【科技动态】DARPA近期动态：移动战术云、机器人在轨服务、柔性外骨骼、纳米级组装、硅基微芯片、不依赖GPS的惯性导航、智能手机

DARPA发布“机器人在轨服务能力及商业转型”项目招标书

使用化学推进的GEO服务星示意图

[据美国联邦商机网站2014年9月3日信息] DARPA战术技术办公室9月3日在联邦商机网站发布“机器人在轨服务能力及商业转型”项目招标书，寻求提高现有太空基础设施的抗毁性，并为未来太空操作提供革命性能力。

背景

DARPA感兴趣的服务任务包括：对在轨运行且出现异常的航天器进行联合检视；对机械性异常进行检修，如太阳能电池帆板、天线部署故障；对轨道变更机动提供联合辅助，如部署到新的运行站点，或转移部署轨道，推进系统性能低下的修正，站点变化机动过程中的推进剂保持，替补航天器推迟就位时短期延长任务等。

由于地球静止轨道内大多数卫星为商界所有，因此联合商界形成合作模式，是确保政府资产获得服务能力的可行性方案。2011年美国《国家安全空间战略》展望过这种合作模式：“要在那些使我们所依赖的太空体系架构的成本得以控制、抗毁能力得以提升的领域中，寻求与商业公司结成战略伙伴关系。” DARPA战术技术办公室相信在轨机器人服务能力可以在这两方面做出贡献。

项目描述

招标信息涉及两大领域:一是航天器平台技术特征，平台由工业界提供，可与DARPA太空机器人技术集成；二是商务安排模式，这种模式是工业界合作伙伴或用户需求或欢迎的，目的是与政府结成伙伴关系，形成商业所有并运行的太空机器人服务能力。

DARPA投资于太空机器人能力所形成的技术产品将被集成到商业伙伴提供的地球静止轨道卫星平台上，该平台作为政府提供的设备，合作团队由平台制造商和政府人员组成。

这些技术产品展示已通过广泛的实验室测试，以期提高与服务任务相关的在轨机器人操作的可靠性和效率。此类产品包括机械臂，机械臂末端操作器与更换工具能力，交会与逼近操作及检视所需的摄像机及其他传感器，机器人自主操作和自主接近目标航天器所需的安全增强算法，针对太空机器人的先进地面测试能力。重要的是，这些技术能对那些没有预先做服务设计的航天器进行服务。

机器人有效载荷描述

机器人有效载荷包括：一对长2米的7自由度FREND机械臂（可更换工具）、一套工具、控制系统（包括电子设备、软件、机器视觉和控制算法）、摄像机和光源、有效载荷配电系统、高分辨率成像传感器、交会与逼近操作传感器，一个3-4米的9自由度机器人检视臂。第三个FREND机械臂可以取代检视臂。这个机器人有效载荷将执行不同任务，包括高分辨率检视、轨道修改及解决异常问题。机器人有效载荷还要有能力通过在轨补给的方式接受新硬件（工具、传感器等），要有能力接受新软件加载（新机器视觉算法、工具控制参数等），以便应对意想不到的状况，用于意料之外的用途，或执行未来任务方案。

目前，招标书要求机器人有效载荷属于B类有效载荷，在轨寿命5年。

（来源:国防科技信息网，编译：许红英）

美国DARPA寻求维修卫星的机器人技术

[据C4ISR网站2014年9月8日报道 ] DARPA正在寻求研发空间机器人技术以完成在地球同步轨道上卫星的维修工作。

在近地轨道的损坏卫星可以方便维修，例如当航天飞机宇航员修复和维护哈勃空间望远镜，但是在在22000英里高的地球同步轨道GEO的卫星则是一个不同的问题。而这些卫星的设计初期并没有考虑整个生命周期中的任何升级或维修因素，因为考虑后的方法，将会增加尺寸、复杂性和成本等问题。

当前大多数地球静止轨道卫星为商业拥有，DARPA正在寻求军民合作方式，双方共同合作服务于军事和商业应用的GEO卫星，并预期在五年内完成该目标。

DARPA项目经理戈登罗斯乐说“我们要求空间协会团体去思考，如何使用机器人更好的帮助进行未来的空间行动，他们的建议和想法对于我们我们采取的第一个服务地球卫星的具体步骤的可行性是必不可少的。如果我们成功了，我们将加快发展机器人技术，最大化当前空间基础设施的使用和提高未来空间系统的能力。

