关键技术。1998年，美国航天局发布军事航天发展的长期规划--《2020年设想》，提出了控制空间、全球交战、全面力量集成、伙伴关系等4种空间作战概念，首要任务是夺取空间优势。20世纪最后一年，美国又提出了《2020年联合作战设想》。可以预见，21世纪的国防科技将出现一个崭新的面貌，孕育着新的重大突破。

　　下面，我们仅从以下13个方面窥探一下21世纪国防科技的主要发展趋势。

　　(一)、生物技术异军突起

　　著名未来学家托夫勒指出，未来世界的第四次浪潮主要是生物学革命。生物技术的发展和生命科学的研究，将是今后四五十年里最令人振奋的科技领域。《大趋势》作者奈比斯特也把21世纪看作是“生物学时代”。人类在克隆技术、基因组图谱和定向发送技术等方面取得的一系列重大进展和突破，在世界范围内引起了极大轰动，掀起了一股生物技术的强劲浪潮。继20世纪信息技术之后，生物技术异军突起，必将在军事上得到广泛的应用。

　　随着高技术不断在军事领域的应用，很多国家又在生物武器的基础上，发展一种杀伤力更强的武器--基因武器。基因武器是运用遗传工程技术，用类似工程设计的办法，按照作战需要，通过基因重组而制造出来的新型生物武器。办法是在一些致病细菌或病毒中植入能对抗普通疫苗或药物的基因，或者是在一些本来不会致病的微生物体内植入致病基因，培育出新的抗药性很强的病菌或新的致病微生物。基因武器将是21世纪生物武器的重要发展方向。

　　生物材料重量轻，强度高，结构精细，性能特异，生产能耗少，成本低，生产速度快，对环境的破坏小，因而具有重要的军事应用价值。目前正在研究的生物材料包括：蛋白质纤维、塑料、粘合剂、涂料、弹性体、润滑剂、复合材料和光电材料等。预计在今后数十年内有可能用于部队的装备中。今后将有可能生产出供飞机等航空航天设备用的重量轻、强度高的复合结构材料及装甲防护材料。高性能复合材料技术的发展使人们更加关心生物粘合剂的研究以用于武器装备的维修。生物涂料的研究目前集中在舰船防污涂料方面，可望很快开发出可以缓慢、稳定地释放防污剂的新涂料。

　　生物加工处理与常规化学方法相比，具有节省能源、成本低廉、对环境无害、速度快、特异性和选择性强等特点。目前正在研究的课题有：生化战剂的洗消、危险废物的生物降解、生物除漆、生物防核污染及微生物冶金等。可望研制出无腐蚀、低成本、高速度、便携带的清洗生化战剂的生物酶，清除残余地雷水雷、降解TNT炸药的生物体和能除去铀、镭、砷等有毒有害元素的微生物。

　　生物分子电子技术是利用生物分子信息材料装配电子元件和仪器的技术。它在武器装备的信息化、微型化、智能化过程中将起到重要作用。美国国防高级研究计划局(DARPA)把它看成是能使未来作战发生革命性变化的技术之一。目前，进展较快的是光学开关模式的生物分子器件。一些实验室已经制造出这种模式的并行处理器件、三维数据存储器、神经网络等原型器件。在未来几十年内，有可能研制出可装入计算机的高密度生物电子存储器，以及基于细菌视紫红质的其他一些器件(如神经网络、人工智能所必须的关联存储器等)。

　　近年来，各国军方对仿生技术的研究主要围绕着：飞机、舰艇设计的进一步优化；雷达、声纳和导航、测控装置的全面改进；一些新通信设备、新侦察装备和新兵器的研制；以及模仿天然生物材料的质地、结构和功能来制造硬度与韧性更大、强度更高、质量更轻和更加耐用的装甲材料及其他材料等方面进行。利用仿生技术可以显著地提高作战效能。新通信设备、新侦察装备和新兵器的仿生研制正在向智能化方向迈进。

　　(二)、微纳米技术潜力巨大

　　纳米技术是一门新兴技术。由于微电子技术的进步，集成电路芯片的特征尺寸越来越小，将突破0.1微米的物理极限。当电子数减少到几十个的时候，经典物理学的普遍定律不再适用，量子功能电子学和纳米技术应运而生，发展潜力巨大。它的出现，标志着人类从微米层次深入到原子、分子级的纳米层次，使人类最终能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观世界的有效控制。虽然目前纳米技术尚不成熟，但由于其具有明显的军事潜力，因此极大地刺激着人们寻求纳米技术在军事上的应用。美国开发纳米技术的经费中有一半左右来自国防部系统；日本建成了第一个分子装配器；欧洲有关纳米技术的一项军事研究计划已在法国一个实验室开始起步。

