蘭德：八大新興技術軍用前景分析
2022年4月16日，美國蘭德公司發布研究報告《擾亂威懾：技術對21世紀戰略威懾的影響》，研究中對八種新興技術領域的軍用現狀與前景進行分析，分別為：(1)先進的網路戰和電子戰技術、(2)生物技術、(3) 決策支持系統及其技術、(4)定向能技術、(5)高超聲速系統、(6)信息和感知操縱技術、(7)量子信息和感測系統，以及(8)機器人和(半)自主系統。本文詳細分析列舉上述技術的技術能力現狀、近期和長期的軍用領域與前景，以及發展的限制因素，僅供參考。
01
網路戰和電子戰技術
網路戰。網路戰目前通常被定義為在虛擬領域進行的戰爭，通過攻擊來破壞對手國家的計算機或網路以達到破壞或中斷的目的。這些行動可在網路空間中產生明顯的拒絕效應(即降級、中斷或破壞)，或導致在物理領域中出現拒絕的操縱，網路攻擊可分為兩大類：(1)戰略網路戰，為了影響目標國家的行為」而發動的攻擊；或(2)戰術網路戰，包括戰時針對軍事目標和與軍事相關的民用目標的網路攻擊。電子戰分為探測、攔截和中和威脅的電子戰支持措施、電子對抗措施和電子對抗措施。
隨著網路格局的演變，這種作戰協同或網路戰與電子戰的融合將影響未來軍事作戰和民用的所有領域，包括空間作戰和系統；定位、導航和授時系統等應用；無線網路、5G、物聯網設備、智慧城市；關鍵基礎設施(如電網和水庫、銀行和金融系統以及信息傳輸系統)；軍事通信系統；甚至無人機和海上交通工具。其中，物聯網、人工智慧和5G等兩用技術的未來發展可能會為對手創造機會，破壞基於感測器的關鍵基礎設施，或為「無處不在的ISR」創造有利環境。此外，還應注意，網路戰和電子戰與人工智慧、量子計算和定向能等新興技術重疊，並可能受到它們的直接影響。
當前能力總結：先進的網路戰和電子戰有能力破壞關鍵的網路信息系統。目標包括5G和IoT空間系統和定位、導航和定時；全球定位系統和感測系統；區塊鏈和分散式賬本技術。攻擊形式包括欺騙、篡改和GPS干擾。
潛在的軍事應用：在軍事應用中，網路戰和電子戰的效果最為直接且顯著。信息安全和電子戰也是美國軍方的重中之重。5G通信網路的興起和日益互聯的物聯網正在創造新的漏洞，美國的對手可能會利用這些漏洞。這些技術在直接軍事行動(例如，攻擊美國信息和決策系統)和更廣泛的領域(例如，試圖在危機或戰爭期間造成民用社會的嚴重破壞，以使對手喪失能力)都有潛在的應用。
近期國家安全應用：未來五到十年可能會出現功能齊全的5G通信網路，這將促進物聯網設備在軍事應用中的指數級使用，提供無處不在的感測、通信和分析，以提高態勢感知能力(例如，軍事物聯網、戰場物聯網)。這些技術的軍事用途可能對通信/信息、任務操作、人員甚至供應鏈的安全造成威脅。
長期的國家安全應用：空間可能會出現星座的擴散，特別是納米衛星星座，這可能會提高復原力並擴大覆蓋範圍。隨著物聯網設備、感測器和網路的激增，管理和保護物聯網環境的需求可以通過使用區塊鏈技術來滿足。
發展的挑戰或制約因素：關鍵網路信息系統(民用和軍用)日益網路化的本質使更易受到網路攻擊和電子戰的攻擊，可能會減緩新發展的速度，因為在取得進一步進展之前必須解決這些弱點。
02
生物技術
生物技術指利用生物過程、有機體、細胞和細胞成分來開發新技術或新產品。生物技術可分為以下幾個分支學科：
醫學和人類健康，如新葯、療法和疾病治療的開發
工業過程，如創造可再生能源
農業，包括開發轉基因植物以增加作物產量或提高抗蟲性
