細(xì)數(shù)美軍正在研究的顛覆性技術(shù)
美國國防部預(yù)研項目署（以下簡稱DARPA），主要開展軍事關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。成立66年來，該署一直資助互聯(lián)網(wǎng)、半導(dǎo)體、個人計算機操作系統(tǒng)、激光器、GPS等領(lǐng)域的研究。近年來，DARPA以“科技支撐國家安全”為口號，布局四大領(lǐng)域，重點部署了一批顛覆性的技術(shù)項目，值得我們關(guān)注。
復(fù)雜軍事系統(tǒng)領(lǐng)域
當(dāng)今的美軍還在依賴綜合運用電子、光學(xué)、軟件、機械零件等技術(shù)來建造衛(wèi)星、交通工具和武器。然而，技術(shù)組件及其相互作用日趨復(fù)雜化，技術(shù)與平臺發(fā)揮作用的環(huán)境可預(yù)見性更低。并且，與二戰(zhàn)之后的情況不同，當(dāng)時美國基本上使用國內(nèi)開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，但現(xiàn)今美國國家安全所依賴的許多技術(shù)都不是由本國開發(fā)的。幾乎所有信息、材料和制造技術(shù)的零部件都是從世界市場獲得的，有些甚至美國根本不生產(chǎn)。所有這一切使得研發(fā)最新技術(shù)的經(jīng)濟和時間成本越發(fā)昂貴。DARPA圍繞著科技前沿，對下一代復(fù)雜軍事系統(tǒng)進(jìn)行了前瞻性技術(shù)布局。
美軍XS-1空天飛機想象圖。資料圖片
空間計劃
美國國防部官員認(rèn)為未來戰(zhàn)爭將主要依靠太空進(jìn)行，提出了所謂的“太空軍事化”思路，尋求建立“太空威懾”。隨著太空競爭的加劇，美國進(jìn)入太空和運作太空的能力變得不像以往那么敏捷，成本也日益增高。DARPA設(shè)立了多項計劃以改善這一現(xiàn)狀。
1.快速太空進(jìn)入計劃：XS-1無人空天飛機項目和ALASA空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入項目
XS-1無人空天飛機項目：DARPA于2013年9月公布了雄心勃勃的XS-1無人空天飛機計劃，能夠以10天內(nèi)飛行10次的出動頻率將運載物送入軌道，且每次飛行費用不高于500萬美元。XS-1技術(shù)的遠(yuǎn)期目標(biāo)是不僅能夠用于支撐下一代航天發(fā)射技術(shù)，而且還能運用于全球到達(dá)的高超聲速和太空進(jìn)入飛機。
ALASA空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入項目：通?；鸺诘孛姘l(fā)射且成本昂貴，ALASA空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入項目的創(chuàng)新之處是在傳統(tǒng)飛機后方攜帶一次性發(fā)射平臺，用少于100萬美元的成本發(fā)射45千克的小型衛(wèi)星，且在24小時之內(nèi)就可以完成發(fā)射準(zhǔn)備工作。DARPA計劃在2015財年完成第一次試驗發(fā)射。
2.避免空間撞擊計劃：太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡（SST）
美國在近地軌道擁有多顆在軌軍事衛(wèi)星。隨著太空垃圾的逐漸增多，DARPA與美國空軍合作于2002年啟動了太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡（SST）項目，這種陸基望遠(yuǎn)鏡能通過廣角視野高精度探測、跟蹤與識別如太空垃圾、微流星體和他國航天器，從而避免美國軍事衛(wèi)星與他們發(fā)生碰撞。2013年11月，SST落戶澳大利亞西南角開始執(zhí)行太空態(tài)勢感知任務(wù)。
3.“鳳凰”計劃：維修回收衛(wèi)星
