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當前美國國防實驗室研發(fā)重點概況
【導讀】 美國計劃一直備受矚目，長期以來是國家發(fā)展的重中之重。今年新頒布的國防授權(quán)法案中，有關(guān)其經(jīng)費持續(xù)增加，僅研發(fā)經(jīng)費一項就增加近7億美元，研發(fā)的重點更是集中于各方面的新型技術(shù)，旨在增強美國應(yīng)對沖突的能力，并繼續(xù)保持其在大國競爭環(huán)境下的地位。
美國國防雜志就美國參與計劃的各大國家實驗室及各軍種實驗室的研發(fā)重點及其進展情況，分別向其發(fā)出詢問，并陸續(xù)收到其相關(guān)負責人的回復，特此進行專項描述。
研發(fā)工程司令部埃奇伍德生化中心
合成生物學
研發(fā)工程司令部生化中心正在探索合成生物學在支持作戰(zhàn)人員方面的潛力。作為美國生化防御解決方案的主要來源，生化中心對合成生物學在生化威脅探測與保護領(lǐng)域提供的新范例非常有興趣。
合成生物學可利用生命系統(tǒng)的自然能力，如自組裝、感知與響應(yīng)以及分子級控制與模式化，以提供解鎖新型材料的潛力。對于作戰(zhàn)人員來說，這些新材料可以用于生產(chǎn)能夠自動檢測并應(yīng)對生化威脅的制服或車輛涂層、能夠減輕后勤負擔的無動力檢測技術(shù)，以及根據(jù)需要在戰(zhàn)場產(chǎn)生應(yīng)對生化威脅對策的系統(tǒng)。
如今，生化中心正在開發(fā)嵌有細胞結(jié)構(gòu)的紙質(zhì)票券，該票券會根據(jù)面臨的威脅（包括化學和生物制劑、爆炸物及水污染物）改變顏色。該技術(shù)是世界上合成生物學成熟的應(yīng)用之一，其他應(yīng)用已被證明可檢測埃博拉病毒和寨卡病毒。
在未來5年內(nèi)，合成生物學檢測生化威脅的應(yīng)用將變得足夠成熟，可以開始向采購過程轉(zhuǎn)變。10年之后，合成生物學的新材料預計將可以納入已部署的系統(tǒng)。在今后的20年內(nèi)，具有生命模仿特性的智能材料，如感知與響應(yīng)和自我修復，預計將可以納入已部署的系統(tǒng)。
通過其應(yīng)用材料解決方案項目的生物工程，生化中心將自身定位為這個快速發(fā)展中領(lǐng)域。在該項目中，生物學家、化學家和工程師之間將進行高度跨學科的工作，其目的是培養(yǎng)現(xiàn)有的研究人員從事合成生物學工作。
通過講座、實驗室競賽、課程作業(yè)、訪問科學家、聘用國家研究委員會博士后以及科學交流研討會，生化中心希望建立一支合成生物學專家團隊。
生化中心正在計劃升級實驗室的基礎(chǔ)設(shè)施，以便更好地支持合成生物材料開發(fā)中的*研究項目。計劃研究項目包括用于遮蔽的新材料、用作粘合劑的DNA、生物合成添加劑和具有孢子的3D打印材料。
雖然生化中心將合成生物學的研究重點放在生化防御上，但該中心也知道合成生物學技術(shù)能夠為其他地區(qū)的作戰(zhàn)人員帶來的巨大優(yōu)勢?？焖偕L肢體的能力、3D打印器官的技術(shù)以及生產(chǎn)防彈裝備的能力都可能對作戰(zhàn)人員產(chǎn)生巨大影響。
雖然這些能力不在生化中心的任務(wù)范圍之內(nèi)，但其研究肯定會涉及這些方面。生化中心的愿景是成為合成生物學領(lǐng)域。
坦克車輛研發(fā)工程中心
自主
工業(yè)化仍在繼續(xù)。早在半個世紀前，美國制造業(yè)的自動化就*改變了事物的制造方式，當前建造的機器人則改革了事務(wù)的完成方式。帶著對當前變革趨勢的深入理解，正在深入處理這場革命，以及實現(xiàn)這一革命的技術(shù)。理解受到現(xiàn)代化項目的影響。但要如何承受項目變更、取消或是重生的財政責任？
