重要前沿技术领域的研究进展
(一)信息技术
2020年,信息技术作为全球经济增长的重要支柱,仍保持着高速、高质量的发展。5G、人工智能、大数据、云计算等产业规模持续扩大,量子技术、太赫兹技术等新兴技术发展迅猛。受新冠疫情影响,传统行业加速数字化、智能化转型升级,数字经济蓬勃发展。主要表现在:信息技术产业化规模持续扩大,数字经济与实体经济加速融合发展。各国关注下一代移动通信技术,纷纷开始布局6G技术,以争夺领跑地位;疫情防控期间网络流量激增,网络攻击活动日益活跃,医药研发机构、商业公司及政府部门等成为黑客攻击的重点;全球半导体市场迎来并购热潮,半导体企业通过并购壮大自身实力以应对激烈竞争;全球各大经济体加强对科技巨头的监管,防止其利用领先地位破坏市场公平竞争。
一是各国持续加码量子计算研究,量子计算机性能不断增强。美国陆军研究实验室(ARL)与麻省理工学院的研究人员合作证明了室温下量子计算的可行性。研究人员通过计算机模拟证明,可在非线性光学晶体中制造空腔并将光子暂时捕获在其内部,以此建立量子位,并用晶体腔是否带有光子表示不同的量子态,进而创建量子逻辑门。这一研究成果表明,结合非线性光学晶体的光子电路已成为目前在室温下使用固态系统进行量子计算的最具可能性的方法。中国科学技术大学的研究人员完成长距离量子纠缠实验,借助两种实验方案分别实现22千米和50千米的量子纠缠,创长距离量子纠缠新纪录。该实验发展了光纤内低损传输的高效光传输与量子纠缠技术,并实现了存储器光源经由长光纤传输后的远程干涉,降低了长距离量子纠缠实验中的高损耗问题。该成果有望帮助量子通信技术向传输距离更远、更稳定的趋势发展。
二是人工智能技术取得长足进步,基础研究持续深化,应用面持续扩大。底层算法、基础器件和机器学习解决方案朝着强算力、高精度、低能耗的趋势发展。人工智能服务于更多实际应用场景,提高生产力。美国国际商业机器公司(IBM)的研究人员基于相变存储器技术开发了一种机器学习方案。该方案通过内存运算弥补了数据存储和计算环节分开的缺陷,在大幅降低功耗的同时兼顾了运算精度。美国内华达大学的研究人员受昆虫使用视觉信息估算飞行速度的方法的启发,开发了一种名为FLIVVER的新算法,可利用较少的计算资源,根据图像中物体的相对距离变化估算飞行器的速度。丹麦奥尔胡斯大学的研究人员成功将谷歌公司旗下的人工智能软件AlphaZero(AlphaZero可在没有任何人工标注和知识预存的状态下进行自主学习)与专用量子优化算法结合,提高了量子计算系统的控制性能。
三是半导体技术持续发展,新工艺与新材料的研发不断刷新半导体性能和能耗纪录。中国台湾地区的台积电公司宣布在3纳米芯片制程取得重大突破,计划于2021年试产,2022年量产。该3纳米芯片制程工艺的晶体管密度达到2.5亿个/平方毫米,为7纳米制程工艺晶体管密度的3.6倍;性能较5纳米制程提升7%,能耗降低15%。美国阿贡国家实验室(ANL)开发了分子层蚀刻技术。该技术不会破坏必要的器件结构,且与传统的薄膜蚀刻制造方法相比精度大幅提高,有望帮助研究人员寻找控制纳米结构几何形状的新途径,从而研发更小的电子器件,这或将为微电子学打开新的大门,并有望延续摩尔定律。美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员开发了一种新方法,可使用二维半导体材料制造可编程电子设备。该研究打破了二维半导体的局限性,首次证明了超离子材料可用于控制二维半导体的电荷载流子类型,并创建了极性可切换的可编程电子组件,如二极管和晶体管等。
(二)生物技术
