三、重要前沿技术领域的研究进展
（一）信息技术
2020年，信息技术作为全球经济增长的重要支柱，仍保持着高速、高质量的发展。5G、人工智能、大数据、云计算等产业规模持续扩大，量子技术、太赫兹技术等新兴技术发展迅猛。受新冠肺炎疫情影响，传统行业加速数字化、智能化转型升级，数字经济蓬勃发展。
1. 重要趋势
（1）信息技术产业化规模持续扩大，数字经济与实体经济加速融合发展。美国白宫劳动力政策咨询委员会呼吁对数字基础设施进行空前的投资，以支持新冠病毒大流行后的经济复苏。美国咨询公司麦肯锡（McKinsey）预测，2030年前全球5G网络建设投资额将高达7000亿～9000亿美元，中低频5G网络将覆盖全球80%的人口（约70亿人）。美国国际数据公司（International Data Corporation，IDC）预测，全球云计算市场规模将在2024年超过1万亿美元，复合年均增长率将达到15.7%。世界半导体贸易统计组织（World Semiconductor Trade Statistics，WSTS）预测，2021年芯片销售额将增长8.4%，达到4690亿美元。美国亥伯龙研究公司（Hyperion Research）预测，到2024年，美国私营部门在量子计算产品和服务方面的支出可能会增加两倍以上，从2019年的2.5亿美元增加到8.3亿美元。
（2）各国关注下一代移动通信技术，纷纷开始布局6G技术，以争夺领跑地位。尽管6G技术尚未形成国际标准，但世界多国均在抢跑以获取主导权。国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）启动面向2030年及以后技术的研发，提出6G发展规划并启动6G技术研发。日本内政和通信部（Ministry of Internal Affairs and Communications，MIC）发布“6G综合战略”计划纲要，拟通过财政支持和税收优惠等手段推动6G技术研发，力争在2025年取得关键突破，在2030年实现6G商业化。韩国科学与信息通信技术部（Ministry of Science and ICT，MSIT）发布《引领6G时代的未来移动通信研发战略》，计划在2021—2026年内投资2000亿韩元研发6G技术，确保韩国在2029年前成为首个6G商用的国家。美国高通（Qualcomm）、微软（Microsoft）、脸书（Facebook）、InterDigital、威瑞森电信（Verizon）、美国电话电报公司（AT&T）和德国电信美国子公司（T-Mobile）等头部公司宣布共同成立6G联盟，致力于在未来10年内推动美国的移动技术在6G及相关行业处于领先地位。
（3）疫情期间网络流量激增，网络攻击活动日益活跃，医药研发机构、商业公司及政府部门等成为黑客攻击的重点。腾讯安全发布的《2020年DDoS威胁白皮书》显示，2020年全球分布式拒绝服务攻击（DDoS）次数创下历史新高，同比增幅高达135%。攻击主要集中在第三季度，且8月和9月最为密集。黑客攻击抗疫机构，旨在干扰抗疫进程或窃取研究数据。中国、意大利、美国等多个医疗机构及疫苗开发组织遭黑客入侵。其中较为严重的入侵事件为美国环球健康服务公司（Universal Health Services Inc.）遭遇勒索攻击，其在全美范围内的250多家医院和其他临床设施网络中断，影响多名患者的治疗。对商业公司实施的攻击意在窃取敏感数据、影响公司运营及勒索资金。其中较为严重的入侵事件为美国顶级安全公司FireEye的敏感安全测试工具被盗。该工具可模拟多种入侵手段对计算机系统进行破坏性测试，一旦滥用，风险极大。针对政府机构的攻击更具有针对性和定向性，美国商务部、财政部和国土安全部等机构的系统均遭黑客入侵，洲际弹道导弹部队机密文件遭黑客窃取，政府机构网站遭恶意篡改；波兰在北约军演期间受到黑客攻击，多个网站被植入虚假信息；奥地利外交部的计算机系统遭网络攻击，内部系统受损。
（4）全球半导体市场迎来并购热潮，半导体企业通过并购壮大自身实力以应对激烈竞争。美国英伟达公司（NVIDIA）宣布将斥资400亿美元收购英国ARM公司；模拟芯片企业亚德诺半导体公司（Analog Devices Inc.，ADI）宣布以210亿美元全股票收购模拟芯片公司美信（Maxim Integrated）；AMD公司宣布出资350亿美元收购全球最大的现场可编程门阵列独立供应商赛灵思（Xilinx），以扩大其日益增长的数据中心业务；美满电子科技公司（Marvell）宣布将以100亿美元收购Inphi公司；韩国SK海力士公司（SK Hynix）宣布将以90亿美元收购英特尔（Intel）NAND存储芯片业务。
（5）全球各大经济体加强对科技巨头的监管，防止其利用领先地位破坏市场公平竞争。美国及欧盟对谷歌（Google）、脸书（Facebook）、亚马逊（Amazon）和苹果（Apple）等大型科技公司展开反垄断调查并提起诉讼。日本政府称将与美、欧共同加大对科技巨头的反垄断审查力度。同时，欧美国家通过立法、机构改革进一步推进反垄断工作，如美国司法部公布立法提案，拟削弱互联网公司的法律豁免权；欧盟发布《数字服务法案》和《数字市场法案》草案，意在明确数字服务提供者的责任并遏制大型网络平台的恶性竞争行为；英国政府计划成立数字市场部门以监管科技巨头，从而遏制和规范这些公司的运营。
2. 重大进展
（1）各国持续加码量子计算研究，量子计算机性能不断增强。美国陆军研究实验室（Army Research Laboratory，ARL）与麻省理工学院的研究人员合作证明了室温下量子计算的可行性。研究人员通过计算机模拟证明，可在非线性光学晶体中制造空腔并将光子暂时捕获在其内部，以此建立量子位，并用晶体腔是否带有光子表示不同的量子态，进而创建量子逻辑门。这一研究成果表明，结合非线性光学晶体的光子电路已成为目前在室温下使用固态系统进行量子计算的最具可能性的方法。中国科学技术大学的研究人员完成长距离量子纠缠实验，借助两种实验方案分别实现22千米和50千米的量子纠缠，创长距离量子纠缠新纪录。该实验发展了光纤内低损传输的高效光传输与量子纠缠技术，并实现了存储器光源经由长光纤传输后的远程干涉，降低了长距离量子纠缠实验中的高损耗问题。该成果有望帮助量子通信技术向传输距离更远、更稳定的趋势发展。
（2）人工智能技术取得长足进步，基础研究持续深化，应用面持续扩大。底层算法、基础器件和机器学习解决方案朝着强算力、高精度、低能耗的趋势发展。人工智能服务于更多实际应用场景，提高生产力。美国国际商用机器公司（International Business Machines Corporation，IBM）的研究人员基于相变存储器技术开发了一种机器学习方案。该方案通过内存运算弥补了数据存储和计算环节分开的缺陷，在大幅降低功耗的同时兼顾了运算精度。美国内华达大学（University of Nevada）的研究人员受昆虫使用视觉信息估算飞行速度的方法的启发，开发了一种名为FLIVVER的新算法，可利用较少的计算资源，根据图像中物体的相对距离变化估算飞行器的速度。丹麦奥尔胡斯大学（Universitas Arhusiensis）的研究人员成功将谷歌公司旗下的人工智能软件AlphaZero（AlphaZero可在没有任何人工标注和知识预存的状态下进行自主学习）与专用量子优化算法结合，提高了量子计算系统的控制性能。
