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2024年國防領(lǐng)域的主要技術(shù)趨勢

來源:測控技術(shù)



當(dāng)下,全球國防工業(yè)正在快速進(jìn)步發(fā)展和創(chuàng)新。更復(fù)雜的是,這些進(jìn)步跨越了不同的技術(shù),其中幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)趨勢旨在改變2024年及以后的國防能力并加強(qiáng)國家安全行動。

關(guān)鍵要點(diǎn)

  • 人工智能、3D 打印、超連接、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)字孿生技術(shù)、可持續(xù)發(fā)展努力和軍事物聯(lián)網(wǎng)是 2024 年將塑造該行業(yè)的主要國防技術(shù)趨勢。
  • 這些技術(shù)專注于增強(qiáng)國防能力、克服供應(yīng)鏈問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和提高流程效率。
  • 持續(xù)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型對于應(yīng)對國家安全的動態(tài)挑戰(zhàn)至關(guān)重要。

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)

預(yù)計(jì)到 2024 年,人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 技術(shù)的國防應(yīng)用將越來越多。根據(jù)行業(yè)分析:
  • 人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)將用于優(yōu)化復(fù)雜的國防行動,增強(qiáng)決策,實(shí)現(xiàn)預(yù)測分析,并提高整體軍事效率。
  • 算法可以快速分析來自不同來源的大量數(shù)據(jù),并確定可操作的見解,以獲得戰(zhàn)略優(yōu)勢。
  • 人工智能系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)能力將有助于適應(yīng)動態(tài)的戰(zhàn)斗情況。
  • 通過人工智能實(shí)現(xiàn)日常任務(wù)的自動化將使人類的工作集中在批判性思維和任務(wù)規(guī)劃上。
  • 人工智能虛擬助手、計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)、自主無人機(jī)、網(wǎng)絡(luò)防御工具、兵棋推演模擬是一些應(yīng)用。
  • 全球軍事人工智能市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從 2022 年的 62.6 億美元增長到 2028 年的 131.6 億美元,復(fù)合年增長率為 12.2%。
例如,美國國防部的 MAVEN 項(xiàng)目通過梳理無人機(jī)監(jiān)控錄像并識別目標(biāo)和模式,將人工智能用于地理空間分析。這加強(qiáng)了情報(bào)收集,并幫助作戰(zhàn)人員領(lǐng)先于新出現(xiàn)的威脅。

