就在本周，美国国防部领导人终于公开就美国与中俄两国间的技术竞赛发表看法，并列出一份包含各项研究重点的详尽清单。而另一位高层研究与工程技术官员则发布了更多与克服关键性技术与物理挑战相关的细节信息。

在2018年8月22日召开的美国国防工业协会会议当中，负责研究与工程技术的国防部副部长Mary Miller着重谈到了定向能武器、人工智能、量子科学以及下一代通信等技术方向。

定向能武器

定向能武器已经不再仅仅存在于科幻作品当中。如今，其已经开始被引入喷气式飞机、船只、坦克以及太空航天器当中。除了美国海岸警卫队之外，各现役部队都开始构建定向能武器原型并在所在区域之内进行研究。Miller表示，本财年相关财政支出为6.61亿美元，且计划在2019年到2023年期间总计投入22.8亿美元。

她解释称，“人们可能会问，为什么要在定向能武器领域投入这么多资金？……事实上，我们迫切需要各现役部门理解并利用这项技术。”如今，组合式光纤激光器的价格下降已经令其实现成本、重量与效率水平进入可接受的区间，这意味着强大且可扩展型激光器有望被引入军事体系——这是几十年前所完全无法想象的。此外，国防部还在高度关注近期高功率微波武器的实际应用，特别是雷神公司推出的CHAMP电子无人机。

然而，Miller同时表示国防部在这方面还需要更多支持，特别是在功率层面。她指出，“我们正在努力达到100千瓦目标，但完成任务需要至少300千瓦的功率。”她进一步补充称，“只有达到这样的功率，才有可能实现对空中导弹的拦截。我们甚至从海军那边听到了「2兆瓦」的说法。”（作为参考，1兆瓦能够为近1000个家庭提供电力。）“这些问题属于技术的自然发展，而非强制要求。我们希望了解自身的具体需求，我们也需要将功率提升至新的水平。”

然而在某些情况下，一味增大功率并不能推动项目走向成功。她表示，“我们的研究项目还在探索是否能够利用某种海基或者陆基激光器实现1兆瓦功率。在这方面，我们面临的是物理层面的阻碍，即热晕效应。在这种情况下，持续加大能量输出只会令发射器前方的气体发生电气化，即转化为等离子态——这将导致能量无法顺利抵达目标处。”

在真正建立起定向能系统之前，国防部必须首先解决上述技术难题。“原型设计与实验将帮助国防部逐步解决全部上述挑战。”

通信、网络与太空

多年以来，通信服务层面的失衡问题一直给军队带来严重困扰。Miller指出，“我们往往需要派遣行动小组，他们在执行任务时有时会与网络断开。因此，帮助他们重新接入网络并获得通信能力就成了一大挑战。我们一直在为此努力，希望拿出理想的成果以帮助驻扎在阿富汗的士兵。至少就目前的技术方案来讲，还无法在阿富汗地区提供可靠的通信接入能力。”

Miller表示，在未来的战场上，每一名士兵、每一颗卫星、车辆甚至是核武器都应该以数字化方式对接起来，从而与高层指挥官提出的作战目标相适应。她强调称，“我们有意愿建立起这种联合且网络化的跨区域作战能力，统一且无处不在的通信体系正是其中的关键性推动因素。”

她解释道，“我们正在研究如何构建起一套联合架构，以便将所有服务链接于其中，从而立足作战指挥官层级确保他们有能力以冗余方式访问所有通信层。”其具体目标包括建立起永不中断的通信体系，确保各方皆有多种选项或途径以发送消息或数据。事实上，美国军方此前曾经就此进行过尝试，但结果却不尽如人意。

她表示，“如果大家需要发送信息，但一部分节点无法接入网络，该怎么办 ？没关系，正如手机或者互联网一样，大家完全可以尝试另一条接入线路。美国陆军多年以来一直在尝试在这方面取得突破，但其难度也确实相当夸张。”相比之下，在更加同质化的数据及网络环境中工作时，跨服务、跨平台以及跨区域的联合通信架构或标准则更容易实现。可能正因为如此，五角大楼才坚持在其庞大的联合机构防御基础设施（简称 JEDI）项目当中仅选择一家入围供应商。