答案是：以更加模塊化的方式思考自主化?？梢越柚滠娛聶C器人操作系統(tǒng)（ROS-M）更好的應(yīng)用自主化技術(shù)。 ROS-M是ROS框架的軍事應(yīng)用，可用于研發(fā)開放的機器人軟件。雖然其名稱中含有“操作系統(tǒng)”，但它更應(yīng)被描述為降低開發(fā)機器人軟件復雜性的“中間件”。
ROS-M包含一個可搜索模塊自主軟件包的“應(yīng)用商店”，包括各類機器人功能以及用于軟件開發(fā)、集成、網(wǎng)絡(luò)安全、模擬、數(shù)據(jù)記錄和可視化及其他關(guān)鍵功能的工具。與ROS一樣，ROS-M不需要搭載于特殊平臺，可適用于小型探測機器人、履帶式戰(zhàn)車、海底潛水器及無人駕駛飛行器。鑒于ROS-M固有的模塊化，將其升級或集成為新軟件模塊會更加簡單。通過模塊化代碼庫，軟件的功能將不斷增強，早期不兼容實體之間的協(xié)作將變得更加自然，創(chuàng)新方法也將不斷涌現(xiàn)。
ROS-M這樣的開放概念也建立了一個更容易維護網(wǎng)絡(luò)安全的環(huán)境。來自不同供應(yīng)商的專有機器人系統(tǒng)可以給對手帶來與代碼庫一樣多的威脅，而ROS-M則降低了這些威脅。網(wǎng)絡(luò)安全專家能夠開發(fā)出不需要在不同系統(tǒng)中進行修改的防御技術(shù)并在ROS-M內(nèi)共享，從而縮小網(wǎng)絡(luò)防御覆蓋范圍的差距。
通過坦克車輛研發(fā)工程中心的努力，已經(jīng)在應(yīng)用ROS-M，其自動化地面補給長途運輸工作和戰(zhàn)車機器人項目證明了這一點。者-跟隨者行為、危險識別和其他自主行動可能因平臺而不同，但均通過ROS-M共享通用軟件模塊。ROS-M的自主是未來的重中之重，坦克車輛研發(fā)工程中心必將全力以赴。
納蒂克士兵研發(fā)工程中心
士兵效能
納蒂克士兵研發(fā)工程中心的任務(wù)非常*。該中心并不專注于單一類別的技術(shù)和系統(tǒng)，而是對單兵和小隊有著廣泛卻基本的關(guān)注，并且正在采取綜合方法，助其更好地完成工作。該中心正在幫助士兵獲取、維持并運用更強能力以對抗裝備精良的敵人。該能力可進一步分為射擊、移動、通信、保護和維持等基本功能。
了解科技能夠如何直接或間接地影響士兵/小隊作戰(zhàn)的五個關(guān)鍵方面是的重點，也是納蒂克士兵研發(fā)工程中心的核心任務(wù)，但了解只是一個開始。
士兵是作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)。他們來自各行各業(yè)，有著不同的身體和認知能力，在中擔任多種工作和角色。這為該中心提出了一個挑戰(zhàn)性的難題，但該中心將致力于借助創(chuàng)新科技解決這個問題。
納蒂克士兵研發(fā)工程中心必須運用深厚的技術(shù)技能來開發(fā)和提供成果，并且需要隨著時間的推移逐步發(fā)展，以跟上技術(shù)發(fā)展和擴散的步伐。
該中心將側(cè)重于戰(zhàn)爭中的人類因素，這可使士兵在基本的層面上獲得優(yōu)勢。例如，該中心與第82空降師共同研究出了一種開創(chuàng)性的訓練方式，能夠提高士兵的殺傷力。此次訓練方式將帶來戰(zhàn)場條件會如何影響士兵和小隊表現(xiàn)的某些答案。
通過運用科學合理了解士兵在身體和認知上的障礙與機制，該中心可以制定有效的緩解策略。這是一項開創(chuàng)性的科學工作，由于涉及到大量的變量，因此這項工作非常復雜。但納蒂克士兵研發(fā)工程中心相信，如果從統(tǒng)一目的和思想開始聯(lián)合起來，共同專注于能夠顛覆游戲規(guī)則的技術(shù)，那么士兵的表現(xiàn)在不久的將來會大大提高。
