【划重点】DARPA的13个科研成果转化项目

Original 2017-01-09 ☞ 信息与电子前沿

美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)，简称DARPA。成立于1958年，是美国国防部属下的一个行政机构，负责研发用于军事用途的高新科技。本文摘编自DARPA于2015年3月发布的报告《国家安全突破性技术》，并梳理了该部门科研成果转化的13个项目。

追求卓越，改变世界——从理论到实际

DARPA的任务就是要通过开发研究突破性技术来发现新的机遇，创造奇迹使不可能成为可能，从而造福人类。但是只有当这些新技术产生切实的成效，并在巩固提高国家安全方面取得重大突破性的进展后，我们的工作才算是真正意义上取得了成功。为此，我们必须在每个项目开始之前，事先制定方案，确保我们的研究成果能投入使用，转化成实际的应用能力。

科学成果的转化通常很复杂并且有多种不同的转化途径。事实上，将一项新技术在军事、商业或者其他领域成功推广使用，这本身只是在我们朝着最终得改革目标迈进的过程中一个中间过渡环节，而要在真正意义上取得革命性的创新效果，还需要长年的不懈努力。DARPA采用多种促进科技成果的转化途径，每一种都是经过DARPA精心挑选，且具有可以最大程度上提高所需转化的科技成果的影响力和应用范围的潜力。

在某些情况下，DARPA的某项研究新型军事系统的项目可能会成为军事领域的正式项目，而在其他情况下，DARPA所开展的新技术项目将首先在民用部门推广使用。因为，企业和私人的投资资金将会进一步推动研究取得突破，并同时降低研究成本，同时也为新技术最终应用于军事领域奠定了良好的基础。除上述两种情况外，DARPA可能只进行项目的前期工作，即只理论上证明该项目的可行性和所开发技术的潜力，而将后续技术的研究和开发工作交由军事或者民间组织进行。

由于DARPA的研究重点主要是全新的非渐进式项目，因此部分项目在完成后未能成功转化投入使用——造成这种情况的原因可能是因为所研究的技术不具备转化价值，或者是因为研究成果需要更新当前的设备，很难在短期被大规模推广使用。一旦这种情况发生，DARPA的研究成果可能需要等待数年的时间，直到其他相关技术成熟后或者周围环境改变使得研究成果投入生产成为可能后才能真正面市为人所知。

在充分认识到科技成果转化的重要性以及转化过程的复杂性后，DARPA成立了一个新的行动支持部门——适应执行办公室——专门负责研究成果转化方面的工作。适应执行办小组成员各个业务精湛，在军事领域有丰富的经验。该部门在军事联络处的密切配合和大力支持下，致力于发现和促进将DARPA所研究项目的科研成果实际投入运行的最有效的转化途径。

尽管在科研成果的转化过程中充满了重重挑战和困难，DARPA最终还是战胜了一切困难，成功地推出了大量适用于军事和民用设备的新型技术。在最近几年，转化成功被大规模投入使用的项目主要包括以下：

信息领域

1. 重要信息的收集和分享

DARPA长期以来一直致力于为军事部门提供可用于情报收集、监控和侦测（ISR）方面最尖端的技术。为了进一步加大在这方面的工作，DARPA与联合特别行动司令部（JSOC）签订了一份技术转让协议，将DARPA的研究成果——自动化实时地面全部署的侦察成像系统（ARGUS-IS）转让给联合特别行动司令部使用。这一新型侦查成像系统为超广域高清运动视频传感器，具有先进的机上处理功能和内置的地面无线电接收器，可以在操作者分派任务时与操作者互动交流并可同时追踪侦查多个目标。这一技术为作战人员提供了前所未有的机遇，可以发现、识别、了解和加入敌方活动网络以及找到高价值高危险性的敌方目标。联合特别行动司令部正将这一系统应用于进一步开发将用于近期战斗部署的有人操纵的任务平台。

2. 打破语言障碍

在过去十年里，DARPA研制出了多种在冲突地带广泛使用的语言翻译软件和设备。与此同时，创新技术不仅可以增强作战人员和战区当地人民沟通交流互动，并能使作战人员从各种媒体渠道和其他信息来源中收集获取有关当地情况的情报。DARPA在这一领域所开展的研究项目能够促进国际合作，推动人道支援，并且还有助于打击跨国犯罪和跨国海盗。

