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2017年5月17日，美国海军作战部长约翰·理查德森签发了《未来海军》白皮書。白皮书中指出，面对严峻的挑战，美海军将连同美军其他军种、合作伙伴以及盟国做好准备来应对不断变化的竞争环境和竞争对手。复杂性和节奏对于快速响应能力非常重要，在这方面海军通过前沿军事存在以及在国际水域的自由行动已经有所建树。美海军及其他相关机构在过去一年就未来海军舰队开展了多项研究，得出了一致结论：美国需要一支强大的海军，舰船规模约为350艘;还需要采用新型技术和新型作战概念。美国海军在美国国防部实验室日的展示正透露着这些应对未来威胁的举措。
自适应及可重新配置射频技术
海军研究实验室重点展示了电子战与通信、定向能武器、医疗等领域的技术进展。
电子战与通信
自适应及可重构射频技术 鉴于海军平台从射频到毫米波系统频谱使用概率日益提高，加之 假想敌在这些频率范围对抗能力日益增强，未来海军的无线电收发机在使用电磁频谱时必须具备很强的机动性及抗干扰能力。维持电磁频谱持续优势要求无线电收发机具备在各种运行模式下的快速切换能力，同时减轻共址及对抗性干扰。
美国海军电磁轨道炮样机
为实现这一目标，海军研究实验室正在为未来海军系统研发新的转换器、限制器及滤波器技术。这些转换器使用基于硫族化物的相变材料，此类材料能在非晶相和晶相之间实现热驱动、可逆和非易失性转变，显著改变材料电子及光学特性。
这些转换器可以在低温、毫米波频率范围工作，具备在辐射环境下性能不易降低的特点。此外，海军研究实验室正在研发相关技术，协同设计滤波器及模拟电子器件。这些技术能促成可重新配置滤波器及多路复用器，可自主应对干扰，无需任何控制信号或对频谱进行数字化处理，使未来的无线电收发机能在对抗性频谱环境下更优化地运行。
低成本超宽带相控阵天线 超宽带相控阵天线能通过使用创新性低成本、高性能组件，显著节约成本。其他优点还包括：节省舰船建造成本、维持跟踪低高度可观测物体的稳定性、降低舰船目标特征信号等。
无人机多输入多输出毫米波机载雷达 该雷达采用一种为低成本无人机三维感知而进行优化的不规则阵列天线拓扑结构。该天线阵列包含相对较少数量的传输和接收子阵列，不同阵列的尺寸差距较大。这些阵列天线能够在维持足够扫描能力的同时，具备全向高增益特性。同时，可用于无人机目标识别、感知与归避、末段导航、地面侦察等。
尘埃等离子体 尘埃等离子体是一种带电尘埃颗粒，天然存在于大气层中间层，能改进高超声速、再入飞行器及GPS导航能力。针对高超声速飞行器及再入飞行器再入大气层、进入“黑障”区后通信中断问题，动态的尘埃等离子体有潜力为高超声速及再入飞行器开辟中断的通信渠道，也有助于理解3D打印过程中的电中和问题。
纳卫星的快速研发、集成和测试 纳卫星长不到0.3米，重不足11.34千克。最常见的一种形式是立方体卫星。立方体卫星的每个边长10厘米，重量不足1千克。这种大小的立方体卫星称为一个单位或“1U”，研究人员还研发出了更大版本。目前最常见的是“3U”版本，许多机构正在建造6U甚至更大的立方体卫星。
在较大卫星任务有备用空间时，纳卫星会被发射进入轨道，这与搭乘有空余位置的航班情况类似。一旦负责主要太空任务的载荷与运载火箭分离，纳卫星就会从一个装有弹簧的发射筒中弹出部署。2013年和2014年，美国共发射100多颗纳米卫星，学术、商业和军事机构正在研发数以百计的纳米卫星。
美国太空与海战系统中心太平洋分部正在开发一种名为“纳米卫星测试和集成加速能力”的纳米卫星集成能力，将纳米卫星总线与军用专用保密有效载荷集成，为作战人员提供快速响应的太空能力，应对太空领域日益严重的信息优势威胁。
生物防御研究局机动实验室
定向能武器技术