（3）半导体技术持续发展，新工艺与新材料的研发不断刷新半导体性能和能耗纪录。中国台湾地区的台积电公司宣布在3纳米芯片制程取得重大突破，计划于2021年试产，2022年量产。该3纳米芯片制程工艺的晶体管密度达到2.5亿个/平方毫米，为7纳米制程工艺晶体管密度的3.6倍；性能较5纳米制程提升7%，能耗降低15%。美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory，ANL）开发了分子层蚀刻技术。该技术不会破坏必要的器件结构，且与传统的薄膜蚀刻制造方法相比精度大幅提高，有望帮助研究人员寻找控制纳米结构几何形状的新途径，从而研发更小的电子器件，这或将为微电子学打开新的大门，并有望延续摩尔定律。美国加州大学洛杉矶分校（University of California，Los Angeles，UCLA）的研究人员开发了一种新方法，可使用二维半导体材料制造可编程电子设备。该研究打破了二维半导体的局限性，首次证明了超离子材料可用于控制二维半导体的电荷载流子类型，并创建了极性可切换的可编程电子组件，如二极管和晶体管等。
（二）生物技术
2020年，新冠肺炎疫情在全球大爆发，不仅严重威胁人类的生命健康，而且深刻影响了全球生物医药的研发、应用进程和产业格局。基因编辑、合成生物学、mRNA疫苗等新兴生物技术在抗击新冠肺炎疫情中发挥了十分高效的作用，成为人类应对重大公共卫生事件的有力工具。受新冠肺炎疫情影响，医药供应链安全、生物经济、远程医疗等受到各国政府的高度重视，各国竞相加速调整和布局相关产业。同时，生物领域的颠覆性发展也在加速进行中，如人工智能赋能生命科学研究与生物医药研发，脑机接口技术正在突破人类神经信号传输的生理限制，创新疗法有望攻克困扰人类的多种重大疾病等。
1. 重要趋势
（1）新兴生物技术高速发展，许多成果在应对新冠肺炎疫情中表现出强大的应用潜力，成为解决公共卫生和医学难题的有力工具。2020年2月，瑞士伯尔尼大学（University of Bern，UB）的研究人员利用基于酵母的合成基因组学平台，对新冠病毒进行化学合成和重新设计，有助于快速研究新冠病毒及其变异情况。2020年5月，美国麻省理工学院张峰团队研发的首个CRISPR新冠病毒检测试剂盒STOPCovid获美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准上市，将病毒检测时间缩短到15～45分钟；北京大学研究团队利用高通量单细胞测序技术，从恢复期患者的抗原富集B细胞中快速鉴定出新冠病毒中和单克隆抗体（mAb），有望成为新冠肺炎靶向治疗药物。
（2）新冠肺炎疫情导致全球医疗物资供应紧张，各个国家和地区纷纷强化自身医药保障和生物经济能力。2020年2月，美国国家科学院（National Academy of Sciences，NAS）、工程院与医学院（The National Academies of Sciences, Engineering, Medicine）发布《保护生物经济》报告，全面梳理了美国生物经济所处的内外部环境及面临的风险，提出了保护美国生物经济的战略，包括资助生物经济研究企业、壮大熟练劳动力规模、解决知识产权威胁、保护价值链和审查外国投资等。2020年11月，欧盟委员会（European Commission，EC）提出《欧洲制药战略》，旨在建立具有前瞻性和抗危机能力的欧盟制药体系，包括健全医疗供应链，提高欧盟制药业的竞争力、创新能力和可持续性，研发高质量、有效、绿色的安全药品等。
（3）人工智能与生物医学加速融合发展，助力基础研究和应用研究不断取得新突破。2020年3月，美国IBM公司借助Summit超级计算机进行人工智能筛选药物分子，在8000多种化合物中筛选出7类有望治愈新冠肺炎的候选药物。2020年7月，中国李兰娟院士研究团队采用人工智能算法，从151种上市药物中筛选出5种药物，成为对抗新冠病毒的有效武器。2020年9月，联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）宣布，将着重开发农业领域的人工智能技术，促进实现粮食和营养安全的可持续发展。2020年11月，美国DeepMind公司研发的AlphaFold 2.0人工智能系统在国际蛋白质结构预测竞赛（Critical Assessment of protein Structure Prediction，CASP）中拔得头筹，能够精确地基于氨基酸序列预测蛋白质的3D结构。
（4）新冠肺炎疫情大流行凸显了远程医疗在向乡村和偏远地区提供优质医疗保健中的重要性，促进了各类健康数据监测传感器的研发与应用。2020年9月，美国卫生与公众服务部（Health and Human Services，HHS）与美国农村部（United States Department of Agriculture，USDA）联手开展农村健康计划，在农村地区合作推动远程医疗，以解决区域健康差异、向美国农村地区推广宽带服务和技术等。美国国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）与多家学术机构和公司签订7份合同，拟开发有助于应对新冠肺炎疫情大流行的数字健康解决方案。该方案或将开发智能手机应用程序、可穿戴设备和软件等工具，可识别感染者并追踪其联系方式，跟踪经过验证的新冠肺炎测试结果，并监视感染者和潜在感染者的健康状况等。通过可穿戴设备和医疗监护设备等设备将人与互联网连接的“身联网”正在蓬勃发展，同时引发了数据泄露风险和技术监管挑战，因此，世界经济论坛发布研究报告——《身联网已来：应对技术治理的新挑战》，积极探讨身联网技术风险和监管措施。
2. 重大进展
（1）mRNA疫苗首次投入临床应用，或将带来医药领域的巨大变革。2020年，美国Moderna公司研发的mRNA新冠疫苗，以及德国BioNTech公司与美国辉瑞公司（Pfizer）联合研发的mRNA新冠疫苗在3期临床达到所有疗效终点，保护率大于90%，相继成功获批上市，并快速在人群中大规模接种。mRNA疫苗与传统疫苗生效机制完全不同，传统疫苗使用活病毒、死病毒或病毒外壳部分物质，以训练人体免疫系统。而mRNA疫苗含有基因物质，由脂质体包裹，注射入体内后，肌肉细胞吸收mRNA并产生某种病毒蛋白，免疫系统会及时产生抗体和T细胞来抵御病毒的入侵。在此之前，虽然针对mRNA的研究已有20余年，但直到2020年，mRNA才首次用于进入市场的药物。mRNA疫苗具备高有效性、低成本、容易重新构建等特点，更有利于研究人员攻关艾滋病、婴儿呼吸道病毒、疱疹和疟疾等这些目前尚无成功疫苗的疾病。未来，mRNA技术或为癌症、镰状细胞病、艾滋病等带来低成本的基因修复希望。
（2）脑机接口技术在重建瘫痪患者的神经控制与感受功能、捕捉大脑意识等领域不断涌现突破性成果。2020年2月，西班牙米格尔·埃尔南德斯大学（Miguel Hernandez University，UMH）开发了“仿生眼睛”脑机接口系统，可直连大脑视觉皮层使患者复明。同年3月，中国北京脑科学与类脑研究中心构建了新型光学脑-脑接口，在两只老鼠间实现了高速率的运动信息传递；4月，美国巴泰尔科研中心（Battelle Institute）和俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心（The Ohio State University Wexner Medical Center）的研究团队成功利用脑机接口系统强化了微弱的人体神经信号，帮一位脊椎严重损伤的受试者恢复了手部触觉；8月，美国Neuralink公司发布了微型脑机接口设备Link V0.9，依靠神经元活动成功预测了实验猪的行为。
