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【DARPA创新专栏之三】DARPA——技术转化的卓越助推者

发布时间:2016-01-08浏览次数:
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万军态 供稿 本文不得转载

 

  DARPA的使命是通过研发和验证突破性技术,揭示新的可能性并实现开天辟地的能力。但是,这些技术只有在对国家安全带来重大、转型性的改进之后,才能真正取得成功。正因如此,甚至在项目启动之前,DARPA就已开始制定战略,将预期的结果转化到那些能够让技术产生工作实效的人手中。

  转化工作并不简单,而且会采取不同途径。事实上,技术向军事、商业或其他机构的成功转化,本身仍然只是通往革命性影响之最终目标的一个中间步骤,而最终目标的实现过程可能需要数年之久。DARPA探索和催生了广泛的转化途径,所选择的每一条途径都是为了使特定技术的最终效果最大化。

  有些情况下,一个验证某种军事系统能力的DARPA项目,会成为一个或多个军种的备案项目。另外一些情况下,DARPA所实现的新技术会首先转化到民用领域,由商业力量和私营资本进一步推动其进步,提高效费比,进而促进其融入到军用系统中。还有一些情况下,DARPA的作用在初步证明了新能力的潜力之后就结束了,然后通常会由某个军事或民用机构接着进行进一步的研究开发。

  由于DARPA明确聚焦的是可彻底改变局面、非渐进式的目标,因此,DARPA的一些工作并不是一结束就会进行转化――原因可能是技术本身的失败,也可能是所产生的能力太离散,以致于至少短期之内无法集成到现有系统或战略中。这种情况下,可能过了数年之后,当相关技术变得成熟或者其他情况发生了变化,使得DARPA所支持的技术进步变得更加实用之后,这种技术进步才会迎来成名的机会。

  DARPA认识到了技术转化的至关重要性,以及转化本身所固有的复杂性和挑战,于是成立了一个专门针对转化的支持机构――适应执行办公室。该办公室的工作人员军种经验丰富,而且与军种联络员保持密切的协作工作关系,致力于为DARPA支持的技术发现并推动最有效的途径,将其从实验室研究转化为作战效果。

  尽管成功转化存在固有的诸多挑战,但在今天无数的军用和民用设备内,都能够发现DARPA一个又一个的成功故事。下面,历数DARPA近期取得重要转化进展的领域及项目。

一、信息领域

◆收集并共享关键信息

  为了拓展DARPA长期承诺的使命,为各军种提供最佳的ISR可用技术,DARPA已与联合特种作战司令部(JSOC)签订了一份技术转让协议,使该司令部能够接收并操作无处不在的自主实时地面监视-成像系统(ARGUS-IS)。这种极广域的高清晰运动视频传感器,通过机上的先进处理能力和一个一体化地面站来实现其功能,可同时对多个目标进行交互式指示和跟踪。该技术将能够为作战人员提供前所未有的发现、了解敌方网络和高价值目标并与其交战的能力。JSOC正在将该套件集成到有人平台上作进一步开发,以便实现近期作战部署。

◆打破语言障碍

  过去十年间,DARPA的很多语言翻译设备和系统被部署到了冲突地带,而且还在继续进行技术改进,以便支持作战人员与当地人群进行互动,并生成来自广播媒体和其他来源的地区情报,从而加强国家安全。DARPA所支持的这一领域开发工作,也在帮助打击跨国犯罪和海盗,同时还可实现国际合作,包括人道主义援助。

◆挖掘照片和视频图像

  在支持监视和侦察过程中所收集的图像,例如,美国国防部行动期间从叛乱分子手中没收的膝上机上所存储的照片和视频资料,正在迅猛增加,没有计算机辅助的分析已无法满足判读需求。DARPA已开发并转让给相关机构的几项技术,正在提升分析员的生产力,其中包括:可针对重点人物、物体、事件和活动,搜索图像和视频档案资料的技术;可支持实况视频挖掘的新接口;以及可对动态视野内的所有运动物体进行跟踪的能力。