高能激光武器 高能激光武器是一种毁伤机制迥异于传统动能武器的新兴武器。既可以为海军平台对抗很多水面、空中威胁、未来反舰巡航导弹及小艇集群，提供高效、经济可承受的防御能力;也可以在对抗高密度、低价值目标方面，为造价高昂的导弹提供有效补充。2014年9月，美国海军首次在庞塞号驱逐舰上部署海上激光武器系统（LaWs）样机。LaWs采用新一代光纤激光器作为主光源，由6套非相干光束合成，功率达33千瓦。在LaWs样机的基础上，美国海军正在开展高功率固体激光武器样机项目研究工作，旨在开发150千瓦功率、可装备于多种水面舰艇的激光武器。该高功率固体激光武器将安装在现役阿利·伯克级驱逐舰上进行试验。
海军电磁导轨炮 电磁导轨炮是一种利用电取代化学推进剂的远程射弹发射武器。高电流产生的磁场会加速两根钢轨之间的滑动金属导体或者电枢，以7200千米/小时的速度发射射弹。美国海军2001年启动电磁导轨炮项目第一阶段研究，2005年启动电磁轨道炮“创新性海军原型”项目。2010年底，90毫米电磁导轨炮实验室样炮试射了10.4千克重的长方形钢制弹丸，弹丸初速2500米/秒，炮口动能33兆焦，实现了预期目标。2012年，两门实验室单发电磁导轨炮样炮通过射击试验，如期完成海军电磁导轨炮项目第一阶段研制工作。2013年开始，海军电磁导轨炮项目研制进入第二阶段。2014年7月初，两门样炮装在舰艇上进行了展示。目前，电磁导轨炮要实现工程化应用还需攻克以下关键技术：可重复发射的发射装置，高强度、耐腐蚀的导轨技术，先进能源系统及可快速充电、能支持重复发射的小型化脉冲电源技术，抗高过载弹丸技术与抗烧蚀电枢等。 生化防御与医疗领域
生物防御研究局机动实驗室 自1991年以来，美海军医疗研究中心生物防御研究局机动实验室的科学家们一直在寻求生化袭击时保护军事人员的方法。生物防御研究局机动实验室团队成员领导着手持式检测、分子诊断和验证性因素分析等探测领域。实验室成功研制出可在战场上进行分子检测的首个机动式实验室。
这种独特的实验室支持军事人员快速执行验证性实验，检测当前是否存在生物制剂。便携式实验室曾在“沙漠风暴”和“沙漠盾牌”行动中部署，“伊拉克自由”行动中也曾部署过类似的设备。便携式实验室重量约为450千克，需要配置3名工作人员。实验室可搬到商业航班上工作，只需要汽油和机油即可运转。这种便携式实验室所能容纳的储备足以检测150个样品的聚合酶链反应和酶联免疫吸附测定。实验室还配置了针对人员、发电机、冰箱、现场照明和现场不间断电源的防护装置。生物防御研究局机动实验室的研究人员研发了小型手持式检测分析仪，可在15分钟内鉴别炭疽病等常见的生物威胁。这些检测被生物防卫联合方案办公室选定为在战场上鉴定生物恐怖制剂的标准检测。
他们还研发了基于实时聚合酶链反应诊断的确认检测，这些确认检测以特定生物制剂DNA序列为基础。确认检测的最后步骤是最终结果检测，可事后在美海军医疗研究中心完成检测。
量化轻度创伤性脑损伤 为理解爆炸作战环境，改进培训方案，降低“轻度创伤性脑损伤”的医疗成本，并量化导致细胞变化和轻度创伤性脑损伤的爆炸特性，海军研究实验室一直在开发将细胞培养物暴露在真实和模拟爆炸和冲击环境下的方法。本研究的最终目的是，设计和制造出可保护各种战区作战人员的可移动、轻量和舒适的头盔。
透明仿生装甲
探测与跟踪
联合军种爆炸物处理无人系统 海军远征任务项目管理办公室正在开展一系列联合军种爆炸物处理无人系统项目。“便携式机器人系统”项目自2006年以来已向战区部署了3000多套系统。世界各地的联合军种爆炸物处理部队已经在执行爆炸物处理任务中广泛使用这些系统。作为该项目的一部分部署的无人地面车辆派克波特机器人和魔爪机器人，为联合军种爆炸物处理操作人员提供了在安全距离进行爆炸物处理的能力。魔爪机器人的危险品探测组件可搭配多种检测设备，如用于探测深埋在地表下爆炸物的探地雷达，这种运用新探测原理的雷达能减少一般磁探仪过高的虚警率，并可对地下目标和介质结构进行成像。在发现可疑物品后，魔爪机器人的强化机械臂便可采取行动。以最新的魔爪-4型工程机器人为例，其机械臂与车体连接轴可全向转动，机械臂最长可伸至2.14米外，最大可举起33千克的重物，机械臂前端的机械爪可抓握直径不超过15.75厘米的物体，最大握力达530牛。自部署以来，派克波特和魔爪机器人已经接受过若干次升级和改装。未来，“先进爆炸物处理机器人系统”项目将部署一个基于通用体系结构的系统族，促进系统谱系内各型武器系统之间的互操作性，以及先进爆炸物处理机器人系统平台与新兴无人系统能力的快速研发与集成。
