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综述|美国国防科技未来发展重点

今年3月,美国防部科技领域高级领导在众议院为2019财年国防科技预算申请作证。这次作证的官员囊括了国防部主要科技创新部门,通过他们的证词,可以透视美国国防科技的发展重点。

综述|美国国防科技未来发展重点

美国希望重获全球技术主导地位

美国防部认为,技术正改变作战方式。对手数十年来针对美军优势或弱点发展相关技术和能力,削弱了美军的技术主导地位。同时,世界正处于全球获取技术和科技人才的时代,商业部门成为发展改变社会形态和战争特征技术的主要推动力量,美国无法再维持数十年的军事优势,需要快速地发现和交付技术。目前,美国防部正加速利用先进计算、大数据分析、人工智能、自主化、小型化、增材制造、超材料、定向能和高超声速等领域的发展,确保能够打赢未来战争。

以任务为中心管理技术工作。美国防国部认为,美在所有作战域都面临对手的威胁,必须从战略高度重视以这些威胁为基础的任务场景,并以任务为中心,而非以平台系统为中心来管理科技投资。新设立的负责研究与工程的副部长即是以任务为中心的主管,其工作重心将从监管各军种转向赋能作战司令部,在评估作战能力不足和任务需求基础上,建立统一的技术发展目标,然后整合各军种资源开展原型验证,并会同作战司令部开发新的作战概念,确保美军能够主导网络化适应多域联合作战。

利用整个科技创新生态系统。美国防部下属的实验室、工程及作战中心、DARPA、战略能力办公室和国防创新试验机构,将与包括国际伙伴、企业、大学、联邦资助研发中心和大学附属研究中心等在内的所有伙伴合作。其中,国防部下属63家实验室、工程及作战中心是国防部创新的基石,将提供作战能力有关的专业知识和洞察力;战略能力办公室将创新现有军事和商用系统的使用方式,应对近期作战需求,为未来技术的研发争取时间;国防创新试验机构将加速商业创新的军事应用,满足当前战略和技术环境不断变化的要求;竞争激烈的小企业创新项目将资助小企业探索军民两用高科技潜力;2012年成立的17个跨部门技术委员会,在任务层、系统/能力层和技术层整合国防部的研究工作,能够更好地发现军事能力的不足,同时加强了各部门在解决共性问题时的协作,减少了不必要的重复投资。

重视科学家和工程师队伍建设。目前,美国联邦政府雇佣了超过10万名科学家和工程师,其中国防部占到46%。技术全球化快速发展,促使国防部聘用更多科学家和工程师,以获得新的技术能力和专业知识。为培育和发展下一代科学家和工程师,美国防部正通过奖学金、学徒和实习生等计划,让高中生和大学生利用课堂上学到的知识解决国防难题。

美国防部还利用情报产品、技术预测和分析信息支持投资决策;在系统设计阶段就考虑促进采办、试验和维护的因素,设定并遵守开放式架构和标准,实施良好的系统工程和网络弹性实践,以提高系统的有效性和经济性;培育和推行协同创新文化,鼓励采用新的能够加速能力交付的采办途径。

DARPA对接国家战略需求发展突破性技术

DARPA重点投资事关国家安全的突破性技术,是美国战略性技术突袭的发起者。目前,DARPA设有六个技术办公室,拥有约220名政府雇员,其中包括近100名项目经理,他们监管着约250个由各军种、军工企业、商业企业、初创企业等合作伙伴实施的项目。2019财年,DARPA申请了32亿美元预算,占国防部科技预算的四分之一。当前,DARPA正聚焦基于威胁的任务场景,强调国家安全综合威胁,重点在四个领域发展新的变革性能力。

综述|美国国防科技未来发展重点

保卫本土免遭攻击。发展网络威慑能力、生物监视和生物防御技术、感知和对抗大规模杀伤性武器袭击的能力。例如,发起SIGMA项目,研发廉价、小型、可大范围部署的放射性探测器,以实时探测恐怖分子的核"脏弹"威胁,未来还将把生物武器和爆炸物纳入探测范围;联合美国网络司令部开展网络防御项目,开发出44项可扩展数学技术,用于侦查网络安全漏洞和高频威胁领域。

