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2020财年DARPA预算及发展动向解析

编者按

2019年3月,美国国防高级研究计划局(DARPA)发布2020财年“研究、开发、试验与鉴定”(RDT&E)预算申请,对未来经费支出情况进行了系统规划,涵盖军用生物技术、材料技术及航天技术等多个领域,集中体现了DARPA当前发展重点及未来工作方向。

一、预算总体分布情况

2020财年,DARPA预算申请约为35.56亿美元资金(含管理保障),较过去两年涨幅分别约为3.8%和15.2%。

一是按研究阶段划分,DARPA科研活动分为基础研究、应用研究、先期技术开发3个阶段,2020财年预算申请分别为4.86亿美元、14.69亿美元、15.19亿美元,占比分别为13.7%、41.3%、42.7%。3个阶段科研工作紧密衔接,其中,基础研究主要为后续阶段提供理论和方案支撑,应用研究主要围绕未来概念构想开展技术攻关,先期技术开发则通过一定程度的演示验证,推进技术或部件的进一步成熟,为向军种转化奠定基础。相对而言,DARPA基础研究占比低于国防部水平(国防部基础研究占国防科技经费比例为19.11%),显示DARPA工作重点更侧重于推进未来颠覆性技术的研发应用。目前DARPA基础研究包括国防研究科学和基础作战医学2个项目单元;应用研究包括信息与通信技术、战术技术等6个项目单元;先期技术开发包括网络中心战技术、先进空天系统等6个项目单元,各项目单元2020财年预算申请如表1所示。值得注意的是,DARPA的机密项目集中于指挥控制和通信系统、网络中心战技术及传感器技术3个项目群,涉及资金达4.33亿美元,占比约为12.2%。

是按技术领域划分,DARPA的技术项目总体可分为7类,包括信息系统技术、先进武器平台及技术、电子元器件技术、军用生物技术、网电空间技术、航天技术、材料技术及制造技术各技术领域2020财年预算申请如表2所示。其中,信息系统技术、先进武器平台及技术、军用生物技术、网电空间技术及制造技术等领域2020财年预算申请较上一财年均有所增长,信息系统技术和先进武器平台及技术资金总额占总资金的50%以上,较2019财年分别增长0.69亿美元和0.71亿美元,增长部分主要分布在人工智能/机器学习、太空技术及高超声速等领域,凸显出DARPA未来的重点推进方向。

二、主要项目进展情况

2020财年预算申请中,DARPA公开列出244个研发项目,形成“超前探索、体系安排、重点推进和试验转化1”等4代项目布局,瞄准近中远期不同需求,全方位推动创新技术发展。

注释1:超前探索项目一般为早期概念论证项目;特定技术领域新上项目DARPA一般采取多路径竞争方式进行体系安排,相同技术群内的项目存在一定的关联性和互补性;随着技术的不断成熟,多路径并行验证后项目数逐步减少,聚焦于较为成功的项目重点推进;一些较为成熟的技术DARPA将安排广泛试验,推动成果转移转化。

(一)着眼前沿技术领域启动新项目研发

DARPA在2020财年预算申请中新增项目28个,预算申请合计3.52亿美元,占比约为10%。其中有21个项目的启动经费超过1000万美元,主要分布在人工智能、生物技术及指挥控制和通信等领域。

一是人工智能领域加快推进自主能力研发。该领域新增项目9项,预算经费合计1.36亿美元。例如,“自动化知识采集”项目启动经费为0.24亿美元,旨在开发可自动集成不同数据和信息源的技术,确保机器可在无人干预条件下完成数据集成任务;“加速人工智能”项目启动经费为0.24亿美元,项目重点是改进国防部工作流程,加速部署和适应人工智能新技术和能力,包括机器使能技术、军事软件系统人工自动化方法等应用领域。

▲2019年3月6日至7日,DARPA人工智能研讨会(AIC)在希尔顿亚历山大马克中心举行。DARPA局长史蒂文·沃克发表演讲

二是生物技术领域着力提升单兵作战能力。该领域新增项目4项,预算申请约为0.54亿美元。例如,“改进的人员安排” 项目启动经费为0.17亿美元,用于研究人类基因型与表现型之间的关系,充分发挥作战人员潜力;“改进的介入”项目启动经费为0.14亿美元,旨在开发可调节人体各生物系统的药物介入措施,以快速、全面优化作战人员体质;“扩展人类抵抗力” 项目启动经费为0.13亿美元,目标是研发新型技术,实现精确按需对人体内微生物组进行编目和分类,并利用这些微生物群的特定功能定向改善人体机能,提升作战人员复原能力。