美國軍方幾乎所有的工作都依賴衛(wèi)星，如精確導(dǎo)航、授時、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信、氣象預(yù)報、高分辨率攝像和導(dǎo)彈防御等，美國對這種高度依賴性一直感到焦慮。然而，目前技術(shù)無法做到維修或回收地球同步軌道衛(wèi)星。2012年6月，DARPA啟動了“鳳凰”計劃，預(yù)計在2015年進(jìn)行首次試驗，預(yù)計在2016年前建成第一顆“僵尸衛(wèi)星”（專門用來維修或回收衛(wèi)星的衛(wèi)星），這種衛(wèi)星能夠在完全失重且高速運行的情況下與其他衛(wèi)星交接并拆解其零部件。在美國國防經(jīng)費緊縮的大環(huán)境下，這一計劃得以順利上馬的初衷在于節(jié)約成本，其深意則在于企圖通過提高抓捕和拆分退役衛(wèi)星的技術(shù)能力使美國具備破壞他國在役衛(wèi)星的能力。事實上，美國已經(jīng)在太空中多次試驗空間智能衛(wèi)星捕獲技術(shù)和自主交會對接技術(shù)，例如三個微型空間飛行器可在太空中實現(xiàn)自主編隊和自主捕獲。
占領(lǐng)科技前沿高地計劃
深空、深海、深地將成為人類科技能力競爭的前沿高地，DARPA開展了多項技術(shù)布局。
“僵尸衛(wèi)星”概念圖。資料圖片
1.遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈（LRASM）
2009年DARPA與美國海軍聯(lián)合啟動了新一代反艦巡航導(dǎo)彈（LRASM）項目，目前已成功完成了一系列精準(zhǔn)打擊、智能選擇目標(biāo)的反艦防區(qū)外導(dǎo)彈試驗，進(jìn)入研發(fā)最后階段。LRASM將成為復(fù)雜遠(yuǎn)程空射國防系統(tǒng)智能選擇目標(biāo)的第一種反艦導(dǎo)彈。這種導(dǎo)彈可大幅降低對先期精確情報、偵察平臺、全球定位導(dǎo)航、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)支撐服務(wù)的依賴度，僅僅靠單獨使用機載瞄準(zhǔn)系統(tǒng)就能從更遠(yuǎn)距離精確打擊對手的水面艦隊乃至反艦導(dǎo)彈發(fā)射平臺。
2.探索技術(shù)輔助作戰(zhàn)：分布式作戰(zhàn)管理項目（DBM）和復(fù)雜環(huán)境中的通信項目（C2E）
目前的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)，對指揮官理解和適應(yīng)戰(zhàn)場態(tài)勢往往缺乏自動化輔助。DARPA最近推動了兩項計劃來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。其一是分布式作戰(zhàn)管理項目（DBM），DARPA與美國空軍和海軍合作，基于“系統(tǒng)中的系統(tǒng)”概念開發(fā)用于作戰(zhàn)管理的控制算法和決策輔助軟件，包括通過衛(wèi)星和戰(zhàn)術(shù)通信鏈路交互的有人和無人平臺、武器、傳感器和電子戰(zhàn)系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)，形成綜合的分布式管理能力，管理空對空、空對地作戰(zhàn)，以在復(fù)雜的戰(zhàn)場中取勝。此外還包括應(yīng)用于駕駛艙和作戰(zhàn)管理站的先進(jìn)人機交互技術(shù)。其二是復(fù)雜環(huán)境中的通信項目（C2E），開發(fā)強大的、快速演變的空域通信系統(tǒng)，重點解決在未來沖突中美軍面臨的通信能力不足的問題。
3.控制全頻譜的電磁波譜
贏得未來戰(zhàn)爭勝利的關(guān)鍵在于控制全頻譜的電磁波譜，從而確保主導(dǎo)通信，繼而能控制授時、定位、導(dǎo)航，也能保證監(jiān)測敵方動向并能掌控對方對己方的監(jiān)測。為此，DARPA設(shè)立了波譜挑戰(zhàn)競賽，旨在遴選研發(fā)靈敏的電磁波譜技術(shù)。另一個控制波譜的方式是控制太赫茲波（THz），這是頻率在0.3～3太赫茲之間的電磁波，是電磁波譜中唯一一個沒有獲得較全面研究并很好地加以利用的波譜“空白”區(qū)。DARPA啟動的太赫茲波項目已經(jīng)設(shè)計并成功試驗了0.85太赫茲的功率放大器。