（3）创新疗法不断涌现，困扰人类的艾滋病等重大疾病有望被彻底治愈。2020年3月，英国伦敦大学的科学家对一位艾滋病患者使用干细胞移植治疗后，全部清除了患者体内的人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus，HIV）。这是全球第二例被治愈的艾滋病患者，而移植所用的干细胞来自对艾滋病病毒具有天然抗性的CCR5基因突变者。2020年7月，巴西圣保罗地区的一位艾滋病患者经抗反转录病毒疗法与烟酰胺（维生素B3）的联合治疗后，停药66周后仍未检出HIV病毒，有望成为全球首例通过药物治愈的艾滋病患者，以及全球第3例艾滋病治愈患者。2020年10月，法国里昂国际癌症研究所（International Agency for Resach on Cancer，IARC）等机构的研究团队发现通过CRISPR/Cas9基因编辑技术靶向乙肝病毒，有望产生乙肝表面抗原，开发新型慢性乙肝治疗药物。2020年12月，美国天普大学（Temple University）的研究人员使用CRISPR剔除了非人灵长类动物基因组中一种与HIV密切相关的猴免疫缺陷病毒（Simian Immunodeficiency Virus，SIV），有望开创新的艾滋病疗法。
（三）能源技术
2020年，新冠肺炎疫情席卷全球，全球经济深度衰退，能源供需受到明显冲击。为刺激经济，世界主要经济体纷纷推出绿色复苏计划，海上风电、光伏光热及绿氢企业加大了对研发和技术改进的投入，频频取得技术突破。核电方面，第四代核电技术继续成为各国的研究重点，美国和俄罗斯处于领先位置。聚变能方面，国际热核聚变实验堆正式步入实施阶段，日本新一代托卡马克等离子体实验装置JT-60SA完成主体建设，预计于2021年全部建成并开展实验。
1. 重要趋势
（1）世界主要经济体纷纷推出绿色能源政策。在疫情的严重冲击下，世界主要经济体纷纷做出紧急应对，推出史无前例的刺激措施，将绿色复苏作为未来经济社会可持续发展的重大战略举措。美国能源部（United States Department of Energy，DoE）发布了《氢能项目计划》（Hydrogen Program Plan），旨在加强基础技术和应用的研发，以多种资源和多种途径制氢，并确保在各种规模下都能以最低的成本生产、储运和使用氢能。该计划具体目标包括：将氢气的生产成本降至2美元/千克、将氢气的输配成本降至2美元/千克、将车载氢气的成本降至8美元/千瓦时及将电解槽的成本降至300美元/千瓦等。欧盟推出《欧盟氢能战略》，提出到2024年安装600万千瓦的电解设施以具备100万吨绿氢的制备能力，到2030年安装4000万千瓦的电解设施以具备1000万吨绿氢的制备能力。法国推出1000亿欧元的“法国恢复计划”，其中110亿欧元用于运输业脱碳，92亿欧元用于支持可再生能源研究，重点关注制氢技术。英国推出120亿英镑的“绿色工业革命十点计划”，推动海上发电、氢能产能、先进核能、电动汽车、零排放飞机和船只等领域的发展。西班牙推出《氢能路线图：对可再生氢的承诺》（Hydrogen Roadmap：a Commitment to Renewable Hydrogen）计划，将于2024年安装300～600兆瓦的电解槽，到2030年将安装4吉瓦的电解槽。韩国政府出台“绿色新政”，计划在妥善应对气候和环境挑战的同时，提升韩国产业的环境标准合规竞争力，发展绿色经济。
（2）风电机组大型化步伐加快。大型风电机组可在同等资源条件下增加发电输出功率，获得更多的发电量。2020年3月，中国中车株洲电力机车研究所在云南火木梁风电场吊装了西南地区单机功率和风轮直径最大的风电机组WT3300D146。2020年5月，全球海上风机制造巨头德国西门子歌美飒公司（Siemens Gamesa）推出14兆瓦的机组SG14-222 DD。该机组配备108米长的叶片，叶轮直径为222米，预期较前代11兆瓦的风电机组在同等资源条件下发电能力增加25%。同月，德国工程公司Aerodyn Energiesysteme推出了一款111米长的全新叶片，刷新了歌美飒公司风机叶片的长度纪录。这款叶片采用了创新的混合碳纤维和玻璃纤维增强的聚合物翼梁帽作为装置内部结构的一部分，减少了对相对昂贵的碳纤维的需求。此外，中国明阳智能公司发布全球最大半径直驱海上机组MySE11-203和全球最大半径直驱陆上机组MySE6.25-173，这些机组融合了先进的遗传算法和边缘计算等技术，可更精确地捕获风能。
（3）光伏发电具备经济竞争力。根据国际可再生能源机构（International Renewable Energy Agency，IRENA）于2020年6月发布的《2019年可再生能源成本》（Renewable Power Generation Costs in 2019）报告显示，2020年年初，全球已安装了580吉瓦的太阳能光伏发电系统，是2010年装机总量的14倍。2010—2019年，全球公用事业规模的光伏电站加权平均发电成本大幅下降了82%，从2010年的0.378美元/千瓦时降至2019年的0.068美元/千瓦时，而2020年全球光伏发电成本进一步降至0.045美元/千瓦时，约40%的光伏发电项目低于当地最便宜的化石能源电力。
（4）绿色制氢技术备受青睐，发展迅速。传统的制氢方法利用电网发电进行电解水制氢，消耗大量电能，而利用风能、太阳能、生物质能等可再生能源产生的电力进行电解水制氢则能够节约电力资源，减少温室气体排放。西门子歌美飒公司与丹麦电解设备供应商Green Hydrogen Systems达成协议，双方将设计一套适用于单台风机的电解设备，以帮助风电制氢成本下降到化石能源制氢成本水平。日本于2020年2月完成了福岛氢能研究项目制氢装置建设，项目进入试运营阶段。整套装置由20兆瓦的光伏发电系统和10兆瓦的电解槽装置组成，是全球最大的光伏制氢装置。生物质气化制氢方面，美国能源部在《氢能项目计划》中指出，每年有超过10亿吨的家庭生物质和垃圾资源，可通过气化和蒸汽重整产生氢气。印度石油公司（Indian Oil）和印度科技学院（IISc）也签署了合作备忘录，计划在印度石油研发中心法里达巴德开展生物质气化制氢示范项目。
2. 重大进展
（1）漂浮式海上风电建设进展显著。传统固定式海上风电只能在近海部署，且对海洋环境要求较高。而漂浮式海上风电设计灵活，可摆脱不同海床条件的束缚，近年来备受关注。2020年7月，西班牙雷普索尔公司（Repsol）的WindFloat Atlantic 25兆瓦浮式离岸风电场全部投产发电，这是全球首座半潜式海上风电场，也是欧洲大陆海域首个浮式海上风电项目。2020年9月，西班牙宣布将在西非摩洛哥西南附近及大加那利岛东南海域开发5个浮式风电场，装机容量超过25万千瓦。同月，法国道达尔（Total）与澳大利亚麦格理投资集团（Macquarie Group）共同宣布，将在韩国投资建设总装机容量达230万千瓦的大型浮式海上风电项目。2020年10月，由挪威国家石油公司Equinor主导开发的全球最大浮式风电场Hywind Tampen正式开工建设，总装机容量为88兆瓦，由11台西门子（SIEMENS）8兆瓦机组组成，将为挪威北海Snorre和Gullfaks近海附近的海上油气作业平台提供电力。