美空軍快速能力辦公室
獲取速度和敏捷性
通過運用科學合理了解士兵在身體和認知上的障礙與機制，該中心可以制定有效的緩解策略。這是一項開創(chuàng)性的科學工作，由于涉及到大量的變量，因此這項工作非常復雜。但納蒂克士兵研發(fā)工程中心相信，如果從統(tǒng)一目的和思想開始聯(lián)合起來，共同專注于能夠顛覆游戲規(guī)則的技術(shù)，那么士兵的表現(xiàn)在不久的將來會大大提高。
當前空軍的主導地位是由其對微處理器、衛(wèi)星和隱身裝等領(lǐng)域的技術(shù)投資所帶來的。
過去，這些技術(shù)主要靠政府的資金支持，并且需要數(shù)十年的發(fā)展時間。因此，如何選擇工作重點在戰(zhàn)略上區(qū)分出了塑造未來者和被未來塑造者。幸運的是，空軍從前正是前者。
如今的技術(shù)前景與之前相比有很大的不同。目前，主要的技術(shù)都是由遍布的商業(yè)公司僅用數(shù)年甚至數(shù)月的時間開發(fā)出來的。
軟件代替硬件，成為了當前的核心競爭力。來自人工智能、量子技術(shù)、合成生物學以及*制造等領(lǐng)域的突破性發(fā)展表明，顛覆性技術(shù)的爆發(fā)式增長可能使當前的多數(shù)空軍系統(tǒng)在未來的戰(zhàn)場上逐漸滅絕。
鑒于此，空軍絕不能繼續(xù)其過去的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。相反，空軍必須比其他軍種更快地識別、調(diào)整和更新技術(shù)。
獲取速度和敏捷性必須成為空軍未來的工作重點。如果不能自主塑造未來，就必須有效駕馭外部的浪潮。
因此，空軍實施了一項新的快速采辦流程，該流程可以節(jié)省數(shù)十年時間，但這仍然遠遠不夠?？哲娮鳛?加速了高超聲速武器、*天基資產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)能力和人工智能系統(tǒng)的發(fā)展并取得了良好的成果，剩下的就是規(guī)模問題。雖然尚不清楚哪種技術(shù)將成為未來戰(zhàn)爭的終決定因素，但能夠以快的速度開發(fā)或調(diào)整該因素很可能就是終獲得成功的戰(zhàn)略。
太空系統(tǒng)中心
太空企業(yè)聯(lián)盟
由于擁有*系統(tǒng)與開發(fā)條令，太空系統(tǒng)中心能夠快速進行多個相對較小的原型設(shè)計和展現(xiàn)工作。這些工作使其能夠嘗試各種選擇，提供剩余能力，并坦然接受失敗的教訓。此外，這種工作方法增加了合作伙伴的數(shù)量，并提高了將工作過渡至戰(zhàn)場的成功機率。
該工作方法的一個范例就是太空企業(yè)聯(lián)盟，這是一種可快速與各機構(gòu)簽訂合同的機制，取消了過去漫長的流程，并為不常與空軍合作的公司打開了大門。
空軍已經(jīng)以多種方式運用了太空企業(yè)聯(lián)盟，包括在空間站和其他主航天器上提供空間傳感器和有效載荷的在軌測試，支持任務(wù)合作機構(gòu)，如DARPA的“黑杰克”項目，該計劃希望實現(xiàn)大量近地軌道衛(wèi)星星座。太空企業(yè)聯(lián)盟正在通過快速簽訂合同從而為作戰(zhàn)人員追求重點項目，而逐漸改變太空系統(tǒng)中心的文化。
海岸警衛(wèi)隊研究與發(fā)展中心
海洋機器人
海岸警衛(wèi)隊的“研究、發(fā)展、試驗與鑒定”項目正在不斷探索新興技術(shù)，以提高該組織的整體實力。該項目的重點是成功實現(xiàn)將研究與發(fā)展成果轉(zhuǎn)換為增強海岸警衛(wèi)隊執(zhí)行任務(wù)能力。其中一項重要的任務(wù)是持續(xù)對無人水面、水下和空中系統(tǒng)進行戰(zhàn)略研究投資。海岸警衛(wèi)隊研究與發(fā)展中心與國土安全部科學技術(shù)局、海關(guān)和邊境保護局以及空軍、海軍陸戰(zhàn)隊共同探索這些高風險、*的技術(shù)。
