• 序言

技术优势面临的挑战

不断变化的战略环境威胁着美国军队的技术优势，并因此威胁到了我军的战略战役优势。

在过去的二十年中，空军主要承担针对拥有相对落后技术的非国家对手的军事行动。在此期间，空军继续发展和利用科技推进部队现代化。但是，主要重点仍然在于支持现有的作战概念，以解决近期的能力差距，并提高作战效能。技术的演变足以保持优势。

现在，大国竞争者再次挑战空军投送力量和保护美与盟国利益的能力。他们正积极地推进现代化，并采取专门用于威胁空军力量投送关键要素的方式扩大其在各个域的攻防能力，这些要素包括：前沿基地，维修和补给，战斗飞机，提供指挥、控制、情报、监视和侦察的高价值飞机与航天器。

这些潜在的对手利用科技来匹敌美国的能力，并努力削弱美国的军事技术优势。更趋全球化扩散的新兴技术使他们能够发展新型一体化防空、机动导弹系统、远程武器、核能力、反卫星系统及隐蔽和欺骗手段。他们提高计算能力，使自己能够更好地匹敌美军的传统军事速度和敏捷性，并保持对作战空间的感知。他们正在扩展战争，以争夺新的作战域，尤其是太空和网络空间。

今天的大多数科技活动都是在美国国防部以外横贯全球的地方进行的。使空军新能力得以实现的许多技术，如先进的计算和无线网络，都是由国防部资源以外的商业投资驱动的。全球化的技术市场有利于竞争对手迅速升级其军事能力，缩小了我们的技术优势。

变革需求

国防战略要求联合部队在与迅速现代化的国家对手进行长期战略竞争的背景下保卫国土，遏制侵略。在其核心任务中，空军面临着动态的、日益充满竞争和复杂性的环境。敌方将使用很难发现和瞄准的远程机动力量投送部队来投送力量，并竞夺所有域的介入。这使得当前强调使用较低数量的高价值资产的力量结构处于风险之中。

防护和弹性必须融入力量投送资产。此外，在高动态性的作战空间，必须迅速收集可执行的信息，以在面临对手拥有竞争介入和使友军处于持续攻击威胁的能力时，推动颠覆性的影响。空军的能力强调速度、隐身和远征维持。为了未来的战斗和胜利，空军必须大幅增加弹性、敏捷性、持续性和影响来扩大这些优势，并征服世界上任何地方的潜在对手。

这个战略的愿景是空军在所有作战域中的未来冲突中控制时间、空间和复杂因素，以投送力量和保卫本土。这意味着空军要以无与伦比的速度作战，并实现无可匹敌的全球感知、影响力和效果。要利用具有复杂性的力量，即在和平时期和冲突时期给对手带来了越来越多的潜在挑战。一个主要的目标是迫使对手面对多重困境。当然，最低限度应该迫使对手将资源投入到可能或永远不会面临的状况。由于拥有复杂性，空军将给对手展示越来越多的挑战，这就要求其资源优先排序，增加薄弱点，并带来压倒性的混乱。

科技共同体的变革对实现这一愿景，建造未来的空军是至关重要的。以前，空军利用科技，发展超音速飞行、洲际弹道导弹、隐形和精确制导武器等跨越式变革的能力，来实现军事优势。美国通过展示军事变革技术和颠覆性的作战能力来保持其技术优势，并使得早期的作战概念因此而过时。然而，很难预测哪些技术突破会发生。这份科技战略将保持必需的敏捷性，以使技术进步迅速转化为空军的变革能力。

展望

空军在未来的冲突中在所有的作战域都能控制时间、空间和复杂性，以投送力量，保卫国土。

使命

向空军提供阻止战争和保护重要国家利益所需的科学技术进步。

行动背景

由于认识到日益复杂的全球安全环境所带来的挑战，空军部长和空军参谋长指示空军制订和执行空军新的科技战略。以下三个问题作为这项战略的指南：

1.空军应该关注哪些基本和应用研究领域，以确保2030年美国在空天和网络空间领域保持国家安全优势？

2.什么方法、程序和组织结构使空军的科技共同体能够有效地管理一个杰出的研究企业，并有效地与大学和合作伙伴接触？

3.大型创新组织如何利用迅速发展的科技，空军如何调整过程和组织结构，以促进向有效的武器系统的转化？

针对这些问题，空军在全国范围内游说领导人和专家，对与空军需求有关的科技机遇进行了全面评估。这项评估与空军就为支持国防战略必须为多军种联合作战（Joint Services fight）提供的全面能力，以及使这些能力得以实现的科技而进行的自上而下的分析结合起来。同时开展评估，重点集中在与主要的私营和公共领域组织开展广泛的科技联合审查。