DARPA的信息要求主要集中在两个方面。首先，机器人服务将把DARPA空间机器人技术与商业空间飞船整合，除了维修和修理卫星，机器人服务器还将协助卫星改变轨道；第二，DARPA将寻求军民合作建议，共同完成卫星维护修理工作。

（来源:国防科技信息网，编译：孔 勇）

DARPA寻求与工业界合作发展地球静止轨道机器人服务能力

[本站综合报道]根据联邦商业机会网站9月3日招标信息，美国国防预先研究计划局（DARPA）在已有太空机器人和在轨逼近操作基础上，开展一项新的卫星服务任务，最早2019年将该任务送入地球同步轨道。

DARPA开展机器人卫星服务技术试验已超过十年，目前该机构正在实施“凤凰”（Phoenix）项目，该项目旨在回收和再利用报废卫星中的可利用部件，就像在轨实施外科手术。在这份招标书中，DARPA称其正着眼于一个新项目，以推进该领域工作的开展。在最乐观的情况下，该项目可以推动商业卫星服务业务的发展。

招标书中称：“DARPA尤其关注在该领域创建一种公私合作关系，合作式机器人服务将以按服务收费的方式同时为军队和商业卫星所有者提供服务。这种合作关系既有助于发展近期的技术能力，同时又为创建一种可持续发展的商业化太空机器人企业作出重大贡献。”

这种个机器人服务飞行器关注地球同步轨道运行的卫星，这些卫星出现异常时，需要近距离检视。“对于所有的航天器运营者来说，知悉引起航天器故障的原因（例如设计缺陷、轨道碎片撞击或其他原因）都是十分重要的。”接着，该飞行器可以对目标卫星进行维修，例如帮助部署太阳能帆板或天线等故障零件。它也可以用于执行变轨机动。

“该服务器一旦进入运营阶段会使美国具备星群服务能力，卫星不再孤立无援。由于地球同步轨道大多数卫星属于商业卫星，因此确保为美国政府资产提供服务能力的可行方法是与商界合作的模式。”有些公司已经在开发这种服务方案并将其作为政府和商界在轨卫星延寿的一种方式。但是，这些方案尚缺真正的吸引力。其中的一个障碍在于目前非常少的卫星（NASA的哈勃太空望远镜例外）在设计时考虑到在轨服务。DARPA称，基于他们在在轨逼近以及机器人操作领域多年的努力，对于没有在轨服务设计的卫星也将可以实现维修。

该招标书要求工业界开发的卫星平台要能安装机械臂，以及其它的诊断和维修装备。DARPA构想中的这种航天器包括能使用不同工具的机械臂、全套工具、控制系统、照相机、光源以及高分辨率成像传感器。卫星平台也可以通过在轨补给接收新工具和传感器。

该招标书也包括为政府商界合作开展卫星服务提供新思路。

招标书反馈信息截至11月初。

（来源:国防科技信息网，编译：孙硕 许红英）

DARPA斥资290万美元研制柔性外骨骼

[美国《陆军技术》2014年9月13日报道]美国国防高级研究计划局与哈佛大学怀斯生物启发工程研究所签订了一份价值290万美元的第一阶段后续合同，研制一种仿生智能服。根据合同规定，怀斯生物启发工程研究所的研究团队将进行柔性外骨骼的概念演示验证，有望使携带重物的士兵行进距离更长、减轻疲劳程度并最大程度降低其肌肉损伤风险。

柔性外骨骼是一种内穿型智能服，能够模仿人体的腿部肌肉和肌腱，为腿部关节提供辅助，而不会像之前笨重的外骨骼系统那样限制穿戴者的行动。当前样衣是将大量织带缠绕在人体腰部及腿部，内置低功率微处理器和联网的柔性应变传感器，类似智能服的“大脑”和“神经系统”。传感器持续监控多种数据信号，包括服装的拉伸程度和穿戴者的位置等。

怀斯生物启发工程研究所研究团队还将与临床合作伙伴联合研制医用型柔性外骨骼，能够为行走艰难的中风患者提供帮助。柔性外骨骼计划集成到国防高级研究计划局“勇士织衣”项目中，该项目旨在开发能够保护并减轻士兵肌肉损伤的技术，此外还可能满足民用需求。

