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【DARPA创新专栏之一】DARPA四大战略投资组合揭秘

发布时间:2015-12-29浏览次数:
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[引言]为进一步促进创新驱动战略实施,学会特约专家万军态收集整理了DARPA近年来的国防创新计划,分析了潜在的军事价值、高风险的新技术在军事上的应用,以启发思路,更好地服务于我国国防现代化建设,实现我国国防科学技术的跨越式发展。我们将不定期连载万军态对DARPA的创新报道,希望各位读者关注。

 


导 读:美国高级研究计划局(DARPA)自成立以来,始终坚守着其独特而且永久的使命:重点投资突破性技术,确保国家安全。DARPA沉思的是突破技术,追求的是转型变革,瞄准的是国家安全。五十多年来,每天走进DARPA那扇神秘大门的人们,怀揣“将标枪掷入未来无限浩渺的宇宙”那种不可抑制的冲动与激情,追寻着能保卫国家安全、推动世界进步的突破性技术。如今,DARPA以“创新”著称于世,已成为名符其实的战略性技术突破的创始者,它一次次不辱使命,使革命性的概念和那些看似不可能的事物变成实际能力,其中包括:大到颠覆世界军事格局的技术,如精确制导武器和隐身技术;象征现代社会的各种符号,如互联网、自动语音识别和语言翻译;小到嵌入大量消费设备中的GPS接收器。

  DARPA并非靠单打独斗获得成功,而是在一个创新生态体系内运行的,它与美国政府内外的创新者共同努力,始终聚集国家军队,创造出一个个全新的战略机遇和战术选择。由多样化协作伙伴组成的生态体系充满活力、相互联动,已成为DARPA培养极高创造力的营养环境。

  DARPA成功的经验值得吸取,DARPA推出的技术值得借鉴。2015年3月,DARPA发表了题为《Breakthrough Technologies for National Security》文章,介绍了其近期投资的重点、优化的管理模式、正在研发的技术、成功的案例等内容。我们将分期对文章的内容进行翻译和报道,与大家分享。

 


 

DARPA四大战略投资组合揭秘

万军态 供稿 本文不得转载

 

  几十年来,DARPA的使命和原则从未改变,但DARPA周围的世界却发生了剧变,而且这些变化的速度在很多方面都在加快。这些变化包括科学技术的一些显著甚至惊人的发展进步,这些进步如果有目的地、聪慧地加以利用,不仅有潜力确保美国持续的军事优势和安全,而且有可能催生社会和经济进步。同时,世界正在经历一些深刻的技术经济和地缘政治变化,这些变化会对美国的卓越优势和稳定构成潜在威胁。前所未有的机遇和徐徐沸腾的威胁所形成的双重趋势,以及它们将如何影响今后十几年的美国国家安全需求,深刻地启发了DARPA,使DARPA最近做出了未来几年四大战略优先投资组合的决定。

一、重新思考复杂军事系统

  今天的现代武器复杂得惊人,而它们所在的多功能平台只会让这种复杂性更加复杂。的确,这些系统非常强大,迄今为止也取得了压倒性的胜利。但越来越多的证据表明,在当前的实践中,这些异常复杂的体系结构的好处正在被固有的缺陷所侵蚀。例如,今天,高端的武器平台非常复杂,生产需要几十年,升级也需要好几年。但在一个节奏无情加快的世界里,在一个其他经济和制造部门已经认可了系统模块化、急速迭代改进以及更快的软硬件系统升级的种种益处的世界里,军方当前对复杂性的利用方法已然过时、不合适宜了,而且会将国家置于风险之中,极易受到那些正在开发更敏捷的手段来利用最新技术的敌人的攻击。针对这一正在变化的状况,DARPA正在努力实现与下述挑战相关的新能力。

(1)确保制电磁频谱权

  在美国享受了几十年的压倒性电磁频谱优势之后,其他国家正在迅速追赶上来,部分原因在于,那些非常强大的技术的商用可用性不断增加。为继续保持电磁频谱优势,DARPA正在开发先进的算法,以便能够实时地识别和对抗意外出现的敌军雷达;开发完全可配置的射频系统,以便通信、雷达和电子战能够共享宝贵的频谱;开发与防御有关的新电子平台,以便用于感知和成像。

(2)改进无GPS条件下的定位、导航与授时

  对作战人员来说,高精度的定位、导航与授时(PNT)已不再是一种奢侈,而是绝对必不可少。这就把PNT所依赖的尖端卫星信号变成了潜在的弱点漏洞。为解决这个问题,DARPA正在开发一系列高度精准的导航和授时技术,它们能够在GPS无法使用的环境下运行,能够为分布式系统带来新的协同聚合效能。