威慑和对抗战略竞争对手。DARPA认为大型武器平台成本高、建设时间长,应采用动态、协调、高度自主和灵活的框架构建新型非对称优势。例如,DARPA联合海军研究署研发可精确制导和躲避敌方雷达探测的远程反舰导弹,目前已列装海军和空军,预计年内形成作战能力;高超声速项目,计划于2019年底进行技术演示验证,在项目移交空军前进行更多评估,推动高超声速武器的战力生成。

有效从事维稳工作。发展应对灰色地带冲突和城市规模战争的能力,通过严谨可靠的模型预测敌对行动,并支持美军消除威胁和投送兵力。例如,"班组X"项目,加速将新技术集成到轻量级系统中,为复杂环境中的步兵班组提供前所未有的感知性、适应性和灵活性,使士兵更直观地理解和控制复杂任务环境。

基础性科技研究。探索针对当前和未来战备挑战的"跨越式"解决方案,开发前所未有的军事能力,确保美军拥有最先进的技术。例如,DARPA启动了电子复兴计划,未来四年计划投入数亿美元,广泛联合大学、军工企业和商业企业,开展先进材料、电路设计工具和新系统架构方面的基础研究;安全基因项目,获得对基因编辑技术功能的基本理解,演示验证精确控制基因编辑的能力;可解释人工智能,创建一套机器学习技术,能够生成可解释的模型,以便用户理解、信任和管理新一代人工智能系统。DARPA还投资了材料、人机共生、快速进入太空、自主系统、武器效应、加密等技术。

海军调整研究模式以更快地交付先进军事能力

海军研究署负责管理海军的科技投资和海军研究机构的运作,目前在23个地点拥有4000多名员工,还有1000多名提供保障服务的承包商人员。2019财年,海军申请的科技预算为22亿美元,约占海军总预算的1.3%。

综述|美国国防科技未来发展重点

海军研究署认为,当前的技术开发生态系统本质上是全球的,而且更多地受到商业投资的驱动。为应对快速加速、技术驱动的海上优势竞争,海军研究署调整了研究模式,扩大了合作伙伴范围,以更快地提供能力。相关举措包括:协调海军研究、开发和采办部门,追求技术驱动型作战能力;分配资源,加速高优先级成果的交付;通过简化业务程序和权力下放来加速能力的交付。海军研究署还将通过海军实验室加强与作战部队的联系,开展更多由作战人员参与的原型建造、试验和演示验证,确保技术能够为作战人员所用,同时推动技术风险的早期解决。目前,海军和海军陆战队已率先部署了电子武器、跨平台网络化电磁机动战、人工智能、蜂群技术和自主系统等决定性能力。

陆军将科技发展重点从近期转向中长期

过去几年,陆军的科技投资侧重于以当前需求和当前系统改进为导向的近期项目。为满足陆军现代化和未来战备的要求,陆军正调整科技投资,将超过10亿美元的科技投资从近期项目转向中期项目,增加了针对战略竞争对手的战备和威慑方面的投资。

综述|美国国防科技未来发展重点

目前,陆军部长和参谋长已确定了六项现代化的重点,分别是远程精确火力、下一代战车、未来垂直起降、网络/指控和通信、防空反导和士兵杀伤力。为全力支持这些现代化重点,陆军将发展以下技术:①人工智能,开发一套基于人工智能和机器学习技术的系统,辅助士兵在动态、不确定和复杂的环境下作战;②超安全通信,开发具有自动化和智能交换能力的近距混合通信网络,以及防干扰并为从数据到决策提供更高效信息处理能力的分布式量子通信网络;③机器人技术,理解机器人和自主化系统的能力、优势和局限,发展相关的地面和空中能力,如战车机器人项目发展能以自主车辆速度移动的作战环境跟踪平台;④虚拟现实,建设综合培训环境,将人类感官沉浸在混合现实环境中,改善士兵训练和作战态势感知;⑤物联网,实现未来战场的联网,整合各种信息来源、通信系统和分析资源,以实现更快、最佳的决策;⑥含能材料,探索能量储存、含能化合物合成以及使储存能量在预期时间内以更大强度释放的新方法。⑦定向能,利用激光二极管技术发展廉价、轻量的移动固态高能激光系统,发展非传统激光冷却系统和方法;⑧超材料设计,开发一种材料设计方法,以创建转型保护、能量、电子和生物/生物使能材料。

