【科技评论】细数美军正在研究的颠覆性技术
美国国防部预研项目署（以下简称DARPA），主要开展军事关键技术研发。成立66年来，该署一直资助互联网、半导体、个人计算机操作系统、激光器、GPS等领域的研究。近年来，DARPA以“科技支撑国家安全”为口号，布局四大领域，重点部署了一批颠覆性的技术项目，值得我们关注。
复杂军事系统领域
当今的美军还在依赖综合运用电子、光学、软件、机械零件等技术来建造卫星、交通工具和武器。然而，技术组件及其相互作用日趋复杂化，技术与平台发挥作用的环境可预见性更低。并且，与二战之后的情况不同，当时美国基本上使用国内开发的先进技术，但现今美国国家安全所依赖的许多技术都不是由本国开发的。几乎所有信息、材料和制造技术的零部件都是从世界市场获得的，有些甚至美国根本不生产。所有这一切使得研发最新技术的经济和时间成本越发昂贵。DARPA围绕着科技前沿，对下一代复杂军事系统进行了前瞻性技术布局。
美军XS-1空天飞机想象图。资料图片
空间计划
美国国防部官员认为未来战争将主要依靠太空进行，提出了所谓的“太空军事化”思路，寻求建立“太空威慑”。随着太空竞争的加剧，美国进入太空和运作太空的能力变得不像以往那么敏捷，成本也日益增高。DARPA设立了多项计划以改善这一现状。
1.快速太空进入计划：XS-1无人空天飞机项目和ALASA空中发射辅助太空进入项目
XS-1无人空天飞机项目：DARPA于2013年9月公布了雄心勃勃的XS-1无人空天飞机计划，能够以10天内飞行10次的出动频率将运载物送入轨道，且每次飞行费用不高于500万美元。XS-1技术的远期目标是不仅能够用于支撑下一代航天发射技术，而且还能运用于全球到达的高超声速和太空进入飞机。
ALASA空中发射辅助太空进入项目：通常火箭在地面发射且成本昂贵，ALASA空中发射辅助太空进入项目的创新之处是在传统飞机后方携带一次性发射平台，用少于100万美元的成本发射45千克的小型卫星，且在24小时之内就可以完成发射准备工作。DARPA计划在2015财年完成第一次试验发射。
2.避免空间撞击计划：太空监视望远镜（SST）
美国在近地轨道拥有多颗在轨军事卫星。随着太空垃圾的逐渐增多，DARPA与美国空军合作于2002年启动了太空监视望远镜（SST）项目，这种陆基望远镜能通过广角视野高精度探测、跟踪与识别如太空垃圾、微流星体和他国航天器，从而避免美国军事卫星与他们发生碰撞。2013年11月，SST落户澳大利亚西南角开始执行太空态势感知任务。
3.“凤凰”计划：维修回收卫星
美国军方几乎所有的工作都依赖卫星，如精确导航、授时、导弹制导、通信、气象预报、高分辨率摄像和导弹防御等，美国对这种高度依赖性一直感到焦虑。然而，目前技术无法做到维修或回收地球同步轨道卫星。2012年6月，DARPA启动了“凤凰”计划，预计在2015年进行首次试验，预计在2016年前建成第一颗“僵尸卫星”（专门用来维修或回收卫星的卫星），这种卫星能够在完全失重且高速运行的情况下与其他卫星交接并拆解其零部件。在美国国防经费紧缩的大环境下，这一计划得以顺利上马的初衷在于节约成本，其深意则在于企图通过提高抓捕和拆分退役卫星的技术能力使美国具备破坏他国在役卫星的能力。事实上，美国已经在太空中多次试验空间智能卫星捕获技术和自主交会对接技术，例如三个微型空间飞行器可在太空中实现自主编队和自主捕获。
占领科技前沿高地计划
深空、深海、深地将成为人类科技能力竞争的前沿高地，DARPA开展了多项技术布局。
“僵尸卫星”概念图。资料图片
1.远程反舰导弹（LRASM）
