美国科技发展中了什么魔

美国科技水平依然世界第一，这没有什么好争议的。但美国科技中了魔怔了，近些年接连翻车，问题出在片面追求一步到位。

美国科技实力强劲，财力更强劲。既有本钱追求一步到位，也有本钱承担失败的代价。阶跃性发展的好处是拉开质的差距，然后可以坐吃“高地红利”很长时间，等到别人追上来的时候，美国已经准备好下一次阶跃了。这是实力者的特权。

历史上，美国科技发展多次受惠于一步到位。在其他国家还在纠结于模拟计算机的时候，美国一步到位，直奔数字计算机，率先跨入数字时代。在其他国家还纠结于电子管的时候，美国不仅直奔晶体管，还马不停蹄地接着跨入集成电路时代。数字技术和集成电路的一步到位是美国至今还在坐吃的红利。

在民航发动机发面，在欧洲还在纠结兼顾螺旋桨和喷气但天花板较低的涡桨发动机时，美国直奔涡喷，并再接再厉跨入涡扇，至今依然领先。

类似的例子还有很多。

实力者也可以走渐进路线，技术风险更低，但差距拉不大，竞争对手马上追上来的风险也更大，处于“永恒的飞奔”之中。美国宁愿间隙性地一鼓作气，一步到位，直冲下一个很高的高度。技术落差也是威慑，不坚定的竞争者直接就吓退了。

然而，这也比较冒险，阶跃性发展不是每次都能成的。

美国在5G上落后了，但曾经是领先的。美国的错误在于想一步到位，直接开发毫米波的5G。毫米波的频率更高，带宽更大，通信的容量和速度都更大。问题是，毫米波在空气中的传输损耗大，需要高度密集的基站才行，功率要求很高，而且穿透力太差，墙体、树林都使得信号严重衰减，使得商业应用价值成问题。中国走厘米波路线，技术指标没有毫米波高，但实现的门槛低很多，率先搞成了。

指标定得较低也有天花板较低的问题，但厘米波5G依然比4G是很大的飞跃，可以受惠于5G的大部分好处，而不受制于毫米波的局限。5G也不是终极，6G跳入太赫兹，就是毫米波甚至更短的波长，超越了绊住美国的毫米波5G。

美国在高超音速方面也是曾经领先的。航天飞机就是高超音速的，返回中的热管理是工程设计中的杰作。美国也早就与澳大利亚合作研究超燃冲压，NASA的X-51曾经代表了高超音速和超燃冲压的最高水平。美国再次犯了一步到位的错误，要直接研制超燃冲压动力的高超音速巡航导弹，结果遇到难以克服的技术困难，半途而废了。

高超音速的动力当然是重要的，但高超音速的热管理和气动同样重要。航天飞机的热管理虽然精妙，但高度特化，无法推广到一般的高超音速飞行。高超音速的气动也有与低超音速有完全不同的挑战。中国分两步走，从“低技术”的助推-滑翔入手，先解决高超音速的气动和热管理问题，同时展开超燃冲压的研究，一旦成熟，可以平顺地过渡到超燃冲压动力的高超音速飞行器。

中国的两步走不仅在助推-滑翔高超音速飞行器方面领先了，还在超燃冲压方面也领先了。

高超音速与激波是是紧密交织的，超燃冲压自然与激波高度相关，但激波就是激波，激波的驾驭是相通的，点穿这层纸后，一通百通了。美国想先解决超燃冲压的动力后，再攻高超音速气动和热管理，反而吭哧吭哧了。

美国海军的“朱姆沃尔特”级驱逐舰的失败不仅有战略指导思想错误，也有技术上不切实际的一步到位的因素。“伯克”级在设计上是阶跃性的进步，在90年代初服役时，甩了世界各国海军几条街。“朱姆沃尔特”级应该是下一个阶跃，全电综合推进（IEP）提供充足的电力，便于适配双波段雷达甚至激光武器，电磁炮射程更远，火力密度更大，弹药成本更低，携弹量更大，可在一定程度上替代陆攻巡航导弹，更是由海到陆的利器。