（2）先进核技术取得突破。新冠肺炎疫情期间，核电在提供持续稳定的电力供应的同时，核电技术也取得巨大突破。在第四代核电技术方面，美国纽斯凯尔动力公司的小型模块化反应堆（SMR）已完成美国核管会的设计认证审查，该堆成为美国首个通过认证的四代SMR设计。俄罗斯启动铅冷快堆燃料制造设施的主设备安装，预计将在2022年完成建设。中国超临界水冷堆技术研发第1阶段的研发目标已完成，提出了超临界水冷堆总体技术路线，完成了中国百万千瓦超临界水冷堆CSR1000总体设计方案和材料选型方案。在核聚变方面，ITER项目是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程，探索受控核聚变技术商业化的可行性。该项目于2020年7月在法国南部正式开始了为期5年的组装工作，预计将在2025年获得第一束等离子体。英国兆安球形托卡马克升级版（MAST-U）首次成功进行等离子体放电，后续将进行一系列试验，并探索将其作为聚变反应堆形态的可行性。在耐事故燃料方面，2020年2月，通用原子能公司（General Atomics）和法马通公司合作开发使用碳化硅复合材料制造的耐事故燃料通道取代目前的锆合金燃料通道，可以提高通道的耐高温性能和抗氧化性，在严重事故情景下可显著减少氢气的生成量。2020年2月，美国全球核燃料公司（Global Nuclear Fuel）开发了耐事故燃料先导组件，完成了首个换料周期的辐照试验。
（3）光伏技术创新不断，转换效率纪录不断被刷新。中国汉能控股集团的HJT电池达到25.1%的转换效率，刷新了中国HJT电池的转换效率纪录，也刷新了日本三洋公司此前达到的24.7%的全球转换效率纪录。加拿大阿特斯阳光电力公司（Canadian Solar）和中国晶科能源公司在多晶硅太阳电池方面连续打破了转换效率纪录，其中中国晶科能源公司创造了仔晶诱导铸锭（DS）N型多晶硅TOPCon（Thin Oxide Passivated Contact，一种钝化接触型电池）双面电池24.4%的全球最高效率。杭州纤纳光电科技公司小型钙钛矿光伏组件创造了18.04%的转换效率，刷新了此前由其保持的17.25%转换效率的世界纪录。
（四）新材料技术
新材料作为国民经济先导产业和高端制造及国防工业的重要保障，在科技和经济发展中的支撑性、引领性作用不断增强，已成为大国角逐的重点。近年来，世界科技强国积极布局新材料领域，致力于新材料技术的研发和应用，持续推动新材料技术与信息、能源、生物等领域前沿技术的融合，加速相关产业的颠覆性发展。2020年，科技强国加速推进高性能结构材料、先进功能材料及前沿材料等不断取得新的突破，同时越来越重视关键原材料供应链的安全问题，以期抢占未来高科技产业的制高点。
1. 重要趋势
（1）发达国家和地区启动多项计划，大力促进本国新材料产业发展。新材料产业作为发展高端技术及产业的基础，持续受到美、欧、日、韩等发达国家和地区的高度关注。2020年4月，欧盟委员会宣布将联合比利时微电子研发中心（Interuniversity Microelectronics Centre，IMEC）在内的顶尖科研机构，建立一条将石墨烯及其相关二维材料（GRMs）整合到半导体平台的实验试点线，加速推进石墨烯光电器件在传统制造业的应用进程。2020年7月，德国研究联合会（DFG）投入1000万欧元资助量子材料领域的特别研究项目，以推进未来量子技术的发展。同月，英国商业、能源与产业战略部（The Department for Business, Energy and Industrial Strategy，BEIS）正式启动“可持续复合材料计划”，着眼于复合材料的全生命周期，确保其满足未来飞机、汽车与风电涡轮机等领域发展的需要。
（2）美、欧对关键原材料供应链展开新一轮布局，谋求降低对外依赖。2020年，新冠肺炎疫情的暴发给全球高技术产业供应链带来巨大压力，也使美、欧国家越发重视上游原材料的供应安全问题，开始致力于将关键材料的供应本土化，以避免本国技术产业受制于人。2020年4月，美国国防部出资协助加利福尼亚州稀土矿场研发加工设施，降低稀土对外依赖。同时，美国国防部还与澳大利亚稀土公司莱纳斯签署协议，在得克萨斯州建立重稀土分离厂，以确保美国拥有安全稳定的高质量分离稀土材料供应，从而为北美地区的特种金属制造和永磁体生产等下游产业提供重要基础。2020年9月，欧盟委员会发布《关键原材料行动计划》，旨在确保欧盟在绿色和数字化经济转型中掌握关键原材料的战略自主权。根据该计划，欧盟将重点开展构建具有韧性的原材料价值链、加强原材料回收利用、推动本地原材料开发和多元化原材料供应渠道等工作。
（3）信息技术在新材料研发中的应用不断加深。随着大数据、人工智能等技术的发展，新材料的研发过程发生了巨大改变。传统的新材料研发主要依赖大量重复性实验，而现在借助机器学习等信息技术，可迅速从海量数据中找到因果关系，大大降低了材料开发的试错成本，使新材料的研发周期大幅缩短。2020年，发达国家继续推动信息技术在新材料研发中的应用，争夺未来科技竞争的制高点。2020年3月，美国能源部开发了一种预测材料性能的新方法，即利用机器学习技术来减少测试和评估候选材料性能的工作量，从而加速了新材料从发现到大规模部署的过程。2020年4月，英国剑桥大学（University of Cambridge）设计了一种新方法，利用机器学习算法对测量的数据进行处理，以预测电池的健康状况和使用寿命。
2. 重大进展
（1）颠覆性新材料技术不断涌现，带来高技术产业新变革。在二维材料方面，美国斯坦福大学（Stanford University）利用二维材料制备的超薄异质结构表现出优异的隔热性能，有望用于电子器件超轻隔热罩。在超导材料方面，美国罗切斯特大学（University of Rochester）在碳硫化氢材料中首次观察到室温（约15摄氏度）超导现象，对超导现象的进一步探索及实现能够应用的室温超导体具有重要的指导意义。在智能材料方面，中国天津大学成功研发“全天候自愈合材料”，其能在严寒、深海和强酸碱等极限条件下快速自愈合，有望成为机器人、深海探测器和极端条件下各类高科技设备的“超级电子皮肤”。
（2）先进信息材料不断涌现，推动信息产业快速发展。2020年5月，中国研究人员制备了高密度、高纯半导体阵列碳纳米管材料，并在此基础上首次实现了性能超越采用同等栅长硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的晶体管和电路，为推进碳基集成电路的实用化发展奠定了基础。2020年6月，瑞士洛桑联邦理工学院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）利用二硒化钨和二硒化锡栅极结的能带对准机制，开发了高能效二维晶体管，效率比传统晶体管高约10倍，可用于构建类似于大脑神经元的节能电子系统，未来有望在可穿戴设备和人工智能芯片领域得到应用。