信息領(lǐng)域
信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)為國家安全帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。DAPRA在信息領(lǐng)域布局了100多個項目，其中重點關(guān)注的項目可分為網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、語言和作戰(zhàn)人員應(yīng)用程序四大類。
2013年機器人技術(shù)挑戰(zhàn)賽。資料圖片
1.“洞察”項目（Insight）：促進(jìn)分析者能力和績效的洞察力
情報分析者面臨的不僅是分析數(shù)據(jù)的海量增長，而且是數(shù)據(jù)來源于不同系統(tǒng)，從這些系統(tǒng)傳回的情報并不總是可讀可用。DARPA與陸軍和空軍合作設(shè)立了“洞察”項目，將雜亂無序的情報源信息整合為綜合作戰(zhàn)視圖，利用自動行為學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)虛擬化技術(shù)和預(yù)測算法建立具備下一代情報、監(jiān)視和偵察功能的人—機開發(fā)和資源管理系統(tǒng)，將使分析員通過統(tǒng)一用戶界面能夠一起合作，使用該界面將為戰(zhàn)場上具有緊迫時間效應(yīng)的決策提供更有力的支持。
2.下一代搜索技術(shù)（MEMEX）
DARPA官員指出，大多數(shù)人看到的只是互聯(lián)網(wǎng)表層的1%到5%的內(nèi)容。DARPA啟動的下一代搜索技術(shù)（Memex）項目不僅是要整理眾所周知的“表層信息”，而且同時還收集其余95%的“深度信息”，即那些不被常用搜索引擎索引的公開信息。通過對網(wǎng)絡(luò)站點的大范圍搜索，這一工具能夠發(fā)現(xiàn)原本難以獲得或需要大量時間才能發(fā)現(xiàn)的信息。該項目成果已幫助聯(lián)邦執(zhí)法部門偵察出一個起源于亞洲并蔓延至美國多個城市的人口販賣網(wǎng)絡(luò)。
3.“挖掘與理解軟件包”（MUSE）
大規(guī)模信息并非僅僅是數(shù)據(jù)，還包括軟件代碼。隨著開源項目的爆炸性發(fā)展，軟件存儲庫動輒便能存儲上千億條代碼。DARPA啟動的“挖掘與理解軟件包”（MUSE）項目是要運用大數(shù)據(jù)分析的方法，對數(shù)千億條開源代碼進(jìn)行識別和分析，從而得出不同軟件在發(fā)展中常見的深度共性，讓大數(shù)據(jù)分析邁上一個新臺階。
4.高可靠性網(wǎng)絡(luò)軍事系統(tǒng)（HACMS）
隨著智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜化，DARPA啟動了“高可靠性網(wǎng)絡(luò)軍事系統(tǒng)”（HACMS）項目，致力于建立無法被侵入的信息技術(shù)系統(tǒng)，抵御網(wǎng)絡(luò)襲擊。
生物技術(shù)領(lǐng)域
生物學(xué)是自然界最終的創(chuàng)新者，人工系統(tǒng)往往見拙于生物系統(tǒng)。DARPA認(rèn)為生物技術(shù)是最具潛力的科技創(chuàng)新領(lǐng)域之一。
1.基于人造生物學(xué)的革命性材料制造平臺（Living Foundries）
合成生物學(xué)是生物學(xué)與工程學(xué)的交叉學(xué)科。DRAPA打造了基于人造生物學(xué)的革命性材料制造平臺，利用生物技術(shù)使得生產(chǎn)目前不可能制造的材料——例如更有效率的太陽能和電子材料——成為現(xiàn)實。