包含三个部分的战略设想打造的空军科技共同体，通过变革的多学科复杂系统创新不断推动新的作战能力。

首先，空军将调整其科技组合和管理流程，在维持对空军至关重要的、持久赋能的强大空军科技基础的同时，实现空军能力的多学科、变革性进步，并通过加强竞争发现最佳理念和技术；

第二，空军将提议提高在空军领导层内有关科技的战略决策发言权，以与对未来作战竞争力的重要性相称。

第三，空军将通过强化内部队伍和加强国家与国际企业之间的伙伴关系，扩大并深化获得科技人才的机会。

“我们国家安全所必需的空中力量的首要要素就是在研究中占据优势地位。”

                                 ——二战期间美国陆军航空兵司令： 亨利·哈里 ·上将

　“为了在新的安全环境中取得成功，相对修正主义国家、无赖政权、恐怖分子和其他威胁角色，国防部和联合部队的思维、作战、联盟和创新能力须更强。”--摘自《 2018年美国国防战略》

目标一：发展和实现战略变革能力

空军认识到需要适当平衡投资组合中的两个组成部分 — — 一个受技术机遇和能力差距驱动、基础广泛的、持久赋能部分，以及一个推动未来部队设计、更聚焦的变革部分。如今，持久赋能部分在很大程度上已经存在。

科技共同体的持久赋能部分集中于发现与空军有关的新技术，确认对已确定的空军任务差距的解决方案，使新兴技术成熟融入空军系统，并对紧急需要作出响应。它包括基础研究（预算活动[BA]1）、应用研究（BA2）、先进技术开发（BA3）以及高级组件开发与原型（BA4）（见图1）。

图1.空军研究、开发、测试和评估活动的整体范围内科技定义

空军研究实验室是持久赋能部分的主要和核心主体。目前的科技投资组合的使用与技术学科一致的结构来组织、提供资金支持和管理，尤其是包括空军研究实验室在内的技术总监机构。这种结构虽然适合持久赋能的科学技术，不过并不十分适于发展用于赋能空军新作战能力所需要的变革性、多学科的体系技术解决方案。因此，空军专门划拨整体科技预算的一部分用于变革部分，并进行独立管理。变革投资组合的最初目标至少是每年科技预算的20%，并可能会随着时间的推移而调整。

追求多学科解决方案提供战略能力

为将空军从目前的一支被日益复杂的对手挑战的部队，转变为在未来冲突中可主导时间、空间和复杂因素的未来部队，变革部分在重点推进技术解决方案时将主要面向五项战略能力，包括：

1.全球持续感知

2.弹性信息共享

3.快速有效的决策

4.复杂性、不可预测性和集中

5.破坏性、杀伤力的速度与程度

上述战略能力基于国防战略的关键作战问题并通过任务集成分析确定，且利用了空军未来部队战略家、整个空军的利益相关者，以及业界、学术界和政府部门的主要研究人员与技术专家的专业知识及洞察力。

这些能力是作战空间优势的根本，在过去的不同时期可能有不同的名称，但其重要性是永恒的。它们并非详尽列举，只是描述了空军不同任务中最普遍的需要。它们将科技焦点集中于跨学科的军事挑战，并促进可供选择的理念和解决方案之间的竞比。它们包含对敌攻防能力，可跨域运用，并适合于核打击任务。把重点放在这些能力上，而不是单独的技术，将推动创造一个竞争激烈的环境，以进行竞争性研究，为最具挑战性的空军问题开发各种解决方案。战略能力、技术机遇和战略问题将在下文中予以介绍，并在表格1中进行了总结。