（3）新能源材料技术推陈出新，推动绿色经济可持续发展。2020年，在新能源材料技术领域，太阳能电池材料、锂离子电池材料和燃料电池材料发展最为迅猛，加速推动了动力电池和太阳能发电等相关产业的变革。2020年2月，澳大利亚昆士兰大学（The University of Queensland）开发了能量转换效率高达16.6%的新型量子点太阳能电池，比此前的世界纪录高出近25%，朝柔性、透明太阳能电池的目标又迈进了一步。2020年5月，中国和瑞典合作设计了固态锂电池多功能中间层，大幅提升了固态电池的电化学性能。2020年8月，韩国浦项工科大学采用了一种结合铂和氢钨青铜的催化剂，解决了氢燃料汽车不使用时燃料电池的腐蚀问题。
（五）智能制造技术
2020年，新冠肺炎疫情加速了智能制造技术主动或被动的发展。智能制造技术作为制造业未来发展的重要驱动因素，已成为全球价值链重构和国际分工格局调整背景下各国的重要选择，成为高端制造业竞争的主战场。5G技术、人工智能技术与制造业的加速融合，推动制造业转型升级。以机器人、3D打印等为代表的智能制造技术仍是全球科技创新的热点。
1. 重要趋势
（1）5G加速与工业融合，助力制造业升级转型。5G技术具备媲美光纤的传输速度、万物互联的泛在连接和接近工业总线的实时能力，其向工业领域的逐步渗透引发了一系列融合创新应用与变革，为制造业转型升级带来了历史性的发展机遇。英国投资900万英镑启动了名为“5G-Encode”的5G技术与制造业融合项目，将探索工业环境中专用5G网络的新业务模型，还将研究5G在改善复合材料设计和生产过程中的实际应用，以提高复合材料设计和制造的生产率与效率。中国台湾地区的台达电子、远传电信与微软合作，共同打造台湾地区第一个5G智慧工厂，即凭借“大数据、人工智能、物联网”等技术优势，以及微软的先进云端技术，将导入无人搬运车、自动光学瑕疵检测设备、云端AIoT应用三大智慧应用，由此打造领先的5G应用示范工厂。韩国电信公司（Korea Telecom，KT）与现代重工（Hyundai Heavy Industries）联合推出的5G智慧工厂工业机器人，集成了5G、云、智慧工厂平台技术，可以代替人类执行高速、超重、高危险性的工作，比协同型机器人的速度更快，负荷更大。该5G智慧工厂工业机器人除了提供设备管理、生产状态管理、任务管理等基本功能，还具备机器人及其他设备联动生产任务管理、机器人故障诊断及寿命预测、机器人状态及生产分析报告等新功能。
（2）服务机器人市场表现亮眼，将迎来发展新机遇。随着应用场景和服务模式的不断扩展，服务机器人的市场需求量不断上升，服务机器人的市场规模不断扩大。2020年，受新冠肺炎疫情影响，全球多地区智能产品销量大幅下降，但服务机器人领域表现亮眼，众多服务机器人产品在全球抗疫中发挥了重要作用。越来越多的科技企业与机器人公司加紧布局服务机器人行业，加大资金投入，推动服务机器人的应用场景和范围不断深化与扩大。韩国三星集团（SAMSUNG）开发的JetBot AI +机器人吸尘器、Bot Care个人助理机器人和Bot Handy机器人，可帮助完成居家整理、日常提醒及室内清洁等工作，在家庭场景中真正发挥作用。韩国SK电讯和韩国欧姆龙（Omron Electronics Korea）合作开发了搭载AI、5G、机器人自动控制等尖端技术的防疫AI机器人，其可与搭载5G网络的服务器实时交换数据，执行建筑物消杀、体温检查、驱散聚集人群等任务。美国强生公司（Johnson & Johnson）推出的一款手术机器人Ottava，具有6只机械臂，能够与手术台相整合，采用零占用空间设计，能够节省手术室空间，改善手术的工作流程，其灵活性与操作性在市场同类产品中皆属一流。
（3）人工智能应用持续扩展，与工业融合加速，推动智能制造发展。人工智能的应用从消费智能扩大到企业智能，带动并创造了更强大的生产力，以人工智能赋能制造业的行动已在全球铺开。法国航空电子公司Thales SA利用机器学习，对欧洲的铁路系统进行预防性维护，利用从整个欧洲沿途部署在火车零件及子系统中的传感器收集运行状态与数据，并开发出一种AI算法，可预测铁路运行中的潜在问题，以及时更换特定零部件，保障线路运行安全。德国开发出可监测机器人装配线故障的智能系统，可忽略不相关的背景噪声，区分多个目标声音，并通过监测机器人正确作业时本应发出的声音来判断其是否正常工作，以进行预测性维护。德国宝马集团（Bayerische Motoren Werke AG，BMW）的丁格尔芬工厂利用AI技术，评估其生产线中的零部件图像，比较车辆订单数据与新生产汽车的实时图像，实时发现偏差问题。
2. 重大进展
（1）智能工厂建设推进，助力制造业升级转型。2020年，世界经济论坛已遴选出54家灯塔工厂作为全球智能工厂标杆。未来，全球智能工厂建设步伐将进一步加快。日本发那科集团（FANUC）上海智能工厂三期项目开建。该工厂将通过发那科的工程集成及技术服务能力，利用其IoT、AI等智能制造技术，建成集生产、研发、展示、销售、系统集成与服务于一体的机器人超级智能工厂。韩国中小企业和创业部计划在2025年前将智能工厂的推进率从22%提高到30%，将其数量增加至1000家，并从中选出100家不同行业的代表性工厂作为“灯塔”，在工业园区建立数字集群，推动制造业与第一、三产业结合。
（2）3D打印创新成果不断涌现，技术与应用发展齐头并进。2020年2月，中、美科学家利用3D打印技术构造出三维锥形不对称结构蒸发体系，使海水淡化速率达到每小时每平方米1.72千克，显著提高了水蒸发速率和能量利用效率。2020年7月，美国麻省理工学院开发出体积生物打印技术，可在几十秒内制备出厘米级的生物组织，且精度更高、打印速度更快，27秒即可打印体积为4.14立方厘米的人体外耳郭结构，且不需要支撑结构。2020年9月，美国卡耐基梅隆大学（Carnegie Mellon University，CMU）开发了一种3D打印传感器，能够在约10秒内识别新冠病毒。研究人员采用Optomec的专利气溶胶喷射印刷工艺，快速开发出小型金电极传感器，能够从一小滴血液中迅速准确地检测出病毒抗体，极大地加快了检测进程。2020年11月，美国3D打印初创公司Relativity Space完成了其3D打印火箭发动机Aeon 1的首次地面全周期点火运行实验。该火箭发动机总共只有100多个零件，平均制造周期仅为一个月。此次全周期点火实验成功，表明Aeon 1已经具备了商用潜力。
（3）数字孪生技术助力制造业效能大幅提升。2020年3月，美国工业互联网联盟（Industrial Internet Consortium，IIC）发布《工业应用中的数字孪生：定义，行业价值、设计、标准及应用案例》白皮书，从工业互联网的视角阐述数字孪生的定义、商业价值、体系架构及实现数字孪生的必要基础，为各类在数字孪生领域进行研究、开发、部署和测试实践的活动提供操作指导。2020年9月，美国南卡罗来纳大学（University of South Carolina）获得美国海军研究办公室（Office of Naval Research，ONR）920万美元的投资，将其开发的“数字孪生”系统应用于美国海军电气系统的指挥、控制和预测，使舰船操作员能够充分利用舰船的电气系统来满足关键任务需求。“数字孪生”系统将提高美国海军舰船动力系统和平台的韧性、效率、适应性和自主性，并为舰船上昂贵的电气部件提供实时监测和预测性维护。2020年8月，英国宇航系统公司（BAE Systems）采用数字技术对“暴风”（Tempest）第六代战斗机进行设计，通过计算机模拟数字孪生模型和3D打印模型相结合来加快战斗机的开发进程。该公司采用数字孪生技术，设计和测试战斗机的概念外形，试飞员可在陆基模拟器上驾驶“暴风”战斗机，然后利用3D打印制造飞机模型，在世界级风洞设施中进行测试。