2020年,新冠疫情在全球大暴发,不仅严重威胁人类的生命健康,而且深刻影响了全球生物医药的研发、应用进程和产业格局。基因编辑、合成生物学、mRNA疫苗等新兴生物技术在抗击新冠疫情中发挥了十分高效的作用,成为人类应对重大公共卫生事件的有力工具。受新冠疫情影响,医药供应链安全、生物经济、远程医疗等受到各国政府的高度重视,各国竞相加速调整和布局相关产业。同时,生物领域的颠覆性发展也在加速进行中,如人工智能赋能生命科学研究与生物医药研发,脑机接口技术正在突破人类神经信号传输的生理限制,创新疗法有望攻克困扰人类的多种重大疾病等。主要表现在:新兴生物技术高速发展,许多成果在应对新冠疫情中表现出强大的应用潜力,成为解决公共卫生和医学难题的有力工具;新冠疫情导致全球医疗物资供应紧张,各个国家和地区纷纷强化自身医药保障和生物经济能力;人工智能与生物医学加速融合发展,助力基础研究和应用研究不断取得新突破;新冠疫情大流行凸显了远程医疗在向乡村和偏远地区提供优质医疗保健中的重要性,促进了各类健康数据监测传感器的研发与应用。
一是mRNA疫苗首次投入临床应用,或将带来医药领域的巨大变革。2020年,美国Moderna公司研发的mRNA新冠疫苗,以及德国BioNTech公司与美国辉瑞公司联合研发的mRNA新冠疫苗在3期临床达到所有疗效终点,保护率大于90%,相继成功获批上市,并快速在人群中大规模接种。mRNA疫苗与传统疫苗生效机制完全不同,传统疫苗使用活病毒、死病毒或病毒外壳部分物质,以训练人体免疫系统。而mRNA疫苗含有基因物质,由脂质体包裹,注射入体内后,肌肉细胞吸收mRNA并产生某种病毒蛋白,免疫系统会及时产生抗体和T细胞来抵御病毒的入侵。在此之前,虽然针对mRNA的研究已有20余年,但直到2020年,mRNA才首次用于进入市场的药物。mRNA疫苗具备高有效性、低成本、容易重新构建等特点,更有利于研究人员攻关艾滋病、婴儿呼吸道病毒、疱疹和疟疾等这些目前尚无成功疫苗的疾病。未来,mRNA技术或为癌症、镰状细胞病、艾滋病等带来低成本的基因修复希望。
二是脑机接口技术在重建瘫痪患者的神经控制与感受功能、捕捉大脑意识等领域不断涌现突破性成果。2020年2月,西班牙米格尔·埃尔南德斯大学开发了“仿生眼睛”脑机接口系统,可直连大脑视觉皮层使患者复明。同年3月,中国北京脑科学与类脑研究中心构建了新型光学脑—脑接口,在两只老鼠间实现了高速率的运动信息传递;4月,美国巴泰尔科研中心和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心的研究团队成功利用脑机接口系统强化了微弱的人体神经信号,帮一位脊椎严重损伤的受试者恢复了手部触觉;8月,美国Neuralink公司发布了微型脑机接口设备Link V0.9,依靠神经元活动成功预测了实验猪的行为。
三是创新疗法不断涌现,困扰人类的艾滋病等重大疾病有望被彻底治愈。2020年3月,英国伦敦大学的科学家对一位艾滋病患者使用干细胞移植治疗后,全部清除了患者体内的人类免疫缺陷病毒(HIV)。这是全球第二例被治愈的艾滋病患者,而移植所用的干细胞来自对艾滋病病毒具有天然抗性的CCR5基因突变者。2020年7月,巴西圣保罗地区的一位艾滋病患者经抗反转录病毒疗法与烟酰胺(维生素B3)的联合治疗后,停药66周后仍未检出HIV病毒,有望成为全球首例通过药物治愈的艾滋病患者,以及全球第3例艾滋病治愈患者。2020年10月,里昂国际癌症研究机构等机构的研究团队发现通过CRISPR-Cas9基因编辑技术靶向乙肝病毒,有望产生乙肝表面抗原,开发新型慢性乙肝治疗药物。2020年12月,美国天普大学的研究人员使用CRISPR剔除了非人灵长类动物基因组中一种与HIV密切相关的猴免疫缺陷病毒,有望开创新的艾滋病疗法。
(三)能源技术
2020年,新冠疫情席卷全球,全球经济深度衰退,能源供需受到明显冲击。为刺激经济,世界主要经济体纷纷推出绿色复苏计划,海上风电、光伏光热及绿氢企业加大了对研发和技术改进的投入,频频取得技术突破。核电方面,第四代核电技术继续成为各国的研究重点,美国和俄罗斯处于领先位置。聚变能方面,国际热核聚变实验堆正式步入实施阶段,日本新一代托卡马克等离子体实验装置JT-60SA完成主体建设,预计于2021年全部建成并开展实验。主要表现在世界主要经济体纷纷推出绿色能源政策;风电机组大型化步伐加快;光伏发电具备经济竞争力;绿色制氢技术备受青睐,发展迅速。