　　有人曾把纳米技术与信息技术、生物技术看作21世纪的三大关键技术之一，可以这么说，21世纪同样也将是纳米世纪。据预测，单原子、单分子存储操作技术可能于2007年开发成功，单电子晶体管集成电路2015年将实用化，量子功能电子技术的发展将可能导致单量子计算机和量子波计算机、单量子通信设备和量子波通信设备、家用量子设备等的普遍出现，使所有的电子设备体积和能耗大为缩小。目前，纳米技术的军事应用主要集中在纳米信息系统和纳米攻击系统两大类上。

　　微电子技术与机电技术相结合，和纳米电子学同时伴生的以硅材料为基础的微机电系统(MEMS)技术，作为当今最具革命性的新科学，已经引起世界各国科学家、政府和军队的高度重视，对21世纪的科学技术、生产方式和人类生活质量将产生深远影响，并即将形成难以估量的庞大的高技术市场，其规模之大，可能超过微电子芯片产业，成为世界十大科学技术之一。

　　得益于微米／纳米级机电装置、未来信息技术和自主化技术的“微型武器”(极小系统)，可理解为“蚂蚁雄兵”、“灵巧臭虫”、“间谍草”、“聪明的苍蝇”、“带刺的黄峰”和“袖珍遥控机”等。目前，美国已掌握制造出每平方厘米布满5000多个微小发动机的技术，这些发动机就是微型武器的推进器。它们能被发射、播撒出去，本身又可飞行、爬行、跳跃，而蛰伏在敌方司令部、地下工事、战场驻军的门窗隙缝或不起眼的其它地方，以其信息的接收、处理、导航和通信能力，可探测、收集情报或起其他间谍作用，使敌防不胜防。

　　生物芯片技术是利用大规模集成电路制造技术在硅等基片上制造包括数十万个不同生物微检测单元的微流体传感系统的技术。微电子技术和生物技术结合，将研制出有机与无机相结合、硅片与生物材料结合的生物硅片，具有集成度高、功耗低等特点，必将对现代高科技产品产生重大影响。

　　此外，以砷化镓等为代表的一批新型半导体材料将逐步走向实用化，可在高温、强辐射条件下正常工作。微电子技术和电真空技术相结合产生的真空微电子技术，可能在超高速处理技术中发挥重大作用。

　　(三)、先进光电子技术显露奇葩

　　有迹象表明目前完全依靠电子技术实现的某些功能将随着光波导和光子技术的应用得以加强。光纤通信和光子连接技术将更加成熟，光交换设备、光探测器和调制器将大大优化电子系统。这些光子元件将与电子元件同制造在光电芯片上。其优点之一就是具有很高的输入输出能力，能够处理大量信息。而且，将来光子信息处理将有效地扩展和延伸到电子领域。

　　成熟的电子功能将远远超出生成和传播信息、用电子来控制电子以及联网等基本功能的范畴。在光子领域，其功能也将超出一直在此领域被视为最重要的生成和传输功能范畴。我们将看到靠光来控制光的新趋势，而它正是光子逻辑功能的关键。未来这种趋势将完全形成，光子逻辑功能也将完全成熟。迄今为止，我们大量地使用上一代技术――电子技术来作为调制光波的手段，但是真空管使我们能够用电子控制电子，从而使电报键的重要性完全消失了。同样，非线性光器件使我们得以间接地用光来控制光。这些器件使我们能够用光来控制电子，进而在原子层上再用这些电子来控制光。重要的是在这种相关效应中用不着布线。我们完全有能力采用这种器件来建造强大的光子系统。

　　在过去几年里技术进步的速率表明在很多应用中，光子逻辑将比电子显示出更佳的特性。这种趋势提示了光子处理器可能会被广泛用于执行图像识别这类复杂任务上。虽然要想辩明方向目前还为时过早，但是可以预料这种处理器会被用于诸如话音、图像处理等平行图型识别上。光处理器将能同时执行100万个平行任务，因此它能够同时处理而不用逐个处理复杂问题。在某些操作上，这种大量的平行的光处理器的能力估计是目前最大的电子计算机能力的1000倍。

　　微电子技术与光电子技术结合，将研制出大规模、多功能、高速化、大容量的光电子集成电路和高性能的半导体激光器，组成新型的光电集成系统。

　　(四)、先进智能计算技术令人神往

　　先进的计算机技术作为现代战争的重要技术支柱和决定战争胜负的关健因素，其核心作用就是提高整体作战的效能。计算机及其相关技术的迅速发展为军用信息获取、传输、处理和利用，特别是实现“战场信息数字化”提供了坚实的技术基础。21世纪，信息技术将向着智能化、网络化的方向发展。

　　高性能计算。高性能计算是促进科技创新、经济发展、社会进步及国家安全的战略制高点技术，世界各主要发达国家无不对此高度重视。自70年代开始研究以来，高性能计算机经历了向量机、共享主存多处理机、大规模并行处理系统等几个阶段。近年来，美国相继推出高性能计算与通信、加速战略计算创新等计划，将高性能计算领域的国际竞争推向高潮。2000年IBM曾宣布，5年内将投资1亿美元开发新一代超级计算机“蓝色基因”，旨在帮助人类探索深层次的生命奥秘，其运算速度将达到每秒1千万亿次，与目前的桌面PC相比，计算能力将超出2百万倍。