（六）航天技术
2020年，世界航天装备研发稳步发展，诸多重点项目实现重大技术突破或达到重要节点。在大国竞争的背景下，主要国家积极推动系统能力更新与扩充，应用由战略支撑向战役战术保障转变，带领世界航天向军事化、武器化、联盟化方向发展。在商业航天的带领下，低轨小卫星星座建设逐渐兴起，使全球单年卫星发射总量首次突破1000颗；商业火箭、载人飞船及在轨服务均取得重要成就，促进全球航天多元化发展。此外，美国、中国和日本等国分别对月球、火星及小行星展开探索，引领全球新一轮深空探索热潮。
1. 重要趋势
（1）太空继续向军事化、武器化方向发展。美国发布首份作战条令《太空力量》（Doctrine for Space Forces），首次从物理、网络及认知维度对太空领域进行全面剖析，为其深化太空领域的军事部署奠定基础；美国成立“三角洲”（Delta）和“守备队”（Garrison），将针对具体任务和行动开展训练，为太空作战部队提供保障；美国成立太空作战司令部，负责维护和保障军事卫星的安全，并为美军全球作战提供支援；美国研发出“小林丸”太空跟踪系统，启用太空监视雷达站“太空篱笆”和首套太空攻击武器系统“反通信系统Block 10.2”，进一步提升其太空攻防能力，强化太空威慑。俄罗斯计划对国家太空监视系统进行改进，将重点提升系统信息探测和数据处理能力，加强太空综合保障能力建设；对“努多利”机动式反卫星系统开展多次实战性能测试。北约在德国拉姆斯泰因空军基地建立北约太空中心，其将为北约的太空行动提供支持，分享信息和协调相关活动，并将帮助北约开展太空军事理论研究。英国任命首位太空司令部司令，组建内阁级国家太空委员会，并启动太空司令部的建设，以领导英国全面开展太空能力建设，保护英国的太空利益。法国成立太空司令部，并将空军改名为空天军，以打造独立的太空能力。日本正式组建太空部队，并将构建天基预警系统，以提升对高超声速和弹道导弹等威胁的探测预警能力，加强太空防御能力的建设。
（2）美国强化与盟友的太空合作，太空联合对抗初见端倪。美国天军司令部正式接管“奥林匹克防卫者行动”项目，将与盟友构建太空联盟，共同强化太空威慑能力，以应对中俄太空威胁；美国在《太空作战规划指南》（Chief of Space Operations' Planning Guidance，CPG）中指出，要扩大美军与盟国的合作，为太空力量的发展和壮大提供帮助；美国以“阿尔忒弥斯协定”为抓手，先后与加、日、意等9国签署协定，共同为美国“重返月球”计划提供支持；美国天军建立首席伙伴关系办公室，旨在扩大与澳、日、英、法、德等盟国的太空合作伙伴关系；美国将与日本构建太空情报共享网络，并帮助日本培养太空军事作战人员，继续深化双方在太空领域的合作；美国与印度签署《太空态势感知领域的科学合作》（Scientific Collaborations in Area of Space Situational Awareness）谅解备忘录，双方将在太空态势感知技术研发和地面监视设施建设等方面开展合作。
（3）深空探测密集开展，月球、火星及小行星成为探索热点。美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）发布《NASA月球持续探索与开发规划》（NASA's Plan for Sustained Lunar Exploration and Develoment）和《深空探索与发展新时代》（A New Era for Deep Space Exploration and Development）报告，指出美国将于2023年抵达近月空间，2024年再次实现载人登月，此后还将在月球南极建设“阿尔忒弥斯”营地，开展长期经济与科技活动，并支持21世纪30年代的首次载人登陆火星；美国发布“鼓励国际社会支持回收和利用太空资源”行政令，并计划采购由商业公司收集的月球样品，为美国商业航天企业进入太空资源开发领域提供支持；NASA发布“阿尔忒弥斯”探月计划协定，要求参与该计划的国家遵守协定原则，以保障月球探索有序开展。俄罗斯计划与欧空局开展合作，拟在2025年前完成3次落月任务，并对月球极地和土壤环境开展研究。日本“火星卫星探测”任务进入全面研制阶段，将首次尝试把“火卫一”（Phobos）样品送回地球；日本小行星探测器“隼鸟2号”（MUSES 2）释放的返回舱携带“龙宫”（Ryugu）小行星样本于2020年12月成功返回地球。中国成功发射“天问一号”火星探测器和“嫦娥五号”月球探测器，前者成功进入环火轨道，将帮助中国实现第一次自主火星探测任务；后者成功实施无人月面取样返回任务，使中国成为继美、俄之后第三个取得月球样本的国家。阿联酋“希望”号火星探测器成功发射并顺利进入环火轨道，开启火星探索任务。
2. 重大进展
（1）低轨卫星星座建设兴起，将为航天技术和装备发展带来颠覆性影响。在商用和民用航天领域，美国SpaceX公司已通过16次发射成功将953颗“星链”卫星送入轨道，并在内部测试中为用户提供4G水平的天基互联网服务；美国亚马逊公司的“柯伊伯”（Kuiper）星座获得美国联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）审批，将部署由约3200颗卫星组网的互联网星座；英国和印度联合收购OneWeb公司，并于2020年12月恢复发射，成功发射了36颗组网卫星，使OneWeb星座在轨卫星总数达110颗，将为政府和企业提供商业通信服务。俄罗斯计划于2021年起着手实施“球体”（Sfera）计划，将打造由640颗卫星组成的卫星星座，以提供定位、雷达探测及通信等服务。欧洲计划投资60亿欧元构建卫星互联网星座，将为政府机构和偏远地区提供安全通信与互联网服务，并将使欧洲在卫星互联网竞赛中保持竞争力。在军事航天领域，美军启动下一代太空体系架构建设，希望加快太空系统架构转变，为美军实现联合多域作战提供关键支持；美国在“黑杰克”（Blackjack）项目和下一代太空体系架构中均将低轨通信星座作为重点研究对象与基础，其多功能载荷搭载理念能持续打造新的能力和革新作战应用方式，将对未来通信领域甚至整个军事航天领域的发展产生重要影响。
（2）商业航天技术取得新成就和新突破。2020年5月，美国SpaceX公司利用“猎鹰-9”（Falcon-9）火箭将搭载有两名航天员的载人“龙”（Dragon）飞船发射升空，标志着美国借助商业火箭和商业飞船重新获得载人航天能力。2020年11月，美国SpaceX公司利用“猎鹰-9”火箭再次成功发射“龙”飞船，将4名航天员送往国际空间站，这是“龙”飞船首次执行经过认证的商业载人航天任务。2020年2月，美国轨道ATK公司研制的MEV-1轨道服务卫星与Intelsat 901卫星完成对接，并为其加注燃料，使其延寿5年。2020年8月，美国轨道ATK公司的MEV-2轨道服务卫星成功发射，将与Intelsat 10-02卫星对接，并为其提供在轨延寿服务，这标志着在轨服务的商业模式正式建立。