三是指控通信领域加快形成跨域组网能力。该领域新增项目4项,预算经费合计约0.43亿美元。例如,“混杂水下通信” 项目启动资金为0.12亿美元,计划建造跨海域的海底互联网体系,提供自适应性、异构、紧密衔接的网络功能,并利用网络互操作性管理异构跨域海底网络;“分解/重组”项目启动经费为0.11亿美元,旨在开发软件修改技术,使电子军事系统可以自由集成和调整,以迅速形成新的作战能力。

此外,DARPA在导弹防御、电子技术等领域也做了相应部署,启动“海上导弹发射器”、“智能光谱与短暂融合”等多个项目。其中,“海上导弹发射器”项目将研发小型、低成本、分布式海军平台,为主力舰艇提供持续力量投射能力;“智能光谱与短暂融合”项目致力于优化宽带红外成像仪性能,增强并维持战场探测和识别及态势感知能力。

(二)持续加大投资力度推进重点项目研发

与2019财年预算相比,2020财年有75个项目预算增长,占比约为31%,研究方向涵盖人工智能和机器学习、高超声速、生物技术、太空及网络安全等方面。

其中,“大规模威胁防御”、“增强特征属性”及“材料加工与制造”等13个项目按计划稳步推进,因重新评估价格导致预算申请小幅增长;“DARPA发射挑战赛”、“战术助推滑翔”及“确保AI对抗欺骗的可靠性”等11个项目在前期阶段取得进展基础上进入主要研发阶段,资金增长超过1000万美元。其中,“DARPA发射挑战赛”预算涨幅最大,有3家公司获得最终发射资格,将于2020年1或2月首次尝试将有效载荷送入轨道,增加的资金将主要用于奖金发放。

▲2019年4月10日,DARPA在第35届太空研讨会上宣布,Vector公司、VOX太空公司及一家匿名企业获得参与DARPA发射挑战赛的资格。

(三)加紧试验验证新的作战能力

2020财年预算文件中有56个已完成项目,其中32个项目计划2019财年完成,这些项目将向各军种、国防部其他部局等机构转移,通过后续试验部署推进形成作战能力。

其中的典型项目包括“垂直起降技术验证机”、“100GB/s的射频骨干网”、“拒止环境协同作战”等。“垂直起降技术验证机”项目研发的多功能子系统技术,显著提升了飞机效率,预计将向陆军、海军陆战队及特种作战部队转化;“100GB/s的射频骨干网项目”目标是创建一个100GB/s的数据链(远超5G传输速率),实现远距离机载设备和地面之间数据传输。2018年1月,该项目已完成项目第二阶段验证工作,在20千米范围速度达到100GB/s;“拒止环境协同作战项目”旨在为现有无人机开发新算法和软件,提升美军在拒止空域作战能力。该项目已于2018年11月进行了系列试验,验证了无人机在通信降级或拒止环境中适应和响应突发状况的能力,将移交海军空中系统司令部。

▲洛克希德·马丁公司和雷声公司领导的团队成功完成DARPA“拒止环境协同作战”项目第二阶段的飞行测试。

三、战略优先事项项目布局

根据《国家安全战略》《国防战略》要求,DARPA聚焦国土安全、威慑并战胜对手、维护全球稳定及开展基础研究等4个重点领域,推动颠覆性作战能力形成。

一是保卫美国国土安全。包括发展网络威慑、生物监控和防御技术,以及感知并防御大规模恐怖/毁灭性武器等多个方面,重点布局:①在60天或更短时间内阻止传染病。依托“大流行预防平台”等项目,重点关注预防流行病爆发、降低高威胁生物制剂影响等攸关国家安全的工作。目前,“大流行预防平台”项目已成功验证了可在60天内发现抗体的元件,并研发出3天内预防季节性流感病原体的技术。②网络安全。一直以来,DARPA十分重视网络防御技术,部署了“增强特征属性”等一系列项目。“增强特征属性”项目旨在研发全方位、实时识别并跟踪恶意网络威胁的技术。较2019财年,DARPA该领域重点由探测放射性威胁转移至生物安全领域,并将持续关注网络安全领域研发工作。