(3)保持对抗环境下的空中优势

  长期以来,美军的抵达能力很大程度上依赖于美国作为世界头号空中力量的地位没有受到挑战。但是,新的和日益可用的技术正在对我们的这一地位构成前所未有的威胁。作战人员和技术人员都明白,任何一种新能力都无法单枪匹马地威慑并击败对手正在开发的技术尖端、数量众多的系统。相反,美军未来的能力必须要有一个由情报、监视与侦察(ISR),武器,通信,电子战,赛博和其他先进技术组成的一体化集成体系。同时,那些把这些任务系统带到战区的空中平台,也需要继续提高其作战距离、抗毁生存能力和载荷容量。

  DARPA正在计划开发Ⅹ-飞机样机并进行飞行测试,以证明新的空中平台技术能够带来的可能性。这个项目将与空军和海军密切合作,目的是为了提供至关重要的演示验证,为他们未来的飞机系统采办提供信息。DARPA还在开发新的系统之系统体系结构和试验工具,以探索模块化、分布式和一体化的任务系统。这些方法的潜力在于,能够加快开发和升级周期,同时还能够交付在高度对抗环境下获胜所需的强大效果。

(4)引领先进的高超音速领域

  以高超音速精确投送的弹头,是改变战争节奏的一个重要机遇。DARPA正在开发空前的高超音速能力,以便为美国提供新的反应选项,并防止势均力敌的对手实施战略突袭。

(5)保持强壮的太空能力

  美国几乎每一项安全使命都要依赖太空,但美国的太空能力却没能跟上全球的飞速变化。DARPA正在开发新的方法,以便在短时间内以低成本迅速将卫星发射入轨,包括借助可重复使用的一级和空天飞机系统,它们有潜力在接到通知24小时内,以比当前低得多的成本,从几乎任意地点发射卫星。另外,美国目前的太空感知能力还比较有限,DARPA还在验证可提升这方面能力的技术。

(6)增强海上敏捷性

  海洋具有重要的战略意义,但又巨大得几乎让人不可思议,这就需要有创新性的方法来实现战略优势。DARPA正在开发一种经过优化的无人水面舰艇,可连续地、公开地跟踪威胁潜艇;开发具备可扩展行动能力的无人水下平台;开发能够实现长航时无人机在小型舰船上起飞、着陆的新技术。

(7)实施地面控制

  随着恐怖分子和叛乱分子能够得到越来越尖端的技术,美军地面部队必须使用同样灵活、自适应的先进手段,对其优越的装甲和火力形成补充。为交付这些特性以及更大的突袭潜力,DARPA正在研究从根本上进行重新设计、可用于部队支援的地面车辆,包括可用于机动能力和抗毁能力都更强的新一代战车的技术;还在开发一系列班组级制胜能力,以便帮助地面部队加强其行动区域、态势感知和机动能力。

(8)加强反恐防御

  小规模恐怖行动可能产生特大影响,这就需要各种能够探测出蓄谋攻击早期迹象的技术。针对这一挑战,DARPA正在开发先进的能力,以应对放射性、赛博和生命科学领域的新型大规模恐怖威胁。除了其他方法外,DARPA还在开发并测试联网、移动、高效费比的核及放射性武器探测装置,它们易于部署,可对城市规模的区域提供实时监视。

二、征服信息爆炸

  全球数字数据正处于似乎无限的增长迸发之中。每天的每一分钟,都有300多个小时的视频被上传到YouTube,有数百个新的网站被启用。据预测,到2020年,所生成的数字数据几乎接近5×1022字节。而且截止到2014年,已生成的约5×1021字节中,大约90%都是在之前的短短两年内产生的。除了这些广泛可用的信息之外,军事和情报传感器所产生的比特流使得信息量进一步增加。针对解决信息爆炸问题,DARPA正在努力实现下述新能力。

(1)从大数据中推导意义

  睿智决策的瓶颈,越来越不在于缺乏数据,而在于缺乏识别并理解最重要的数据的能力。为此,DARPA正在开发新的方法,以从大规模数据集中推导出见识观点,并对行为特征进行规模化的比对,包括可快速识别系统、个人和团伙与威胁有关的异常行为。DARPA还在开发:可提供赛博作战空间综合感知和理解的技术;可查明隐藏的因果关系的自动化计算能力;可实现特定域内容发现、组织和显示的搜索技术;可对社交媒体上的思想和概念传播情况进行探测、分类、测量和跟踪的软件;可对图片和视频进行自动化分析的方法。DARPA的目标是为信息的操作用户提供强大的大数据工具。