全球持续感知

全球持续感知对于空军在动态的作战空间中获胜至关重要。通信竞争、机动目标和迅速变化的威胁使战争变得愈益复杂。为获得信息优势，空军必须收集决策性情报，并在对手做出反应前采取行动。空军发展了强大的传感能力，包括太空能力和无人机。然而，在与日益强大和致命对手的冲突中，这些能力可能变得脆弱。目前的资产昂贵，有时缺乏持续性。此外，数据处理和分析系统属人力密集型，速度不快，并且经常被原始的传感器数据所淹没。

目标

支持通过所有作战域的分发式传感能力，在整个作战环境中对敌手持续及时的全面了解

空军必须发展能力，通过安全地收集、处理和融合来自大量、多样性传感器的多种可信数据，提供对全球任何地方敌手行动的感知需求信息。

在分布式平台上集成的低成本传感器可以通过数字和冗余提供弹性，并对空天和网络空间防区外平台上更精密的传感器予以补充。

网络空间域的研究直接从电子网络数据提取情报，协助将原始数据转化为及时有用的信息，信息类型也从目标和活动识别扩展到对手意图。

边缘计算自动分析传感器源端数据，加快了情报处理的速度，减少了对通信网络的需求。联合和联盟部队网络将共享经过处理的情报，以便迅速决策和有效实施。

弹性信息共享

联合部队协调行动和追求跨域联合效果的能力，取决于快速和有弹性的信息共享。虽然信息共享并不总是显而易见的，但它在很大程度上是空军多数行动的基础。它需要高性能的电子联接，可灵活可靠地连接不同类型与存在代差的计算机和系统、有人和无人系统。信息共享还要求这些要素获得有关时间和位置的精确数据，而时间和位置是军事行动导航和同步的基础。即使在有利的情况下，军方对这些能力的要求也超越了目前无线网络技术的限度。在未来的冲突中，挑战将远远超出商业部门面临的境况。空军不能依靠商业部门为电子战、全球定位系统服务拒止和平台损耗提供现成的解决方案。

目标

　　通过确保的通信和作为对任何拒止手段的弹性反应的精确定位、导航和授时信息来协调所有联合部队的资产。

　　空军必须追求新型、高度灵活和有弹性的作战网络技术，从上一代中心-辐条式联接转向高度冗余的网状网络，使不同类型的系统实现灵活和自动联接。这类网络将在联合和联盟部队之间自主共享不同类型与分类级别的数据。它们易于调整，可适应降级、重新配置和根据需要改变频谱以保持连通性。

赋能研究将包括软件定义系统、实时频谱感知、干扰检测和补偿、动态拓扑管理、加密和量子数据安全方法。必须发展基于量子科学、基于视觉的方法和其他机制的卫星服务以及新的定位、导航和授时方法。

信息技术和网络必须成为空军研究的普遍优势。空军还必须有效利用商业部门的巨大能力和投资，并将其与空军特定的研究结合起来，以解决这些复杂的挑战。

快速有效的决策

战场空间的复杂性和速度增加，对作战决策者的需求超过了人类的认知能力。从驾驶舱到总部，支持性技术对信息的处理、去粗取精、以易于理解和反应的方式呈现更趋至关重要。随着对手升级其技术，在持续的竞争中保持领先，实现更快更好的决策将获得作战成功。

目标

提高对战场空间的理解和决策速度，以快于任何对手的速度行动。

　　自动化在电子战和网络战中尤其重要，竞赛以远超人类认知的速度进行。在可能的情况下，自动化可以协助电子战、网络系统和其他手段，通过引入不确定性来阻碍对手的决策。

人工智能和预测分析是这项工作的关键。空军为建立新的核心能力需要与商业部门合作。为了实现人工智能的潜力，空军科技共同体必须远远超越成熟的商业应用，以克服对有效军事运用的重大挑战。这些包括不可预测和不确定的物理环境、来自不同来源的噪音和非结构化数据、有限的机器学习训练数据，以及支持致命作战行动所需的高信任度。在认知科学、数据展示和人机界面方面的人类效能研究也是优化人机交互性能的关键。

