借助模仿、反向工程与间谍活动 中国军事技术为什么仍无法迎头赶上

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转自:国防科技要闻(ID:CDSTIC)

来源 :麻省理工学院网站/图片来自互联网

作者:军事科学院军事科学信息研究中心    廖小刚

北约防务学院高级研究员安瑞·吉里发表文章《为什么中国还没有追上:军事技术优势与模仿、反向工程及网络间谍活动的限制》,认为由于现代军事技术越来越复杂,使得对先进武器系统的模仿与复制变得更加困难。因此,中国无法轻易通过模仿获得美国的先进武器系统,也不会在近期削弱美国的军事技术优势。

学术界普遍认为,新兴国家具有“后发优势”,即通过借鉴与参考先进国家的研究和技术,从而可相对容易且快速地缩小与竞争对手的军事技术差距,而且随着全球化、军民两用技术以及通信技术的进步更加促进了这一进程。但是,上述观点在很大程度上忽略了自第二次工业革命以来武器装备发展领域发生的最重要的变化之一——军事技术复杂性的指数级增长。这种增长导致武器系统在生产过程发生重大变化,使得对最先进武器系统性能的模仿和复制变得更加困难,一方面极大地增加了生产先进武器系统的进入门槛,模仿者必须拥有先进的武器生产工业与科学和技术基础,才能复制外国军事技术。另一方面,考虑到保密因素,设计、开发和生产先进武器系统的知识不太可能扩散。因此,“后发优势”正在明显缩小。这也是为什么冷战结束后近三十年,尽管全球化和信息及通信技术革命的拓展,但美国在军事技术方面的优势仍然是无与伦比的。

在适当的条件下,如武器装备技术水平不是很高的情况下,通过模仿外国先进技术,模仿者可以节省一大笔研发经费并用于新的技术研究,同时避免创新者在研发过程中所走的弯路,从而将其从落后国家快速追赶先进国家,即当模仿比创新更便宜与更快时,模仿者将获得优势。如19世纪末和20世纪初的德国、日本与苏联,这些国家当时可以很容易地模仿外国军事技术,并在相对较短的时间内赶上他们的竞争对手。

自第二次工业革命以来,军事技术的复杂性呈指数级增长。这种急剧的增长改变了创新和模仿的本质,使后者更加难以实施。

①军事技术复杂性急剧增加。首先是军事平台的部件数量急剧增加,例如最初由数百个部件组成的作战飞机到现在激增到30万个部件;部件数量的增加,潜在的不兼容性和脆弱性也相应增加,确保所有组件和整个系统的正常运行和相互兼容变得越来越困难。其次,电子、工程和材料科学的进步导致主要武器系统的部件变得更加复杂,军事平台日益成为“系统之系统”;集成大量极其先进的部件、子系统和系统构成了一个艰巨的挑战,且设计、开发和制造方面需要更高的精度和精密度,以至于全世界只有少数生产商具备必要的技术。再次,现代武器系统可在极其苛刻的环境和作战条件下运行,这要归功于所有指标的改进;而这些改进反过来增加了发生技术问题的可能性。

②创新发生了本质变化,导致模仿更具挑战性。在19世纪末和20世纪初,创新主要是猜测、创造力、独创性和直觉的产物。但由于复杂性的增加,创新已逐渐成为科学和工程研究的结果,以及在设计、开发和管理方面积累的经验。复杂性的增加使模仿变得更具挑战性。为了使模仿者比创新者更有优势,需要两个条件:一是利用外国武器系统生产技术和经验所需的能力必须相对容易开发或获得,以便模仿者能够迅速将外国设计和蓝图转化为有效的军事平台,即相对较低的进入门槛;二是创新国家的技术和经验必须相对容易地扩散。随着军事技术的复杂性增加,使得模仿过程变得更加困难。缺乏武器系统生产所必需的专门知识,已成为试图模仿外国技术的行动者的主要障碍,其中包括一些发达国家。如日本基于美国F-16战斗机仿制F-2战斗机,当时日本在高科技领域已占据主导地位,且与美国在武器生产进行了数十年的合作,但事实证明,其F-2战斗机不比F-16C先进,且成本高出至少两倍。