(2)将信任植入信息系统

  信息一直是作战人员武器库的组成部分。但是,代码、文本、图像和其他形式的数据现在很容易被人有效地操纵,从而使得风险剧增,需要有新的方法来评估哪些信息可以信任,以及如何保护数据的完整性。DARPA正在开发的技术,可以确保关键决策所依据的信息是可信的。其中包括:更加有效且用户友好的用户识别与鉴权技术;形式方法和基于数学的相关校验技术的高级应用,以生产出黑客无法攻击、可实现特种安全属性的嵌入式设备操作系统;能够比当前方法更快地识别和回应赛博攻击,而且能够大大降低黑客收益的自动化赛博防御能力;能够从本身就不可信的全球供应链中建设可信系统的新方法。

三、将生物学作为一项技术来利用

  近期,随着基因技术和生物信息学的逐渐成熟,再加上神经系统科学、免疫学和相关生物医学领域的突破,生命科学、工程和计算学科之间长期存在的鸿沟已经开始消除。这种综合性正在催生一个新的跨学科领域,有可能在精神健康和材料科学等完全不同的领域内,产生大量丰富的突破性成果。

在认识到这个基本尚未开发的机遇空间已经成熟,应当给予早期的、全新的关注之后,DARPA于2014年成立了生物技术办公室,为DARPA的一组基于生物的创新性项目注入了新的动力。

  为加快推动这些领域的发现,DARPA正在努力实现与下述挑战有关的新能力。

(1)加快推动合成生物学的进步

  生物系统已经发展了极其尖端、非常高效的化合物合成方法,其中一些方法有可能解决当前从医学到材料科学等诸多领域内存在的挑战。DARPA正在开发可利用生物学的合成和功能能力的技术,目标是创造出基于生物的革命性生产平台,这些平台能够实现新的生产范例并创造出具有全新属性的材料。

(2)速度上超过传染病

  2014年埃博拉病毒的爆发已然表明,新出现的传染疾病不仅会对健康而且会给国家安全带来重大威胁。但是,就在新的疾病数量不断增加,给美国的国内及海外利益构成威胁的同时,新的抗菌制剂的研发速度却出现了下降。为此,DARPA正在开发非常规的生物方法来减少传染病所构成的威胁,DARPA的目标包括开发能够以空前的准度和速度来探测、诊断和治疗传染病的基因和免疫技术,以及可用来探究病毒演变、预测突变路径并提前研发药品和疫苗的平台。

(3)掌握新的神经技术

  微电子、信息科学和神经系统科学的近期发展,使得能够开发出新的疗法来加快各种损伤之后的恢复速度,而且更长远地来看,能够开发出可对人体性能进行优化的新方法。在这一领域,DARPA的目标包括:可供人类临床应用的可移植神经界面,以填补受损大脑中的缝隙,帮助克服记忆缺陷,并在精神病和神经病患者中精确投放治疗用的刺激药剂;可提供传感器赋能反馈的系统,包括可为截肢者提供更强的灵巧性.甚至触觉仿生手和神经系统等。

四、拓展技术前沿

  从成立之日起, DARPA的核心工作就是跨越看似不可逾越的物理和工程障碍,而且一旦证明这些令人生畏的问题最终是可以驾驭的,就将这些突破性技术所能产生的新能力直接用于满足国家需要。时至今日,这个传统依然适用。DARPA仍然保持着这项核心工作的动力,正在努力实现与下述机遇有关的新能力。

(1)应用深度数学

  从赛博防御到大数据分析,再到对复杂现象的预测建模,很多实用技术挑战都缺少解决方案,因为相关的数学仍然是不完整的。除了其他旨在解决此类不足的倡议之外,DARPA还在构建并应用新的数学方法来表示、设计并测试复杂系统,而且还在独立开发新的数学工具,以便在不牺牲精确度的情况下,对极其复杂的系统进行建模。

(2)发明新的化学过程和材料

  军事系统在根本上受到其组成材料的限制。然而,实验室里研发的很多新材料,鲜有转换到实用系统中。为推动新材料在实际环境下的评估和采用,DARPA正在探索可评估和预测功能可靠性的新建模和测量工具,而且还在开发可实现定制和小量生产的低成本制作方法。此外,DARPA也在创造所需的技术,以便直接从原子级材料来组装系统。

(3)利用量子物理

  光和物质系统精确工程的近期进步,再加上对其集体量子行为的更深理解,提供了对新型材料和设备的空前控制能力。DARPA正在推动量子技术——包括纳米级和量子光电机械结构的精确工程以及通过光冷却技术对冷原子的精准控制,以便给导航与授时、生化探测、通信和信息处理以及计量学带来新的能力,并对对于电子战和其他应用至关重要的电磁频谱实现前所未有的控制。