一是漂浮式海上风电建设进展显著。传统固定式海上风电只能在近海部署,且对海洋环境要求较高。而漂浮式海上风电设计灵活,可摆脱不同海床条件的束缚,近年来备受关注。2020年7月,西班牙雷普索尔公司的WindFloat Atlantic 25兆瓦浮式离岸风电场全部投产发电,这是全球首座半潜式海上风电场,也是欧洲大陆海域首个浮式海上风电项目。2020年9月,西班牙宣布将在西非摩洛哥西南附近及大加那利岛东南海域开发5个浮式风电场,装机容量超过25万千瓦。同月,法国道达尔公司与澳大利亚麦格理投资集团共同宣布,将在韩国投资建设总装机容量达230万千瓦的大型浮式海上风电项目。2020年10月,由挪威国家石油公司Equinor主导开发的全球最大浮式风电场Hywind Tampen正式开工建设,总装机容量为88兆瓦,由11台西门子8兆瓦机组组成,将为挪威北海Snorre和Gullfaks近海附近的海上油气作业平台提供电力。
二是先进核技术取得突破。新冠疫情防控期间,核电在提供持续稳定的电力供应的同时,核电技术也取得巨大突破。在第四代核电技术方面,美国纽斯凯尔动力公司的小型模块化核反应堆(SMR)已完成美国核管会的设计认证审查,该堆成为美国首个通过认证的四代SMR设计。俄罗斯启动铅冷快堆燃料制造设施的主设备安装,预计将在2022年完成建设。中国超临界水冷堆技术研发第一阶段的研发目标已完成,提出了超临界水冷堆总体技术路线,完成了中国百万千瓦超临界水冷堆CSR1000总体设计方案和材料选型方案。在核聚变方面,ITER项目是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程,旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程,探索受控核聚变技术商业化的可行性。该项目于2020年7月在法国南部正式开始了为期5年的组装工作,预计将在2025年获得第一束等离子体。英国兆安球形托卡马克升级版(MAST-U)首次成功进行等离子体放电,后续将进行一系列试验,并探索将其作为聚变反应堆形态的可行性。在耐事故燃料方面,2020年2月,通用原子能公司和法马通公司合作开发使用碳化硅复合材料制造的耐事故燃料通道取代目前的锆合金燃料通道,可以提高通道的耐高温性能和抗氧化性,在严重事故情景下可显著减少氢气的生成量。2020年2月,美国全球核燃料公司开发了耐事故燃料先导组件,完成了首个换料周期的辐照试验。
三是光伏技术创新不断,转换效率纪录不断被刷新。中国汉能控股集团的HJT电池达到25.1%的转换效率,刷新了中国HJT电池的转换效率纪录,也刷新了日本三洋公司此前达到的24.7%的全球转换效率纪录。加拿大阿特斯阳光电力公司和中国晶科能源公司在多晶硅太阳电池方面连续打破了转换效率纪录,其中中国晶科能源公司创造了仔晶诱导铸锭(DS)N型多晶硅TOPCon(一种钝化接触型电池)双面电池24.4%的全球最高效率。杭州纤纳光电科技公司小型钙钛矿光伏组件创造了18.04%的转换效率,刷新了此前由其保持的17.25%转换效率的世界纪录。
(四)新材料技术
新材料作为国民经济先导产业和高端制造及国防工业的重要保障,在科技和经济发展中的支撑性、引领性作用不断增强,已成为大国角逐的重点。近年来,世界科技强国积极布局新材料领域,致力于新材料技术的研发和应用,持续推动新材料技术与信息、能源、生物等领域前沿技术的融合,加速相关产业的颠覆性发展。2020年,科技强国加速推进高性能结构材料、先进功能材料及前沿材料等不断取得新的突破,同时越来越重视关键原材料供应链的安全问题,以期抢占未来高科技产业的制高点。主要表现在发达国家和地区启动多项计划,大力促进本国新材料产业发展;美、欧对关键原材料供应链展开新一轮布局,谋求降低对外依赖;信息技术在新材料研发中的应用不断加深。
