細(xì)數(shù)美軍正在研究的顛覆性技術(shù)
美國(guó)國(guó)防部預(yù)研項(xiàng)目署（以下簡(jiǎn)稱DARPA），主要開展軍事關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。成立66年來(lái)，該署一直資助互聯(lián)網(wǎng)、半導(dǎo)體、個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、激光器、GPS等領(lǐng)域的研究。近年來(lái)，DARPA以“科技支撐國(guó)家安全”為口號(hào)，布局四大領(lǐng)域，重點(diǎn)部署了一批顛覆性的技術(shù)項(xiàng)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(yùn)用電子、光學(xué)、軟件、機(jī)械零件等技術(shù)來(lái)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(tái)發(fā)揮作用的環(huán)境可預(yù)見(jiàn)性更低。并且，與二戰(zhàn)之后的情況不同，當(dāng)時(shí)美國(guó)基本上使用國(guó)內(nèi)開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，但現(xiàn)今美國(guó)國(guó)家安全所依賴的許多技術(shù)都不是由本國(guó)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(chǎng)獲得的，有些甚至美國(guó)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(jì)和時(shí)間成本越發(fā)昂貴。DARPA圍繞著科技前沿，對(duì)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(jī)想象圖。資料圖片
空間計(jì)劃
美國(guó)國(guó)防部官員認(rèn)為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)的加劇，美國(guó)進(jìn)入太空和運(yùn)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(xiàng)計(jì)劃以改善這一現(xiàn)狀。
1.快速太空進(jìn)入計(jì)劃：XS-1無(wú)人空天飛機(jī)項(xiàng)目和ALASA空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入項(xiàng)目
XS-1無(wú)人空天飛機(jī)項(xiàng)目：DARPA于2013年9月公布了雄心勃勃的XS-1無(wú)人空天飛機(jī)計(jì)劃，能夠以10天內(nèi)飛行10次的出動(dòng)頻率將運(yùn)載物送入軌道，且每次飛行費(fèi)用不高于500萬(wàn)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(yùn)用于全球到達(dá)的高超聲速和太空進(jìn)入飛機(jī)。
ALASA空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入項(xiàng)目：通常火箭在地面發(fā)射且成本昂貴，ALASA空中發(fā)射輔助太空進(jìn)入項(xiàng)目的創(chuàng)新之處是在傳統(tǒng)飛機(jī)后方攜帶一次性發(fā)射平臺(tái)，用少于100萬(wàn)美元的成本發(fā)射45千克的小型衛(wèi)星，且在24小時(shí)之內(nèi)就可以完成發(fā)射準(zhǔn)備工作。DARPA計(jì)劃在2015財(cái)年完成第一次試驗(yàn)發(fā)射。
2.避免空間撞擊計(jì)劃：太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡（SST）
美國(guó)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(guó)空軍合作于2002年啟動(dòng)了太空監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡（SST）項(xiàng)目，這種陸基望遠(yuǎn)鏡能通過(guò)廣角視野高精度探測(cè)、跟蹤與識(shí)別如太空垃圾、微流星體和他國(guó)航天器，從而避免美國(guó)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(shì)感知任務(wù)。
3.“鳳凰”計(jì)劃：維修回收衛(wèi)星
美國(guó)軍方幾乎所有的工作都依賴衛(wèi)星，如精確導(dǎo)航、授時(shí)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、通信、氣象預(yù)報(bào)、高分辨率攝像和導(dǎo)彈防御等，美國(guó)對(duì)這種高度依賴性一直感到焦慮。然而，目前技術(shù)無(wú)法做到維修或回收地球同步軌道衛(wèi)星。2012年6月，DARPA啟動(dòng)了“鳳凰”計(jì)劃，預(yù)計(jì)在2015年進(jìn)行首次試驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2016年前建成第一顆“僵尸衛(wèi)星”（專門用來(lái)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(yùn)行的情況下與其他衛(wèi)星交接并拆解其零部件。在美國(guó)國(guó)防經(jīng)費(fèi)緊縮的大環(huán)境下，這一計(jì)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(guò)提高抓捕和拆分退役衛(wèi)星的技術(shù)能力使美國(guó)具備破壞他國(guó)在役衛(wèi)星的能力。事實(shí)上，美國(guó)已經(jīng)在太空中多次試驗(yàn)空間智能衛(wèi)星捕獲技術(shù)和自主交會(huì)對(duì)接技術(shù)，例如三個(gè)微型空間飛行器可在太空中實(shí)現(xiàn)自主編隊(duì)和自主捕獲。