擴(kuò)展人工智能應(yīng)用

雖然人工智能已經(jīng)被納入情報(bào)處理、網(wǎng)絡(luò)安全、后勤優(yōu)化和模擬訓(xùn)練環(huán)境等領(lǐng)域,但未來的國防應(yīng)用正在迅速擴(kuò)展:
1、自主系統(tǒng)
人工智能算法正在為自動駕駛補(bǔ)給卡車、損害評估無人機(jī)、3D 打印機(jī)器人和小隊(duì)支援陸地機(jī)器人等國防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更大的自主性:
  • 自主無人機(jī)蜂群,可以自我組織并根據(jù)任務(wù)態(tài)勢感知進(jìn)行調(diào)整。
  • 自動駕駛汽車可以在困難的地形上行駛,從而節(jié)省人力。AI 路徑規(guī)劃可最大限度地提高效率。
  • 固定翼和四軸飛行器無人機(jī)可以自主監(jiān)視戰(zhàn)場,降低風(fēng)險(xiǎn)。
  • 醫(yī)療援助機(jī)器人可以自主疏散和治療受傷的士兵,進(jìn)行初步護(hù)理。
2、AI 優(yōu)化的通信
ML 模型可以對軍事通信進(jìn)行編碼/解碼以確保安全性,并建議優(yōu)化的波形協(xié)議。抗干擾、自愈網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以保持連接。特別與新的戰(zhàn)術(shù)鏈路通信系統(tǒng)有關(guān),或與戰(zhàn)場上5G通信系統(tǒng)的潛力有關(guān)(仍然存在一些局限性)。
3、增強(qiáng)的仿真環(huán)境
AI 生成越來越逼真的模擬環(huán)境,用于在各種場景中訓(xùn)練戰(zhàn)斗機(jī)飛行員、坦克乘員和步兵部隊(duì):
  • 基于物理的損害建模可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)武器破壞和環(huán)境影響。
  • 自適應(yīng)敵方人工智能提供動態(tài)挑戰(zhàn),以提高部隊(duì)的準(zhǔn)備狀態(tài)。
  • 模擬平民和村莊在執(zhí)行任務(wù)時(shí)也會做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。
4、對話式 AI 助手
像 Anthropic Clara 這樣的 AI 虛擬助手在理解自然語言和參與細(xì)致入微的對話方面表現(xiàn)出越來越強(qiáng)的能力:
  • 助手可以成為私人導(dǎo)師,對新兵進(jìn)行從協(xié)議、車輛維修到任務(wù)規(guī)劃等各個(gè)方面的培訓(xùn)。
  • 他們通過從討論中推斷出最佳策略來為指揮官提供建議。
  • 作為服務(wù)人員的數(shù)字伴侶,它們可以減輕焦慮,提高動力和士氣。
這種對話代理在進(jìn)行繁瑣的行政工作時(shí),使關(guān)鍵的國防相關(guān)知識更容易獲得。隨著語言模型研究的指數(shù)級進(jìn)展,到 2024 年,AI 助手自然交談的能力將發(fā)生轉(zhuǎn)變,從而大大提高其實(shí)用性。
人工智能賦能的國防系統(tǒng)已經(jīng)取得了成功,但也面臨著訓(xùn)練數(shù)據(jù)偏差、決策透明度問題和采用猶豫等挑戰(zhàn)。機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)測分析和自然語言處理方面正在進(jìn)行的研究重點(diǎn)是克服這些障礙,使人工智能在 2024 年成為不可或缺的力量倍增器。

高度互聯(lián)的國防生態(tài)系統(tǒng)