复杂性、不可预测性和集中

目标

通过协作、自主的系统和效果网络，用复杂、不可预测性和数量优势压倒对手。

　　目前的部队结构依赖数量相对较少的高价值资产，这些资产旨在渗透高度竞争的作战环境，并维持前沿基地的运作。这为美军带来了薄弱点，限制美军作战人员在复杂和不可预测战场空间中的可选行动方案。为了增强敏捷性，空军必须用更多廉价的低端系统来扩充其高端平台。低成本、自主的空天系统群可以提供适应性、快速的升级能力，经受损失的能力也超过了有人系统。通过利用人工智能、低成本传感器和网络通信技术的进步，低端系统可以利用数量优势和复杂性，恢复敏捷性，以意想不到的方式攻击对手的弱点。

进步在很大程度上将依赖于范围广泛的机器人技术和自主技术，以及传感器和无线通信。日益增长的自主系统市场提供了一个为空军可以利用的工业和应用研究基地，但军事研究需要远远超出商业部门的预期。需要多学科的努力来融合有关低成本平台、敏捷数字和增材制造、模块化组件和材料技术、自主系统算法和基于风险的认证的研究。需要采用各种方法控制与传统有人资产相协调的大量自主系统。为了使用小型嵌入式系统获得高层次情报，并可靠地执行复杂的任务，需要人工智能技术的发展。

破坏性和杀伤力的速度与程度

未来的对手将争夺所有作战域 — — 空、陆、海、天和网络空间。空军必须以更快的速度和更远的打击距离把武器与效果结合起来，包括将先进的穿透式动能武器与来自电磁频谱、航天和网络空间域的新的效果系统结合创造新的进攻和防御方案。空军必须以超越其潜在对手的速度并在其打击射程外作战。

目标

　　在全球范围内，以一定速度，使用新的攻击方式快速破坏和削弱动态、机动目标。

许多技术具备潜力，其将通过用于评估相对优势和应用的竞争性原型设计与实验活动等项目中获得推进。如同目前的超音速，高超音速有望成为一种用以打击防护严密的高价值时敏性目标的普遍能力。先进的灵巧弹药和无人航空器可以通过数量优势、隐形、敏捷性和机动来穿透敌人防御。微波和激光定向能系统的研究将寻求发展进攻性武器和防御性武器，深埋弹药可以光速进行打击。网络作战、电子战和人工智能将结合在一起，以降低和击败对手的威胁，进入竞争环境，速度甚至超过最快的动能武器且影响范围更广。

表1. 五个战略能力内的技术机遇和挑战

“成功的科技倡议可能用于标准采购程序外予以评估的作战原型开发，以更快地开发成功技术，并确保在消耗稀缺资金之前避免不成功的努力。”                                 ——2019导弹防御审查

使用“先锋”项目推进未来部队概念

变革科技部分构想、成熟化和展示可提供跨越式能力的新作战概念所需的科技。在战略能力的指导下，该组件将包括一组被称为“先锋”的重点研究项目。“先锋”项目将通过原型设计和实验活动来推进新兴武器系统和作战概念。

“先锋”项目将在时间和范围上予以限制，以实现聚焦并满足紧迫需求。在强调先进技术（BA3）的同时，它们可以协同应用研究（BA2）、选择基础研究（BA1）、试验和原型设计（BA4）来推动创新能力。“先锋”项目是根源性回归，也是二战后空中力量早期创新项目。利用过去的成功遗产，如 X-飞机，“世纪”系列飞机，早期成像“日冕”卫星和隐形技术，空军将迅速推进概念，并在必要时建立力量结构。

“先锋”计划的目标是取得重大的技术成就，不仅有组件技术，而且包括展示作战人员跨越式能力可行性的集成式系统和体系（见图2）。尽管设计上存在高风险，这项目标包含了未来采购计划的方向，确定了研究差距和需求，回答了具体的问题，为未来的决定提供信息。关键要素包括作战人员的兴趣、参与以及未来部队设计者的相关交涉。

图2. “先锋”项目整合科技进步，展示潜在的变革性新军事技术和作战概念。

服务空军建设的一项关键技能将是对这些“先锋”项目所支持的潜在的作战概念进行重新构想的能力。这类似于商业界产品管理。产品经理利用专业技术和对市场需求的深刻把握，集合现有和不断发展的技术，提出新产品设想。建立一支技术精湛的空军专家队伍，将技术和作战技术结合起来，对于实现新的作战理念至关重要。