陆军重要的科技资产是位于美国各地的陆军实验室以及研发与工程中心,这些机构雇佣了约1.2万名科学家和工程师。目前,陆军正推进技术设施的现代化和人才队伍建设。在技术设施方面,升级现有技术设施;为合作伙伴设施建设提供技术支持;参与公共部门之间和公私部门之间的基础设施合作;利用陆军研究实验室开放式校园业务模式,培育科学家和工程师。在人才方面,陆军科技机构将通过以下方式培养和留住优秀的科技人员:发展高级科技领导者,以有效执行科技计划;重塑现有技术队伍应对新兴科技挑战;及时聘用新的科技人员;利用陆军科技机构最优秀的人才,汇集政府、学术界和工业界的专家解决技术难题。

空军重视发展改变游戏规则的技术

2019财年,空军申请了约26亿美元科技预算,与2018财年预算申请相比增加了6200万美元。空军科技投资旨在对冲不确定的未来并确保技术优势,尤其关注改变游戏规则的技术,这些技术能够放大空中力量的持久属性,如速度、航程、灵活性和精确度等。

综述|美国国防科技未来发展重点

空军正评估其在改变游戏规则的技术和概念方面的投资,目前已确定了四项改变游戏规则的技术:①高超声速,继续联合DARPA和国家航空航天局开展高超声速吸气式武器概念和战术助推滑翔两个项目的飞行演示,并建立全国性网络推动高超声速能力的部署。②定向能,包括高功率微波和高能激光技术。空军制定了定向能武器飞行计划,正进行一系列实验和样机设计工作,以将技术从科技转化为作战能力。最初的实验应用包括前沿基地防御、飞机自我保护和精确打击。③自主化,将人工智能用于作战系统中,开发人机编组、机器学习决策辅助、量子计算等技术,提高空军的人员安全、作战效率、多系统协作和指控能力。④无人机系统,整合数字工程、数字化设计和构建、先进制造等技术,支撑新一代无人机的开发,实现低成本、短寿命无人机的快速设计、制造和部署。

空军还投资基础性技术,既支持改变游戏规则能力的发展,也支持常规能力的发展。这些技术包括:①基础研究,建立和加强与大学、政府和行业伙伴的关系,并同世界各地的大学和研究中心合作,开展广泛科学学科研究。②网络,确保跨领域通信的可靠,应对频谱拥塞和干扰威胁,通过动态频谱接入保持或增加可用带宽,利用虚拟化和云技术的进步提高网络弹性,提高竞争和拒入环境下的网络态势感知能力。③可靠通信,重点关注核环境下的可生存机载通信,利用新光谱、增强型超视距通信、建模和仿真、网络管理和态势感知等技术。④太空,投资陆基光学空间态势感知系统,以更全面地了解太空运行环境;进行飞行试验,发展增强的太空系统异常解决能力、地球同步轨道平台空间态势感知能力和潜在GPS增强技术;发展先进的电力和化学推进技术,实现高效、低推力日常运作,并在需要快速机动时提供高推力。⑤定位导航授时,提高军用GPS接收机的稳健性,开发GPS替代方案和新型甚低频地面信标定位导航技术。⑥纳米技术,如利用纳米级组件实现超小型、高含能弹药,通过纳米材料使电子元件免受高超声速条件下的电磁威胁。⑦制造技术,推动下一代敏捷制造技术的发展,为空军提供效率、成本和能力方面的优势。

同陆军一样,空军也在加强人才队伍和技术设施的建设。为维持灵活的理工科人才队伍,空军主要从两个方面开展工作:一是吸引和激励人才,包括实施理工科人才拓展计划、组织高中生工程设计竞赛、资助网络和电子战预备军官训练团;二是招聘、保留和发展人才,利用国会特别授权建立更灵活的人事制度,包括加快招聘进程、直接聘用本科学位人才、建立基于绩效的薪资制度、提供升职机会和自愿退休奖励等。在技术设施方面,空军新建了一些旨在提高研究效率和能力的大型设施,如航天器部件开发实验室、先进弹药技术综合体;在国会小型基础设施项目授权的支持下,空军正资助多个项目,如超短脉冲激光实验室建设、导弹评估中心升级等。

来源:国防科技工业杂志 、军鹰资讯