細數美軍正在研究的顛覆性技術
美國國防部預研項目署（以下簡稱DARPA），主要開展軍事關鍵技術研發(fā)。成立66年來，該署一直資助互聯網、半導體、個人計算機操作系統(tǒng)、激光器、GPS等領域的研究。近年來，DARPA以“科技支撐國家安全”為口號，布局四大領域，重點部署了一批顛覆性的技術項目，值得我們關注。
復雜軍事系統(tǒng)領域
當今的美軍還在依賴綜合運用電子、光學、軟件、機械零件等技術來建造衛(wèi)星、交通工具和武器。然而，技術組件及其相互作用日趨復雜化，技術與平臺發(fā)揮作用的環(huán)境可預見性更低。并且，與二戰(zhàn)之后的情況不同，當時美國基本上使用國內開發(fā)的先進技術，但現今美國國家安全所依賴的許多技術都不是由本國開發(fā)的。幾乎所有信息、材料和制造技術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。所有這一切使得研發(fā)最新技術的經濟和時間成本越發(fā)昂貴。DARPA圍繞著科技前沿，對下一代復雜軍事系統(tǒng)進行了前瞻性技術布局。
美軍XS-1空天飛機想象圖。資料圖片
空間計劃
美國國防部官員認為未來戰(zhàn)爭將主要依靠太空進行，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設立了多項計劃以改善這一現狀。
1.快速太空進入計劃：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技術的遠期目標是不僅能夠用于支撐下一代航天發(fā)射技術，而且還能運用于全球到達的高超聲速和太空進入飛機。
ALASA空中發(fā)射輔助太空進入項目：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小時之內就可以完成發(fā)射準備工作。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)視望遠鏡（SST）項目，這種陸基望遠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。
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，如精確導航、授時、導彈制導、通信、氣象預報、高分辨率攝像和導彈防御等，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，預計在2015年進行首次試驗，預計在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，美國已經在太空中多次試驗空間智能衛(wèi)星捕獲技術和自主交會對接技術，例如三個微型空間飛行器可在太空中實現自主編隊和自主捕獲。
占領科技前沿高地計劃
深空、深海、深地將成為人類科技能力競爭的前沿高地，DARPA開展了多項技術布局。
“僵尸衛(wèi)星”概念圖。資料圖片
1.遠程反艦導彈（LRASM）
2009年DARPA與美國海軍聯合啟動了新一代反艦巡航導彈（LRASM）項目，目前已成功完成了一系列精準打擊、智能選擇目標的反艦防區(qū)外導彈試驗，進入研發(fā)最后階段。LRASM將成為復雜遠程空射國防系統(tǒng)智能選擇目標的第一種反艦導彈。這種導彈可大幅降低對先期精確情報、偵察平臺、全球定位導航、數據鏈系統(tǒng)支撐服務的依賴度，僅僅靠單獨使用機載瞄準系統(tǒng)就能從更遠距離精確打擊對手的水面艦隊乃至反艦導彈發(fā)射平臺。
2.探索技術輔助作戰(zhàn)：分布式作戰(zhàn)管理項目（DBM）和復雜環(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)組成網絡，形成綜合的分布式管理能力，管理空對空、空對地作戰(zhàn)，以在復雜的戰(zhàn)場中取勝。此外還包括應用于駕駛艙和作戰(zhàn)管理站的先進人機交互技術。其二是復雜環(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)爭勝利的關鍵在于控制全頻譜的電磁波譜，從而確保主導通信，繼而能控制授時、定位、導航，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。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設計并成功試驗了0.85太赫茲的功率放大器。
信息領域
信息技術的突飛猛進為國家安全帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。DAPRA在信息領域布局了100多個項目，其中重點關注的項目可分為網絡、大數據、語言和作戰(zhàn)人員應用程序四大類。
2013年機器人技術挑戰(zhàn)賽。資料圖片
