21世纪八大新兴技术领域对美国战略威慑的影响

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来源::兰德公司网站

平台编辑:黄潇潇

编译:沐俭,知远战略与防务研究所 

【知远导读】本篇推送节选自兰德公司的报告《打破威慑——审视21世纪科技对战略威慑的影响》(Disrupting Deterrence:Examining the Effects of Technologies on Strategic Deterrence in the 21st Century)。

本文作者认为,随着21世纪新兴技术的出现,以及美国的竞争对手应用这些新技术,将会对美国威慑政策的有效性和稳定性产生影响。作者从众多新技术中挑选出了他们所认为的最具代表性的八个技术领域,认为这些技术,特别是这些技术的组合应用,最有可能对美国的威慑造成影响。文章还认为,在美国的主要竞争对手中,中国最有可能因发展和使用了这些新技术对美国的威慑政策产生影响,因为中国比其他对手都更有能力和动因研发这些新技术。这八项技术分别为:先进网络和电子战技术、生物技术、决策支持系统和技术、定向能技术、高超声速系统、信息和认知操纵技术、量子信息和传感系统、机器人技术和自主与半自主系统。

报告全文52000字,推送部分节选自报告第四章——关键技术概述。需要阅读完整版本的读者,可访问知远外军防务开源情报数据库(http://www.knowfar.net.cn/)或下载“知远防务”手机APP(http://www.knowfar.tech/),即可订阅全文。

对于被挑选出来用于进一步分析的八种技术,我们进行了深入研究,生成了技术描述(包括某些技术组群的定义和范围)、技术的当前状态、预计近期和长期的国家安全应用、以及对威慑的潜在影响。本章对从这些分析中得出的要点进行了归纳。

在本章中,我们将重点讨论这些技术领域的定义,以便为我们随后分析这些技术对威慑的影响提供必要的背景。我们在这里没有深入探讨这些技术对威慑和国家安全的潜在影响,因为第5章将在这方面进行重点讨论。我们所选择的8个深入分析的技术是:(1)先进的网络战和电子战,(2)生物技术,(3)决策支持系统,(4)定向能,(5)高超声速系统,(6)信息和认知操纵技术,(7)量子信息和传感系统,(8)机器人和自主与半自主系统。

技术的定义

第一节对八项技术领域中的每一种技术进行了简短定义,包括技术的基本描述、每个技术领域的子技术,以及如何为我们的研究目的确定每个技术的范围的讨论。此外还对每个技术的潜在军事用途或国家安全应用进行了简要描述。

旨在破坏网络信息系统的先进网络战和电子战

网络战并没有一个通用的定义,但一般定义为在虚拟域进行的战争,是“由国家或国际组织采取的、对另一个国家的计算机或网络的攻击行动,以对其造成损害或破坏”1。美军《联合出版物3-12》同样将网络攻击定义为“在网络空间采取的、旨在在网络空间中产生明显的拒止效应(即削弱、干扰或破坏)的行动,或是会导致出现在物理域拒止的操纵,并被认为是一种火力形式”2。网络攻击可以分为两大类:战略网络战,包括“为了影响目标国家的行为”而发动的攻击;或是战役网络战,包括“在战时针对军事目标和与军事相关的平民目标实施的网络攻击”3。《塔林手册2.0》4将电子战定义为“利用电磁或定向能来开发电磁波谱”5。在《联合条令3-85》中,电子战被称为“电磁战”,并被定义为“使用电磁和定向能来控制电磁波谱或攻击敌人的军事行动”6。电子战分为用于探测、拦截和压制威胁的电子战支援措施、电子对抗措施和电子反对抗措施7。网络战和电子战在美国军队中都有不同的历史和作战应用,电子战自第一次世界大战以来就成为国际军事行动的组成部分。尽管网络战和电子战之间的历史分界至少在理论上保持了这两种环境的分离,但随着与电磁波谱使用相关的技术能力逐渐趋同,二者正变得类似。换句话说,在网络空间和电磁战领域,尽管传统上在实施和表现上非常不同,但可以被视为冲突或行动连续体的一部分。

随着网络环境的发展,这种作战协同或网络战和电子战的融合将影响未来军事和民用行动的所有领域,包括太空操作和系统;定位、导航和授时系统等应用;无线网络、5G网、物联网设备和智能城市;关键基础设施(如电网和水库、银行和金融系统以及信息传输系统);军事通信系统;甚至是无人机和海上航行器8。物联网、人工智能和5G网等军民两用技术的未来发展,可能为对手创造机会,扰乱基于传感器的关键基础设施,或为无处不在的情报、监视和侦察创造环境9。