二、电磁频谱

◆驾驭氮化镓浪潮

  多年来,DARPA及其军种合作伙伴致力于一项极具技术挑战性的任务,即开发高功率密度、宽带隙的半导体组件。因为他们知道,无论是什么样的最终任务,美军部队都需要电子设备,以便能够在更远距离上操作并交战。结果是,DARPA取得了一系列基础性的进步,包括氮化镓阵列,目前正在国家安全领域的多种广泛应用中发挥重要效益。今天,DARPA在射频组件技术方面的进步,正在实现如下3大系统的开发:下一代干扰机,旨在使美国海军能够干扰对方雷达,保护美国资产;防空和导弹防御雷达,旨在搜索跟踪弹道导弹,并对目标进行末段照射;太空篱笆,可大幅提高对在轨小型物体的探测能力,从而提升太空域感知能力。

三、陆地

◆情报集成

  军事情报分析员面临的一项意义重大且不断升级的任务就是,从多个不同信源(包括物理传感器、人员接触和语境数据库)所收集的巨量复杂数据中,推导出有意义的内容。人工方法已无法完成这项不断发展的任务,于是,DARPA就启动了“洞察”项目,开发新的工具和自动化方法,以便提升分析员的能力和绩效,并增强分析员对战场上时敏行动的支持能力。该系统的开放式、基于标准、即插即用的体系结构,能够迅速集成现有及新兴的情报、监视与侦察技术和信源,而且能够实现一种直观的多用户接口,旨在提升理解、协作和及时决策能力。“洞察”项目正在向陆军转化,以便作为陆军备案情报项目“分布式通用地面系统-陆军”未来版本融合能力的基础。这将使陆军分析员能够从多种不同的输人信息中生成一幅融合图像,并基于该融合图像来识别威胁的行为模式和行动方案。“洞察”项目还在向空军的国民警卫队空中/太空情报中心进行转化,通过开发增强型的原型能力来满足该中心的具体需求。

◆彻底变革近空支援

  当地面部队发现敌方位于其打击范围之外时,或者当地面部队遭到压制、需要空中支援时,他们不可能依靠纸质地图和话音通信来向飞行员传送基本信息。直到最近,一直都是这种情况。但DARPA的“持久近空支援(PCAS)”系统,实现了任务关键型空中支援能力的数字化和极大简化。现在,DARPA正在将PCAS的空中和地面技术转化到陆军特种作战司令部(USASOC),使得地面单元能够请求有人或无人平台从空中投射弹药,而且精度和共享感知能力都无可匹敌。特别是,USASOC已经承诺将PCAS技术集成部署到其MQ-1C“灰鹰”无人平台和相关组网系统上。

四、海洋

◆交付远程反舰能力

  DARPA启动开发了远程反舰导弹(LRASM),这种精确制导防区外反舰导弹可以减少对于ISR平台的依赖,同时还可显著延伸覆盖距离。在2013年8月和12月成功进行了飞行测试之后,海军便加大了与DARPA的密切合作。在2015年2月由海军牵头的又一次成功测试之后,这项联合性的工作正在加快该系统的部署速度,以便向作战人员交付前所未有的能力。

◆构建深海“卫星”

  DARPA的“分布式敏捷猎潜(DASH)”项目,正在构建可从海底仰望的固定式和移动式水下观测系统。就像卫星从太空提供对地面的广域图像一样,这些系统能够看到辽阔海洋上过顶的潜艇威胁。这种深海系统的目标是能够对潜艇进行跟踪直至其他平台到来,并对威胁进行跟踪、追踪或追捕。DARPA正在与海军共同努力,开展海上样机测试,将这些新能力与现有的水下监视行动进行集成,该测试将为海军正在考虑的一个潜在的水下监视备案项目提供支撑。

