北约科技组织发布《科学技术趋势2023-2043：跨越物理、生物和信息领域》报告

2023年3月22日，北约科技组织发布《科学技术趋势2023-2043：跨越物理、生物和信息领域》报告。该报告基于2020年发布的《科学技术趋势:2020-2040》进行了更新和扩展，增加了COVID-19、俄乌冲突、气候变化、新战略概念和东南亚等问题，并提出了重点关注技术领域。

一、报告内容概述

报告评估了科技(S&T)趋势及其对北约军事行动、防御能力、企业功能和政治决策空间的潜在影响。该评估利用了北约科技组织(STO)（该组织的合作网络由5000多名活跃的科学家、分析师、研究人员、工程师和相关研究机构组成）的集体见解和研究活动。这些见解结合了对开源S&T文献、选定的国家研究计划、北约STO技术观察活动、(严肃的)研究游戏、STO协作工作计划（CPoW）活动和北约创新努力的广泛审查。报告旨在帮助当前和未来的军事和民事决策者了解新兴和颠覆性技术，从而指导北约研发组合管理、创新活动和规划。该报告分为两卷，包括总体结论(第1卷，150页)和详细分析(第2卷，286页)。报告提出了未来20年影响军事能力的十项重点技术，其中七项属于颠覆性技术、三项属于新兴技术。报告认为，十大技术形成了七个相互协同和依赖、最具颠覆性能力的技术组。

二、未来十大重点技术

报告提出了未来20年影响军事能力的十项重点技术，其中七项属于颠覆性技术、三项属于新兴技术。

1、颠覆性技术(Disruptive Technologies)

大数据、人工智能、机器人和自治系统、太空技术、高超声速、能源及其推进技术、电子与电磁技术七项技术本质上具有颠覆性，这些技术将在未来5～10年内产生革命性影响。

（1）大数据、信息和通信技术（Big Data, Information & Communication Technologies）

分布式账本技术、先进分析和可视化的日益使用，以及新的网络和无线技术（如6G）的发展，正在加速对连接去中心化传感器和C2节点的深思熟虑的数字数据骨干的需求。这反过来又推动物联网（IoT）、边缘计算和新数据架构的发展。

（2）人工智能（Artificial Intelligence）

颠覆性的人工智能应用和人工智能作为科技(S&T)推动者或其他新兴和颠覆性技术（Emerging and Disruptive Technologies，EDTs）发展的催化剂的作用，已经成为物理、信息和生物科学及相关技术重大发展的重要因素。与此同时，人工智能实践的限制正在导致探索新的、更强大和可信的方法，超越深度学习和人工智能物联网(AIoT)的发展。  

（3）机器人和自主系统（Robotics & Autonomous Systems，RAS）

人工智能和能量存储的发展正在推动日益复杂和强大的自主系统的发展。然而，最重要和最有影响的RAS发展是它的广泛应用和对当前军事行动和计划的影响。成本的降低、广泛的可用性和战场上的创造性使用推动了RAS的创新。

（4）太空技术（Space Technologies）

商业企业和战略竞争者正在加速发展太空技术。持续的天基通信(如星链)在敌对地区的影响特别值得注意。与此同时，反卫星研究越来越受到关注，而在轨修复能力有望实现更便宜和更长时间的在轨运行。新的推进系统也有望增加非近地空间的利用，降低发射成本。

（5）高超声速技术（Hypersonic Technologies）

正在对用于广泛军事应用（如载人飞机）的混合模式发动机进行研发，部署可操作的高超音速导弹系统，并制定有效的应对措施。

（6）能源及其推进技术（Energy & Propulsion）

能源的发展，应对气候变化和安全挑战，正在推动越来越多的军事探索，并采用电力推进（空中、陆地和海上）和新的电池化学物质来进行先进的储能。对全球大规模太阳能生产以及陆地和地外空间小型核反应堆、钍反应堆和聚变反应堆的研究表明，在2030年下半年或2040年代初，安全和广泛可用的能源生产有很大的前景。值得注意的是，人工智能和新型材料一直是并将继续是此类发展的关键推动者。