网络战和电子战与人工智能、量子计算和定向能等新兴技术重叠,并可能受到这些技术的直接影响;出于本报告的目的,我们对这些相关技术的讨论仅限于它们在使用网络战和电子战来放大其它技术的弱点或提升干扰能力方面。专栏4.1概述了电子战和网络战能力在军事上的应用。

专栏4.1

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生物技术

1919年,卡尔·埃雷基(Karl Ereky)首次创造了“生物技术”一词,将其描述为“借助于生物的帮助用原材料生产产品的所有工作环节”10。虽然这个定义在过去的几年里有了一些变化,但它仍然是一个广泛的术语,指利用生物过程、有机体、细胞和细胞成分来开发新技术或产品。生物技术借鉴了许多不同的学科,包括分子生物学、仿生学、生物工程、纳米技术、计算机和数据科学、遗传学、生物化学等。

一种广泛使用的生物技术分类系统将其划分为常见的子学科应用。这包括:

·医学与人类健康,如新药物、理疗和疾病治疗的开发

·工业生产,再生能源创造

·农业,包括发展转基因植物以增加作物产量或提高抗虫害能力

·生物信息学、计算机科学和芯片技术交叉的信息处理能力

·海洋和水生环境中治理

·营养生物技术,如酒精和奶酪的发酵

·该领域内的法律、合规和伦理问题

·在武器和战争中的应用。

虽然生物技术正以多种方式用于防治使人衰弱的疾病,减少我们对环境的影响,并从总体上改善我们的生活和地球环境,但同样的技术也有不可思议的滥用潜力,特别是因为它是发展最快的商业行业之一。因此,这一领域的知识、技能和/或设备越来越有可能被用于生物武器。专栏4.2概述了生物技术的潜在军事应用。

专栏4.2

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决策支持系统和技术

决策支持技术包括人工智能、系统工程和信息技术的研究和开发,以增强或取代人类决策的某些程序。使用计算机支持决策的想法早在1963年就提出了,斯科特·莫顿(Scott Morton)在1971年提出了“决策支持系统”一词。典型的决策支持系统使用基于规则的方法来对数据进行排序、选择和转换,以便对数据进行分类,并向决策者提出建议。这种方法非常适合处理不确定性很小的结构化问题。智能决策支持系统(IDSS)是一种新兴的决策支持系统,它使用人工智能来解决一些非结构化或半结构化的问题。这些智能决策支持系统适用于具有高度不确定性的决策,并能通过使用推理模仿直觉来表现决策者的偏好和信念。

由人工智能支持的智能决策支持系统可以协助人类决策、与人类决策者协作,或取代人类决策者。决策支持系统影响决策的方式取决于决策所需要的信息处理类型和人在决策过程中的角色。随着不确定性的增加,信息处理从结构化转向非结构化,使人类更适合于此类任务。随着自动化程度的提高,人在决策过程中的作用也随之降低。

为了表述决策支持系统技术中的自动化和信息处理的范围,我们的分析将集中在这一范围内的三种主要的决策支持系统:

1.低不确定性环境下基于规则的决策自动化。这种类型的决策支持系统通过以数据可视化的形式提供支持,或者呈现人类做出决策所需要的数据分析结果,从而加快决策的制定。

2.通过技术进行协同决策,以评估行动方案,并在规划和战术环境中为人类决策者推荐选项。这些技术为人类决策者提出建议,缩小了决策选项的范围,但决策本身由人类执行。

3.人工认知系统,在高度不确定的环境中代替人类决策的非结构化、战略性决策。人类的决策正在被人工认知所取代,人工认知复制了人类在不确定情况下利用直觉和推理做出决策的能力。

更大的组织决策系统领域包括广泛的技术、应用程序、组织和程序。这三个重点领域涉及的技术范围较窄:人工智能驱动的自动化系统,承担部分或全部决策过程,支持或替代人类决策者。尽管这个重点领域仍然很宽泛,但它限定了一组相对特定的潜在技术。专栏4.3概述了决策支持技术的潜在军事应用。