◆扩展无人机海上平台

  军方使用的很多无人机,都要求带有很长起降跑道的航母或地面基地,这些要求必然会使财政、外交和安全负担与快速反应产生矛盾。DARPA的“战术运用侦察节点(Tern)”项目的设想是,使用小型舰艇作为中高空长航时固定翼无人机的移动发射回收站点。海军正在与DARPA共同合作,进一步扩大DARPA已完成的早期研究工作,以实现对全规模的海上样机验证。

五、空中

◆收集高海拔高清晰数据

  DARPA的“高海拔激光雷达(LIDAR)行动试验(HAL0E)”,为驻阿富汗部队提供了对高清晰3D数据的空前访问能力;与常规方法相比,不仅收集数据的速度要快好几个数量级,而且距离也要远得多。陆军将继续运用HALOE传感器来收集高清晰地形数据,供美军部队用于情报和作战。国防部正在对项目选项进行投资,以得到HAL0E过去4年来在支持关键作战行动方面所验证的技术突破能力。

◆重新配置飞行编队

  受呈“V”队形飞行的候鸟群所享有的能量效率的启发,DARPA开发了一种创新性的方法来降低美空C-17机群(国防部最大的航空燃料用户)的阻力和燃料使用。DARPA的新软件,创新性地实现了对现行C-17硬件的精确自动驾驶和自动油门操作。飞行测试结果表明,这些对空乘和飞机友好的软件变化使燃料流量降低了10%,促使空军2014年批准了一项将该技术转化应用到C-17机群的计划。现在,空军研究实验室正在研究将该技术扩展到其他机型。

◆推动可实现更远距离飞行的燃料电池的进步

  无人机设计的一个主要挑战,也是这些多功能飞行器未能在国家安全相关使命中得到更广泛应用的一个原因,就是如何在不增加电池重量而影响航空性能的情况下,提供足够的电能来保障越来越多的机载系统的运行。DARPA通过重点投资可用于便携式燃料电池的新材料,解决了这个困境。DARPA所追求的材料科学技术给常规智慧带来了挑战,但最终为燃料电池技术发展中的多个“首次”铺平了道路。今天,这项技术的发展已经达到了商用化的程度,可用于为无人机提供更长的续航时间,从而帮助保护军事人员并为其他机构服务。用户包括海军陆战队作战实验室、陆军研究实验室和国家公园管理局,更多的转化正在进行中。

六、太空

◆避免在轨碰撞

  随着太空碰撞和卫星业务风险的快速增加,以及随着卫星对于通信、地球观测和其他关键民用及军用功能的重要性空前提高,太空感知已成为一个高度优先关注的重点。DARPA的太空监视望远镜(SST),有望能够对地球上空约2.2万英里高度上的、以前未被看到或难以发现的地球同步轨道目标,进行快速的发现和跟踪。SST于2002年开始开发,工程师们采用了突破性的技术,以便精确生产出可安装在高度灵敏基础转盘上的极陡非球面镜。这些特征及其他新特征一起,使深空监视视场和扫描能力发生了数量级的改进。2012年,SST结束了DARPA的测试和评估期,然后,DARPA直接与美国空军太空司令部(AFSPC)合作,开展军事效用评估研究。现在,AFSPC准备拿到SST的所有权,而且已经宣布了与澳大利亚政府在澳大利亚的联合运行计划。SST将从这个新的基地,把捕捉到的信息馈送到太空监视网络中。太空监视网络是美国空军的一个系统,负责对太空目标进行观测和编目,以发现轨道资源近期可能发生的潜在冲撞事件。SST还将继续为美国国家宇航局和科学界提供对超新星等瞬时事件以及可能带有危险性的近地小行星的监视数据。

七、作战人员和退伍军人

◆弥补修复术的革命

  上肢弥补修复技术的改进,远远落后于下肢技术的进步,表明了人体手臂的复杂性所造成的医学和工程挑战。2014年,作为DARPA弥补修复术革命项目多年大量努力的一个标志,美国食品药品管理局批准了DARPA研发的模块化仿真手臂的上市许可,这种模块化仿真手臂可为用户提供前所未有的灵巧性。用户们又一次能够从事进食、握手、抚摸或拥抱孩子等日常活动。