關鍵趨勢》大國競爭下的軍事科技發展:雷射、極音速和人工智慧

作者 | 發布日期 2021 年 12 月 30 日 10:00 | 分類 AI 人工智慧 , 尖端科技 , 機器人 Telegram share ! follow us in feedly


2021 年即將結束,從 8 月 30 日美軍撤離阿富汗之後,大國競爭局勢也正式取代長達 20 年的反恐戰爭,因此本年美中俄在軍事科技發展上也有相當多進度,尤其是在雷射、極音速和人工智慧相關領域,本文將整理三大強權今年在這三類型高科技武器的發展情形,以及明年值得關注的焦點。

雷射武器

美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)最早從 1980 年代初開始進行雷射武器的理論和基礎測試,其中神劍計畫(Project Excalibur)即是設計一款在太空軌道上的防衛裝置,透過裝置內小型核爆產生 X 光,再透過雷射介質導引,擊毀來襲的彈道飛彈。

1983 年雷根總統發表著名的「星戰計畫」,目標是運用地面及太空軌道中的新型偵測系統,並透過地面長程攔截飛彈,和太空軌道上的各種能量武器擊落敵方飛彈和衛星,其中能量武器便包括神劍計畫的 X 光,以及化學雷射和粒子光束等形式。

雖然當年星戰計畫因為技術障礙過多,加上蘇聯瓦解後於 1993 年終止,但開發期間的許多概念仍然得到延續,現今美國飛彈防禦體系中的陸基攔截器(GBI)、薩德反飛彈系統(THAAD)、標準三型飛彈(SM-3)、鋪路爪(PAVE PAWS)長程預警雷達和海基 X 波段雷達等,都源自於此。

▲ 星戰計畫雖然遭到終止,但許多現役武器仍依照當年概念發展出來。(Source:U.S. Air Force, Public domain, via Wikimedia Commons)

雷射武器則因本身物理特性易受大氣干擾,以及電池技術限制等原因,發展速度比較緩慢,1980 年代進行的 YAL-1 機載雷射系統,構想是運用安裝在波音 747 上的大型雷射發射器,擊穿彈道飛彈的燃料艙外殼,但由於射程限制無法突破,使 747 在戰場生存性過低,計畫在 2011 年取消。

而近十年來無人機發展快速,在中東和阿富汗戰場上對美軍威脅程度增加,因此美軍轉向開發較小型的雷射武器做為反無人機用途。

美國海軍在 2014 年開發 AN/SEQ-3 雷射武器系統(Laser Weapon System,LaWS),並安裝在奧斯汀級(Austin Class)兩棲船塢運輸艦龐賽號(USS Ponce)上,使用商用雷射焊接技術,將六組以上的焊接雷射器組合在一起強化能量,並能依照目標大小調整輸出。

12 月 14 日美國海軍則使用聖安東尼級(San Antonio Class)兩棲船塢運輸艦波特蘭號(USS Portland )測試第二代的雷射武器示範系統(Laser Weapon System Demonstration Mk2 Mod0,LWSD),將最大功率增加到 150kW。

LWSD 15~150kW 的輸出範圍可因應非致命用途、擊落小艇和無人機等任務,目前海軍也將這款雷射武器安裝在部分濱海戰鬥艦和勃克級飛彈驅逐艦上。

▲ LaWS 為首款服役的艦載雷射武器。(Source:U.S. Navy photo by John F. Williams, Public domain, via Wikimedia Commons)

中國與俄羅斯也在雷射武器上投入許多資源研發,俄羅斯 2018 年率先公開 Peresvet 裝甲車載雷射武器,成為首款服役的地面雷射武器系統,中國則在 2021 年阿布達比防衛展上,展出名為沉默獵手的雷射裝甲車,兩款雷射裝甲車最大輸出功率皆在 30~50kW 之間。

至於美軍在長期投入反恐戰爭的狀況下,陸軍野戰防空系統仍停留在冷戰時期,因此在 2018 年推出了以史崔克裝甲車改裝的機動短程防空系統(M-SHORAD),將地獄火飛彈、刺針飛彈、30 公釐機砲和 5kW 的雷射武器通通裝到車上,強化前線營、連級單位的防空保護傘。

▲ 美軍 DE M-SHORAD 預計在 2022 開始服役。(Source:US Army

但 5kW 雷射只能對付小型無人機,無法應對其他種類的空中威脅,因此美軍今年開始測試導能機動短程防空系統(DE M-SHORAD),將雷射武器功率提高到 50kW,除無人機外,還可應付敵方迫擊砲、榴彈砲和反裝甲火箭等目標。