2009年DARPA与美国海军联合启动了新一代反舰巡航导弹（LRASM）项目，目前已成功完成了一系列精准打击、智能选择目标的反舰防区外导弹试验，进入研发最后阶段。LRASM将成为复杂远程空射国防系统智能选择目标的第一种反舰导弹。这种导弹可大幅降低对先期精确情报、侦察平台、全球定位导航、数据链系统支撑服务的依赖度，仅仅靠单独使用机载瞄准系统就能从更远距离精确打击对手的水面舰队乃至反舰导弹发射平台。
2.探索技术辅助作战：分布式作战管理项目（DBM）和复杂环境中的通信项目（C2E）
目前的作战管理系统，对指挥官理解和适应战场态势往往缺乏自动化辅助。DARPA最近推动了两项计划来应对这一挑战。其一是分布式作战管理项目（DBM），DARPA与美国空军和海军合作，基于“系统中的系统”概念开发用于作战管理的控制算法和决策辅助软件，包括通过卫星和战术通信链路交互的有人和无人平台、武器、传感器和电子战系统组成网络，形成综合的分布式管理能力，管理空对空、空对地作战，以在复杂的战场中取胜。此外还包括应用于驾驶舱和作战管理站的先进人机交互技术。其二是复杂环境中的通信项目（C2E），开发强大的、快速演变的空域通信系统，重点解决在未来冲突中美军面临的通信能力不足的问题。
3.控制全频谱的电磁波谱
赢得未来战争胜利的关键在于控制全频谱的电磁波谱，从而确保主导通信，继而能控制授时、定位、导航，也能保证监测敌方动向并能掌控对方对己方的监测。为此，DARPA设立了波谱挑战竞赛，旨在遴选研发灵敏的电磁波谱技术。另一个控制波谱的方式是控制太赫兹波（THz），这是频率在0.3～3太赫兹之间的电磁波，是电磁波谱中唯一一个没有获得较全面研究并很好地加以利用的波谱“空白”区。DARPA启动的太赫兹波项目已经设计并成功试验了0.85太赫兹的功率放大器。
信息领域
信息技术的突飞猛进为国家安全带来了严峻挑战。DAPRA在信息领域布局了100多个项目，其中重点关注的项目可分为网络、大数据、语言和作战人员应用程序四大类。
2013年机器人技术挑战赛。资料图片
1.“洞察”项目（Insight）：促进分析者能力和绩效的洞察力
情报分析者面临的不仅是分析数据的海量增长，而且是数据来源于不同系统，从这些系统传回的情报并不总是可读可用。DARPA与陆军和空军合作设立了“洞察”项目，将杂乱无序的情报源信息整合为综合作战视图，利用自动行为学习、数据虚拟化技术和预测算法建立具备下一代情报、监视和侦察功能的人—机开发和资源管理系统，将使分析员通过统一用户界面能够一起合作，使用该界面将为战场上具有紧迫时间效应的决策提供更有力的支持。
2.下一代搜索技术（MEMEX）
DARPA官员指出，大多数人看到的只是互联网表层的1%到5%的内容。DARPA启动的下一代搜索技术（Memex）项目不仅是要整理众所周知的“表层信息”，而且同时还收集其余95%的“深度信息”，即那些不被常用搜索引擎索引的公开信息。通过对网络站点的大范围搜索，这一工具能够发现原本难以获得或需要大量时间才能发现的信息。该项目成果已帮助联邦执法部门侦察出一个起源于亚洲并蔓延至美国多个城市的人口贩卖网络。
3.“挖掘与理解软件包”（MUSE）
大规模信息并非仅仅是数据，还包括软件代码。随着开源项目的爆炸性发展，软件存储库动辄便能存储上千亿条代码。DARPA启动的“挖掘与理解软件包”（MUSE）项目是要运用大数据分析的方法，对数千亿条开源代码进行识别和分析，从而得出不同软件在发展中常见的深度共性，让大数据分析迈上一个新台阶。
4.高可靠性网络军事系统（HACMS）
随着智能网络系统复杂化，DARPA启动了“高可靠性网络军事系统”（HACMS）项目，致力于建立无法被侵入的信息技术系统，抵御网络袭击。
生物技术领域
生物学是自然界最终的创新者，人工系统往往见拙于生物系统。DARPA认为生物技术是最具潜力的科技创新领域之一。