生物信息學、計算機科學和晶元技術交匯處的信息處理能力
海洋和水生環境中的過程
營養生物技術，如酒精和乳酪的發酵
領域內的法律、合規和道德問題
武器和戰爭的應用
當前能力總結：常見的應用有醫療(如抗微生物劑)、農業(如轉基因生物)和工業(如生物燃料)。
潛在的軍事應用：生物技術發展速度非常之快，以至於很難做出準確的技術預測。但可以明確的是，生物技術可能會影響到作戰物資和系統、優化戰士的健康和作戰性能、提高軍事醫學水平、以及化學和生物防禦技術。例如，生物感測器可以保護地面部隊免受戰場上看得見和看不見的威脅。在更遙遠的未來，生物感測器網路甚至還可以增加感測器和情報來源，為指揮官提供更完整的戰場圖像。生物材料、仿生材料和混合材料的研究有可能徹底改變傷口癒合過程以及相關係統功能設計。生物技術領域的其他進展還可能有助於設備的小型化以及對軍事設計和作戰具有關鍵價值的生物能源的開發和優化。
主要近期國家安全應用：生物感測器(檢測有害物質)、分子電子學(高速信號處理和通信、體積數據存儲)、材料(改善傷口癒合能力和戰場設備的形狀、配合和功能)、後勤(小型化和生物能源的開發和優化)和治療學。
長期的國家安全應用：產品的規模、範圍、複雜性和速度都有可能增加，參與的角色和類型將更加多樣化。在更遙遠的未來，生物感測器可以增強其他情報來源，提供更完整的戰場圖像。
發展的挑戰或限制：要使生物感測器技術發揮作用，靈敏度和特異性都需要提高。感測器還需要更小，更便攜，能夠承受惡劣的環境。
03
決策支持系統及技術
決策支持技術旨在增強或部分取代人類的決策。其中，智能決策支持系統（DSSs）是一種新興的決策支持系統，結合了人工智慧、系統工程和信息技術等，並使用人工智慧來處理這些非結構化或半結構化的問題。適用於具有高度不確定性的決策，並試圖用推理來模擬直覺，人工智慧支持的DSSs可以幫助、配合或取代人類決策者。
當前能力總結：增強技術可以提高決策、數據報告、分析和解釋的速度和效率。如DARPA的在競爭環境中的目標識別和適應(TRACE)項目，埃隆·馬斯克的Neuralink(腦機介面初創公司)，IBM的沃森。
在國家安全中的應用包括：提供數據處理和分析支持、對不同的行動方案進行複雜的分析、優化計劃和制定戰略。人工智慧已經在一些任務自動化和決策支持方面發揮作用，包括協助情報組織篩選數據。可實時分析的決策支持也能極大地改變軍事行動，雖然目前仍處於概念階段，但隨著人工智慧系統複雜性的成熟，其發展前景可期。
近期國家安全應用：決策支持技術在國家安全中的應用包括提供數據處理和分析支持，對可選擇的行動方案進行複雜的分析，優化計劃和制定策略。將增強的數據分類和分析能力與人類行為模型的發展相結合，可以提高決策者做出戰略預測的能力。
長期國家安全應用：用自動化人工認知代替戰略決策仍是一個長期目標。
發展的挑戰或限制：機器學習的一個關鍵限制是，這種數據驅動的方法依賴於底層數據的質量，因此天生對數據偏差和欺騙敏感，並且不善於識別新事件或在高度不確定的環境中操作。
04
定向能技術
定向能（DEW）技術通過以電磁波或高速粒子的形式施加能量來對目標造成傷害。與傳統的動能武器相比具有幾個重要的優勢：效果幾乎是瞬間感受到的、實際上幾乎不需要彈藥，每次發射的成本通常可忽略不計。一個重要的缺點是極易受天氣條件和大氣環境的影響。