该项目正在由波士顿大学健康与康复科学学院的人员，以及哈佛大学博士后研究人员和毕业生团队提供支持。

（来源:国防科技信息网，编译：刘婧）

DARPA着眼纳米级组装

[据《航宇日报》网站报道]DARPA正在探索方法实现从原子尺度组分组装成人类尺度的产品以实现新材料和系统性能。DARPA在宣布原子到产品（A2P）项目时称：“很多普通材料当在极小尺度制造后会呈现出不同的、具有潜在应用的特性”。

纳米尺度的特性接近于原子尺寸，包括“量子化电特性、快速温度变化、可调的光吸收与散射等”。A2P将解决两大“迄今未能攻克的挑战”，首先是缺乏如何将材料在更大尺度上保持纳米特性的知识，第二是缺乏小于100微米物体的组装能力。

A2P的目标是研发组装纳米尺度组分将其独特能力转化到材料、部件或系统（至少在毫米尺度）的技术与工艺。该项目将包括不同的技术领域，按两个等级步骤从纳米迈向毫米尺度：原子到微米组装、微米到毫米组装。

Darpa的项目经理John Main称：“我们想探索将极微小物体放到一起的新方法，目标是研发出新的微型化和组装方法，该方法能够在比现有技术小100000倍的尺度下工作”。他补充说：“如果成功，A2P能够帮助制造出在任何尺度下具有纳米尺度特性的全新类型材料。而这会进而形成依靠当前技术无法实现的微型化材料、工艺和设备”。

学术界与工业界将在9月9日和11日简述A2P项目的愿景、目标和结构。在现在广泛用于航宇和国防的微机电系统（MEMS）后，纳米机电系统（NEMS）已经成为各方努力攻克的微型化方向。

（来源:国防科技信息网，编译：王传胜）

DARPA向工业部门征询提升不依赖GPS的惯性导航能力的方法

[防务航宇电子网站2014年9月8日报道]军方研究者向工业部门征询提升惯性导航(INS)能力，以实现精确长航时导航以及武器平台的精度末端机动的方法。

DARPA周四发布“不依赖于GPS精确导航和导引技术的”信息征询（DARPA-SN-14-62）。DARPA官员称：“本次征询涉及不依赖GPS精确导航和导引所需的现有技术，新兴技术以及潜在发展技术。”

军机、导弹以及其它装备平台需要精确导航信息，从而执行长航时、精确的末端机动。DARPA研究者致力于实现平台相对于选定飞行点或特征位置的更小误差。

DARPA官员称：“目前，不依赖GPS精确导航依然存在一些缺点。这些缺点包括：随着时间推移出现较大的导航均方误差，相比于GPS更高的采集、运行和维护成本，费时费力的任务前分析和计划，任务规划所需大型配套设施，导航系统高C-SWap（成本/大尺寸/重量/功耗）与小型军用平台之间的矛盾，以及导航系统高散热与小型军用平台之间的矛盾。

为了克服这些缺点，DARPA官员努力发展导航传感器与雷达和红外图像的输入接口，通过红外传感器和雷达实现主被动导航；以及使用红外、雷达和射频通讯信号来实现跟踪。解决方案应该至少达到GPS的导航和导引精度，小C-SWaP的封装；可在拒止环境中运行的能力；隐藏攻击任务平台位置的能力，可在众多类型飞机平台和空射导弹上使用；短的发射前等待时间，少量甚至无需人员干预；较小的数据吞吐量。

DARPA研究者关心提高“基于惯性”的导航和导引系统的技术，而不是只依赖惯性的方法。工业部门的方案应该包括：传感方式、不依赖GPS的精确导引传感器、不依赖GPS精确导引的自动目标识别的作用、精确导航所需的跨模态图像和信号处理、如何实现传感方式转换、真实和虚拟的三维数字高度模型；发射前导航和任务计划所需的量；所需的支持工具；基于不依赖GPS导航和导引系统的制导和控制技术；不依赖GPS导航所需关键技术。

DARPA将根据工业部门返回的建议，来决定是否开展“不依赖GPS的精确导航技术”的发展项目。

（来源:国防科技信息网，编译：王鹏）

DARPA寻求移动战术云技术

[ 据C4ISR网站2014年9月5日报道 ] 美国国防预先研究计划局（DARPA）正在寻求移动战术云技术，通过战术云可以在战场上直接分析数据，不需要将数据发送至数千英里之外的大数据中心。

DARPA的中小企业创新研究征集部门称，“移动云可以有效地改善军事战术环境的态势感知能力，它能够为恶劣环境下的作战人员提供增强100-1000倍的计算能力。”