占領(lǐng)科技前沿高地計(jì)劃
深空、深海、深地將成為人類科技能力競(jìng)爭(zhēng)的前沿高地，DARPA開展了多項(xiàng)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(guó)海軍聯(lián)合啟動(dòng)了新一代反艦巡航導(dǎo)彈（LRASM）項(xiàng)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(yàn)，進(jìn)入研發(fā)最后階段。LRASM將成為復(fù)雜遠(yuǎn)程空射國(guó)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(duì)先期精確情報(bào)、偵察平臺(tái)、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(dú)使用機(jī)載瞄準(zhǔn)系統(tǒng)就能從更遠(yuǎn)距離精確打擊對(duì)手的水面艦隊(duì)乃至反艦導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)。
2.探索技術(shù)輔助作戰(zhàn)：分布式作戰(zhàn)管理項(xiàng)目（DBM）和復(fù)雜環(huán)境中的通信項(xiàng)目（C2E）
目前的作戰(zhàn)管理系統(tǒng)，對(duì)指揮官理解和適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)往往缺乏自動(dòng)化輔助。DARPA最近推動(dòng)了兩項(xiàng)計(jì)劃來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。其一是分布式作戰(zhàn)管理項(xiàng)目（DBM），DARPA與美國(guó)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(guò)衛(wèi)星和戰(zhàn)術(shù)通信鏈路交互的有人和無(wú)人平臺(tái)、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(duì)空、空對(duì)地作戰(zhàn)，以在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)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(jī)交互技術(shù)。其二是復(fù)雜環(huán)境中的通信項(xiàng)目（C2E），開發(fā)強(qiáng)大的、快速演變的空域通信系統(tǒng)，重點(diǎn)解決在未來(lái)沖突中美軍面臨的通信能力不足的問(wèn)題。
3.控制全頻譜的電磁波譜
贏得未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)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(shí)、定位、導(dǎo)航，也能保證監(jiān)測(cè)敵方動(dòng)向并能掌控對(duì)方對(duì)己方的監(jiān)測(cè)。為此，DARPA設(shè)立了波譜挑戰(zhàn)競(jìng)賽，旨在遴選研發(fā)靈敏的電磁波譜技術(shù)。另一個(gè)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(gè)沒(méi)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(dòng)的太赫茲波項(xiàng)目已經(jīng)設(shè)計(jì)并成功試驗(yàn)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(guó)家安全帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。DAPRA在信息領(lǐng)域布局了100多個(gè)項(xiàng)目，其中重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)目可分為網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、語(yǔ)言和作戰(zhàn)人員應(yīng)用程序四大類。
2013年機(jī)器人技術(shù)挑戰(zhàn)賽。資料圖片
1.“洞察”項(xiàng)目（Insight）：促進(jìn)分析者能力和績(jī)效的洞察力
情報(bào)分析者面臨的不僅是分析數(shù)據(jù)的海量增長(zhǎng)，而且是數(shù)據(jù)來(lái)源于不同系統(tǒng)，從這些系統(tǒng)傳回的情報(bào)并不總是可讀可用。DARPA與陸軍和空軍合作設(shè)立了“洞察”項(xiàng)目，將雜亂無(wú)序的情報(bào)源信息整合為綜合作戰(zhàn)視圖，利用自動(dòng)行為學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)虛擬化技術(shù)和預(yù)測(cè)算法建立具備下一代情報(bào)、監(jiān)視和偵察功能的人—機(jī)開發(fā)和資源管理系統(tǒng)，將使分析員通過(guò)統(tǒng)一用戶界面能夠一起合作，使用該界面將為戰(zhàn)場(chǎng)上具有緊迫時(shí)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(dòng)的下一代搜索技術(shù)（Memex）項(xiàng)目不僅是要整理眾所周知的“表層信息”，而且同時(shí)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(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)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(shí)間才能發(fā)現(xiàn)的信息。該項(xiàng)目成果已幫助聯(lián)邦執(zhí)法部門偵察出一個(gè)起源于亞洲并蔓延至美國(guó)多個(gè)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(xiàng)目的爆炸性發(fā)展，軟件存儲(chǔ)庫(kù)動(dòng)輒便能存儲(chǔ)上千億條代碼。