此外,陸軍還與波音和通用原子公司簽下 300kW 雷射武器開發合約,將使用現役中型戰術輪車做為載具,可擊落敵方攻擊機、直升機和巡弋飛彈等體積和動能更大的目標。

DE M-SHORAD 預計明年可正式服役,300kW 大功率武器也將開始進行測試,因此 2022 年可關注這兩項美國陸軍主要雷射武器的發展情形。

極音速武器

美國和蘇聯分別在 1949 和 1961 年,運用彈道飛彈和太空火箭技術,達成無人和載人極音速飛行,因此兩國在 60 年代即累積許多極音速武器技術基礎。

隨著美國國家飛彈防禦(NMD)體系逐漸成形,由薩德、神盾、愛國者、陸基攔截器、長程預警雷達和衛星早期預警等系統組成的防衛網,對俄中現有的洲際彈道飛彈造成威脅,因此當美軍從 2001 年起長期陷在中東和阿富汗反恐戰爭時,兩國皆加速發展極音速武器,以求突破美國飛彈防禦系統。

俄羅斯首先在 2015~2016 年期間開始試射先鋒式(Avangard)極音速滑翔彈體,並在 2019 年開始服役,可使用現役 R-36M2、RS-12M、RS-24 和 RS-28 等洲際彈道飛彈發射,最高速度超過 20 馬赫。

此外,俄羅斯也於 2019~2021 年多次成功從驅逐艦上試射 3M22 鋯石(Zicron)極音速衝壓(Scramjet)飛彈,至今年 9 月為止,已成功從進行十次測試,並於 10 月完成首次潛艦試射,預計在 2022 年開始全面量產,因此不論是滑翔式或衝壓式彈體,俄羅斯在極音速武器的開發和部署進度上皆處於領先。


▲ 鋯石飛彈試射影片。

中國也從 2014 年開始進行星空二號的乘波體(Waveraider)技術極音速武器開發,運用火箭推力將彈體推至極音速,並透過音爆產生壓縮升力進行飛行動作,星空二號並在 2018 年首次試射成功。

此外中國也在 2019 年完成東風-17(DF-17) 的極音速滑翔彈體武器開發,並在今年 8 月期間進行環繞地球一圈,並釋放小型彈頭的部分軌道轟炸系統(FOBS)測試,使美國壓力倍增,但目前尚未有中國極音速衝壓飛彈的相關開發消息。

▲ 中國解放軍 DF-17 極音速滑翔彈體。(Source:達志影像)

美國則是在 2000 年到 2010 年間進行了火箭推進的 X-43 和衝壓引擎 X-51 兩種極音速載具的實驗,但武器化的吸氣式極音速概念武器(Hypersonic Air-Breathing Weapon Concept Program,HAWC),直到今年 7 月才完成首次飛行測試,預計還需要數年時間才能完成開發。

相較於衝壓式飛彈,美軍在滑翔彈體武器開發上進度反而較快,桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)於 1980 年代進行過多次極音速滑翔載具測試計畫,稱為桑迪亞定翼動能重返載具實驗(Sandia Winged Energetic Reentry Vehicle Experiment,SWERVE),為美軍開發滑翔彈體打下基礎。

空軍於 2018 開始洛克希德馬丁合作研發速度達 20 馬赫、射程 1,600 公里的 AGM-183 空射快速反應武器(ARRW),但在今年 4 月與 7 月的兩次試射都因機械問題而失敗。

陸海軍則同樣與洛克希德馬丁共同開發速度約 17 馬赫、射程達 2,775 公里以上的通用極音速滑翔彈體(C-HGB),陸軍版本稱為長程極音速武器(LRHW),今年正式命名為暗鷹(Dark Eagle),海軍版本則稱為中程常規快速打擊武器(Intermediate-Range Conventional Prompt Strike,IRCPS)。

▲ 美國陸軍 LRHW 暗鷹極音速飛彈。(Source:Lockheed Martin

C-HGB 在 2017 年與 2020 年兩次試射成功,今年 10 月也在兩天之內連續試射四枚,陸軍預計將在 2023 年正式部署暗鷹飛彈,而海軍則計畫在 2025 年前,將 IRCPS 裝上勃克級和朱瓦特級驅逐艦。

雖然美軍在極音速武器的開發進度上落後中俄,但憑藉深厚的攔截飛彈和衛星、雷達預警技術,在開發武器的同時,也進行極音速及彈道武器太空追蹤探測器(Hypersonic and Ballistic Tracking Space Sensor,HBTSS)衛星計畫,以及滑翔階段攔截器(Glide Phase Interceptor,GPI)的反極音速攔截飛彈,而目前中國或俄羅斯皆尚未傳出極音速防禦系統的相關開發消息。