越來越多的技術(shù)轉(zhuǎn)向創(chuàng)建靈活且可互操作的多域防御生態(tài)系統(tǒng)。傳統(tǒng)上,陸地、空中、海洋、太空、網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中不同的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)正在融合:
  • 這種超連接性可實(shí)現(xiàn)跨多軍種任務(wù)和國際聯(lián)盟盟友的無縫數(shù)據(jù)和信息共享。
  • 它得到了戰(zhàn)術(shù)邊緣云、私有云、混合模型等云計(jì)算模型的推動。
1、戰(zhàn)術(shù)邊緣云
分布式云基礎(chǔ)設(shè)施,專注于步兵巡邏隊(duì)、裝甲車等野戰(zhàn)單位。它提供:
  • 用于低延遲戰(zhàn)場決策的本地存儲/計(jì)算。
  • 實(shí)時(shí)匯總來自車身、車輛和無人機(jī)傳感器的數(shù)據(jù)。
  • 人工智能從邊緣融合的傳感器饋送中提煉出可操作的情報(bào)。
2、私有國防云
針對國防數(shù)據(jù)主權(quán)、規(guī)模和安全需求定制的企業(yè)級云解決方案:
  • 全球私有云提供了存儲、處理來自衛(wèi)星、監(jiān)視系統(tǒng)的情報(bào)的能力。
  • 他們使用虛擬化安全地托管模擬器、ERP、計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用程序。
  • 內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)安全工具,如加密、訪問控制,可保護(hù)敏感數(shù)據(jù)。
3、 混合模型
公有云、私有云和邊緣資源的組合,專為任務(wù)需求量身定制:
  • 當(dāng)工作負(fù)載快速擴(kuò)展時(shí),云爆發(fā)無縫到商業(yè)云。
  • 跨戰(zhàn)術(shù)邊緣、私有云和公有云聚合數(shù)據(jù)。
BAE系統(tǒng)的聯(lián)邦云通過將空中、陸地、海洋、太空領(lǐng)域橋接到靈活的云架構(gòu)上,實(shí)現(xiàn)超連接系統(tǒng)。美國國防部 JADC2 采用類似的混合云方法。到 2024 年,向彈性、可重構(gòu)的多域云平臺的融合將加速,以實(shí)現(xiàn)超連接的國防任務(wù)。
Indra 正在歐洲聯(lián)合會中積極開發(fā)其中的一些解決方案,這些解決方案將在未來幾年內(nèi)推動這些技術(shù)的采用。
4、網(wǎng)絡(luò)安全 - 捍衛(wèi)數(shù)字前沿
網(wǎng)絡(luò)攻擊是一種嚴(yán)重且始終存在的國家安全威脅。高級持續(xù)性威脅、勒索軟件、供應(yīng)鏈攻擊可能會削弱關(guān)鍵的防御基礎(chǔ)設(shè)施。
由敵對國家的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)組織正在不斷探測網(wǎng)絡(luò)的弱點(diǎn),以提取情報(bào)或獲得未來破壞的訪問權(quán)限。因此,強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全勢在必行。
5、IT/OT 融合
武器、車輛、工業(yè)控制系統(tǒng)等傳統(tǒng)信息技術(shù) (IT) 和作戰(zhàn)技術(shù) (OT) 系統(tǒng)正在通過 IP 網(wǎng)絡(luò)融合,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可訪問性:
  • 這擴(kuò)大了容易受到威脅的攻擊面,這些威脅可能從企業(yè) IT 跨界到運(yùn)營 OT 系統(tǒng)。
  • 傳統(tǒng)的 OT 系統(tǒng)通常缺乏現(xiàn)代安全工具,從而導(dǎo)致漏洞。
  • OT 平臺的入侵可能會對現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生災(zāi)難性的影響。
6、零信任和欺騙策略
零信任和欺騙網(wǎng)絡(luò)安全策略越來越受歡迎。
  • 零信任要求在授予任何訪問權(quán)限之前進(jìn)行嚴(yán)格的身份驗(yàn)證和最低權(quán)限授權(quán)。這樣可以最大程度地減少攻擊爆炸半徑。
  • 欺騙使用陷阱和誘餌來檢測威脅行為者并研究他們改進(jìn)國防的工具。
7、網(wǎng)絡(luò)殺傷鏈分析
將威脅映射到網(wǎng)絡(luò)殺傷鏈包括入侵和攻擊進(jìn)展:
  • 偵察 - 敵人識別目標(biāo),收集有關(guān)漏洞的情報(bào)
  • 武器化 - 對針對攻擊目標(biāo)量身定制的惡意軟件有效負(fù)載進(jìn)行編碼
  • 投遞 - 發(fā)送帶有惡意鏈接的網(wǎng)絡(luò)釣魚電子郵件以下載有效負(fù)載
  • 利用 - 執(zhí)行代碼以觸發(fā)緩沖區(qū)溢出等漏洞
  • 安裝 - 為持久性而安裝的惡意軟件,隱藏在注冊表項(xiàng)中
  • 指揮和控制 (C2) - 打開用于遠(yuǎn)程訪問的加密通道
  • 動作 - 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攻擊目標(biāo) - 數(shù)據(jù)泄露、破壞
分析被破壞的殺傷鏈階段有助于調(diào)查,提高恢復(fù)和防御工事。
到 2024 年,高級持續(xù)性威脅的規(guī)模和復(fù)雜程度預(yù)計(jì)將增長。因此,網(wǎng)絡(luò)安全必須與陸、空、天防一起提升為一項(xiàng)關(guān)鍵的戰(zhàn)略能力。