F-2

F-16

实现对外国技术的仿制的第一个前提条件是仿制者的吸收能力。若想模仿外国先进的技术,就必须“从环境中识别、吸收和利用知识”。但知识和经验不是可以轻易利用的公共物品,必须具有足够的吸收能力,包括物质和非物质能力,如实验室、研究中心、测试和生产设施、熟练劳动力和累积的技术知识库。如果没有这种吸收能力,模仿者将不得不在复制外国技术之前必须先发展先进的工业、技术和科学基础。

最初对模仿外国军事技术的要求不高,投入经费与规模经济基本上是唯一的制约因素,因为进入武器生产所需的知识或经验相对较少,如20世纪30年代的德国可以在短短三年内从“没有飞机工业”转变为“航空技术的前沿国家”。

武器系统复杂性的增加已成倍地提高对吸收能力的要求。模仿所涉及的学科数量急剧增加,远远超出了武器系统开发所需的学科。模仿者必须掌握所有这些学科,因为无限小的错误可能会产生潜在的灾难性影响。如以3马赫数飞行的SR-71侦察机暴露在600度以上的高温,洛·马公司必须开发“特殊燃料、结构材料、制造工具和技术、液压液、油箱密封件、油漆、塑料、电线和连接插头,以及基本的飞机和发动机设计;随着向电传飞行的过渡,对吸收能力的要求增加了一个数量级,涉及学科进一步增多如电子、计算机科学、通信及软件建设;随着无人机的增加,武器生产所需的学科已扩展到无人系统、人为因素、心理学、认知科学、通信、人机交互、计算机支持工作组和社会学等。

▲洛·马公司 SR-71侦察机生产线

吸收能力从一般要求升级为具体要求。二战前后,由于相对较低的技术复杂性,允许在不同行业采用相同的机床与相同的技术。汽车制造商可以通过利用现有的工业设施和技术,轻松进入飞机和坦克生产业务,如苏联能够以今天无法想象的速度将其民用制造活动转化为军事生产。但是,随着时间的发展,武器系统越来越依赖于非常先进的技术,如数据融合或隐身技术,在许多情况下这些技术没有在商业部门中应用。因此,模仿者无法再利用现有的技术和工业能力来吸收外国军事技术,商业企业也不再具备军事生产所必需的设计、测试与生产等能力,国防和民用工业出现了巨大的差异,甚至是军事承包商也不能轻易地从武器生产的一个领域转移到另一个领域,如“航空航天业务的系统集成承包商可能无法真正了解复杂的造船世界。”

复杂性的增加对制造提出更高要求。通过反向工程、工业间谍活动或网络间谍活动,后发国家可以跳过设计与开发阶段,利用其现有的工业基地复制外国的先进武器系统。但这忽略一个关键的限制:复杂性的增加使得制造过程也更加复杂与独特,如高精度要求。如冷战期间,尽管苏联获得了美国海军可大幅降低潜艇声学特征的螺旋桨,但是由于铣床的精度无法达到,苏联仍无法仿制美国的螺旋桨。此外,开发、更新和保存类似的制造技能还需要高度具体的培训、实践和流程,如造船业的工人需要6-8年才能达到至少90%的最佳生产力。

▲下水前的德克萨斯号SSN775核攻击潜艇,艇尾的泵喷被苫布盖得严严实实

模仿优势的第二个前提条件要求模仿国家相对容易和迅速地获得如何设计、开发和制造给定军事平台的技术知识,以便在平台过时之前利用创新者的进步。然而,军事技术的复杂性使技术知识在本质上变得越来越隐性和有组织,这意味着它不会轻易扩散到其他国家。

