過去幾十年來,武器系統的眼睛、耳朵和大腦一直在穩步進展中,包括各種令人眼花撩亂的軍事性能。整體而言,這個領域被稱為‘C4ISR’,代表整合指揮(Command)、控制(Control)、通訊(Comm)、電腦(Computer)、情報(Intelligence)、監視(Surveillance)以及偵察(Reconnaissance)等7個子系統的軍事自動化指揮系統。

根據市場研究公司IHS Markit的分析顯示,由於世界變得越來越危險,加上地緣政治的競爭對手(如中國)擁有更強大的武器,C4ISR系統性能將進一步擴展。

C4ISR P2

除了人工智慧(AI)、無人系統以及用於對抗機器人的機器外,IHS認為,內建強大電子功能的C4ISR系統正進一步擴展到囊括一系列新的技術和功能。其中包括多功能射頻(RF)平台、短波紅外線(IR)感測器,以及新興的半導體材料,如氮化鎵(GaN)等,這些都推動著電力電子領域的進展。

IHS預測,使用主動掃描陣列共享電子和天線孔徑的能力,正推動著朝向多用途RF設備的轉變,包括雷達、電子戰(E-Warfare)以及數據鏈路等。尺寸、重量和功耗是多功能RF系統的關鍵驅動因素,同時也是長久以來尋求但很少能實現的目標——降低生命週期成本。

隨著對於電磁頻譜需求的增加,共享電子設備和天線還有助於提高系統的相容性。其他優點還包括減少電子系統之間的干擾,以及由於雷達橫截面減少從而實現更高的隱密性。

IHS Markit的C4ISR團隊負責人Saurabh Joshi表示,C4ISR的創新「與試圖在電磁頻譜(EM)領域取得優勢的公司密切相關。電磁頻譜將在未來的戰爭衝突中發揮重要作用。因此,這些發明的目的在於促進有效利用自己的頻譜,同時試圖阻止對方使用其電磁頻譜。」

Joshi補充道:「由於搶佔電磁頻譜的競爭持續,這個領域將會變得非常擁擠且競爭激烈,另一方面也推動了在雷達和軍事通訊領域的主要創新進展。」

同時,短波IR感測器預計將開始用於軍事監視和偵察任務。

IHS還看好使用GaN製造的高功率密度半導體元件出現。美國國防部的規劃人員認為這種材料有助於增加電子產品得以運作的範圍。美國國防部先進研究計劃署(DARPA)一直在推動GaN在各種應用的發展,例如海軍的下一代干擾器,甚至是可用於探測太空軌道中較小物體的「太空圍籬」(Space Fence)。

IHS預測,GaN元件將走進電力電子應用領域,例如軍用雷達中所使用的放大器。 IHS並預測,「這將對於系統產生重大影響,包括更高的功率密度以及更好的導熱性。」

Joshi補充說,尺寸、重量和功率考慮因素正「推動著國防電子領域的設計和實驗進展。畢竟沒人想在戰場上扛著笨重的裝備,因為它限制了一個單位的操作能力和敏捷性。」

電子產品的縮小化也迎來了一個小型的衛星星系時代,提供了新的軍事通訊和電子監視選擇,其中包括太空電光元件和IR感測器。

回到地球上來看,雲端運算和機器智慧也有望改變軍方收集和分析資料的方式,以及利用大數據(big data)訓練軍事應用的AI模型。在戰爭區域透過戰場雲(battlefield clouds)連接戰術系統,可讓士兵不必完全依賴資料中心。

然後是AI —— 這正是目前在中國、俄羅斯和美國之間競爭加劇的主題。隨著機器智慧開始進入武器系統,IHS預計,在認知電子戰、迷你無人機隊導航、戰場感測器的訊號處理等領域將大步進展,而用於雷達和通訊設備的動態電磁頻譜分配則將使無線電波日益擁擠。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Contested Spectrum Driving C4ISR Advances,by George Leopold)