3. 利用图片和视频图像

在开展监视和侦测的工作中所收集到的图片（例如国防部在执行任务时没收的叛乱分子笔记本电脑上储存的照片和视频相册）信息量正在以超出信息分析员所能应付的速度不断增加，分析员必须依靠其他支持才能跟上大幅增长的信息分析翻译需求。针对这一问题，DARPA已经成功研发了数项可以提高分析员的工作效率和产量的新型信息分析技术并成功完成了这些技术在相关机构中的推广应用，其中包括可以搜索特定的人、物、事件和活动的影像和视频资料信息的技术；以及支持现场视频直播的新型软件界面；以及可以同时追踪动态视野中所有活动者的技术。

整个电磁波谱

4. 推广氮化镓技术

DARPA认识到，无论攻击目标是哪一个国家，电子设备对美军在更广的区域部署和开展军事行动和提高作战力和影响力都必不可少。因此多年来，在军事部的密切配合和全力支持下，DARPA一直致力于解决开发高功率密度、宽带隙的半导体组件所面临的技术难题。经过长期的不懈努力，DARPA在多个应用氮化镓技术的领域都取得了重大进展，成功研发了一系列广泛应用于国防领域的新技术，为加强国家安全做出了巨大贡献。

DARPA利用其在射频元件技术方面所取得的突破成果继续研发新的项目，其中最主要的三个项目为：在海上作战时可以干扰敌军雷达信号帮助美国海军保护美国财产的下一代干扰机；用于搜索和跟踪弹道导弹和在目标地区提供终端照明的空中导弹防御雷达；以及可以大幅提高对轨道中小型物体的探测能力从而加强人类对太空的了解和事态感知力的太空护栏系统。

在陆地上

5. 整合情报

军事情报分析员需要处理、整合、分析、解读从多个不同渠道收集到的大量复杂的数据并从中准确找到有用且可靠的信息，这是一项非常艰巨的任务。数据来源多种多样，例如，物理传感器所产生的数据、人际交往和相关数据库中的信息等。

由于人工的手段已经不足以满足目前日益上涨的信息分析需求，DARPA启动了一项名为“洞察力”的研究项目，开发新的自动化程序来帮助增强分析师信息分析处理的效率和能力和准确度，同时有利于分析师为战场上时间紧迫的军事行动提供及时有效的数据信息支持。该系统具有开放、标准规模化以及即插即用等特征，可以快速整合已收集到和新出现的情报信息、现有和新兴监视侦查技术与软件源，以及用于增进了解合作和快速决策制定能力的直观多用户软件。“洞察力”已在美国海陆空三军中得到广泛的应用，为研发新一代分布式通用地面系统—军队（美军正式的情报收集系统）所需的融合技术的开发奠定了良好的基础。这将会极大地简化美军分析员们从多个渠道收集信息，再将所收集的信息整合整理从而得出有用的分析结果的过程，并将帮助分析员利用上述分析结果发现识别危险行为模式和行动路线。同时，美国空军的国家航空航天情报中心也采用了“洞察力”这一技术来加强该中心的情报收集和分析能力以适应该中心特殊需求。

6. 改革近距离空中支援技术

一旦陆军部队发现敌军所在位置超出了攻击范围或者在敌军的严密控制下，陆军将发出空中支援请求，在这种情况下，原则上来说陆军不应使用纸质地图和语音通信的方式来向飞行员传达关键性的信息，然而，陆军部队过去长期以来一直都采取的是这种错误的做法，这种情况一直到最近才有所改善。

DARPA所研发的持久近距离空中支援系统（PCAS）极大地简化了空中支援任务，升级和数字化了执行空中支援时所需的技术。现在，DARPA正努力推动该系统的空中和陆地技术在陆军特别行动司令部（USASOC）的应用，通过这些技术，陆军部队可以通过内部系统安全隐秘的发出空中支援请求，在收到空中支援请求后，有人或无人系统将使用导弹向地面目标发动精确的攻击。具体来说，陆军特别行动司令部正致力于将持久近距离空中支援技术应用于该司令部目前所采用的MQ-1C灰鹰号无人机，并与相关的网络系统进行整合。