增材制造材料

2024 年,由于新型高強(qiáng)度、多功能可打印材料的出現(xiàn),國防 3D 打印能力正在擴(kuò)大:
1、高性能聚合物
PEKK、PPSF/PPSU 等耐熱/耐化學(xué)腐蝕聚合物可為飛機(jī)、衛(wèi)星、船舶和核應(yīng)用提供耐用的 3D 打印部件。
2、先進(jìn)金屬合金
鋁、鈦、鎳和鋼合金在車輛、武器和植入物方面具有優(yōu)于傳統(tǒng)材料的強(qiáng)度重量比。
3、智能材料
壓電材料、形狀記憶合金和聚合物在模擬時(shí)會改變形狀/性能。這允許實(shí)時(shí)重新配置天線、機(jī)翼、傳感器。
4、生物相容性材料
生物打印利用明膠、纖維素、透明質(zhì)酸材料來打印皮膚移植物、軟骨、骨骼和肌肉組織,以提供快速的現(xiàn)場醫(yī)療援助。
5、多材料3D打印
將聚合物、金屬和智能材料結(jié)合到一次打印中,可實(shí)現(xiàn)定制和多功能。防御系統(tǒng)可以通過交換材料輕松升級。
6、3D打印
3D打印技術(shù)也稱為增材制造,通過基于數(shù)字模型逐層沉積材料來構(gòu)建結(jié)構(gòu)。對于國防應(yīng)用:
  • 3D打印正在通過分布式按需制造幫助克服供應(yīng)鏈瓶頸,從而降低成本和交付時(shí)間。飛機(jī)、陸地系統(tǒng)、船只可以通過 3D 打印制造。
  • 它支持軍事裝備的敏捷原型設(shè)計(jì)、定制和持續(xù)升級。新的武器和車輛原型可以有效地進(jìn)行測試和迭代。
  • 輕量級 3D 打印無人機(jī)、車輛和武器部件可降低燃料使用量。共形 3D 打印天線可提高通信能力。
  • 便攜式 3D 生物打印機(jī)允許現(xiàn)場提供醫(yī)療救助。食物、備件、避難所也可以按需制造。
  • 據(jù)估計(jì),從 2022 年(15 億美元)到 2030 年(140 億美元),3D 打印國防市場將以 25% 的復(fù)合年增長率增長。
法國陸軍已經(jīng)利用 Ultimaker S5 3D 打印機(jī)按需制造專門的車輛零件、天線等。英國皇家海軍的新型自主船HMS Tamar還具有多個(gè)3D打印部件,以實(shí)現(xiàn)靈活性。3D打印技術(shù)在多材料制造、打印速度、零件強(qiáng)度和精度方面的持續(xù)改進(jìn)將推動其在2024年的國防采用。

數(shù)字孿生和數(shù)字主線

數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)物理實(shí)體(如飛機(jī)、車輛、基地等)的虛擬仿真模型,這些實(shí)體通過一個(gè)通用的數(shù)據(jù)環(huán)境相互連接。它支持:
  • 身臨其境的 3D 可視化,用于逼真的防御系統(tǒng)表示。
  • 對各種真實(shí)世界的場景進(jìn)行建模,以評估無風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中的結(jié)果。
  • 通過模擬遠(yuǎn)程識別問題,以最大限度地減少停機(jī)時(shí)間。
  • 準(zhǔn)確跟蹤車隊(duì)健康狀態(tài)。
  • 通過交互式數(shù)字環(huán)境對人員進(jìn)行有效培訓(xùn)。
數(shù)字主線需要一個(gè)通信框架,該框架將整個(gè)產(chǎn)品生命周期(從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到部署)的數(shù)字孿生連接起來。它將促進(jìn):
  • 設(shè)計(jì)模型、仿真、傳感器、執(zhí)行器等之間的無縫數(shù)據(jù)集成。
  • 在多個(gè)用戶之間共享不斷發(fā)展的系統(tǒng)見解。
  • 克服數(shù)據(jù)孤島,獲得對決策至關(guān)重要的整體視圖。
根據(jù) MarketsandMarketsTM 的數(shù)據(jù),航空航天和國防的數(shù)字孿生和線程市場將以 16.5% 的復(fù)合年增長率從 15 億美元(2022 年)增長到 30 億美元(2027 年)。
BAE系統(tǒng)公司與Microsoft合作,采用其基于云的數(shù)字孿生解決方案。它提供了身臨其境的 3D 環(huán)境、模擬和數(shù)據(jù)集成,這對于他們的獵人級護(hù)衛(wèi)艦計(jì)劃至關(guān)重要,從構(gòu)思到部署。到 2024 年,基礎(chǔ)仿真、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、數(shù)據(jù)集成和安全功能的成熟將刺激數(shù)字孿生和線程技術(shù)在國防中用于高級系統(tǒng)工程項(xiàng)目。