2.生化武器醫(yī)學(xué)快速測試（RTA）
當(dāng)前方法和技術(shù)需要數(shù)年才能理解新生化武器對人體細(xì)胞的影響機制。DARPA啟動的RTA項目是要在30天之內(nèi)就能繪制出生化武器對人體影響的分子機制，繼而得出生化防御的醫(yī)療對策。如果成功的話，RTA將大大提升美軍的生化防御能力。
3.腦功能研究
近幾年DARPA啟動了先進(jìn)義肢手臂系統(tǒng)、治療腦損傷等多項腦功能項目，這也是對奧巴馬總統(tǒng)提倡開展腦研究的響應(yīng)。DARPA希望打造“功能完全，可用人腦控制，具備感覺”的假肢。它資助的科學(xué)家已在這個領(lǐng)域取得了不俗的進(jìn)展。DARPA生物相關(guān)投資還包括了傳染病的診斷學(xué)和新預(yù)防手段以及加速測試和關(guān)鍵療法。
新前沿領(lǐng)域
DARPA一直在投資被認(rèn)為具有重大潛力的最新前沿研究領(lǐng)域。
1.針對光利用方式組織三個項目
光利用方式會直接影響到許多軍事器件的尺寸、重量、成本和績效。DARPA針對光利用組織了三個項目，一是光傳輸延遲的小型化工具（iPhod）項目；二是旨在增強軍用級陀螺的光纖性能的COUGAR項目，并在美國開發(fā)一種世界級、中空光纖的生產(chǎn)能力項目示范了光傳輸延遲的獨特設(shè)計，使得光能以比光纖更為有效的方式傳輸；三是光輻射冷卻和供暖集成器件（ORCHID）項目，旨在將微光學(xué)和機械部件組合到一個“光機”器件中。配以新的測量技術(shù)，此器件可超越量子極限運行。
2.新型定位技術(shù)：光學(xué)原子鐘
目前美軍依賴GPS進(jìn)行定位，一旦GPS失靈將造成致命打擊。DARPA目前正在研究新機理、設(shè)備和新算法，以擺脫對GPS的依賴。DARP資助的量子輔助傳感和讀出（QuASAR）項目已經(jīng)在實驗室環(huán)境下開發(fā)出了光學(xué)原子鐘，其在50億年內(nèi)的誤差小于1秒。通過研發(fā)可移動的原子鐘，提高GPS的精確度，開發(fā)新型雷達(dá)、激光雷達(dá)和測量系統(tǒng)等。
3.地面機器人
DARPA每年舉辦“機器人技術(shù)挑戰(zhàn)賽”，參加2014年比賽的機器人是第一種地基全自動無人駕駛機器人，能夠在地面和沙漠中連續(xù)行走500公里，具備從事災(zāi)難救援的潛力。
4.探索新的算法
算法進(jìn)展會打開新技術(shù)前景，如聚類算法、時間序列分析等。
（作者：封穎 單位：中國科學(xué)技術(shù)信息研究所戰(zhàn)略研究中心）
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DARPA的主要成功因素之一是項目經(jīng)理制。有學(xué)者甚至稱，DARPA就是一幫“瘋狂的科學(xué)家們”組成的部門。項目經(jīng)理是DARPA的核心，約有120人，都是從大學(xué)、企業(yè)和其他政府部門“借調(diào)”過來的科學(xué)家和工程師，任期3年到5年。每名項目經(jīng)理每年負(fù)責(zé)一千萬美元到五千萬美元不等的經(jīng)費，資助單個項目的最低額度為五百萬美元，其任務(wù)在于識別和執(zhí)行那些能夠帶來顛覆性改變的項目。他首先與美國軍方密切接觸，了解其需求，然后會親自前往一些公司、大學(xué)和實驗室去了解一線的想法。在此基礎(chǔ)上，他會對相關(guān)項目形成綜合性意見，進(jìn)而迅速下?lián)茼椖抠Y金給相關(guān)研究者，組織研究者社區(qū)攻關(guān)，隨后積極掌控項目發(fā)展進(jìn)程。一旦項目取得成果，他就會迅速聯(lián)系潛在的使用者，鼓勵技術(shù)轉(zhuǎn)化，以期形成真正的生產(chǎn)能力。
對項目經(jīng)理進(jìn)行監(jiān)管的是DARPA領(lǐng)導(dǎo)層，即各辦公室正副主任和正副董事。他們會打破部門界限，互通信息，根據(jù)實際進(jìn)展情況來決定是否淘汰或推進(jìn)正在進(jìn)行中的項目。（陳登）