光学标记、追踪和定位技术 美海军研究实验室研制了追踪机动车辆/物体的新型光学标记系统材料，以及在混乱环境中定位标记物体的材料。标签材料是无源的（不会发射电子信号或者光学信号），可用于透明、彩色涂层或经过处理后肉眼不可见，但是容易被可视区域之外的特殊相机检测到。 其技术原理是以差别吸收与反射为基础：这些标签带有窄带光谱特征，因而在超出人眼敏感度的区域具有明显特征。虽然可以被光谱检测到，但是对肉眼是不可见的。除此之外还形成了独特的光谱条码，以区分单个场景内的多个目标。光学标记、追踪和定位技术对于在复杂环境中作战至关重要，可用于远距离识别目标、在混乱环境中区分敌军与友军，以减少误伤友军事件，提高态势感知能力，减少完成搜救任务所需的时间。
材料技术
透明仿生装甲 海军研究实验室研制出一种透明的热塑性弹性体装甲。该装甲的防护效能提升25%，可抵御7.62毫米枪弹，具备抗多次打击能力。该透明装甲可在增强对作战人员防护的同时，进一步减轻负荷，提升生存能力、机动性及运输能力。目前，海军研究实验室已在透明装甲研究方面做了大量研究，包括热塑性弹性体透明装甲以及尖晶石陶瓷制品等。其中，热塑性弹性体通过物理方法而非化学方法使柔软的橡胶聚合物固化而形成，而固化过程是可逆的，因此能够就地修复受损装甲表面。研究人员称，在高于软化点的温度（100℃左右）加热受损装甲，融化小的晶体使断裂表面融合并通过扩散实现重组。这个过程的完成需要有一个诸如烙铁的热金属板作为模板，使新形成的表面成为一个光滑平整的薄板。美国海军研究实验室利用热压将尖晶石加工为类似平板的透明装甲。在实验室中，研究团队制作出直径约20.3厘米的光学平板，下一步将把这项技术授权给一家公司，该公司能将其扩展成更大的平板，直径可达约76.2厘米左右。
责任编辑：彭振忠
海军研究实验室重点展示了电子战与通信、定向能武器、医疗等领域的技术进展。
电子战与通信
自适应及可重构射频技术 鉴于海军平台从射频到毫米波系统频谱使用概率日益提高，加之 假想敌在这些频率范围对抗能力日益增强，未来海军的无线电收发机在使用电磁频谱时必须具备很强的机动性及抗干扰能力。维持电磁频谱持续优势要求无线电收发机具备在各种运行模式下的快速切换能力，同时减轻共址及对抗性干扰。
为实现这一目标，海军研究实验室正在为未来海军系统研发新的转换器、限制器及滤波器技术。这些转换器使用基于硫族化物的相变材料，此类材料能在非晶相和晶相之间实现热驱动、可逆和非易失性转变，显著改变材料电子及光学特性。
这些转换器可以在低温、毫米波频率范围工作，具备在辐射环境下性能不易降低的特点。此外，海军研究实验室正在研发相关技术，协同设计滤波器及模拟电子器件。这些技术能促成可重新配置滤波器及多路复用器，可自主应对干扰，无需任何控制信号或对频谱进行数字化处理，使未来的无线电收发机能在对抗性频谱环境下更优化地运行。
低成本超宽带相控阵天线 超宽带相控阵天线能通过使用创新性低成本、高性能组件，显著节约成本。其他优点还包括：节省舰船建造成本、维持跟踪低高度可观测物体的稳定性、降低舰船目标特征信号等。
无人机多输入多输出毫米波机载雷达 该雷达采用一种为低成本无人机三维感知而进行优化的不规则阵列天线拓扑结构。该天线阵列包含相对较少数量的传输和接收子阵列，不同阵列的尺寸差距较大。这些阵列天线能够在维持足够扫描能力的同时，具备全向高增益特性。同时，可用于无人机目标识别、感知与归避、末段导航、地面侦察等。
