独家：美国空军航天司令部长期科学技术挑战

国外航天 · 2016-11-22 23:56:35

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美空军航天司令部司令约翰·海顿　　（中国太空网讯）2016年8月5日，美国空军航天司令部（AFSPC）司令约翰·海顿在备忘录中列出了未来10～35年在太空、网空及太空-网空交叉领域面临的11项长期科学与技术挑战，同时指出了AFSPC在这些领域需关注的技术。该备忘录是在“航天体系愿景”（SEV）、《空军战略主计划》和国防部“第三次抵消”战略指导下，对《空军航天司令部战略指导》和《太空和网空核心功能支持计划》的进一步延伸。　　一、太空领域　　1. 增强多域和多手段的空间态势感知、战场空间感知和情报监视侦察能力　　空间态势感知、战场空间感知和情报监视侦察能力的增强，需要通过多角度、多维度的新方法和新技术来支撑。即有效利用先进传感器技术，向陆、海、空、天等各域提供行动信息，包括对红外、紫外、可见光、射频等各谱段信息进行综合集成，进而增强空间态势感知、战场空间感知和情报监视侦察能力。具体方法包括，依托可信数据源和弹性通信系统，帮助指挥官在决策前了解空间态势、对手活动、环境变化（自然及人为导致的）属性，从而辅助决策；改善可视化效果，更好地为指挥员提供决策输入信息；另外，太空和网空作战管理和指挥控制也亟需技术变革，以更紧密地与多域军事作战集成。　　2. 扩展天基能力的新技术　　天基系统的能力主要包括运行卫星的维护、退役卫星的复活，以及卫星防护、弹性、自恢复能力等几个方面。天基能力的提升，对国家掌握“制天权”具有重大意义。当前，美国的技术仍不完善，还需要多项技术的革新。例如，发展小型化、网络化、功能弹性化的卫星和星座技术，提高针对对抗和退化环境下执行通信、定位导航授时、空间态势感知、发射探测和导弹预警等作战任务的能力；发展用于安全、敏捷、自主重构通信和传感器认知系统技术，提高其弹性、敏捷性和自恢复能力；研发增强体系稳健性和抗毁性的技术，为应对自然或者人为事件，提升卫星的弹性和重构能力；发展电磁谱和外电磁谱技术，保障卫星畅通、隐秘地通信和测控；发展地面和通信系统的替代系统，以新的方式提升能力和连通性，等等。　　3. 增强进入空间和后勤能力　　进入空间和经过空间的新型运输能力以及卫星在轨运行的后勤保障能力的提升，需要不断革新空间运输和维护技术。在未来，需要充分利用持续发展的技术部署天基能力，如快速发射技术、跨大气层运输技术及在轨服务和建造等技术，实现能力增强。此外，还需发展大卫星搭载微纳卫星技术，使微纳卫星入轨后能够与大卫星分离并与其他卫星连接，协同增效；利用3D打印、在轨建造、燃料补给及数据中继或诊断能力，发展月球工厂或轨道工厂；利用轨道机器人，回收轨道上报废卫星的部件和材料，或在轨修复，或组装形成新卫星，等等。　　4. 地面运行管理的新概念　　地面的运行管理，涵盖企业级地面服务、轻小型移动终端、高数据率网络、增强弹性以及地面系统防护等方面。面对这一挑战，美国在未来长期需要拟定新的战略，来增强地面运行管理能力。例如，发展简化空间系统地面操作和提高防御能力和机动性的技术、可提高自主性和可制造性的预测技术；基于任务需求、威胁变化和自动程序的动态加密和波束形成技术；研发先进地面处理和用户系统，提高执行各项任务时的快速响应和灵活的服务能力，等等。　　5. 适用于所有航天系统的创新技术　　航天系统通用技术是一项巨大而且复杂的系统工程，需要多学科、多领域的交叉融合。面对这一挑战，首先要发展体系架构，推动美国的系统与国际和商业合作伙伴系统的技术综合集成。进而，再发展相关技术，以助力航天系统工程的完善。例如，发展超高效电源系统技术、能最大限度地降低卫星干质量的颠覆性技术、能延长传统卫星使用寿命的在轨后勤和制造技术；研究微卫星及其通信方法，以及任务智能分解与聚合技术；发展星上敏感和预警技术来提供航天器自主防护能力；发展革命性航天器技术规避来袭威胁；发展可降低空间运输成本的微小卫星和微纳卫星创新技术，等等。　　二、网空领域　　1. 可信任的自主系统、网络和应用　　信任问题是美军当下迫切关注的课题，是美军发展新型自主系统、网络和应用的关键。