　　神经网络。由于神经网络是机器学习的一种机制，即具有大量简单处理单元(称为神经元)的执行高度并行处理的，更接近于生物计算系统的一种计算机体系结构，多年来人们一直在着手研究神经网络在军事电子装备中的应用。神经科学、克隆技术以及生物技术的发展，有可能研制出生物神经网络芯片，使其具有人脑一样的功能，并可与活的神经网络结合起来进行控制运算甚至判断等。随着神经网络硬件的实现，将为武器系统带来革命性的变化，对诸如自主系统、传感器数据的自动化处理、实时图像处理和自适应信号处理与控制等应用项目有着显著的意义。据预测，到2010年神经网络计算机将达到实际应用水平。

　　人工智能。未来先进的计算机技术将成为探索新的有关知识数学表示法的动力。利用形式化结构和描述战场关键信息(诸如地形、敌兵力意图的确定性的程度及潜在的结局组)的知识表示的先进技术将会提高软件的可靠性。在人工智能的研究和应用方面，包括机器人在内的无人化智能作战平台的发展将最为迅速。指挥控制计算机化、攻击手段机器人化的数字化部队有可能取得突破性进展。随着计算机的智能化，通信、传感和其他信息技术的发展和提高，C4ISR系统将是一种智能化的系统。系统装备将朝分布式硬件、环境综合、智能决策、远程监视侦察、无缝通信和全数字化技术方向发展。未来信息化单兵、数字化部队乃至机器人部队将有可能成为现实。

　　人机接口。在人的要素方面，视觉显示技术、力度反馈控制、低数据传输率的优化信息表示法，及由单个操作手控制多个系统的工作量优化等技术将会有所进展。数字处理芯片的发展使得语音处理与合成技术日趋成熟，自然语言理解可望取得令人鼓舞的成就，根据口头命令识别话音的软件也将随着技术改进而被广泛采用，多语言之间的实时同步翻译的梦想将成为现实。在超媒体领域，用户可使用多种不同的信息做匹配导航，出现辅助形式的能使便携机显示手写体字符的眷写软件。立体可视化技术将会广泛应用，手机、电话、电视、电脑一体化的趋势将成为一种潮流。灵境技术，或称虚拟现实技术，是继多媒体技术之后的新一代人机系统接口技术及高级仿真技术。它将通过头盔显示器、数据手套显示器、数据手套等辅助传感器材，使人可以“浸入”计算机生成的虚拟环境直接观察事物的内在变化，并能与之发生“交互”作用，产生一种“身临其境”的真实感。这将对教学训练、科研实验手段等方面带来革命性的深刻变革。

　　分布网络计算。预计将会通过网络支持团体活动协同工作的团体软件(Group ware)；在计算机通信方面将实现全战场直到全球“透明”的连通安全，电文、图形、图像和电视等信息统一处理，经济上可承受性的无缝通信。可以预期，通过推行信息资源标准化等计划，建立一个全球信息数据库和融合中心网络的目标将指日可待。届时，任何时候可向在任何地方的任何需要的指挥员和武装部队提供作战所需要的任何信息，即指挥员将不受地域限制能检查"作战空域"内的所有有关信息。分布式处理将朝着进一步利用硬件特性的透明型发展。透明网络便成为21世纪初的目标。

　　生物计算机。一个重要发展是DNA计算机。DNA是遗传物质脱氧核糖核酸的英文缩写。DNA分子中的密码相当于存储的数据，DNA分子间可以在某种酶的作用下迅速完成生物化学反应，从一种基因码变为另一种基因码，反应前的基因码可以作为输入数据，反应后的基因码可以作为运算结果，在制造这种生物计算机时，首先挑选一些DNA片段分别代表不同的变量，以片段之间的接合和断开序列代表"与"和“或”逻辑判断，然后运用生物技术手段加以控制，探测并分离出生物材料中具有与特定判断相应特征的部分，那么就可以制成一种新型逻辑判断计算机。目前，DNA计算机已经可以对赫母霍兹等数学问题求解。预计在未来20年有可能出现与微电子芯片融合的高性能DNA计算机。例如可用于高性能计算的基因芯片和生物计算机。

　　智能结构技术。随着军用智能技术的发展，各种智能结构武器将对未来作战产生深远影响。智能结构最初受到关注是在70年代末期，美国将光导纤维埋置在复合材料内部，使结构功能产生了显著改善，自此，智能结构技术得到广泛承认，发达国家纷纷进行研究开发。智能结构给结构技术的发展注入创新性的活力，它所具有的卓越性能将对21世纪的武器装备产生重大影响。

　　　　　　　　　　　　　　　　 (未完待续）

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