二是威慑和战胜竞争对手。主要关注跨陆地、海洋和空中的多域能力,以及太空和电磁频谱方面新能力,重点布局:①高超声速。包括“战术助推滑翔”、“高超声速吸气式武器概念”及“作战火力”等项目,旨在推动战术级空射高超声速助推滑翔导弹、地面发射武器系统等关键技术研发,并利用“高超声速飞行器材料系统和表征”项目开展新型材料研发,确保飞行器前缘形状稳定且易冷却。②定向能。如“近乎完美光束质量的光纤阵列”项目,将用于演示验证光纤激光阵列,与传统化学激光技术相比,极大提升了可扩展性、光束质量及电力效率。③自主与协作。如“拒止环境协同作战”项目,已成功验证无人机系统在反介入/拒止环境中适应和响应突发威胁的能力。④响应太空作战。如“黑杰克”项目,旨在研发和演示验证近地轨道中全球高速骨干网的关键技术,实现国防部有效载荷更加紧密、更具弹性及更加持久的连接。⑤海底网络平台。如“水螅”项目,旨在开发分布式水下无人有效载荷和平台网络,提升水下通信功能。⑥马赛克战争概念。旨在将感知、决策及执行等多重行动,按需快速组建杀伤链,为作战人员提供马赛克般灵活的自由组合功能,涵盖海上、地面、空中、太空和网络空间多个领域。⑦“突击破坏者”II项目。开发先进建模和仿真环境,并与交互式实验环境相结合,构建跨领域(海底到太空)、跨军种的新型作战结构,同时探索高复杂性、相互依赖的作战方法。

▲DARPA提出“滑翔破坏者”拦截器概念,以应对中俄高超声速武器

是维护全球态势稳定。包括处理灰色地带冲突和三维城市规模战争,并开发战前可预测对手行动的模型,重点布局:①“班组X”项目。该项目有效的扩展并增强了小型下车作战单元的态势感知能力、分布式协同射频传感系统能力等。②“媒体取证”项目。用于检测信息作战中伪造或操纵视觉媒体的类型,确保更加清晰的识别“灰色地带”活动。③“地下挑战赛”项目。旨在探索快速测绘、导航和搜索地下环境的新方法。

▲DARPA通过“班组X”项目积极发展协助步兵作战的无人机和地面机器人

四是开展基础研究。通过深度数学来实现新的能力,为多个作战域提供“突破性”解决方案,重点布局:①电子复兴计划。2018年11月,电子复兴计划启动第2阶段项目,旨在确保美国本土新型制造能力的发展。②人工智能和机器学习。DARPA已启动价值20亿美元的“下一代人工智能”计划,旨在探索和创造未来“第三代”人工智能,同时扩大并巩固“第二代”人工智能的应用。

四、几点认识

DARPA是美军科技创新的重要发源地,在互联网、半导体、全球定位系统等多个领域取得了一系列举世瞩目的成果。2020财年预算申请披露出DARPA战略优先布局,其当前及未来技术发展趋势值得关注。

一是加速重点技术领域研发,推动形成新质作战能力。在人工智能领域,DARPA申请了4.09亿美元资金,较2019财年增加6500万美元,用于人工智能和机器学习相关的一系列项目,并将人工智能及人机共生设为独立的研究方向,2020财年将投入1.61亿美元,大力推动“可解释的人工智能”、“确保自主”及“不同方案的主动解释”等项目研发;在高超声速领域,DARPA持续加大“战术助推滑翔项目”投资力度,2020财年资金需求高达1.62亿美元;在生物技术领域,DARPA申请3.82亿美元资金,重点推进“大规模恐怖威胁防御”、持久的水生生物传感器及“人类社会系统”等项目,展现出该技术领域广阔的军事应用前景。

▲DARPA“地下战挑战赛”项目

二是拓展深空深海深地等极限疆域,谋化未来全球作战能力优势。DARPA的未来作战想定向深空深海深地等极限疆域聚焦,积极抢占“三深”作战领域科技制高点,目前已部署 “战术助推滑翔”“深海导航定位系统”、“地下战挑战赛”等典型项目。其中,“战术助推滑翔”项目旨在开发和演示验证空射战术距离射程的高超声速助推滑翔系统,2020财年预算增长1500万美元,用于推进向海军转化的试验计划;“深海导航定位系统”项目通过在海床上安装声呐信标,帮助海底舰艇精准定位;“地下挑战赛”项目旨在探索地下环境中快速测绘、导航和搜索的新方法,积极部署和推动相关前沿技术研发;“持久性水生生物传感器”旨在利用海洋生物的灵敏感知能力,识别和报告在战略水域作业的有人无人潜水器,DARPA已资助5个团队开展项目研究工作。

来源 :DARPA网站等/图片来自互联网

军事科学院军事科学信息研究中心 蔡文君 魏俊峰

如需转载请注明出处:“国防科技要闻”(ID:CDSTIC)

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