1.基于人造生物学的革命性材料制造平台（Living Foundries）
合成生物学是生物学与工程学的交叉学科。DRAPA打造了基于人造生物学的革命性材料制造平台，利用生物技术使得生产目前不可能制造的材料——例如更有效率的太阳能和电子材料——成为现实。
2.生化武器医学快速测试（RTA）
当前方法和技术需要数年才能理解新生化武器对人体细胞的影响机制。DARPA启动的RTA项目是要在30天之内就能绘制出生化武器对人体影响的分子机制，继而得出生化防御的医疗对策。如果成功的话，RTA将大大提升美军的生化防御能力。
3.脑功能研究
近几年DARPA启动了先进义肢手臂系统、治疗脑损伤等多项脑功能项目，这也是对奥巴马总统提倡开展脑研究的响应。DARPA希望打造“功能完全，可用人脑控制，具备感觉”的假肢。它资助的科学家已在这个领域取得了不俗的进展。DARPA生物相关投资还包括了传染病的诊断学和新预防手段以及加速测试和关键疗法。
新前沿领域
DARPA一直在投资被认为具有重大潜力的最新前沿研究领域。
1.针对光利用方式组织三个项目
光利用方式会直接影响到许多军事器件的尺寸、重量、成本和绩效。DARPA针对光利用组织了三个项目，一是光传输延迟的小型化工具（iPhod）项目；二是旨在增强军用级陀螺的光纤性能的COUGAR项目，并在美国开发一种世界级、中空光纤的生产能力项目示范了光传输延迟的独特设计，使得光能以比光纤更为有效的方式传输；三是光辐射冷却和供暖集成器件（ORCHID）项目，旨在将微光学和机械部件组合到一个“光机”器件中。配以新的测量技术，此器件可超越量子极限运行。
2.新型定位技术：光学原子钟
目前美军依赖GPS进行定位，一旦GPS失灵将造成致命打击。DARPA目前正在研究新机理、设备和新算法，以摆脱对GPS的依赖。DARP资助的量子辅助传感和读出（QuASAR）项目已经在实验室环境下开发出了光学原子钟，其在50亿年内的误差小于1秒。通过研发可移动的原子钟，提高GPS的精确度，开发新型雷达、激光雷达和测量系统等。
3.地面机器人
DARPA每年举办“机器人技术挑战赛”，参加2014年比赛的机器人是第一种地基全自动无人驾驶机器人，能够在地面和沙漠中连续行走500公里，具备从事灾难救援的潜力。
4.探索新的算法
算法进展会打开新技术前景，如聚类算法、时间序列分析等。
（来源：光明日报，作者：封颖）
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DARPA的主要成功因素之一是项目经理制。有学者甚至称，DARPA就是一帮“疯狂的科学家们”组成的部门。项目经理是DARPA的核心，约有120人，都是从大学、企业和其他政府部门“借调”过来的科学家和工程师，任期3年到5年。每名项目经理每年负责一千万美元到五千万美元不等的经费，资助单个项目的最低额度为五百万美元，其任务在于识别和执行那些能够带来颠覆性改变的项目。他首先与美国军方密切接触，了解其需求，然后会亲自前往一些公司、大学和实验室去了解一线的想法。在此基础上，他会对相关项目形成综合性意见，进而迅速下拨项目资金给相关研究者，组织研究者社区攻关，随后积极掌控项目发展进程。一旦项目取得成果，他就会迅速联系潜在的使用者，鼓励技术转化，以期形成真正的生产能力。
对项目经理进行监管的是DARPA领导层，即各办公室正副主任和正副董事。他们会打破部门界限，互通信息，根据实际进展情况来决定是否淘汰或推进正在进行中的项目。（陈登）
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