一是颠覆性新材料技术不断涌现,带来高技术产业新变革。在二维材料方面,美国斯坦福大学利用二维材料制备的超薄异质结构表现出优异的隔热性能,有望用于电子器件超轻隔热罩。在超导材料方面,美国罗切斯特大学在碳硫化氢材料中首次观察到室温(约15摄氏度)超导现象,对超导现象的进一步探索及实现能够应用的室温超导体具有重要的指导意义。在智能材料方面,中国天津大学成功研发“全天候自愈合材料”,其能在严寒、深海和强酸碱等极限条件下快速自愈合,有望成为机器人、深海探测器和极端条件下各类高科技设备的“超级电子皮肤”。
二是先进信息材料不断涌现,推动信息产业快速发展。2020年5月,中国研究人员制备了高密度、高纯半导体阵列碳纳米管材料,并在此基础上首次实现了性能超越采用同等栅长硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的晶体管和电路,为推进碳基集成电路的实用化发展奠定了基础。2020年6月,瑞士洛桑联邦理工学院利用二硒化钨和二硒化锡栅极结的能带对准机制,开发了高能效二维晶体管,效率比传统晶体管高约10倍,可用于构建类似于大脑神经元的节能电子系统,未来有望在可穿戴设备和人工智能芯片领域得到应用。
三是新能源材料技术推陈出新,推动绿色经济可持续发展。2020年,在新能源材料技术领域,太阳能电池材料、锂离子电池材料和燃料电池材料发展最为迅猛,加速推动了动力电池和太阳能发电等相关产业的变革。2020年2月,澳大利亚昆士兰大学开发了能量转换效率高达16.6%的新型量子点太阳能电池,比此前的世界纪录高出近25%,朝柔性、透明太阳能电池的目标又迈进了一步。2020年5月,中国和瑞典合作设计了固态锂电池多功能中间层,大幅提升了固态电池的电化学性能。2020年8月,韩国浦项工科大学采用了一种结合铂和氢钨青铜的催化剂,解决了氢燃料汽车不使用时燃料电池的腐蚀问题。
(五)智能制造技术
2020年,新冠疫情加速了智能制造技术主动或被动的发展。智能制造技术作为制造业未来发展的重要驱动因素,已成为全球价值链重构和国际分工格局调整背景下各国的重要选择,成为高端制造业竞争的主战场。5G技术、人工智能技术与制造业的加速融合,推动制造业转型升级。以机器人、3D打印等为代表的智能制造技术仍是全球科技创新的热点。主要表现在5G加速与工业融合,助力制造业升级转型;服务机器人市场表现亮眼,将迎来发展新机遇;人工智能应用持续扩展,与工业融合加速,推动智能制造发展。
一是智能工厂建设推进,助力制造业升级转型。2020年,世界经济论坛已遴选出54家灯塔工厂作为全球智能工厂标杆。未来,全球智能工厂建设步伐将进一步加快。日本发那科集团上海智能工厂三期项目开建。该工厂将通过发那科的工程集成及技术服务能力,利用其IoT、AI等智能制造技术,建成集生产、研发、展示、销售、系统集成与服务于一体的机器人超级智能工厂。韩国中小企业和创业部计划在2025年前将智能工厂的推进率从22%提高到30%,将其数量增加至1000家,并从中选出100家不同行业的代表性工厂作为“灯塔”,在工业园区建立数字集群,推动制造业与第一、三产业结合。
二是3D打印创新成果不断涌现,技术与应用发展齐头并进。2020年2月,中、美科学家利用3D打印技术构造出三维锥形不对称结构蒸发体系,使海水淡化速率达到每小时每平方米1.72千克,显著提高了水蒸发速率和能量利用效率。2020年7月,美国麻省理工学院开发出体积生物打印技术,可在几十秒内制备出厘米级的生物组织,且精度更高、打印速度更快,27秒即可打印体积为4.14立方厘米的人体外耳郭结构,且不需要支撑结构。2020年9月,美国卡耐基梅隆大学开发了一种3D打印传感器,能够在约10秒内识别新冠病毒。研究人员采用Optomec公司的专利气溶胶喷射印刷工艺,快速开发出小型金电极传感器,能够从一小滴血液中迅速准确地检测出病毒抗体,极大地加快了检测进程。2020年11月,美国3D打印初创公司Relativity Space完成了其3D打印火箭发动机Aeon1的首次地面全周期点火运行实验。该火箭发动机总共只有100多个零件,平均制造周期仅为一个月。此次全周期点火实验成功,表明Aeon 1已经具备了商用潜力。