當前能力總結：定向能技術在軍事領域仍然相對有限。激光還沒有強大到足以對抗堅固的軍事目標，除了在戰略導彈防禦中的有限應用之外，粒子武器還沒有被任何國家部署。高功率微波武器已經成功地用於對付各種目標。定向能技術還被用於非致命的反人員任務(例如人群控制),取得了一定的成功。
潛在的軍事應用：導彈防禦、反衛星和反UAS仍然是近期投資的最大驅動力。然而，隨著固態激光器變得更強大，包括反UAS作戰在內的短程防空將成這類研發的主要重點。這對空間系統有著重大的潛在影響：在未來幾年，激光很可能會變得更加普遍，用於攻擊脆弱的目標，如衛星；中國和俄羅斯都處於發展地基激光器的後期階段，這種激光器可以瞄準低地球軌道上的衛星。鑒於其潛力，將粒子束武器用於戰略導彈防禦的想法繼續吸引零星投資，人們對使用激光保護飛機免受導彈攻擊特別感興趣。
近期國家安全應用：導彈防禦、反衛星和反UAS仍然是近期預警的最大重點。針對旋翼和固定翼飛機(有人駕駛和無人駕駛)的近程防空是幾個陸軍項目的目標。固態激光器變得越來越強大，可能會更頻繁地用於攻擊脆弱的目標，如衛星。定向能技術近期的重點是戰術用途，而不是戰略用途，但粒子束武器可能在不久的將來用於戰略導彈防禦。
長期的國家安全應用：固態激光技術的改進，特別是在功率和效率方面的改進，可能會使激光有效地打擊裝甲目標，但這需要多年的研究。在更遙遠的將來，隨著等離子體尾波場加速技術的成熟，電子束武器可能會重新引起人們的興趣。
發展的挑戰或限制：以目前現狀而言，相對低功率的激光武器仍然需要大量的能量，即使在戰艦上也是有限的。因此，這些武器的軍事應用目前受到限制。
05
高超聲速系統
高超聲速武器系統以高超聲速飛行，5馬赫及以上（理論上高達25馬赫）或約5000~25000公里/小時。目前有兩種類型：高超聲速滑翔飛行器(HGVs)和高超聲速巡航導彈(HCMs)。高超聲速系統有三個主要組成部分：發射系統(火箭)(超燃衝壓發動機/衝壓噴氣發動機)、運載系統(HGV，HCM)和有效載荷(常規或核)。HGV和HCM可以從地面、海上或空中平台發射，相當於美國現有的傳統核三位一體。
能夠攜帶核武器和常規有效載荷的高超聲速武器系統目前正在開發中，預計將在未來十年投入使用。美國、中國和俄羅斯是當前高超聲速技術的全球領導者，並且一直在投入大量資源儘快部署一次性高超聲速武器。
當前能力總結：一次性HGV和HCM仍處於開發階段，HGV比HCM進展更快。最近的測試包括2020年3月的普通高超聲速滑翔飛行器(C-HGB)。俄羅斯聲稱，它已在2019年底獲得了首個可部署的HGV美國目前預計在2022年擁有可部署的系統。
潛在的軍事應用：2018年國防戰略將高超聲速武器系統確定為使美國能夠打贏未來戰爭的關鍵技術。目前的發展屬於美國海軍、美國陸軍、美國空軍和國防高級研究計劃局(DARPA)的幾個項目，旨在提供用常規有效載荷快速打擊時間關鍵目標的能力。俄羅斯正在開發兩個主要的高超聲速武器計劃，並認為對穿透美國導彈防禦系統和維持核穩定至關重要。
近期國家安全應用：2018年國防戰略將高超聲速武器系統確定為使美國能夠打贏未來戰爭的關鍵技術。目前，國防部只資助了高超聲速武器系統的作戰原型，但還未最終決定相關採購計劃。
長期國家安全應用：預計將為幾個全球實體開發和部署一次性HGV。HCM的開發速度將比HGV慢，因為它們依賴於超燃衝壓發動機。一個潛在的長期發展可能是將HCM集成到可重複使用和潛在載人的系統中。