（3）美国持续推进导弹防御能力建设。2020年4月，美国导弹防御局发布的2.0版导弹防御体系架构，将当前中段、末段两个防御段拓展为发射前打击、助推段、中段/滑翔段、末段4个防御段，并增加F-35机载助推段拦截装备、反高超声速装备、定向能末段防御装备、新型陆/海/天基传感器等武器装备。同月，美国导弹防御局发布“下一代拦截弹”的最终建议征询书，正式启动“下一代拦截弹”的研制工作。2020年6月，美国国防部发布《分层国土导弹防御——保护美国的战略》（Layered Homeland Missile Defense——A Strategy for Defending the United States），探索以分层多段拦截为典型特征的国土防御模式，计划构建由“下一代拦截弹”和地基中段防御系统、装备“标准-3”（Standard Missile-3）2A导弹的“宙斯盾”（Aegis）弹道导弹防御系统及改进的“萨德”（THAAD）系统组成的分层防御体系，将有效增强美国的导弹防御能力。2020年11月，美国导弹防御局成功进行“标准-3”2A导弹拦截洲际弹道导弹试验，这是美国开展的首次洲际弹道导弹拦截试验，初步验证了“标准-3”2A导弹对洲际弹道导弹的拦截能力及“分层国土导弹防御”构想的可行性。
（七）航空技术
2020年，世界主要国家继续探索航空战略和新概念航空作战平台，加速创新技术研发，持续推动航空装备的更新换代与能力提升，并发展以网、云、数字及智能为特征的航空体系。无人机、高超声速武器及新一代战斗机成为主要航空国家的研究热点，而有人/无人作战、人工智能等新型作战模式和技术的发展将引发航空领域的新发展和新变革。
1. 重要趋势
（1）无人机研发和应用成为关注焦点。在无人机研发方面，美国空军发布将用于替代MQ-9“死神”（Reaper）无人机的“下一代多用途无人机”（MQ-Next）项目信息征询书（RFI），启动多用途无人机装备的更新步伐。美国“小精灵”（Gremlins）无人机于2020年7月完成系留飞行、受控空中发射和自由飞行试验的第2次试飞，10月完成多架无人机自主编队飞行和空中回收尝试的第3次试飞。俄罗斯对“猎人”（Hunter）无人机进行多次试飞，以评估其飞行能力和主要机载系统的运行情况，并将投资40亿卢布支持“猎人”无人机的持续研发工作。英国空军正式组建“蜂群无人机”中队，开展无人机防御能力研究，以应对无人机威胁。法国利用“神经元”（NEURON）无人机与“阵风”（Rafale）战斗机开展协同作战测试，以研究实战环境下无人机的作战能力。
在无人机应用方面，2020年1月，美国利用MQ-9“死神”无人机和4枚“地狱火”导弹成功“猎杀”伊朗“圣城旅”指挥官苏莱曼尼，向全世界展示了美国强大的全球定点清除能力。2020年9—11月，阿塞拜疆和亚美尼亚两国在纳卡地区爆发大规模武装冲突，无人机成为交战双方使用的主要作战武器。其中，阿军投入包括“贝拉克塔尔TB-2”、“卡古-2”、“哈洛普”及“轨道器-1K”等无人机参与作战，充分发挥察打一体和自杀式攻击无人机“发现即打击”的能力。这些无人机在对战场实施持续监控的同时，对亚军前沿地带及战区纵深内的各种目标进行精确火力打击，其作战效能精准、高效、致命。
（2）有人/无人机协同成为空战发展新趋势。有人/无人机协同作战是指在信息化、网络化和体系对抗环境下，有人操作武器平台与无人机作战平台联合编组、实施协同攻击的作战方式。2020年2月，美国海军在帕特森特河海军航空站成功利用一架有人EA-18G“咆哮者”（Growler）电子战飞机控制了两架经改装的无人“咆哮者”飞机。这项技术可大幅扩展美国海军的感知范围，保证有人飞机远离危险区域，确保战斗机的安全性。2020年12月，美国空军F-22“猛禽”（Raptor）战斗机、F-35A“闪电”（Lightning）II战斗机和XQ-58A“女武神”（Valkyrie）无人机首次进行编队飞行测试，这些战斗机利用诺思罗普·格鲁曼公司开发的“一号网关”（Gateway ONE）系统实现数据共享。美国空军与波音公司（Boeing）、通用原子能公司和克拉托斯公司（Kratos）签订合同，为其制造“天空博格人”（Sky Borg）原型机，并计划将其作为“忠诚僚机”开展飞行验证。2020年2月，空客公司（Airbus）与泰雷兹集团（Thales）签署开发协议，将联合开展“未来作战航空系统”（Future Combat Air System）的“空战云”结构设计及第1阶段的演示验证。“空战云”将实时联通和同步空战所有平台，支撑信息处理和分发，增强态势感知和合作行动能力。2020年8月，俄罗斯喀朗施塔特技术集团在“军队-2020”防务展上首次展示新型隐身无人作战飞机“雷霆”，该机将与俄罗斯空天军装备的有人战斗机编组，遂行协同作战任务。
（3）人工智能与航空装备的融合日益深化。2020年8月，苍鹭系统公司（Heron Systems）在美国国防高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）举办的“阿尔法格斗”（Alpha Dogfight）空战模拟对抗中，利用“法尔科”（Falco）人工智能算法以5：0的战绩击败了一名经验丰富的战斗机飞行员。此次挑战赛充分显示了在视距内空战中，人工智能代理在机动决策、精确瞄准等方面的优势。2020年11月，美国Red6公司与EpiSci公司在一次试验中共同完成了世界上首次真正的飞机与人工智能驱动的虚拟战斗机之间的空战。该项技术在提升作战人员空战技术的同时，将大幅降低空战训练的成本。2020年12月，美国空军在U-2侦察机上开展ARTUμ新型机载人工智能程序试飞。该程序在使用U-2的机载雷达执行导弹搜索任务及执行自卫任务的选择中做出最终决策，这标志着将部分战术决策权让渡给人工智能成为现实。
2. 重大进展
（1）高超声速武器技术研制进程加速发展，即将进入武器化转型关键期。美军推进“吸气式高超声速武器概念”（Hypersonic Air-breathing Weapon Concept，HAWC）和“空射快速响应武器”（Advanced Rapid Response Weapon，ARRW）高超声速导弹研究，并对两型导弹开展系留测试，加速高超声速武器实用化进程，以提升现有空战平台的作战能力。美国建立“高超声速武器生产加速器实验室”（Hypersonic Production Accelerator Facility，HPAF），以降低武器研制成本，并提升武器研制速度。美、澳两国将联合开发SCIFiRE机载吸气式远程高超声速导弹，计划在5～10年内投入使用。俄罗斯将在图-160战略轰炸机上装备“匕首”（Dagger）高超声速导弹，计划到2024年使第712航空兵团换装该型导弹，以增强俄空中战略威慑力量。俄罗斯多次对“锆石”（Zircon）高超声速导弹开展试射，并首次公开展示“先锋”（Avangard）高超声速导弹。英国开展“战术高速、快速响应和高效弹药”（THresher）项目，重点推进高超声速空气动力学、战斗部和推进技术成熟，以支撑可负担得起的进攻性战术武器系统开发。日本公布高超声速武器研发线路图，将研发高超声速巡航导弹和超高速滑翔射弹两类高超声速系统，并计划在2024—2028年完成两型武器的初期研制。印度成功试射了“高超声速技术验证飞行器”（Hypersonic Technology Demonstrator Vehicle，HSTCV），验证了超燃冲压发动机、高超声速分离、高温材料热结构特征和高超声速空气动力学等关键技术。