DARPA啟動(dòng)的“挖掘與理解軟件包”（MUSE）項(xiàng)目是要運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析的方法，對(duì)數(shù)千億條開源代碼進(jìn)行識(shí)別和分析，從而得出不同軟件在發(fā)展中常見(jiàn)的深度共性，讓大數(shù)據(jù)分析邁上一個(gè)新臺(tái)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(dòng)了“高可靠性網(wǎng)絡(luò)軍事系統(tǒng)”（HACMS）項(xiàng)目，致力于建立無(wú)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(jiàn)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(tái)（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(tái)，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(yáng)能和電子材料——成為現(xiàn)實(shí)。
2.生化武器醫(yī)學(xué)快速測(cè)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(duì)人體細(xì)胞的影響機(jī)制。DARPA啟動(dòng)的RTA項(xiàng)目是要在30天之內(nèi)就能繪制出生化武器對(duì)人體影響的分子機(jī)制，繼而得出生化防御的醫(yī)療對(duì)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(dòng)了先進(jìn)義肢手臂系統(tǒng)、治療腦損傷等多項(xiàng)腦功能項(xiàng)目，這也是對(duì)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(jué)”的假肢。它資助的科學(xué)家已在這個(gè)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(cè)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(duì)光利用方式組織三個(gè)項(xiàng)目
光利用方式會(huì)直接影響到許多軍事器件的尺寸、重量、成本和績(jī)效。DARPA針對(duì)光利用組織了三個(gè)項(xiàng)目，一是光傳輸延遲的小型化工具（iPhod）項(xiàng)目；二是旨在增強(qiáng)軍用級(jí)陀螺的光纖性能的COUGAR項(xiàng)目，并在美國(guó)開發(fā)一種世界級(jí)、中空光纖的生產(chǎn)能力項(xiàng)目示范了光傳輸延遲的獨(dú)特設(shè)計(jì)，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(xiàng)目，旨在將微光學(xué)和機(jī)械部件組合到一個(gè)“光機(jī)”器件中。配以新的測(cè)量技術(shù)，此器件可超越量子極限運(yùn)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(jī)理、設(shè)備和新算法，以擺脫對(duì)GPS的依賴。DARP資助的量子輔助傳感和讀出（QuASAR）項(xiàng)目已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)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(guò)研發(fā)可移動(dòng)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(cè)量系統(tǒng)等。
3.地面機(jī)器人
DARPA每年舉辦“機(jī)器人技術(shù)挑戰(zhàn)賽”，參加2014年比賽的機(jī)器人是第一種地基全自動(dòng)無(wú)人駕駛機(jī)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(huì)打開新技術(shù)前景，如聚類算法、時(shí)間序列分析等。
（作者：封穎 單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所戰(zhàn)略研究中心）
鏈接
DARPA的主要成功因素之一是項(xiàng)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(xiàng)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(guò)來(lái)的科學(xué)家和工程師，任期3年到5年。每名項(xiàng)目經(jīng)理每年負(fù)責(zé)一千萬(wàn)美元到五千萬(wàn)美元不等的經(jīng)費(fèi)，資助單個(gè)項(xiàng)目的最低額度為五百萬(wàn)美元，其任務(wù)在于識(shí)別和執(zhí)行那些能夠帶來(lái)顛覆性改變的項(xiàng)目。他首先與美國(guó)軍方密切接觸，了解其需求，然后會(huì)親自前往一些公司、大學(xué)和實(shí)驗(yàn)室去了解一線的想法。在此基礎(chǔ)上，他會(huì)對(duì)相關(guān)項(xiàng)目形成綜合性意見(jiàn)，進(jìn)而迅速下?lián)茼?xiàng)目資金給相關(guān)研究者，組織研究者社區(qū)攻關(guān)，隨后積極掌控項(xiàng)目發(fā)展進(jìn)程。一旦項(xiàng)目取得成果，他就會(huì)迅速聯(lián)系潛在的使用者，鼓勵(lì)技術(shù)轉(zhuǎn)化，以期形成真正的生產(chǎn)能力。
對(duì)項(xiàng)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(huì)打破部門界限，互通信息，根據(jù)實(shí)際進(jìn)展情況來(lái)決定是否淘汰或推進(jìn)正在進(jìn)行中的項(xiàng)目。（陳登）