因此，美国军方正在研究如何建立一套联合架构用以“对接下辖各项服务”，同时紧密结合目前出现的商业趋势——例如近地轨道卫星在成本与体积方面的快速下降。

另一个问题在于如何在复杂干扰的环境当中使用旧有通信设备。多年以来，军方与国防行业一直在改进各类嵌入式硬件，并希望通过软件重新定义无线电功能的建立过程。这种“软件定义型无线电”能够以远低于传统无线电的难度实现频率切换，从而加强自身对干扰的抵御能力。而其中的核心要点，在于采用先进的尖端技术以确保其能够在旧有设备中保持运行。Miller表示，“我们正在研究如何利用软件定义型无线电实现向下兼容。目前实验尚处于早期阶段，但我们必须攻克这项目标。”

在通信设备方面，美国军方2018年计划投入83.8亿美元，且计划在2019年到2023年期间总计投入408亿美元。

在太空方面，“我们正在研究新型架构”，从而探索如何将国防部与商业卫星加以正确组合。为了使士兵、机器、地球与太空之间的通信变得更为稳定可靠，国防部正在投入大量资金以研究光通信（基于光线的通信）技术——其可见光束将很难遭到拦截。

美国防部预计，2018年其将投入6.19亿美元用于太空空间现代化的研究与开发工作，且在2019年到2023年期间总计投入24.8亿美元。

微电子

在未来十年当中，对美国国家安全而言最重要的一大领域正是微电子市场。

Miller强调称，“中国人非常期待其到2030年主导全球微电子市场的雄心壮志能够顺利实现。”她同时指出，中国预计将在未来10到15年时间内投入1500亿美元。中国政府预测称，届时中国将在全球微电子市场占据70%份额。Miller表示，“美国国防部非常关注事态的发展。我们在这一领域投入大量资金以建立公私合作伙伴关系，努力将微电子的制造、研究与设计平台带回美国。”在此之中，研究与设计是最容易的部分，但制造却是一个巨大的挑战——因为美国长久以来一直将工业制造外包给劳动力成本更低的海外市场。国防部目前正努力扭转这一趋势，“我们目前仍在引领微电子行业，但这种领导地位未来有可能面临风险。”

美国防部计划在2018年年内投入4200万美元进行微电子研究，并在2019年到2023年期间投入总计22亿美元。

人工智能与自主决策

此前，已经有不少文章讨论国防部建立联合人工智能中心的新计划。Miller则警告称，尽管行业正在大肆宣传，但目前营销活动中提到的“人工智能”在很大程度上只能算是数据科学。这一领域的当前水平距离国防部的真正要求还有很长的发展道路要走，届时专家系统应该能够帮助指挥官与作战人员实时做出更佳决策。然而，相关工作仍然受到投资与技术承诺的制约。

她将自主决策列出一个独立类型，并将其本质视为一种人类与智能机器间的界面。目前，推动人们相信自身与高度自主系统间互动能力的工作已经成为一大快速发展的新领域。在私营与商业环境当中，已经出现了不少低风险实验。然而，国防部在这方面的用例却存在显著的特殊性。

国防部一直希望利用人工智能技术加快物流运输速度与决策制定流程，并致力于建立起一套自主性解决方案的政策性应用指导意见。她作出承诺称，“我们将在合适的时间点出台相关政策。”

国防部将在今年投入19亿美元用于自主决策研究，并在2019年到2023年期间总计投入103亿美元。

量子科学

同样，Miller表示量子科学研究目前仍然处于起步阶段且“绝对存在过度炒作”问题，特别是在可扩展量子计算方面——即创建一台全面使用量子位，而非二进制位的计算机。不过国防部已经发现近期出现的部分研究成果足以应用于科学、精确导航以及定时等用途，从而在一定程度上摆脱对全球定位系统的依赖。Miller指出，在过去几年当中，加速度计、原子钟与陀螺仪的使用量提高了一千倍。国防部还在探索“加密技术现代化，旨在防范任何未来可能由量子计算机引发的解密威胁。”

今年，国防部将在量子科学领域投入9600万美元，并计划在2019年到2023年期间总计投入5.65亿美元。

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