尘埃等离子体 尘埃等离子体是一种带电尘埃颗粒，天然存在于大气层中间层，能改进高超声速、再入飞行器及GPS导航能力。针对高超声速飞行器及再入飞行器再入大气层、进入“黑障”区后通信中断问题，动态的尘埃等离子体有潜力为高超声速及再入飞行器开辟中断的通信渠道，也有助于理解3D打印过程中的电中和问题。
纳卫星的快速研发、集成和测试 纳卫星长不到0.3米，重不足11.34千克。最常见的一种形式是立方体卫星。立方体卫星的每个边长10厘米，重量不足1千克。这种大小的立方体卫星称为一个单位或“1U”，研究人员还研发出了更大版本。目前最常见的是“3U”版本，许多机构正在建造6U甚至更大的立方体卫星。
在较大卫星任务有备用空间时，纳卫星会被发射进入轨道，这与搭乘有空余位置的航班情况类似。一旦负责主要太空任务的载荷与运载火箭分离，纳卫星就会从一个装有弹簧的发射筒中弹出部署。2013年和2014年，美国共发射100多颗纳米卫星，学术、商业和军事机构正在研发数以百计的纳米卫星。
美国太空与海战系统中心太平洋分部正在开发一种名为“纳米卫星测试和集成加速能力”的纳米卫星集成能力，将纳米卫星总线与军用专用保密有效载荷集成，为作战人员提供快速响应的太空能力，应对太空领域日益严重的信息优势威胁。
定向能武器技术
高能激光武器 高能激光武器是一种毁伤机制迥异于传统动能武器的新兴武器。既可以为海军平台对抗很多水面、空中威胁、未来反舰巡航导弹及小艇集群，提供高效、经济可承受的防御能力;也可以在对抗高密度、低价值目标方面，为造价高昂的导弹提供有效补充。2014年9月，美国海军首次在庞塞号驱逐舰上部署海上激光武器系统（LaWs）样机。LaWs采用新一代光纤激光器作为主光源，由6套非相干光束合成，功率达33千瓦。在LaWs样机的基础上，美国海军正在开展高功率固体激光武器样机项目研究工作，旨在开发150千瓦功率、可装备于多种水面舰艇的激光武器。该高功率固体激光武器将安装在现役阿利·伯克级驱逐舰上进行试验。
海军电磁导轨炮 电磁导轨炮是一种利用电取代化学推进剂的远程射弹发射武器。高电流产生的磁场会加速两根钢轨之间的滑动金属导体或者电枢，以7200千米/小时的速度发射射弹。美国海军2001年启动电磁导轨炮项目第一阶段研究，2005年启动电磁轨道炮“创新性海军原型”项目。2010年底，90毫米电磁导轨炮实验室样炮试射了10.4千克重的长方形钢制弹丸，弹丸初速2500米/秒，炮口动能33兆焦，实现了预期目标。2012年，两门实验室单发电磁导轨炮样炮通过射击试验，如期完成海军电磁导轨炮项目第一阶段研制工作。2013年开始，海军电磁导轨炮项目研制进入第二阶段。2014年7月初，两门样炮装在舰艇上进行了展示。目前，电磁导轨炮要实现工程化应用还需攻克以下关键技术：可重复发射的发射装置，高强度、耐腐蚀的导轨技术，先进能源系统及可快速充电、能支持重复发射的小型化脉冲电源技术，抗高过载弹丸技术与抗烧蚀电枢等。 生化防御与医疗领域
生物防御研究局机动实驗室 自1991年以来，美海军医疗研究中心生物防御研究局机动实验室的科学家们一直在寻求生化袭击时保护军事人员的方法。生物防御研究局机动实验室团队成员领导着手持式检测、分子诊断和验证性因素分析等探测领域。实验室成功研制出可在战场上进行分子检测的首个机动式实验室。
这种独特的实验室支持军事人员快速执行验证性实验，检测当前是否存在生物制剂。便携式实验室曾在“沙漠风暴”和“沙漠盾牌”行动中部署，“伊拉克自由”行动中也曾部署过类似的设备。便携式实验室重量约为450千克，需要配置3名工作人员。实验室可搬到商业航班上工作，只需要汽油和机油即可运转。这种便携式实验室所能容纳的储备足以检测150个样品的聚合酶链反应和酶联免疫吸附测定。实验室还配置了针对人员、发电机、冰箱、现场照明和现场不间断电源的防护装置。生物防御研究局机动实验室的研究人员研发了小型手持式检测分析仪，可在15分钟内鉴别炭疽病等常见的生物威胁。这些检测被生物防卫联合方案办公室选定为在战场上鉴定生物恐怖制剂的标准检测。