现在的问题是带宽的限制，只能允许一小部分战术数据传输给后方进行分析。移动云技术则可以允许前线部队收集并直接分析友军和敌军部队战术数据，以及分析当地地形情况。

移动战术云设备应该是一个足够小的单元，可以列装在车辆、载人和无人飞机上。移动战术云计划第一阶段主要内容为战术云的技术方案设计，第二阶段则重点利用现有商业技术和可用组件搭建移动战术云的原型机。

（来源:国防科技信息网，编译：孔 勇）

美国DARPA计划将激光器直接“植入”硅基微芯片

[据DARPA2014年9月10日发布]DARPA的“电子- 光子混杂集成”（E-PHI）项目已经成功地在硅片上集成数十亿个发光点，发出有效的硅基激光。这项突破由加利福尼亚大学圣芭芭拉（UCSB）的学者完成，它能够降低产品的成本，并具有先进的微系统，超过现有技术的能力。

国防系统，比如雷达、通信、成像和遥感有效载荷依靠各种各样的微系统器件。这些不同的器件需要特殊的下层或基层材料，并针对每种应用采用不同的加工技术，阻碍这些器件的集成朝着单一的制作过程发展。曾经，这些技术的集成需要将微芯片一个一个的联接起来，与微系统将技术集成到一个芯片上相比，会引入重要的带宽和潜在的限制。

DARPA在2011年启动E-PHI计划，目标是将高速电子直接与芯片级的光子微系统集成到一个微型硅芯片上。虽然许多光子组件现在能在硅片上直接制造，但是在硅片上作为有效的激光源被证实很难。加入激光器的传统方法——增加片上材料，包括在昂贵的晶片上单独制造激光器，然后再结合到硅芯片上。这个传统的结合工艺对精度和时间的要求非常苛刻，会提高产品的成本。

通过《应用物理学快报》发表的一篇论文中，UCSB的工程师们表示直接在硅晶片上“植入”或沉积的砷化铟连续层是可行的，能够形成数十亿个发光点称为“量子点”。这个方法将电子和光子电路集成到普通硅底层，不用晶片结合，能够应用到大量军事和民用电子领域，大小、重量、功耗、封装和装配成本等因素十分关键。

可以预见，在这些E-PHI演示微系统将具备可观的改进性能和小型化空间与是最先进的技术。激光器和其他组件都可以轻易地集成到硅片上，为先进的光子集成电路具备更多的功能铺平了道路。

除了在硅片上发光，UCSB小组还克服了“晶格错配”问题，就是直接在硅片上植入的非硅材料激光器的问题。UCSB的团队证明了在硅片上植入激光器与植入在本基板上同样可行。这些结果现在用于其他光子器件如光学放大器、调幅器和探测器的发展基础。

（来源:国防科技信息网，编译：张晓）

美军士兵测试用DARPA的智能手机应用程序

[据C4ISR网站2014年9月9日报道 ] 美军士兵对美国国防预先研究计划局（DARPA）的原型智能手机技术进行测试应用，并表示都愿意看到智能手机技术的批量生产投入使用。

DARPA智能手机技术是使用商用现货硬件，开发自己的战场应用软件，这套应用软件程序，称为transapp，可以让士兵获得实时共享的信息。作家亚当克拉克采访了两位在阿富汗试用DARPA产品的美军士兵，在救生应用程序中，他们赞扬了以下三个应用程序。

地图应用程序，DARPA地图应用程序提供最新的卫星图像，允许用户飞速下载更新地图，是战斗搜索和救援行动一个重要功能特征。美陆军上尉克里斯加戈从2013年开始使用该应用程序，可以方便地带领小组军队向不可预知的目的地前进。DARPA应用程序将当前需要的地图信息很容易的呈现在士兵面前。

transheat，可以跟踪战士在一个特定的区域内停留多久，如果这个地区太危险，并可以发送警报。美陆军上尉约翰梅耶称，“作战就像看一本连续的书，如果你不留意前后细节，那么士兵们将会受到伤害。一个全新的作战部队进入战场之前，他们希望了解他们要开车或步行进入的区域情况，而之前进入的作战部队是知道该区域情况的。例如塔利班，和我们大部分的敌人一样，喜欢一遍又一遍的在类似的地区使用伏击和设置简易爆炸装置。

Tactigram，是一个简单的图片注释工具，例如，它允许士兵通过注释照片识别出图像中的人和车辆。他们搜集的情报可以通过无线电发送出去共享信息。

（来源:国防科技信息网，编译：孔 勇）