三是数字孪生技术助力制造业效能大幅提升。2020年3月,美国工业互联网联盟(IIC)发布《工业应用中的数字孪生:定义,行业价值、设计、标准及应用案例》白皮书,从工业互联网的视角阐述数字孪生的定义、商业价值、体系架构及实现数字孪生的必要基础,为各类在数字孪生领域进行研究、开发、部署和测试实践的活动提供操作指导。2020年9月,美国南卡罗来纳大学获得美国海军研究办公室920万美元的投资,将其开发的“数字孪生”系统应用于美国海军电气系统的指挥、控制和预测,使舰船操作员能够充分利用舰船的电气系统来满足关键任务需求。“数字孪生”系统将提高美国海军舰船动力系统和平台的韧性、效率、适应性和自主性,并为舰船上昂贵的电气部件提供实时监测和预测性维护。2020年8月,英国宇航系统公司采用数字技术对“暴风”第六代战斗机进行设计,通过计算机模拟数字孪生模型和3D打印模型相结合来加快战斗机的开发进程。该公司采用数字孪生技术,设计和测试战斗机的概念外形,试飞员可在陆基模拟器上驾驶“暴风”战斗机,然后利用3D打印制造飞机模型,在世界级风洞设施中进行测试。
(六)航天技术
2020年,世界航天装备研发稳步发展,诸多重点项目实现重大技术突破或达到重要节点。在大国竞争的背景下,主要国家积极推动系统能力更新与扩充,应用由战略支撑向战役战术保障转变,带领世界航天向军事化、武器化、联盟化方向发展。在商业航天的带领下,低轨小卫星星座建设逐渐兴起,使全球单年卫星发射总量首次突破1000颗;商业火箭、载人飞船及在轨服务均取得重要成就,促进全球航天多元化发展。此外,美国、中国和日本等国分别对月球、火星及小行星展开探索,引领全球新一轮深空探索热潮。主要表现在太空继续向军事化、武器化方向发展;美国强化与盟友的太空合作,太空联合对抗初见端倪;深空探测密集开展,月球、火星及小行星成为探索热点。
一是低轨卫星星座建设兴起,将为航天技术和装备发展带来颠覆性影响。在商用和民用航天领域,美国SpaceX公司已通过16次发射成功将953颗“星链”卫星送入轨道,并在内部测试中为用户提供4G水平的天基互联网服务;美国亚马逊公司的“柯伊伯”星座获得美国联邦通信委员会(FCC)审批,将部署由约3200颗卫星组网的互联网星座;英国和印度联合收购OneWeb公司,并于2020年12月恢复发射,成功发射了36颗组网卫星,使OneWeb星座在轨卫星总数达110颗,将为政府和企业提供商业通信服务。俄罗斯计划于2021年起着手实施“球体”计划,将打造由640颗卫星组成的卫星星座,以提供定位、雷达探测及通信等服务。欧洲计划投资60亿欧元构建卫星互联网星座,将为政府机构和偏远地区提供安全通信与互联网服务,并将使欧洲在卫星互联网竞赛中保持竞争力。在军事航天领域,美军启动下一代太空体系架构建设,希望加快太空系统架构转变,为美军实现联合多域作战提供关键支持;美国在“黑杰克”(Blackjack)项目和下一代太空体系架构中均将低轨通信星座作为重点研究对象与基础,其多功能载荷搭载理念能持续打造新的能力和革新作战应用方式,将对未来通信领域甚至整个军事航天领域的发展产生重要影响。