發展的挑戰或限制：四個關鍵的技術障礙：推進、熱管理和材料、飛行控制以及高超聲速狀態下的測試、建模和模擬。
06
信息和感知操縱技術
信息和感知操縱技術涵蓋多種工具，旨在扭曲個人或人群的感知或信念，以達到預期效果。這些技術通常由人工智慧和網路技術實現，並依賴於處理大量數據。在國際安全的背景下，這套技術使對手能夠實施先進的影響行動。本報告主要研究了四種信息操縱的機制，分別為：(1)深度偽造deepfakes，(2)微靶向，(3)機器學習驅動的程序，和(4)欺騙演算法。
當前能力總結：Deepfakes越來越複雜；如果不使用特殊的檢測軟體，很難檢測到。微靶向可以實現消息的定向推送。電話和電子郵件欺騙由於其低成本和低門檻也長期以來被廣泛使用。GPS欺騙正在發展中，由此也使軟體定義的無線電技術越來越便宜且容易獲得。然而，隨著這些技術的成熟，檢測能力也隨之成熟。
潛在的軍事應用：上述信息操縱技術可以被用來在危機或戰爭中描繪政軍領導人的尷尬、非法或其他應受譴責的行為來破壞國家意志。也可能被用作傳統欺騙和隱瞞行動的一部分，或作為長期破壞對手內部凝聚力的手段。
近期國家安全應用：Deepfakes的使用可能引發公眾輿論的不穩定甚至是大規模劇烈反應，並由此增加決策的不確定性。微靶向能夠通過虛假信息宣傳或瞄準軍隊中的特定個人或群體發送威脅信息。機器學習可以增強數據收集和分析能力，開發更精確的目標系統，但也可以促進信息戰和影響作戰。GPS欺騙可以捕獲、誤導對手設備、或掩蓋相關設施或活動，增加對手鎖定的難度。
長期國家安全應用：Deepfakes預計將變得越來越複雜，並更廣泛地為公眾所用。針對個人的微靶向能力正在提高。從長遠來看，電子欺騙技術預計將變得更加豐富和複雜，反電子欺騙技術也將持續發展。
發展的挑戰或限制：在這組技術中，應用於信息和感知操作的機器學習面臨著固有的局限性：演算法依賴於訓練數據集，因此容易複製錯誤，可能不知道如何處理數據集中不包含的信息。演算法還有可能被操縱來學習不正確的信息，容易被對手利用。
07
量子信息和感測系統
量子科學結合了數學、計算機科學、工程和物理科學的元素來研究物質和能量的最小粒子：光子和電子。量子力學一直被推崇為破解許多現有數據加密代碼、創建無法破解的代碼、擊敗隱形技術、實現人工智慧和機器學習、使海洋透明、創造新材料以及發現和治療疾病的解決方案。主要分為三類：量子感測和計量(測量)、量子通信和量子計算。
量子器件的實際創造進展緩慢。其中起決定作用的因素是使能技術，包括高度調諧的激光器、半導體和用於控制量子物體可以有效運行的環境的技術。目前量子技術已經在實驗室中進行了演示，在小規模上進行了部署，或者進行了商業部署。然而，應用到國防或商業中，仍需要在可靠性、性能和成本方面進行改進。但可以預計，量子技術今後將有可能為作戰、信息安全、人工智慧、材料科學、醫學、地質學和空間探索帶來重大變革。
當前能力總結：一些量子技術(例如，晶元級磁力計、晶元級原子鐘、量子慣性導航系統)已經在實驗室得到驗證，在小規模部署，或在商業上部署。在量子應用開發方面，量子計量和感測技術已經展示了最高水平的軍事和商業實用性和就緒性。量子計算，另一方面，量子計算機仍然是高度實驗性的，在可用的量子計算機投入使用之前，必須解決許多技術難題。
潛在的軍事應用：量子科學和技術對國家安全的影響仍然更多地停留在理論層面。然而，預計將對通信和密碼學等軍事問題產生重大影響。量子感測的潛在應用，特別是量子慣性導航系統和重力儀，在短期內很難達到足夠小、輕、低功耗或經濟高效的程度；量子通信和計算仍處於高度實驗狀態。