构建竞争与跨学科管理

新的变革型科技部分将采取与现有技术学科导向结构不同的管理模式。企业层级的跨组织结构将支持解决方案导向思维和资源自由竞争所需的公正性。

投资组合管理人员（或管理团队）将规划每个战略能力的方案，管理每个“先锋”项目的实施，并设置竞争环境来识别、选择和管理研究活动。他们还将影响空军内外对持久赋能部分的支持性努力。他们将使用水平扫描和建模、模拟和分析来指导投资决策，创建技术路线图，跟踪技术成熟、机遇和差距。

空军和其他政府研究机构、工业以及学术界将竞标新的“先锋”项目。项目选择将强调潜在作战相关性以及科学质量且基于明确的标准作出。

通过持续的协作发展未来部队

“我们必须预见新技术在战场上的影响，严格界定未来冲突所预期的军事问题，并培养试验和风险评估文化。我们必须预测竞争者和对手将如何运用新的作战概念和技术来击败我们，同时发展作战概念来增强我们的竞争优势和杀伤力。”--摘自《2018年美国国防战略》

在变革性作战能力中迅速采用科技进步需要跨理论、组织、训练、物资、领导、人员、设施和政策的协同发展，要求维持空军科技机构、未来部队开发人员和各大司令部作战利益相关者之间的有效协作。

协作的核心是空军科技共同体与空军作战综合能力项目（AFWIC）之间建立更密切的关系，以定义变革的科技部分，保持与未来部队设计的相关性，并有效地利用结果。

空军将多管齐下，加强科技共同体与未来部队发展的协作。空军作战综合能力项目将设立一个高级科学家职位，并指派更多的科学家和工程师轮流为未来的部队设计工作提供建议。

同样地，空军作战综合能力项目方将参与技术原型和实验事件，以提供对新兴技术和作战概念的实用性反馈。科技共同体和空军作战综合能力项目方将共同发起未来概念建模和仿真等活动，向决策者提供未来的技术和力量设计信息。

最终，这些互动将发展并形成更强有力的企业手段，协调空军从 BA1 到 BA7的规划和预算活动，并为未来的部队注入新的变革能力。

“国防部的管理结构和程序非一成不变；它们是实现目标的手段 — —赋予作战人员知识、装备和支持系统实施作战并取胜。部门领导人将调整其组织结构，以最好地支援联合部队。如果目前的结构阻碍了致命攻击或性能的大幅增加，那么军种部长和机构负责人将根据需要予以合并、消除或重组。”

目标二：改革科技引导和管理的方式

技术创新，以及随之而来的军事作战创新，是空军作战优势的主要决定因素。然而，在空军战略规划和投资决策过程中，空军科技的声音是微弱的。

并没有一个身处高位的个人对空军科学技术负主要责任。其作用和责任分散于空军部、空军参谋部和空军器材司令部的不同办公室。空军各大司令部司令在军衔和职权上超越了最高级别的科技领导人，并将科技资源的重点转移到更紧迫的优先事项上。就支持现有的需求和观念，或者推进可促进时间、空间和复杂因素控制能力产生实质性飞跃的革新作战观念而言，科技存在不平衡，核心就在于缺乏连贯、强有力的声音。虽然能力发展理事会等机制已努力解决这一问题，但还必须做更多的工作。

设立空军首席技术官

领先的技术公司密切地调整和管理其技术投资，并将其作为战略决策过程的核心部分。几乎总是由公司的首席技术官指导这些投资决策。空军可能需要一名权威，职责类似于一家大公司的首席技术官，来监督科技组合，并满足长期、颠覆性的新能力发展需求。

为支持任务实施，该首席技术官将在空军总部提供强有力的声音，并可以优先安排和协调整个部队的科技活动，包括早期研究、新概念开发、试验和原型活动、将成熟的技术转化为空军采购系统。军种高级别的统一声音可以确保技术投资产生变革性的新能力，并提供相关政策和理论信息来塑造未来任务。