在海洋上

7. 实现远程反舰能力

DARPA启动了对远程反舰导弹的研发工程。远程反舰导弹是能在防区外精确瞄准攻击目标的反舰导弹，可以在扩大攻击范围的同时降低行动对情报侦测和监视系统的依赖性。DARPA在2013年8月对该武器系统进行了首次模拟飞行测试，实验结果非常成功。在那之后，海军部队便加大了与DARPA在该领域的合作力度。在2015年2月，海军部队也对远程反舰导弹工程进行了测试，同样也取得了圆满成功。海军与DARPA的合作加快了该技术在军事领域的应用，极大地提升海军的作战力，改革海军作战方式。

8. 建立深海“卫星”

DARPA所开展的分布式敏捷海底狩猎（DASH）计划是为了在海底创建固定和移动水下观测系统。正如卫星从太空向我们提供地面全景，这些海底观测系统可以大面积搜索检测在其上部海域内经过的敌方潜艇，因此被称为“深海卫星”。这一深海系统在发现敌军潜艇后将锁定该目标，追踪监测该潜艇的水下行动，然后其他监测系统将介入，继续监视、追踪、跟踪直至最终摧毁敌军潜艇。DARPA正与海军合作，共同开展一项海上实验，将这些新技术运用到海军目前正在进行的海下监测行动中，此次实验的结果将决定海军是否正式启用该海下监测项目。

扩大可供无人驾驶飞行器（UAV）起飞和降落的海上平台很多用于军事用途的无人驾驶飞行器都需要航空母舰或者配有长跑道的陆地基地来帮助起飞和降落，这对经济、财政、外交以及安全等方面的要求都很高，需要投入巨大的人力和物力，严重影响了军事反应速度。DARPA的战术利用侦查节点项目（Tern）计划使用小型舰艇充当长航时中型固定翼无人机的活动发射及回收平台。目前，海军部队正与DARPA紧密合作，在DARPA前期所取得的成果上, 进一步研究战术利用侦查节点项目的全方位海上展示平台。

在空中领域

9. 收集具有高分辨率的高空数据

DARPA所开展的高空雷达试验行动（HALOE）让美国驻阿富汗的军队可以在更大的范围内以前所未有的速度收集到更多的高清3D数据。美国驻阿富汗的军队将继续使用高空雷达实验行动项目的传感器来收集用于美军情报分析和作战使用的高清地形数据。美国国防部在过去四年里一直在研究可以利用高空雷达试验行动项目中的技术突破来给重要军事行动提供支持的编程选择。

10. 重新调整飞行队形

成群的候鸟在迁徙时会排排成“V”字型飞行，因为这将有效降低迁徙时的能源消耗。受到这一启发，DARPA正在研发新型软件来降低美国空军部队的C-17号运输机的飞行阻力和燃料消耗，目前C-17运输机是国防部燃料消耗最大的战机。DARPA开发的新型软件将在C-17号运输机目前所使用的装备上安装精确自动操舵装置和自动节流功能。DARPA对该新软件进行了飞行测试，结果表明软件在飞机上的运行状况良好且便于机组人员操作，同时降低了10%的燃料消耗量。这一结果促使美国空军在2014年正式在C-17 运输机上安装使用该软件。目前，美国空军研究实验室正在研究将该软件推广应用于其他型号的战机的可能性。

11. 改善用于长途飞行的燃料电池性能

设计无人机的过程中最主要的技术难题——以及无人机尽管功能全面却依然未能在执行国家安全相关的任务时被广泛使用的原因之一——就是如何在保证充足的电力供给以确保无人机上越来越多的机载系统的正常运行的同时避免无人机的飞行能力受到新增的大型电池的重量的影响。为了解决这一难题，DARPA加大了在制作便携式燃料电池的新型材料方面的研究投资并取得了重大突破。DARPA在材料科学方面所研发的新技术不仅改写了历史，超越了传统极限，并且奠定了一系列燃料电池技术突破和发明的基础。时至今日，这一技术已日臻成熟且被广泛应用于无人机中，极大地延长了无人机的飞行时间，使得无人机可以更加有效地保护军事人员和服务其他部门。现在，美国海军陆战队作战实验室、陆军研究实验室和美国国家公园管理局都已采用了该技术，同时该技术在其他领域的推广使用也在积极筹划进行中。