知识变得更加隐性。在十九世纪末和二十世纪初,创新是猜想、创造力、独创性和直觉,知识获取相对简单,是可编纂的且便于传播。然而,由于武器系统日益复杂,创新已成为原型、测试、实验和改进的产物,与特定武器系统相关的知识变得越来越难以编纂,它已变得更加隐性。隐性的知识主要来源于经验,因此不容易传播。要复制一个给定的武器系统,模仿者需要直接接触到创新者的隐性知识即设计、开发和生产的诀窍,否则很难弄清楚每一部分的作用、如何生产以及如何与其他组件连接。此外,将军事平台分解成更小的组件来观察和理解其功能变得更具挑战性,因为高度集成的子系统极难(如果不可能)分解成独立的模块,电子技术的引入加强了这一趋势,因为软件的功能不受可观察的物理定律的控制。即使获得某一武器系统的所有蓝图和设计,可能仍然缺乏许多关键方面,而无法制造。如在1995年-2005年,美国海军试图翻新“三叉戟”导弹携带的W76核弹头,由于在20世纪80年代制造时几乎没有关于生产过程的记录,加之生产人员也都退休或离开,最终海军花费10年和9000万美元才成功复制。

▲美国德克萨斯潘泰克斯工厂内正在进行组装的W76核弹头

知识属性由个人知识变为组织知识。在第二次工业革命期间,知识可以随着个体进行转移,爱迪生、特斯拉等发明家可以将他们的知识传授给他们的学徒、学生,甚至是在他们决定移民的情况下,可以轻易地传授给另一个国家。由于技术复杂性的增加,单个个体无法再掌握武器开发所需的所有知识和活动。这些知识和经验已成为设计师、工程师、经理和具有不同背景的专业工人共同努力的产物。设计、开发和制造先进的武器系统已成为一项集体努力,涉及数百甚至数千名受过高等教育和有不同领域背景的技术娴熟的个人,以及几十年的经验,这严重抑制了其扩散。F-117是由50名工程师组成的团队设计的,F-35项目有超过6000名从事的工程师,人数如此庞大,如果单个工程师或设计师决定离开,最多也只能提供所需知识的一小部分。

从1890年到1916年德国与英国的海军竞争以及从1991年到2018年中国发展五代机这两个例子可以证明上述观点。当时的德国和现在中国都是崛起中的大国,都以发展最先进的武器系统为目标,开展大规模的军事建设。但由于技术复杂性的不同,导致最终出现了两种不同的结果。

①德国利用仿制很快提高海军水平

由于当时军事技术复杂度不高,通过模仿与复制,在几年内德国成功地模仿了英国的无畏战舰,在船舶设计和建造以及其他关键部件技术方面取得了显著的改进,开发出比英国同时代更优秀的战舰,在某些领域甚至超过英国,对英国海军的统治地位提出严重挑战。

首先,德国发动机工业迅速赶上,使海军的战舰在速度上与英国相媲美,在某些情况下,甚至优于英国同行。其次,在轻型装甲钢板方面,德国的技术优于英国的技术;德国的火炮技术也很快赶上,德国的炮弹比英国拥有“更大的穿透力”。

▲日德兰海战中德国海军

在1916年的日德兰海战中,两国海军在打击准确性上相差不大:英军命中率为2.45%,德军命中率为2.3%,但有趣的是,德军的火力开始很好,但随着时间的推移而降低,而英国则随着时间的推移而提高有所改善。这表明双方尽管享有相似的技术,但英国海军利用其卓越的训练、战术和经验使其战斗力更高。

②中国五代机发展并未赶上美国

20世纪90年代末,中国开始研制第五代战斗机时,当时中国在军用航空领域的吸收能力相对有限。尽管可以装配现代外国武器系统,但中国战斗机生产经验仅限于20世纪50年代和60年代苏联的设计。中国在模仿美国先进喷气式战斗机的过程中,通过技术交流、间谍活动等获取了大量的技术知识。但最终歼-20的性能却不如美国。