（2）主要国家稳步推进先进战斗机技术和装备的研发工作。美军拟在未来5年投入76亿美元，研发“下一代空中主宰”（The Next-Generation Air Dominance，NGAD）战斗机，以取代现役的F-22战斗机。美军启动新型远程舰载机研发项目，计划在2030年替换F/A-18E/F“超级大黄蜂”（Super Hornet）战斗机和EA-18G“咆哮者”电子攻击机，以提高海军核动力航母舰载航空兵的作战范围。美国利用B-1B、B-2及B-52轰炸机多次演练长途奔袭亚太地区的洲际空袭能力，验证远程部署打击能力，提升战略威慑。俄罗斯开始制造“未来远程航空系统”首架原型机，并推进“产品30”发动机的试验工作，以优化苏-57战斗机的综合飞行性能。法国和德国政府与空客公司等制造商签订“未来作战航空系统”的项目合同，推进项目进入演示验证阶段，拟于2026年实现战斗机试飞。日本选定三菱重工为F-X战斗机主承包商，将为战斗机研制提供5.56亿美元的支持，并拟在2035年实现列装。英国公布了“暴风”战斗机三维模型，计划于2030年实现交付。印度开展新型战斗机AMCA的设计工作，计划在2025年实现战斗机首飞。
（3）航空作战支援保障装备技术取得新进展。美国空军T-7A“红鹰”（Red Hawk）高级教练机完成了发动机重新起动和倒飞试验，最大程度地利用了开放系统架构、快速软件开发和数字工程技术，大幅降低了飞机的制造和维护成本。美国空军探索军用运输机的“托盘化弹药”投放能力，以获得向对手密集投射防区外精确打击火力的能力，并为武库机概念开发进行技术摸索和储备。美国海军“下一代干扰机低频段”（Next Generation Jammer Low Band，NGJLB）吊舱进入工程与制造阶段，未来将集成到EA-18G“咆哮者”飞机上，增强其空中电子攻击能力。空客公司一架配备了“自动空中加油”（A3R）系统的试验机，与葡萄牙空军一架F-16战斗机成功完成首次全自动空中加油试验。俄罗斯“大象”（Elephant）重型运输机模型完成第1阶段空气动力学试验，未来将逐渐替代安-124运输机。
（八）海洋技术
2020年，受新冠肺炎疫情影响，全球航运业、极地科考等活动均受到一定的冲击，但海洋领域发展总体向好。世界主要经济体继续围绕极地、深海、海上无人装备及海军力量建设等重点领域进行布局，制定国家层面的海洋战略规划，加大科技研发投入，并在海洋观/监测领域、深海装备与技术、无人船舶等领域取得一系列重大进展。
1. 重要趋势
（1）世界主要经济体强化海洋战略布局，以维持在相关领域的领先地位。美国海军、海军陆战队、海岸警卫队发布《海上优势：通过一体化全域海军力量取胜》（Advantage at Sea：Prevailing with Integrated All-Domain Naval Power）报告，指出要整合海军力量，建设现代化全域海军。俄罗斯出台《俄罗斯2035年前国家北极政策基本原则》，提出2035年前在北极地区的国家政策目标、实施领域和主要任务，核心是保障俄罗斯在北极的国家利益。欧洲海洋局发布《展望未来V：海洋十年的建议》（Navigating the Future V），针对未来10年提出以解决方案为导向的跨学科研究议程，核心目标是推动海洋可持续发展。
（2）大国竞争加剧，北极安全问题凸显。随着北极重要性的上升，北极“例外主义”逐渐消失，北极正成为大国博弈的前沿地带，北极国家不断加强本国对北极区域的控制力。俄罗斯在加强军事装备研发部署的同时，不断提高其北方舰队的军事地位，更加重视北极地区的潜艇作战方式。美国针对其在北极力量投放落后的现实，正提升对北极战略的重视，整合国内力量，加强北极地区的军备建设，并开始组建破冰船队。北极其他国家也有增强北极军事实力的诸多动作，如挪威发布北极长期国防计划，并决定对北极港口进行修缮以供美国核潜艇停驻；加拿大修建新的用于北极水域的舰艇等。北极国家大力推进北极军事建设，使北极安全问题逐渐凸显。2020年，俄罗斯与北约均在北极进行了多场针锋相对的军事演习，一度引发该地区的紧张局势。
（3）海上无人装备的探索运用仍是大国海军的研究热点。海上无人装备具有成本低、功能多、机动性强等优点，能够在检测海底预埋设施、水雷侦察及跟踪打击等任务中发挥巨大优势，已成为海军力量的倍增器。2020年，DARPA提出“海上列车”（Sea Train）无人舰艇的发展概念，聚焦跨洋运输和远程作战能力，希望在未来可能发生的海战中跨洋进行装备物资投送，从而占据战争主动权。除水面舰艇外，无人潜航器也受到大国重视，其直接参与战斗的可能性越来越高。2020年7月，俄罗斯宣布“哈巴罗夫斯克”号核潜艇将首次搭载“波塞冬”无人潜航器进行测试。“波塞冬”能携带核战斗部或其他类型的战斗部，可攻击敌方港口或航母战斗群。美国海军也计划从2023年开始每年购买两艘“虎鲸”（Orca）超大型无人潜航器，该潜航器在脱离母船的情况下，能够自主航行6500海里（约12038千米），可装载各型鱼雷执行攻击任务。
2. 重大进展
（1）海洋观/监测技术持续突破，不断提升全球海洋态势感知能力。当前，空中卫星、海上浮标和海底观测网的发展及三者的交叉融合，使全球海洋观/监测持续向高密度、多要素、全天候方向发展。2020年，DARPA “海洋物联网”（Ocean of Things，OoT）项目完成初始阶段的浮标设计及概念验证，开启第2阶段的海试工作。该项目旨在通过部署成千上万个小型、低成本的浮标，构建海上分布式传感器网络，从而在大洋实现广域持久的海上态势感知。同时，DARPA提出的利用海洋生物监测周围海域的“持久海洋生物传感器”（Persistent Aquatic Living Sensors，PALS）创新性项目也取得阶段性成果，该项目已成功验证海洋生物能够感知潜航器的存在，并做出相应的反应。下一阶段，DARPA计划开发可观察、记录、解释生物反应的系统，并且使其能够区分目标和其他刺激源，如废弃物、其他海洋生物等，从而降低虚警率。
（2）深海进出、探测及开发装备与技术取得新突破。陆地、浅海资源的逐渐枯竭推动各国向深海领域布局，深海已成为当前国际科学探索与资源争夺的新阵地。2020年，海洋大国在深潜装备与深海钻探领域取得新进展。2020年1月，日本利用“地球号”（Chikyū）深海探测船对南鸟岛周边的深海海底稀土进行了开采实际验证，为未来产业化开采提供数据。2020年11月，中国自主研制的全海深载人潜水器“奋斗者号”在马里亚纳海沟成功下潜至10909米，创造了中国载人深潜新纪录。同月，英国开发出可承受水下11000米压力的深海传感器，将帮助采集深海有机碳降解过程的相关数据。
（3）船舶自主驾驶开始“提速”。近年来，随着物联网、大数据、人工智能等新理念、新技术的突飞猛进，船舶自主化、无人化水平不断提升，无人船舶正逐步由部分功能自主向全船自主驾驶过渡。2020年，美、韩等发达国家的无人船舶项目取得重大进展。2020年9月，韩国成功实施了为期3天的无人船舶海上实证试验，试验结果表明，其无人船舶在远海自主航行及远程控制领域已经具备很高的技术水平。2020年11月，美国海军“霸主”（Overlord）大型无人水面舰艇完成长达8700千米的航行，在完全自主自动控制的情况下穿越巴拿马运河，体现了极高的自动化水平。