（7）电子与电磁技术（Electronic & Electromagnetic Technologies）

新的非硅材料和半导体设计指向更快的芯片和专业处理器（例如人工智能的神经形态）。硅基电子器件的精细化和优化将是未来十年半导体行业的重点，利用新材料、设计、架构（结合存储器和计算）、物理学（磁态、电子自旋特性、拓扑绝缘体、相变材料、捕获离子和光子量子电路）、光子学，人工智能设计工具和神经形态芯片设计正在探索中，以继续扩展计算硅的极限。同时，必须进行“内置”电子安全，以确保网络安全的处理和计算环境。

2、新兴技术（Emergent Technologies）

量子、生物和人体增强技术、新型材料与先进制造技术属于新兴技术，需要更多时间（10～20年）才能在军事领域充分表现出颠覆性。

（1）量子技术（Quantum Technologies）

量子现象是许多现代技术的基础，包括晶体管、核能、电子显微镜、超导、光电探测器、医学成像（功能性磁共振成像和正电子发射成像）、激光和固态器件。下一代量子技术利用原子和亚原子尺度上的量子物理和相关现象，特别是量子纠缠和叠加。这些效应支持在密码学和计算、精确导航和定时、传感和成像、通信和材料等方面的重大技术进步。

（2）生物和人体增强技术（Bio and Human Enhancement Technologies，BHET）

生物技术利用生物衍生的生物体、组织、细胞或分子成分作用于生物；或通过干预细胞的工作或细胞的分子成分（包括其遗传物质）而起作用。人体增强技术（HET）是一种生物医学干预措施，其改善人体形态或功能的程度超过恢复或维持健康所需的程度。

（3）材料与先进制造技术（Materials & Advanced Manufacturing）

对室温超导体、石墨烯（和石墨烯等类似的其他2D材料）的新用途以及新型半导体材料的研究对未来的技术具有相当大的前景。增材制造和生物打印的应用正在爆炸式增长，扰乱了当前的医疗和物流系统。

三、十大技术形成七个技术组

报告认为，新兴和颠覆性技术（EDTs）很少单独产生影响。相反，它们在物理、信息或人类领域有边界或这些EDTs重叠或汇聚的地方最具颠覆性。真正的颠覆性影响将通过EDTs及其复杂关系的组合所推动的技术融合来实现。十大技术形成七个相互协同和依赖、最具颠覆性能力的技术组，其协同作用和相互依赖性预计将对未来军事能力的发展产生重大影响。

（1）数据-人工智能-自主技术（Data-AI-Autonomy）

自主技术、大数据和人工智能的协同组合，预计将在未来10 年对北约军事能力产生最大的颠覆性影响。智能的、广泛分布的、无处不在的、廉价的、互联的传感器以及自治实体（物理或虚拟）的使用增加将导致大量数据的产生，而这些数据几乎无法通过当前的方法和方法进行分析。但相互关联的技术和方法将成为解决这些问题的基础。这些相互关联的技术包括5G及类似通信技术、认知电磁管理、物联网、人工智能物联网、更好的电池技术、3D打印技术，以及太空、生物和量子技术等，这些技术的进步将产生潜在的军事战略和作战决策优势。

（2）数据-量子技术（Data-Quantum）

未来15～20年时间范围内，量子技术将通过大幅增强传感器能力、通信安全和计算能力，大幅提升C4ISR（指挥、控制、通信、计算机、情报、监视与侦察）数据收集、处理和利用能力。特别是，量子计算有望大幅提高预测分析和建模仿真的速度和保真度，并通过量子方法实现神经网络深度学习，极大增强人工智能和数据分析能力。上述发展有助于发现新的基础和应用科学、新颖设计、特制基因或有机体，并识别新材料、化学和生物特性。所有这些能力都可能在2040 年以后产生颠覆性影响。

（3）太空-高超声速-材料（Space-Hypersonics-Materials）

太空和高超声速飞行是具有挑战性的作战领域。为充分利用太空和高超声速环境，需要发展特殊材料、新颖设计、制造方法和推进技术，以降低成本、提高可靠性、改善性能，推动按需定制任务系统的生产。特别是，开发廉价、坚固和高耐热的新材料，拓展3D/4D 打印技术的应用。

（4）太空-量子技术（Space-Quantum）

在量子密钥分发（QKD）技术的推动下，天基量子传感器将是与当前完全不同的卫星传感器。借助下一代量子技术实现的体积更小、功耗更低、更灵敏和更分布式的天基传感器网络，将成为北约未来20年情报、监视、侦察（ISR）架构的关键组成部分。为维持完全可靠的全球通信网络，北约必须大规模发展天基量子密钥分发通信网络。预计未来5～10年的技术发展将在很大程度上扩展这些早期实验，从而为稳健的商业能力提供技术框架。