问题是，“伯克”级的战斗系统大体来自“提康德罗加”级，有所简化还已经成熟；动力系统也是来自“提康德罗加”级。只有短宽型舰体是全新的。这是理念上跳跃、技术上渐进的成功范例。但“朱姆沃尔特”级从理念到技术都全面跳跃了，容易技术风险控制而导致失败，而这一次是真失败了。

“朱姆沃尔特”级采用内倾式舰体，理论上可降低雷达反射面积，便于采用增加抗沉性的双层壳，但造成横摇稳定性问题，也不易靠泊。原计划采用电磁炮，可携弹750枚，大大超过垂发的巡航导弹数量，极大地增强对地轰击能力。但步子太大，退回到常规装药火炮，但还是要配备射程160公里的超远程炮弹，命中误差不超过50米。两门155毫米舰炮采用高低弹道同时命中的单炮齐射技术后，火力密度相当于两个155毫米榴弹炮连。结果炮弹是造出来了，但单价80-100万美元，下马了。更加可悲的是，155毫米舰炮和陆军的155毫米榴弹炮的炮弹不通用，改造6门现有舰炮需要耗资2.5亿美元，这事只得搁下了。

IEP也掉链子了，可靠性达不到要求，而且一旦出故障，就是全舰停电，动力用电、系统用电一起停。在战时，这就是死路一条了。

其实在全电推进和主流的柴燃交替（CODOG）之间，还有柴燃电（CODLAG和CODLOG）。柴燃交替是用柴油机做巡航动力、燃气轮机做加速动力，另有专用的柴油发电机供电，这是最常见的军舰动力形式。全电推进则是在舰上用燃气轮机或者柴油机发电站向舰上电网供电，动力用电和系统用电都来自电网。这样系统效率最高，但可靠性危害也最高，一损俱损。

CODLOG用柴油发电机通过电动机提供巡航动力，燃气轮机提供加速动力，系统用电与动力用电分享。CODLAG也用柴油发电机通过电动机提供巡航动力，但燃气轮机通过离合器和齿轮箱，与柴油发电机-电动力一起提供加速动力。

CODLAG与IEP只差一步，燃气轮机也发电、并网就是IEP了争但没有单点故障的风险，在任何时候至少保证驱动动力，可以使得舰艇返港检修。英国在多型CODLAG和CODLOG舰船使用经验上，在45型驱逐舰上使用IEP，还是翻船。美国一步到位，跳过CODLAG和CODLOG，直奔IEP，也翻船了。法国和意大利没有大跃进，在FREMM护卫舰上分别用CODLOG和CODLAG。美国“星座”级护卫舰基于意大利FREMM，估计也是CODLAG。

“朱姆沃尔特”级还启用全新的Mk57垂发，口径更大，便于搭载更加大型的舰载武器。Mk57也一反垂发中线安装的传统，采用舷侧分散安装，被敌人导弹击中时，可向外爆炸，降低破坏力，和坦克炮塔弹舱的泄压板原理一样，也不至于因为被一发敌人导弹击中而使得整个垂发都可能被破坏。舷侧垂发本身还是水密的内层壳体外的额外保护，增加对掠海攻击反舰导弹的抗打击力。

但Mk57还是不够大，不能发射高超音速导弹。美国海军现有和计划中的导弹都与现有的Mk41垂发相容，Mk57的增大并无意义。美国海军正在研发APM，可在抽出部份Mk41垂发模块之后插入，用于发射高超音速导弹。

这些是人们熟知的事例，战斗机飞行员的头盔显示系统的黑历史就不一定熟知了。还在二战时代，英国就发现夜间战斗机飞行员与雷达控制员之间光用口头指令很难协调，开始试验将雷达显像管和轰炸机导航瞄准具相结合的技术，为飞行员指引目标。但平视显示器最终要到60年代英国的“海盗”式轻型轰炸机上才实现，在透明板上投射飞行数据和目标数据。平显迅速成为战斗机标配，飞行员可以在平视中就获取关键信息和得到目标引导，不再需要经常在抬头观察外界和低头读取显示信息之间切换，省却了视力调整时间。