二是商业航天技术取得新成就和新突破。2020年5月,美国SpaceX公司利用“猎鹰-9”火箭将搭载有两名航天员的载人“龙”飞船发射升空,标志着美国借助商业火箭和商业飞船重新获得载人航天能力。2020年11月,美国SpaceX公司利用“猎鹰-9”火箭再次成功发射“龙”飞船,将4名航天员送往国际空间站,这是“龙”飞船首次执行经过认证的商业载人航天任务。2020年2月,美国轨道ATK公司研制的MEV-1轨道服务卫星与Intelsat 901卫星完成对接,并为其加注燃料,使其延寿5年。2020年8月,美国轨道ATK公司的MEV-2轨道服务卫星成功发射,将与Intelsat 10-02卫星对接,并为其提供在轨延寿服务,这标志着在轨服务的商业模式正式建立。
三是美国持续推进导弹防御能力建设。2020年4月,美国导弹防御局发布的2.0版导弹防御体系架构,将当前中段、末段两个防御段拓展为发射前打击、助推段、中段/滑翔段、末段4个防御段,并增加F-35机载助推段拦截装备、反高超声速装备、定向能末段防御装备、新型陆/海/天基传感器等武器装备。同月,美国导弹防御局发布“下一代拦截弹”的最终建议征询书,正式启动“下一代拦截弹”的研制工作。2020年6月,美国国防部发布《分层国土导弹防御——保护美国的战略》,探索以分层多段拦截为典型特征的国土防御模式,计划构建由“下一代拦截弹”和地基中段防御系统、装备“标准-3”2A导弹的“宙斯盾”弹道导弹防御系统及改进的“萨德”系统组成的分层防御体系,将有效增强美国的导弹防御能力。2020年11月,美国导弹防御局成功进行“标准-3”2A导弹拦截洲际弹道导弹试验,这是美国开展的首次洲际弹道导弹拦截试验,初步验证了“标准-3”2A导弹对洲际弹道导弹的拦截能力及“分层国土导弹防御”构想的可行性。
(七)航空技术
2020年,世界主要国家继续探索航空战略和新概念航空作战平台,加速创新技术研发,持续推动航空装备的更新换代与能力提升,并发展以网、云、数字及智能为特征的航空体系。无人机、高超声速武器及新一代战斗机成为主要航空国家的研究热点,而有人/无人作战、人工智能等新型作战模式和技术的发展将引发航空领域的新发展和新变革。主要表现在无人机研发和应用成为关注焦点;有人/无人机协同成为空战发展新趋势;人工智能与航空装备的融合日益深化。
一是高超声速武器技术研制进程加速发展,即将进入武器化转型关键期。美军推进“吸气式高超声速武器概念”和“空射快速响应武器”高超声速导弹研究,并对两型导弹开展系留测试,加速高超声速武器实用化进程,以提升现有空战平台的作战能力。美国建立“高超声速武器生产加速器实验室”以降低武器研制成本,并提升武器研制速度。美、澳两国将联合开发SCIFiRE机载吸气式远程高超声速导弹,计划在5—10年内投入使用。俄罗斯将在图-160战略轰炸机上装备“匕首”高超声速导弹,计划到2024年使第712航空兵团换装该型导弹,以增强俄空中战略威慑力量。俄罗斯多次对“锆石”高超声速导弹开展试射,并首次公开展示“先锋”高超声速导弹。英国开展“战术高速、快速响应和高效弹药”项目,重点推进高超声速空气动力学、战斗部和推进技术成熟,以支撑可负担得起的进攻性战术武器系统开发。日本公布高超声速武器研发线路图,将研发高超声速巡航导弹和超高速滑翔射弹两类高超声速系统,并计划在2024—2028年完成两型武器的初期研制。印度成功试射了“高超声速技术验证飞行器”,验证了超燃冲压发动机、高超声速分离、高温材料热结构特征和高超声速空气动力学等关键技术。
二是主要国家稳步推进先进战斗机技术和装备的研发工作。美军拟在未来5年投入76亿美元,研发“下一代空中主宰”战斗机,以取代现役的F-22战斗机。美军启动新型远程舰载机研发项目,计划在2030年替换F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机和EA-18G“咆哮者”电子攻击机,以提高海军核动力航母舰载航空兵的作战范围。美国利用B-1B、B-2及B-52轰炸机多次演练长途奔袭亚太地区的洲际空袭能力,验证远程部署打击能力,提升战略威慑。俄罗斯开始制造“未来远程航空系统”首架原型机,并推进“产品30”发动机的试验工作,以优化苏-57战斗机的综合飞行性能。法国和德国政府与空客公司等制造商签订“未来作战航空系统”的项目合同,推进项目进入演示验证阶段,拟于2026年实现战斗机试飞。日本选定三菱重工为F-X战斗机主承包商,将为战斗机研制提供5.56亿美元的支持,并拟在2035年实现列装。英国公布了“暴风”战斗机三维模型,计划于2030年实现交付。印度开展新型战斗机AMCA的设计工作,计划在2025年实现战斗机首飞。