對無人系統(tǒng)領(lǐng)域的研究涵蓋了海軍警衛(wèi)隊所有任務(wù)區(qū)域的無人水面艦艇、無人水下系統(tǒng)和無人機。無人系統(tǒng)將會對海岸警衛(wèi)隊乃至整個國家產(chǎn)生廣泛影響。
海岸警衛(wèi)隊司令卡爾·舒爾茨認為加強西半球的安全任務(wù)。他在《司令官的指導準則》中呼吁海岸警衛(wèi)隊繼續(xù)在打擊西半球跨國犯罪方面發(fā)揮領(lǐng)導作用；無人技術(shù)將是提供持續(xù)海洋態(tài)勢感知以幫助破壞跨國犯罪網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，無人技術(shù)還具有增強北極態(tài)勢感知和擴展通信能力的潛力。
海岸警衛(wèi)隊是一支規(guī)模相對較小，但所負責區(qū)域范圍遼闊，包括340萬平方英里（約881萬平方千米）的海域和超過9萬英里（約14.5萬千米）的海岸線。一，無人系統(tǒng)觸及到達傳統(tǒng)裝備無法到達的區(qū)域，使海岸警衛(wèi)隊可以進行更加全面的巡邏；二，無人系統(tǒng)使海岸警衛(wèi)隊更好地保護海洋環(huán)境和海洋生物，推動國內(nèi)和漁業(yè)法律的執(zhí)行；三，無人系統(tǒng)可以實現(xiàn)有效的環(huán)境響應(yīng)準備方法。在事件發(fā)生時可以迅速調(diào)動無人系統(tǒng)，在海岸警衛(wèi)隊船只和船員部署之前評估現(xiàn)場情況，并收集關(guān)鍵數(shù)據(jù)和圖像。
無人系統(tǒng)上的精密傳感器會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。為了管理這些信息，該項目必須探索人工智能和機器學習技術(shù)，以幫助處理、開發(fā)和傳播數(shù)據(jù)，確保提供參考價值的信息。自動化分析工具可以對數(shù)據(jù)進行篩選和優(yōu)化，使作戰(zhàn)指揮官掌握關(guān)鍵決策信息。
海軍研究辦公室
高能激光器
高能激光武器將會改變游戲規(guī)則。這種武器系統(tǒng)能夠產(chǎn)生強大的聚焦激光光束，在遠距離對目標進行加熱，終將其損毀、燃燒或崩解。激光武器可分為向上打擊和向下打擊兩類，以靈活打擊目標。任何其他類型的武器都無法實現(xiàn)這種效果。簡而言之，激光武器可以改善交戰(zhàn)速度與范圍、擴大影響力，增加能夠成功打擊的目標類型。激光武器的*性在于可作為常規(guī)武器的補充。
激光武器可用于保護海軍平臺免受飛機、無人機的攻擊，對抗小型艦艇威脅以及來自敵軍的監(jiān)視。
美海軍正致力于實現(xiàn)高能激光武器的潛力。2014~2017年，海軍成功在“龐塞”號軍艦（USS Ponce）上部署了30千瓦級的激光武器系統(tǒng)，成為美國部署激光武器的軍種，并為未來的戰(zhàn)術(shù)、程序、政策、安全和訓練創(chuàng)造了先例。此次部署也提供了許多經(jīng)驗教訓，這些經(jīng)驗教訓已被納入新的激光武器開發(fā)周期，適用于幾千瓦級到數(shù)百千瓦級的激光系統(tǒng)。
這些成果為技術(shù)評估、船舶一體化、采辦要求和作戰(zhàn)概念提供了見解，在此基礎(chǔ)上可以制定出一項增強戰(zhàn)略計劃，確保在當前作戰(zhàn)環(huán)境下激光武器的正常使用，同時還要努力消除技術(shù)與作戰(zhàn)障礙，提高武器性能。