因此在 2022 年,包括俄羅斯先鋒、鋯石飛彈、中國星空二號、 DF-17,和美國 GPI、ARRW、C-HGB 和 HBTSS 的開發和部署進度,都將是關注重點。

人工智慧

人工智慧(Artificial Intelligence,AI)雖然從 1930~50 年代就開始有基礎理論研究,但數十年來因技術障礙,發展相當緩慢,直到 2011 年開始,隨著大數據、深度學習和機器視覺等技術開始成熟,AI 在商用領域的運用越來越常見,而軍事運用隨之展開。

尤其在無人機技術逐漸普及後,對戰爭型態產生相當大的影響,因此美中俄都在 AI 無人機、船艦或裝甲車方面進行多種開發計畫,並將大數據、機器視覺和深度學習技術運用在情報偵查、分析決策和電子作戰領域。

中國在今年度最大亮點,是公開雙人座版本的殲-20 (J-20)匿蹤戰機,外界預測雙座版本將是解放軍對應美軍 Skyborg AI 無人戰機計畫的方案,透過雙座版 J-20 與 FH-97 無人戰機搭配,對抗美軍的 F-35/NGAD 與 Skyborg,但目前有關解放軍的無人戰機 AI 發展進度資訊較少。

俄羅斯則受限於半導體技術不如美中,在 AI 領域的基礎研究較少,但對於 AI 軍事化發展卻相當堅定,透過與中國的技術合作,俄羅斯的 AI 發展著重在偵查、情報和電子作戰方面,另外也開發了如天王星-9 (Uran-9)無人戰鬥裝甲車等產品,顯示地面 AI 裝備在俄軍開發順序中仍處於優先地位。

美國空軍則在今年 4 月和 7 月,使用 Kratos 的 UTAP-22 和通用原子的 MQ-20 無人機,搭載 Skyborg 系統完成試飛,進行了起飛、巡航、折返和降落等基本飛行指令,預計在 2022 年會進行更為複雜的飛行動作測試,包括貼地飛行、緊急閃躲、武器發射和自動調整路線等功能。

11 月期間,美國國防高等研究計畫署(DARPA)運用 C-130 運輸機,成功測試空中母艦概念,用機艙內的機械手臂,自動回收飛行中的 X-61 Gremlins 無人機,明年將會進行一次回收多架 X-61 的測試。 

此外今年陸軍協會的年度會議上,也展出了數款地面無人戰鬥載具,包括通用動力與 AeroViroment 合作的 TRX-Switchblade 無人機裝甲車,搭載 13 管發射器,最多可發射 50 架 Switchblade 自殺無人機攻擊目標。

還有 Ghost Robotics 和 SWORD International 合作的武裝機械狗「四足無人地面載具」(Q-UGV)」,裝備一挺 6.5 公釐步槍塔,可協助進行基地巡邏等相關任務。

▲ Ghost Robotic 與 SWORD International 合作的 Q-UGV 戰鬥機器狗。(Source:Abraxas Spa

海軍方面,今年 6 月則完成了無人水上載具(USV)遊騎兵號(USV Ranger)和遊牧民號(USV Nomad)的 8,200 公里長程航行測試,以及標準六型飛彈的試射,使用的通用四聯裝發射箱由洛克希德馬丁開發,除了 USV 外,將來還可安裝在補給艦、運輸艦甚至商用船隻上,達成分散式殺傷的概念。

因此 2022 年,包括陸軍無人戰鬥載具、海軍 USV 以及空軍 Skyborg 與空中母艦的發展,都相當值得關注。

結語

除了雷射、極音速和人工智慧武器發展外,美軍今年在星座級巡防艦、福特級航空母艦、哥倫比亞級核子潛艦、第六代戰機 NGAD、B-21 匿蹤轟炸機等常規武器的開發計畫也都有顯著的進展,因此預計 2022 年這些新武器也會有相當多消息。

此外,俄羅斯開發中的暴風級核動力航空母艦、新推出的 Checkmate 五代戰機,以及中國建造中的 003、004 號航空母艦,轟-20 匿蹤轟炸機等,預期明年也將有進度傳出。

雖然美軍在今年 8 月底狼狽撤出阿富汗,但空下來的資源於今年的國防授權法案中,也明顯看到新武器開發案的數量與經費增加不少,因此未來大國競爭的局勢會更加接近冷戰時期,對於身在衝突熱點之一的台灣來說,需要對潛在衝突做好各種準備。

(首圖來源:shutterstock)