在太空领域

12. 避免在轨道中发生碰撞

随着卫星通信量的日益增加以及卫星在通讯领域的重要性的提高，发生空间碰撞的危险度也在增加，因此对于美国对地观测台以及其他重要的民事和军事部门来说，当务之急就是要提高空间疆域感知度。DARPA所研发的空间探测望远镜（SST）可以更快地发现和追踪在距离地球表面上方22000英里的同步轨道上可见度低且难以发现的目标。空间探测望远镜的研发计划始于2002年，当时工程师利用突破性技术成果地将极度平滑的非球面镜精确安装在具有高灵敏度的望远镜底座上。空间探测望远镜所具备的各项新型功能极大程度上提高了我们深太空探测监视能力，不仅扩大了太空视野，提高了太空可见度，还提高了我们的太空观测和搜索能力。

DARPA在2012年完成了对空间探测望远镜的测试和评估，在那之后，DARPA直接与空军航天司令部（AFSPC）合作，共同对空间探测望远镜进行了军事效用评估研究。目前，空军航天司令部正准备买下空间探测望远镜的所有权，并且已经发出声明，表示将与澳大利亚政府一道，共同使用该望远镜来增进两国在空间探测领域的合作。在空军航天司令部，该望远镜所捕捉到的太空信息将被输入美国太空侦测网。美国太空侦测网是在美国航天司令部管理控制下的一个负责对近地和深空轨道上的碎片目标进行编目、观测和跟踪以识别并且避免可能在短期内发生的轨道碰撞的系统。空间探测望远镜将继续向美国宇航局以及整个科学界提供有关太空暂现事件的监测数据，例如超新星的出现以及具有潜在危险性的近地小行星的运动轨迹。

服务作战人员和退役军人

13. 革新修复术

总体来说，在上肢修补方面的技术要远远落后于在下肢修补方面的技术，这是因为人体上肢功能极度复杂，因此修复上肢和制作上肢假肢面临着巨大的医学和设计等方面的技术难题。在2014年，经过多年的不懈努力，DARPA最终成功完成了假肢革新计划。DARPA的这项研究使用模式化系统识别和管理手臂和双手假肢，让上肢截止患者可以以前所未有的灵活度来使用和操纵假肢。这项发明出台后很快便得到了美国食品和药物管理局的上市批准。使用者可以重新进行例如自己独立吃饭、与他人握手、拥抱或者轻拍孩子等普通的日常活动。

创造奇迹，使不可能成为可能：

DARPA所研发的技术改变了整个世界

DARPA每天的工作就是确保每个项目顺利进行。但是，DARPA的最终使命是在提高国家安全领域取得重大突破性的进展，并且在这方面DARPA已经取得了世界瞩目的成就，这是其他任何机构都无法比拟的。

DARPA的研究成果包括：精确制导弹药、隐身技术、无人系统、先进情报监视和侦查技术和红外夜视技术等，这些技术极大程度上改变了美军的作战方式，提高了美军综合战斗力。此外，新型材料的研发、导航和授时装置、专业微电子学、高级网络和人工智能等新技术的研发不仅极大地提升了美军在战场上的战斗力和军事能力，更重要的是，这些技术吸引了大批私人投资资金，投资商们应用这些技术生产出了大量可以造福大众能改善人们生活水平和工作模式的产品和服务。投资商们利用DARPA的技术成果开发出复杂精密的产品和服务，反过来DARPA和其他国防部组织又采用此类产品和服务推动国家安全技术进步及增强美国的军事实力和优势。

上述成功案例只展示了部分DARPA的成就，研究成果的成功转化是DARPA所产生的影响最重要的部分。DARPA的每一次成功都包含从DARPA研发项目开始到技术成果投入使用再到这些新技术在提高国家安全领域发挥重要作用的全部过程，每一个环节都必不可缺。DARPA的每一次成功都是独特的，但是唯一不变的一点就是所有的成功背后都凝聚了无数的个人和组织——公共和私人——的不懈努力和付出，这也充分说明了建设一个充满活力，有利于激发创造力和科技创新的良好生态系统对我们国家和社会的重要性。但无论如何，仍是DARPA最先看到了研究的价值，做出了最关键的早期技术投资，使得这些伟大的成就成为了可能，从而改写了历史，创造了辉煌，使不可能成为了可能。