他们还研发了基于实时聚合酶链反应诊断的确认检测，这些确认检测以特定生物制剂DNA序列为基础。确认检测的最后步骤是最终结果检测，可事后在美海军医疗研究中心完成检测。
量化轻度创伤性脑损伤 为理解爆炸作战环境，改进培训方案，降低“轻度创伤性脑损伤”的医疗成本，并量化导致细胞变化和轻度创伤性脑损伤的爆炸特性，海军研究实验室一直在开发将细胞培养物暴露在真实和模拟爆炸和冲击环境下的方法。本研究的最终目的是，设计和制造出可保护各种战区作战人员的可移动、轻量和舒适的头盔。
探测与跟踪
联合军种爆炸物处理无人系统 海军远征任务项目管理办公室正在开展一系列联合军种爆炸物处理无人系统项目。“便携式机器人系统”项目自2006年以来已向战区部署了3000多套系统。世界各地的联合军种爆炸物处理部队已经在执行爆炸物处理任务中广泛使用这些系统。作为该项目的一部分部署的无人地面车辆派克波特机器人和魔爪机器人，为联合军种爆炸物处理操作人员提供了在安全距离进行爆炸物处理的能力。魔爪机器人的危险品探测组件可搭配多种检测设备，如用于探测深埋在地表下爆炸物的探地雷达，这种运用新探测原理的雷达能减少一般磁探仪过高的虚警率，并可对地下目标和介质结构进行成像。在发现可疑物品后，魔爪机器人的强化机械臂便可采取行动。以最新的魔爪-4型工程机器人为例，其机械臂与车体连接轴可全向转动，机械臂最长可伸至2.14米外，最大可举起33千克的重物，机械臂前端的机械爪可抓握直径不超过15.75厘米的物体，最大握力达530牛。自部署以来，派克波特和魔爪机器人已经接受过若干次升级和改装。未来，“先进爆炸物处理机器人系统”项目将部署一个基于通用体系结构的系统族，促进系统谱系内各型武器系统之间的互操作性，以及先进爆炸物处理机器人系统平台与新兴无人系统能力的快速研发与集成。
光学标记、追踪和定位技术 美海军研究实验室研制了追踪机动车辆/物体的新型光学标记系统材料，以及在混乱环境中定位标记物体的材料。标签材料是无源的（不会发射电子信号或者光学信号），可用于透明、彩色涂层或经过处理后肉眼不可见，但是容易被可视区域之外的特殊相机检测到。 其技术原理是以差别吸收与反射为基础：这些标签带有窄带光谱特征，因而在超出人眼敏感度的区域具有明显特征。虽然可以被光谱检测到，但是对肉眼是不可见的。除此之外还形成了独特的光谱条码，以区分单个场景内的多个目标。光学标记、追踪和定位技术对于在复杂环境中作战至关重要，可用于远距离识别目标、在混乱环境中区分敌军与友军，以减少误伤友军事件，提高态势感知能力，减少完成搜救任务所需的时间。
材料技术
透明仿生装甲 海军研究实验室研制出一种透明的热塑性弹性体装甲。该装甲的防护效能提升25%，可抵御7.62毫米枪弹，具备抗多次打击能力。该透明装甲可在增强对作战人员防护的同时，进一步减轻负荷，提升生存能力、机动性及运输能力。目前，海军研究实验室已在透明装甲研究方面做了大量研究，包括热塑性弹性体透明装甲以及尖晶石陶瓷制品等。其中，热塑性弹性体通过物理方法而非化学方法使柔软的橡胶聚合物固化而形成，而固化过程是可逆的，因此能够就地修复受损装甲表面。研究人员称，在高于软化点的温度（100℃左右）加热受损装甲，融化小的晶体使断裂表面融合并通过扩散实现重组。这个过程的完成需要有一个诸如烙铁的热金属板作为模板，使新形成的表面成为一个光滑平整的薄板。美国海军研究实验室利用热压将尖晶石加工为类似平板的透明装甲。在实验室中，研究团队制作出直径约20.3厘米的光学平板，下一步将把这项技术授权给一家公司，该公司能将其扩展成更大的平板，直径可达约76.2厘米左右。
责任编辑：彭振忠