而自主系统，如可自主目标搜寻、自生成、自组织、自感知、自修复网络的认知网络技术，多个电子战平台协同行动的技术，在认知网络和人工智能技术驱动下，将各种电子战系统组成自组织网络，达到体系作战的效果，这已被美国国防部将视为其“第三次抵消”战略的重要组成部分。　　2. 人机接口设计及生物特征鉴别　　未来科学技术的发展是为了让科技更好地为人类服务，在人与机器交互的领域，更友好、更安全的模式带来了前所未有的挑战。在人机接口设计方面，需要发展由人提出目标，人机共享意识的人机协作技术；开发完全动态、始终可用的网络空间建模仿真环境，能够跨所有任务领域，逼真、有效地全维评估作战效果及对敌、我和第三方的影响。在生物特征鉴别方面，需要发展用于多域企业级网络多级访问安全控制的生物特征鉴别技术，包括发展通过躯体和脑科学方法增强人员功效的先进人机接口技术，生物计算（DNA数据存储、数据计算、人员功效增强）技术，等等。　　3. 先进的数据保护技术　　随着数据的快速增长，未来作战对数据资源的依赖性越来越高。数据的持续增长和应用的高连续性，对数据保护性能的要求也日益突出。在将来，仍需着力发展弹性、可伸缩、灵活的数据保护技术，保障作战人员能够在敌对条件下无缝跨越多个安全级别网络进行作战。例如，创新柔性、可扩展的软/硬件和网络加密技术，或在计算和密码学领域应用量子技术，对数据进行加密；发展用于保护路由协议和完全掩盖传输地址的低功耗加密技术；研究访问账户、网络、数据和系统的身份认证方法，防止对手盗用和欺诈，等等。　　三、太空-网空交叉领域　　1. 人工智能/认知电子战　　当前，美国国防高级研究计划局（DARPA）正致力于新一代基于人工智能的电子战系统的研究工作。这种认知电子战系统可以在战场环境实时根据所遭遇威胁和敌方电磁频谱信息，有针对性地产生特定对抗信号予以干扰。随着电子战技术的迅速发展，具有自主实现对作战目标的探测识别、分类定位和快速攻击，有效提升战场电磁环境实时感知能力的人工智能型认知电子战系统将成为未来发展的重要方向。因此，为完成人工智能型认知电子战这一长期挑战，需要发展多项先进技术予以支撑。例如，利用嵌入系统内的认知能力控制和保护系统的人工智能/认知电子战技术；发展能够及时识别威胁并做出反应的系统控制权技术；建立有效的人机互动机制，防止系统因遭受入侵或逻辑异常而“出错”；发展灵活的模式转变技术，可转变到低效运行模式，以防御对手人工智能/认知电子战的攻击，等等。　　2. 人工智能　　人工智能的发展，使得未来的战场朝向智能化、自主化迈进。可以说谁掌握了先进人工智能技术，谁就掌控了未来战场的“‘智’高点”。人工智能给未来作战带来了机遇，同时也带来了挑战。人工智能不仅可以消除内部威胁和恶意活动，还可以支持全维的网络作战。因此，为掌握这一制胜法宝，人工智能的基本技术需要延续和突破。同时，也需着力发展围绕人工智能的相关科学技术。例如，发展先进的多域技术，跨越海、陆、空、天、网5个作战域，提供人为和自然现象的实时作战域感知、归属分析和战场态势预测，同时可针对威胁快速制定和评估多域作战方案；发展能够基于威胁、征候、告警、资源及可用工具，拟制决策建议的人工智能辅助决策技术，等等。　　3. 先进的数据分析技术　　未来太空和网空作战是信息化的作战，战时产生的大量数据是非常珍贵的资源，如何在海量的数据中挖掘知识、预测趋势，对全面支持指挥控制和态势感知具有重大意义。当前，在互联网行业，数据分析技术已经较成熟。数据分析技术是一项需实时更新、不断优化的持续性技术。在未来的海量数据挖掘中，仍需发展数据分析技术。例如，如何通过人的智力基线和异常检测分析，结合社会因素，检测和防止内部威胁的技术；针对网络捕获的主机层事件，能够发现迹象、动态感知、实时分类和关联的自动网络取证和分析技术；降低数据存储的成本和规模、减少数据访问延迟的技术；降低能源/资源消耗的技术。此外，还需发展预测技术，通过集成来自所有网络的海量多源数据，在一致的任务影响、网络活动、部队状态等信息基础上，预测、提示和增强太空和网空作战；发展对敌我网络系统定位的新技术，使其能集成到多域作战中，并提供关键目标和资产物理位置的完整输入和态势感知，等等。

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