1.“洞察”項目（Insight）：促進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據的海量增長，而且是數據來源于不同系統(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，利用自動行為學習、數據虛擬化技術和預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的決策提供更有力的支持。
2.下一代搜索技術（MEMEX）
DARPA官員指出，大多數人看到的只是互聯網表層的1%到5%的內容。DARPA啟動的下一代搜索技術（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。通過對網絡站點的大范圍搜索，這一工具能夠發(fā)現原本難以獲得或需要大量時間才能發(fā)現的信息。該項目成果已幫助聯邦執(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絡。
3.“挖掘與理解軟件包”（MUSE）
大規(guī)模信息并非僅僅是數據，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）項目是要運用大數據分析的方法，對數千億條開源代碼進行識別和分析，從而得出不同軟件在發(fā)展中常見的深度共性，讓大數據分析邁上一個新臺階。
4.高可靠性網絡軍事系統(tǒng)（HACMS）
隨著智能網絡系統(tǒng)復雜化，DARPA啟動了“高可靠性網絡軍事系統(tǒng)”（HACMS）項目，致力于建立無法被侵入的信息技術系統(tǒng)，抵御網絡襲擊。
生物技術領域
生物學是自然界最終的創(chuàng)新者，人工系統(tǒng)往往見拙于生物系統(tǒng)。DARPA認為生物技術是最具潛力的科技創(chuàng)新領域之一。
1.基于人造生物學的革命性材料制造平臺（Living Foundries）
合成生物學是生物學與工程學的交叉學科。DRAPA打造了基于人造生物學的革命性材料制造平臺，利用生物技術使得生產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——成為現實。
2.生化武器醫(yī)學快速測試（RTA）
當前方法和技術需要數年才能理解新生化武器對人體細胞的影響機制。DARPA啟動的RTA項目是要在30天之內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。DARPA希望打造“功能完全，可用人腦控制，具備感覺”的假肢。它資助的科學家已在這個領域取得了不俗的進展。DARPA生物相關投資還包括了傳染病的診斷學和新預防手段以及加速測試和關鍵療法。
新前沿領域
DARPA一直在投資被認為具有重大潛力的最新前沿研究領域。
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、中空光纖的生產能力項目示范了光傳輸延遲的獨特設計，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，旨在將微光學和機械部件組合到一個“光機”器件中。配以新的測量技術，此器件可超越量子極限運行。
2.新型定位技術：光學原子鐘
目前美軍依賴GPS進行定位，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）項目已經在實驗室環(huán)境下開發(fā)出了光學原子鐘，其在50億年內的誤差小于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、激光雷達和測量系統(tǒng)等。
3.地面機器人
DARPA每年舉辦“機器人技術挑戰(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，具備從事災難救援的潛力。
4.探索新的算法
算法進展會打開新技術前景，如聚類算法、時間序列分析等。
（作者：封穎 單位：中國科學技術信息研究所戰(zhàn)略研究中心）
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DARPA的主要成功因素之一是項目經理制。有學者甚至稱，DARPA就是一幫“瘋狂的科學家們”組成的部門。項目經理是DARPA的核心，約有120人，都是從大學、企業(yè)和其他政府部門“借調”過來的科學家和工程師，任期3年到5年。每名項目經理每年負責一千萬美元到五千萬美元不等的經費，資助單個項目的最低額度為五百萬美元，其任務在于識別和執(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、大學和實驗室去了解一線的想法。在此基礎上，他會對相關項目形成綜合性意見，進而迅速下撥項目資金給相關研究者，組織研究者社區(qū)攻關，隨后積極掌控項目發(fā)展進程。一旦項目取得成果，他就會迅速聯系潛在的使用者，鼓勵技術轉化，以期形成真正的生產能力。
對項目經理進行監(jiān)管的是DARPA領導層，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，根據實際進展情況來決定是否淘汰或推進正在進行中的項目。（陳登）