专栏4.3

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定向能武器

定向能武器通过以电磁波或高速粒子的形式对目标施加能量伤害11。由于它们以光速或接近光速的速度传输能量,而且激光从光束中的大量光子或粒子中聚集和集中能量,所以定向能武器比传统动能武器有几个重要的优势:它们的效果几乎是瞬间产生的,几乎不需要弹药,而且每次射击的成本通常可以忽略不计。然而,它们都有一个重要的缺点,那就是很容易受到大气的影响。可见和近可见激光会受到空气湍流和云的影响(即激光不能在所有天气条件下以相同的效率工作),粒子束会因空气分子而衰减(因此它们在空气中的射程受到了限制)。

电磁武器的特点是它们的波长:大多数电磁定向能武器在电磁光谱的可见(或近可见)或微波区域内应用能量12。自由电子激光器通过干扰一束高速电子来使其发射出激光束,这是一种很有前途的技术,因为它们具有高功率和可调谐的潜力,但效率低下,需要大量的设备来对电子进行加速。

粒子束武器是向目标发射高能粒子束的武器,它们发射的粒子类型最能代表它们的特征;最重要的区别是带电粒子(电子、质子或离子)和中性粒子(中子和轻原子,如氢)之间的区别。高能粒子束在海平面的空气中的传播不会超过几千米,所以粒子武器通常被考虑在高空或太空环境中使用。带电粒子由于相互库仑排斥和与地球磁场的相互作用,很难在空间集中。然而,在高海拔地区,带电粒子可以在空气中开辟等离子体通道,使束流稳定,从而有可能将其射程延长到数百千米。由于中性粒子束不会受到磁场的库仑排斥或偏转,它们在空间环境中是相当可行的,里根时代的“星球大战计划”对它们进行了广泛的研究。

虽然短波长激光(可见和近可见)与所有定向能武器有一些共同的特征,但重要的是要注意它们与微波和粒子武器的不同之处在于它们如何将能量集中到目标上。带电粒子束和中性粒子束都会对目标的整个体积造成破坏,因为它们通过沿着整个轨迹的散射相互作用沉积能量。微波武器的波长较长,也能够穿透目标内部(尽管它们在某种程度上可以被屏蔽)。然而,激光武器只与目标的外部发生作用,将能量直接沉积在目标的最外层表面。因此,与粒子武器相比,对激光武器的对抗通常被认为是比较简单的。专栏4.4概述了定向能武器的潜在军事应用

专栏4.4

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【1】Michael Robinson, Kevin Jones, and Helge Janicke, “Cyber Warfare: Issues and Challenges,” Computers and Security, Vol. 49, 2015.

【2】Joint Publication 3-12, Cyberspace Operations, Washington, D.C.: Joint Chiefs of Staff, June 8, 2018, p. GL-4.

【3】Martin C. Libicki, Cyberdeterrence and Cyberwar, Santa Monica, Calif.: RAND Corporation, MG-877-AF, 2009, pp. 117, 139.

【4】Michael N. Schmitt, ed., Tallinn Manual 2.0 on the International Law Applicable to Cyber Operations, 2nd ed., Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2017.

【5】Schmitt, 2017, p. 565.

【6】Joint Publication 3-85, Joint Electromagnetic Spectrum Operations, Washington, D.C.: Joint Chiefs of Staff, May 22, 2020, p. GL-9.

【7】D. Curtis Schleher, Introduction to Electronic Warfare, Dedham, Mass.: Artech House, 1986, p. 6.

【8】We refer here to cyber warfare and EW to attack networked information systems, so the potential meaning of that term is very broad. Any attack on an information system—military or civilian, narrow and specialized or broad and society-wide—falls under this category.

【9】U.S. Government Accountability Office, Report to Congressional Committees: National Security, Long-Range Emerging Threats Facing the United States as Identified by Federal Agencies, Washington, D.C., GAP-19-204SP, December 2018.

【10】M. G. Fári and U. P. Kralovánsky, “The Founding Father of Biotechnology: Károly (Karl) Ereky,” International Journal of Horticultural Science, Vol. 12, No. 1, 2006.

【11】Strictly speaking, acoustic weapons could also be considered a type of DEW, but we will restrict our attention here to electromagnetic and particle beam weapons that apply energy at or close to the speed of light.

【12】X-ray lasers have also been proposed. In this case, a nuclear bomb could be used to energize inner-shell electrons in a rod of iron, creating an X-ray laser that would be aimed at strategic ICBMs in their midcourse phase. This proposal, however, would violate the Outer Space Treaty of 1967, which prohibits placing weapons of mass destruction in space, and has not seriously been entertained by any major power.

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