三是航空作战支援保障装备技术取得新进展。美国空军T-7A“红鹰”高级教练机完成了发动机重新起动和倒飞试验,最大程度地利用了开放系统架构、快速软件开发和数字工程技术,大幅降低了飞机的制造和维护成本。美国空军探索军用运输机的“托盘化弹药”投放能力,以获得向对手密集投射防区外精确打击火力的能力,并为武库机概念开发进行技术摸索和储备。美国海军“下一代干扰机低频段”吊舱进入工程与制造阶段,未来将集成到EA-18G“咆哮者”飞机上,增强其空中电子攻击能力。空客公司一架配备了“自动空中加油”(A3R)系统的试验机,与葡萄牙空军一架F-16战斗机成功完成首次全自动空中加油试验。俄罗斯“大象”重型运输机模型完成第1阶段空气动力学试验,未来将逐渐替代安-124运输机。
(八)海洋技术
2020年,受新冠疫情影响,全球航运业、极地科考等活动均受到一定的冲击,但海洋领域发展总体向好。世界主要经济体继续围绕极地、深海、海上无人装备及海军力量建设等重点领域进行布局,制定国家层面的海洋战略规划,加大科技研发投入,并在海洋观/监测领域、深海装备与技术、无人船舶等领域取得一系列重大进展。主要表现在:世界主要经济体强化海洋战略布局,以维持在相关领域的领先地位;大国竞争加剧,北极安全问题凸显;海上无人装备的探索运用仍是大国海军的研究热点。
一是海洋观/监测技术持续突破,不断提升全球海洋态势感知能力。当前,空中卫星、海上浮标和海底观测网的发展及三者的交叉融合,使全球海洋观/监测持续向高密度、多要素、全天候方向发展。2020年,美国防高级研究计划局(DARPA)的“海洋物联网”项目完成初始阶段的浮标设计及概念验证,开启第二阶段的海试工作。该项目旨在通过部署成千上万个小型、低成本的浮标,构建海上分布式传感器网络,从而在大洋实现广域持久的海上态势感知。同时,DARPA提出的利用海洋生物监测周围海域的“持久海洋生物传感器”创新性项目也取得阶段性成果,该项目已成功验证海洋生物能够感知潜航器的存在,并做出相应的反应。下一阶段,DARPA计划开发可观察、记录、解释生物反应的系统,并且使其能够区分目标和其他刺激源,如废弃物、其他海洋生物等,从而降低虚警率。
二是深海进出、探测及开发装备与技术取得新突破。陆地、浅海资源的逐渐枯竭推动各国向深海领域布局,深海已成为当前国际科学探索与资源争夺的新阵地。2020年,海洋大国在深潜装备与深海钻探领域取得新进展。2020年1月,日本利用“地球号”深海探测船对南鸟岛周边的深海海底稀土进行了开采实际验证,为未来产业化开采提供数据。2020年11月,中国自主研制的全海深载人潜水器“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功下潜至10909米,创造了中国载人深潜新纪录。同月,英国开发出可承受水下11000米压力的深海传感器,将帮助采集深海有机碳降解过程的相关数据。
三是船舶自主驾驶开始“提速”。近年来,随着物联网、大数据、人工智能等新理念、新技术的突飞猛进,船舶自主化、无人化水平不断提升,无人船舶正逐步由部分功能自主向全船自主驾驶过渡。2020年,美、韩等发达国家的无人船舶项目取得重大进展。2020年9月,韩国成功实施了为期3天的无人船舶海上实证试验,试验结果表明,其无人船舶在远海自主航行及远程控制领域已经具备很高的技术水平。2020年11月,美国海军“霸主”大型无人水面舰艇完成长达8700千米的航行,在完全自主自动控制的情况下穿越巴拿马运河,体现了极高的自动化水平。