▲歼-20参加珠海航展并首次对外进行双机飞行展示

首先,总体设计上不如美国。由于美国F-22和中国歼-20在设计上的相似之处,似乎表明中国能够迅速复制美国的技术,但更仔细的检查表明情况并非如此。歼-20在机身两侧和后部显示几个设计缺陷和非隐身特性,极大地提高了被雷达和热传感器探测的可能性;歼-20在主翼前方的两个鸭翼,增加了它的正面雷达截面。从工业的角度来看,歼-20携带鸭翼表明设计很差,而错误的设计几乎是无法修正,这些设计一旦被采纳,未来就只能进行微小的改进。这些缺陷和特征传达了一个更重要的信息:中国一直无法完全复制美国的隐身设计和技术,它不得不从事广泛的试验、原型设计和改进,在这个过程中不可避免地会遇到问题。

其次,中国矢扇发动机发展面临巨大挑战。这可能是“中国航空业最明显的弱点”。2010年至2017年,歼-20依靠俄罗斯动力不足的发动机,既不提供超声速巡航,也不提供推力矢量控制能力;随后,歼-20安装国产发动机,同样缺乏超声速巡航和推力矢量控制能力。从2010年到2015年,中国花费约220亿为其战斗机研发发动机。然而,截至2019年,仍在苦苦挣扎,“成功之路充满了挫折和失败”,中国根本没有能力走捷径,而是经历了与“世界上每一个发动机强国”相同的问题。有分析人士称,中国发动机“落后于领先的国际对手一到两代,近期缩小这一差距的前景很渺茫。”中国的发动机不够强大,也不足以使歼-20成为优越的空战战斗机。

第三,中国在第五代战斗机的另一个关键领域——航空电子设备方面也落后。中国在这一领域的困难源于这样一个事实,即航空传感器和软件开发目前成为了最艰巨的工程挑战。据中国媒体报道,歼-20仍然面临着飞行控制软件的问题,更加证明了这一点。

第四,中国在发展第四代战斗机同样遇到大量困难。尽管中国从俄罗斯、以色列和许多欧洲国家获得了大量的技术转让和支持,但中国在这一领域却举步维艰。例如,2004年中国基于苏-27仿制的歼-11战斗机,其发动机寿命远远小于苏-27,且出现多次技术故障导致迫降;中国在2016年采购24架苏-35战斗机,进一步表明中国没有能力制造这种飞机的复制品。中国逆向俄制苏-33舰载机发展的歼-15战斗机,同样不是很成功,其从航母滑跃起飞时只有带一半燃料或四枚导弹,严重限制其作战能力。

第五,中国从模仿中获得的成本和时间优势有限。数据显示,歼-20的单价约1.2亿美元,只比F-22战斗机1.43亿美元便宜20%;且随着中国试图解决歼-20现在问题和提高性能,其成本将不可避免地进一步增加,“最后10%的努力将花费项目总花费的40%”。时间也是如此。F-22在2005年投入使用,歼-20目前尚无法服役。总之,经过二十多年后,中国尚未追上与美国的差距。

▲根据美国联邦法律,F-22不能出口,以保护其隐形技术和其他高科技功能

军事技术复杂性的急剧增加,大大缩小了所谓“后发优势”。一方面,模仿现代武器系统的要求越来越难以满足。另一方面,关于如何设计、开发和生产现代武器系统的技术知识已不太可能扩散。今天模仿外国武器系统更加困难。各国不能简单地搭最先进国家研发的便车:它们必须首先为成为一流的武器制造商发展所需的工业、科学和技术能力;然后,它们必须经过广泛的试验和试错,以解决武器发展所带来的众多极小但极具挑战性的问题。因此,尽管中国开展了大规模网络间谍活动,从全球化中获益,收购外国公司和技术,以及前所未有的外国直接投资流入,但中国将一直难以取得成功。

在目前的技术范式下,现代军事平台的进入壁垒仍然是巨大的,即使对最先进的国家也是如此,因此美国将继续保持其无与伦比的军事优势与发展潜力。未来的关键问题是,第四次工业革命是否会带来生产的范式转变,如果会,这种转变将如何改变创新与模仿。

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责任编辑:王吉 (FJ015)

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