在60年代，美国海军一方面迅速普及平显，另一方面着手更进一步的发展：直接将平显装到飞行员头盔上，计划用于F-4“鬼怪”式战斗机。这样飞行员的头在转向任何方向的时候都能看到平显信息，而且可以提示飞行员威胁方向。这是数字技术和CRT显示技术大发展的年代，盔显看起来是个好主意。但技术太超前了，进行不下去，放弃了，回到平显。

但苏联没有放弃，而是大大简化了技术，不用盔显，而是在头盔的视野边缘处设置一圈LED指示灯，在火控系统的控制下，提示飞行员威胁方向。这是很简单的工程实现，但是有奇效，与机动性超强的R-72近程空空导弹相结合，真是指哪打哪。东西德合并后，美国接触到前东德空军的一批米格-29，在空战演习中，屡屡把F-16打得找不到北。

指示灯是很简单的技术，很快，头盔指示系统成为90年代的热潮，西方战斗机也争相装备。问题是，随着计算机、显示尤其是增强现实技术的发展，盔显似乎终于可以成为现实了。F-35采用盔显，并作为主要显示系统，座舱仪表板上的大屏显示只是辅助。

但盔显再次成为巨大的头痛。首先是重量。显示技术再发达，盔显的重量还是对飞行员的脖子造成很大的压力，高g飞行时是不可承受之重，在弹射的时候更是可能造成生命危险。显示技术本身也有本质滞后，固定位置的飞行数据没问题，随着头部转动而移动的目标指示光标就麻烦了。盔显首先要测定头部转动的角度和速度，然后计算光标移动的方向和速度，最后形成光标。计算机速度再快，依然是有限的，人眼和大脑能感知到滞后，很容易产生晕眩感。测量-计算-显示也是一个反馈系统，具有本质的动态响应，光标会有一定的晃动，就像电梯到了楼层会有一点晃动才停稳一样，这进一步增加了晕眩感。

光标、符号和数据的亮度还需要针对环境迅速调整，但亮度调整速度远远不及人类的肉眼和大脑，再次影响使用。

最初设计是要把雷达、红外夜视、移动地图等统统整合到盔显。在静态下没有问题，但一动起来，问题太大。后来换了简化设计，重量控制住了，显示符号也极大简化，回到传统平显的格局，不玩实景图像了，滞后也降低到可以接受的水平，但维修问题出来了。

每个人的脑袋大小、形状、瞳距、视线都是不一样的，所以带盔显的头盔对每一个飞行员都是因人定制的，据说一个头盔就是40多万美元，顶4辆保时捷911。问题是还需要在日常维修中保持调校准确。F-35没有平显，只有盔显，所以这是事关飞行安全的主要显示系统。在2020年5月19日的F-35A坠机中，盔显问题也是原因之一。

在这次夜间着陆时，地平线与跑道指向错位，地平线标志明显低于实际，跑道中线的指向也歪了。这个问题在起飞前发现不了，但这时出问题就要命了。飞行员发现了问题，凭经验补偿，但错误的图标越来越分散注意力，而且越接近跑道图标越明亮，弄得飞行员心烦意乱，动作变形，着陆时的迎角只有5.2度，而正常的着陆迎角应该13-14度。接地速度高达202节（约374公里/小时），比规定速度高了50节（约93公里/小时），最后动作变形，不是主起落架先接地，而是差不多三点同时接地，接地后造成弹跳，复飞失败，最后飞行员弹射逃生，飞机冲出跑道后、翻滚烧毁。

历史上，美国领先太多了，哪怕有几次不能成，也不碍事，不影响美国的总体领先。但坐吃的话，山总是要空的，科技领先也是一样。美国面临的正是这个问题。不过，美国近几十年因为一步到位而出的问题大多在军工领域，民用科技方面倒是渐进得很，如波音737MAX、波音777X，但这是另外一个话题了。

中国还在追赶的路上，技术积累不够，国家实力也有差距，没有选择，只有小步快跑地渐进，力争快速缩小差距。但中国与美国并跑之后，也会遇到渐进还是阶跃的问题的。

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