近期的國家安全應用：在計算方面，實體機器是最為基礎的，現有的量子計算機在很大程度上建立了原理證明；軟體和演算法也處於類似的新生階段。最重要的潛在量子應用包括密碼學和密碼分析，在GPS拒絕的環境中實現精確定時和導航，識別水下和地下移動物體，揭露隱身效果，並精確定位電場感測器和通信接收器。然而，在未來十年中，這些技術類別很難發展到能夠部署在戰鬥系統上或支持作戰行動的程度。
長期的國家安全應用：如果沒有軟體和演算法，量子計算硬體本身無法發揮作用；研究人員估計，從系統設計計劃最終確定，建造和演示一台大規模、容錯、基於門（gate-based）的量子計算機將需要至少8到10年的投資。目前還未有這樣的計劃。量子慣性導航系統和重力儀在短期內可能不會達到足夠小、輕、低功耗或低成本的水平。
發展的挑戰或限制：一些量子技術目前面臨著尺寸(體積太大而不能放在軍用飛機上)、精度或生產成本的限制。技術本身的固有限制如：由於無法超越光速，量子通信不能使數據傳輸更快。技術挑戰如：易受黑客攻擊、大量信息的存儲問題以及訪問所需的天基資產支持等。
08
機器人和半自主/自主系統
這種系統可能對軍事行動甚至戰爭的性質產生重大影響。美國及其主要競爭對手正在對UAV/UAS技術進行大量投資，並計劃應用於各種軍事任務。一些研究表明，小型低成本無人機可以大量成群工作，可以攻擊對手的防禦和自我保護系統，其結果將導致未來戰爭將由自主系統所主導。雖然該技術類型的成熟周期很可能超出預想的時間，但相較其他技術類型，無人系統發展較為成熟，即使其潛力未能全部發揮，也能對軍事行動產生巨大影響，並對威懾構成新的風險。
機器人和半自動系統的範疇包括：
當前能力總結：當前軍用無人機的特點是先進平台和有效載荷的廣泛多樣性，但自主演算法有限。目前具有一定自主能力的無人機類型包括：中等高度、長航時ISR和空對地打擊(MQ-9Reaper)；高空、長航時(HALE) ISR (RQ-4全球鷹)；以及低空ISR和有效載荷投送(FLIR Sky Raider)。
潛在的軍事應用：在網路戰和電子戰之後，機器人和半自動系統具有最直接、也許是最大規模的潛在軍事意義。這些系統已經在反恐中廣泛使用；ISR並且在未來可能成為各種感測、精確打擊、網路戰或電子戰裝備投送、甚至空對空交戰的主導平台。
近期國家安全應用：半自動無人機目前用於反恐和反叛亂行動，並作為許可的空氣環境的使能器。截至2019年，美國空軍幾乎連續不斷地保持70架MQ-9機載。預計在未來五到十年發展的戰略能力包括對有人駕駛飛機的非致命支持；協同集群情報、監視和偵察以及在被拒絕空域的輔助打擊：和遠程戰略轟炸和/或ISR。
長期國家安全應用：預計將長期發展的戰略能力包括在空對空戰鬥中更容易區分敵友的能力(忠誠的僚機平台)和更快、更大規模的協同ISR和在封鎖空域中對集群的輔助打擊。一系列地面、水面和海底以及太空領域的自主無人駕駛飛行器也在開發中。
發展的挑戰或限制：目前，大多數平台的自主性僅限於各種形式的航路點飛行。此外，目前，一些平台(如MQ9「收割者」和RQ-4「全球鷹」)在被拒絕或競爭的環境中生存能力很低。依賴人工智慧DSSs的無人機也可能面臨一些與目標保真度相關的相同挑戰。在某些情況下，無人機的使用可能會面臨道德或法律約束，這可能會危及或限制R&D對此類系統的預算。