如果北约维持一个完全安全的全球通信网络，那么开发大规模卫星中继QKD量子通信网络将是至关重要的。卫星对地球的质量控制已经在5000公里以上的范围内得到验证。中国正在开发几个雄心勃勃的示范项目。在接下来的5-10年里，技术发展有望扩大这些早期实验，并为强大的商业能力提供技术框架。

（5）数据-人工智能-生物技术（Data-AI-Biotechnologies）

人工智能和生物技术正在呈指数级发展，这是由大幅降低的成本、更快的速度和不断上升的商业兴趣推动的。例如，最初的人类基因组计划耗时十个月，耗资30亿美元（2001年）。如今，破译一个人类基因组只需不到一个小时，成本约为1000美元。人工智能与数据和生物技术相结合，将对世界经济和健康产生巨大影响。这种EDTs的组合将有助于新药的设计和发现、定向基因改造、最佳生物战剂开发、生物传感器研制以及新的核生化放对抗措施的制定。利用人工智能优化新型生物制剂的设计一个分子接一个分子或一个细胞接一个细胞将极大地扩展定制制造新药的能力，并创造新的传感制造手段。这种颠覆将不仅限于生物科学，而是反映在科技发展的所有领域。

（6）数据-人工智能-材料（Data-AI-Materials）

人工智能和大数据与高级分析在材料领域的应用，将有助于具有独特物理特性的新型材料的设计。特别是，这将支持二维材料的进一步开发，并在很大程度上促进可靠、定制、混合材料产品的开发。

人工智能与数据结合，将有助于新材料的设计、独特物理特性的识别和设计、化学反应的直接操纵、新结构的创造以及新研究领域的识别（通过元分析）。这将进一步支持二维材料的发展。这种颠覆将反映在科技发展的所有领域。人工智能和数据，结合3D/4D打印或生物制造，将推动生产向边缘（例如用户）发展，并促进可靠、量身定制、混合材料制造的产品的开发。

（7）能源-材料-人工智能（Energy-Materials-AI）

受石墨烯和奇异电池化学等新材料以及更强的轻质材料和新设计（如大规模铸件、超级电容器或3D打印）的驱动，储能的新发展将继续推动电气化或绿色燃料（如氢气和生物燃料)在军事行动中的使用。人工智能支持这些设计和材料开发并优化能源使用将有助于北约部队向绿色化转型。

四、结论

报告认为，在接下来的20年，先进军事技术将具有四个首要特征：智能化、互联化、去中心化和数字化，这又将引起军事能力日益自主化、网络化、多域化和精确化。新兴与颠覆性技术（EDTs）将显著提高北约盟军的作战和组织效能。掌握EDTs的研发、概念开发和军事应用将扩大北约在企业层面的反应能力，在快速发展的作战环境（如太空、网络和认知领域）中作战，并应对气候变化和城市化带来的挑战。然而，对20年内与军事相关的科技发展的预测并非微不足道。为此，北约科技组织从各种数据来源、分析方法和专家意见中得出了对EDTs的状态、发展速度和影响的现实估计。报告概述了EDTs将如何在2023-2043年期间颠覆、削弱和启用北约的军事能力。了解它们为什么会带来问题或机会，如何表现出来，以及这对北约联盟组织意味着什么是一个很好的第一步，将有助于确保北约保持技术准备和作战相关性。了解EDTs将会带来的问题与机遇，及其对北约的重要战略意义，确保作战效果、组织效率所必需的技术优势；在不断发展的地理、地缘政治和军事领域中制定新的技术战略，为技术发展和应用做好准备，并在操作上保持与战略的一致性。

主要参考文献：

1、NATO Science & Technology Organization. Science & Technology Trends 2023-2043:Across the Physical, Biological, and Information Domains(VOLUME 1: Overview)[R]. 2022-03-22. https://www.nato.int/nato_static_fl2014/assets/pdf/2023/3/pdf/stt23-vol1.pdf

2、NATO Science & Technology Organization. Science & Technology Trends 2023-2043:Across the Physical, Biological, and Information Domains(VOLUME 2: Analysis)[R]. 2022-03-22. https://www.nato.int/nato_static_fl2014/assets/pdf/2023/3/pdf/stt23-vol2.pdf