首席技术官还将培养空军的科学群体，并确保工作队伍朝军民两用科学家和工程师方向有效发展。

“负责未来空军的人应该永远记住，问题永远没有最终或普遍的解决方法，只有对科学的持续求知欲和永远能迅速适应新的发展才可以通过保持世界空中霸权来维护这个国家的安全。”

— —1945年12月15日，西奥多 · 冯 · 卡门博士在向“快乐的阿诺德”将军提交的《向新地平线》报告的序言中如是写道。

确立首席技术官的权责

对空军科技活动进行优先级确定、规划和制订预算是一项复杂、需持续改进的工作，需要听取空军高级领导层、大司令部和采购中心的意见。它必须平衡短期、中期和长期的需求。这个过程涉及到一系列复杂的相关人员、讨论活动和文件制订问题。目前，在这个过程中没有一个清晰、统一的声音主导科技共同体。在目前的程序运行的同时，首席技术官可以通过以下方式改进和加速这个程序：

·对变革中的科技，包括战略能力和“先锋”项目的连贯、集中领导。

·在利益相关方范围内更好地集成需求，以协调共同利益，并支持制订相互关联的跨领域解决方案。

·确立更强有力的核心权威，以在计划、规划、预算和执行过程中以及为空军预算提供科技建议的过程中统一战略方向和有所侧重。

·加强科技共同体的参与，为发展新的业务概念提供投入和反馈，以应付未来空军的威胁和挑战。

为在规划、执行、利用和监督科技方面进行战略性改进，首席技术官可利用下列权力和职责，包括：

在总部范围主导战略规划

·作为权威声音，发展和实施AFWIC与其他负责长期战略规划的空军机构制订的未来作战概念的科学技术。确保科技组合一致以开发技术，为 AFWIC 开发的长期任务概念和能力赋能。交流科技进展，以便了解这些任务概念和能力的发展。

·支持并实施政策和权限，实现空军科技快速和敏捷的资源调配、人员雇用、原型和实验能力，以实现必要的灵活性，应对具有挑战性的未来环境。

·作为科技共同体计划、规划和预算过程中的核心声音。

与大司令部和采购机构整合

·整合和优先考虑科技投资，形成一个平衡和优化的投资组合，以满足大司令部与采购中心目前和未来的科技需求。确保与总部工作人员、负责采购的空军助理部长和空军部长协调优先事项。

·为整个空军范围 BA1－BA4活动，制定科技政策、战略和进行资源分配方案。

·监督和批准推动科技组合变革的战略能力，并管理“先锋”计划选择程序。

管理空军的科技组合

·作为个人直接监督空军研究实验室。

·确保科技企业组合在资金和人力方面的组织和资源分配，以适当领导、利用或监管所需的技术学科，支持空军的职能和能力需要。

·确保科技企业的采购、财务和人事工具与流程符合现有的权限，并扩大这些权限，以提高投资组合内研究的速度和效率。

鉴于现在必须在空军研究实验室内外的竞争领域进行科技投资，因此，在空军内部高层中，科技需要一个强有力的声音。设立首席技术官的角色可以加强对确保空军未来几十年技术优势所需的科技的关注。

设立首席技术官可能需要得到国会的批准，其中可能包括对空军助理部长职责的法定变更。在该战略实施阶段，将确定关于首席技术官的权力和责任的细节，以及其与总部空军工作人员、大司令部和采购中心现有权力和责任的关系。

“招募、发展和保留高素质的军事和文职队伍是作战成功的关键。培养一支致命的、敏捷的部队不仅仅需要新的技术和态势的改变；它取决于我们的作战人员和部门工作人员是否有能力集成新的能力，适应作战方法，改变业务惯例，以实现任务成功。美国作战人员的创造力和才能是我们最大的持久力量，对于此，我们不认为它是理所当然的。”

                                               --摘自《美国2018年国防战略》

目标三：深化和扩大科技共同体

“发展具有国家层级决策能力的领导人需要大幅修订武装部队的人才管理程序，包括奖学金、文职人员教育，以及可加深对跨机构决策过程、盟国和盟军了解的职位任务。”

                                 ——摘自《2018年美国国防战略》

 “国防部的技术优势取决于一个健康和安全的国家安全创新基地，包括传统和非传统的防卫伙伴。”

                            ——摘自《2018年美国国防战略》