可持續(xù)性

航空航天和國防部門越來越關(guān)注通過脫碳工作和采用綠色技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性:
  • 政府法規(guī)和組織承諾正在推動全球軍隊(duì)到 2050 年實(shí)現(xiàn)凈零排放的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
  • 正在評估氫電和電動飛機(jī)等新興航空航天技術(shù),以取代現(xiàn)有的基于燃料的推進(jìn)系統(tǒng)。氫氣和混合動力推進(jìn)在飛行過程中排放的溫室氣體極少。
  • 電動飛機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)更安靜、更隱蔽的飛行,這對任務(wù)至關(guān)重要。
  • 氫燃料電池、生物燃料和太陽能系統(tǒng)也被評估為更清潔的能源替代品。
  • 制造和維護(hù)流程正在數(shù)字化,以提高效率。人工智能正被用于優(yōu)化航空航線和飛行剖面,以最大限度地減少排放和能源使用。
  • 材料和設(shè)備的回收和再利用計(jì)劃已經(jīng)擴(kuò)大。供應(yīng)鏈正在進(jìn)一步本地化,以減少物流碳足跡。
例如,美國空軍和海軍已經(jīng)測試了全電動和混合動力飛行演示器,測試了零排放飛行。2035年后的目標(biāo)是對所有新購置的空氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性。國防脫碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)取決于新興綠色技術(shù)的成熟,到 2024 年,投資將超過 14 億美元,這將進(jìn)一步推動。

軍事物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 范式正在通過智能互連傳感器、設(shè)備、武器系統(tǒng)和其他資產(chǎn)共同構(gòu)成軍事物聯(lián)網(wǎng) (IoMT) 應(yīng)用于國防和航空航天領(lǐng)域。
相關(guān)應(yīng)用包括:
  • 通過智能倉庫跟蹤傳感器、液位檢測器、監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成基地管理。
  • 自動化庫存監(jiān)督和物流計(jì)劃優(yōu)化。
  • 改進(jìn)設(shè)備監(jiān)控,通過設(shè)備磨損傳感器進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。
  • 通過生物傳感器和 GPS 跟蹤增強(qiáng)士兵健康監(jiān)測,以做出適當(dāng)?shù)尼t(yī)療響應(yīng)。
  • 通過融合多個(gè)聯(lián)網(wǎng)傳感器(如衛(wèi)星、無人機(jī)、雷達(dá))提供決策支持。
  • 在地面基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生故障時(shí),利用彈性網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全通信。
MarketsandMarketsTM 估計(jì),到 2025 年,軍事物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將從 2020 年的 18.8 億美元達(dá)到 44.2 億美元,復(fù)合年增長率為 13.5%。
泰雷茲集團(tuán)利用 IoMT 對關(guān)鍵的航空航天和國防設(shè)備進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。智能傳感器數(shù)據(jù)饋送到 AI 模型中,可提前檢測異常并采取預(yù)防措施。到 2024 年,具有底層 5G、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、基于 AI 的分析和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全的 IoMT 將成為軍事行動不可或缺的一部分。
參考來源:Eusebio Rodriguez




原文鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/OwwHPXZuk5iTJ5VJm6P11Q





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