目前，美国空军科学研究局已确定了六大基础研究课题。这6个课题包括仿生技术、协同控制、等离子体动力学、太空微型科学、量子计算与新型系统材料工程学。
仿生技术：开创武器研究新思路
美空军科学研究局局长施瓦兹说：“动物能做一些有趣而且非常漂亮的工作，这对空军来说很重要。比如，蛇能够在室温条件下检测到红外线。如果我们能做到这一点，那么我们在查明目标时就可以做得更出色。我们不必使用动物，我们只是需要理解动物是如何做到的。”该领域称为生物拟态学，意即模仿动物行为的科学。空军科学研究局正在研究一些自然现象，如海鸥虽与燕八哥的形体大小相近，但海鸥的雷达反射截面比燕八哥的大200倍；蜜蜂的体积小于麻雀，但它的雷达反射截面反而比麻雀大16倍。研究人员通过研究这些现象，试图采用仿生技术，寻求新的隐形技术。
当前，根据蝇眼视觉原理，美空军正在研制的“蝇眼”制导系统，可根据目标运动参数及位置信息，自动控制空对空/地导弹的飞行状态，跟踪、攻击目标。
协同控制：无人空战不再遥远
美国空军科学研究局准备开发无人机平台在作战中能彼此协同的技术。施瓦兹说：“就像一大群蜜蜂编队飞行那样，这个概念妙极了，但实现起来极其困难。” 这一领域的关键研究课题包括自适应决策制定、优化和实时路径规划、人机交互、遥控无人机的自治以及对用于无人机导引的新型传感激励系统的生物拟态概念的理解。
由于培养一名战斗飞行员周期较长，花费较大，美空军目前正在研制无人战斗机，以替代有人驾驶战斗机，改变未来空战的方式。然而，
美空军面临的最大问题便是大量的无人战斗机如何编队飞行以及空战中如何协同与分工等，因此，协同控制技术的研究进步可使无人空战不再是梦想。
等离子体动力学：打造全新武器
施瓦兹称，美国空军需要更多地了解如何使用等离子体（高温、离子化气体）来控制亚音速、超音速和极超音速飞机的速度。课题目标是研究等离子体改进空气动力特性和推进力效率的科学基础。目前，科学家正在进行等离子体控制效果的论证，以决定如何将其用于实际可使用的系统中。
美国空军科学研究局的目的是将等离子体技术全面用于武器的研制与开发，打造独一无二的武器系统。目前美空军的最先进的战机F－22、B－2与正处于研制的F－35 战斗机的隐形均采用了等离子体技术。另外，美空军开发的“全球性打击武器”也将利用等离子体动力学原理来控制极超音速战机，使其既具隐形性，又保持极超音速飞行，并行动自如。同时，美空军还在开发等离子体武器，用于拦截导弹。
太空微型科学：抢占太空制高点
美国空军需要发射大量更轻、更紧凑、能力更强的微型卫星和纳米卫星。施瓦兹说：“将卫星送入太空的开支很大。如果卫星重量减少10倍，我们就可以将 10颗卫星送入太空。我曾在空军学院见过一颗微型卫星，其重量仅约23公斤。”该领域的技术包括纳米推进系统、智能外壳、纳米摩擦学、微电动机械系统和纳米电动机械系统等。
为了夺取制太空权，目前，美空军正在研制微型间谍卫星，让敌方无法侦测，达成单方透明，使敌始终处于被动挨打的地位，从而使自己在未来的太空战中占得先机。
量子计算：空战在实验室进行
利用量子力学中特有的物理现象进行信息处理是信息处理的一种新方法。它将为计算工作开辟一种全新的道路。量子计算正在用于提高加解密、计算机搜索、极快速数学计算以及量子机械系统仿真的工作效率。
美国空军科学研究局的目标是研究量子计算、兼容算法和体系结构的实现以及研究通过传统方式不能严格解决的复杂物理系统的仿真。
当前，由于受计算机计算速度的限制，一些复杂的空战作战行动还无法进行模拟与仿真。如果在战前就能将空战中可能出现的各种情况设置模拟如同实战，那么，美空军的作战行动将会大为改观。同时，通过仿真可大量节省训练经费，使飞行员训练如同置身于实战，从而提高飞行员的战斗技能。
新型系统材料工程学：降低新型武器研制成本
在材料领域取得大量进展的基础一直是基于实验。施瓦兹说：“为了加快材料的开发并减少开发成本，空军打算增加建模与仿真技术的使用，在部件的设计上强调并行而非串行。”
目前，由于新材料开发与应用，需要花费大量的资金，往往是开发出的新材料因昂贵而无法应用于武器装备，难以使之迅速形成战斗力。因此，美国空军科学研究局的目标是使用基于物理学的建模、计算机设计工具和选择性实验来建立材料开发的科学基础，以降低新材料用于武器的成本。
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