美國防創(chuàng)新小組近期主要研究項(xiàng)目及成果應(yīng)用影響

王浩璋 范炳健 王 磊

自成立以來，美國防創(chuàng)新小組一直致力于推動商業(yè)技術(shù)和創(chuàng)新人才解決國防安全面臨的問題，從建立與美國防部和商業(yè)創(chuàng)新組織的伙伴關(guān)系、積極爭取預(yù)算支持，到聚焦重點(diǎn)投資領(lǐng)域推動商業(yè)方案轉(zhuǎn)化和應(yīng)用部署，都取得了較大的成效，也為后續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

從2016年6月至2021年9月，美國防創(chuàng)新小組將35個項(xiàng)目從原型階段成功轉(zhuǎn)化至產(chǎn)品/服務(wù)階段，轉(zhuǎn)化率由最初的30%上升至41%。通過商業(yè)方案開放征集，向245家供應(yīng)商授出279份合同。在夯實(shí)國家安全創(chuàng)新基礎(chǔ)方面，美國防創(chuàng)新小組也取得了顯著成效，遍布美國乃至國際的上千家創(chuàng)新公司提交過應(yīng)征方案。與美國防創(chuàng)新小組簽訂合同的供應(yīng)商中，86%的公司為非傳統(tǒng)國防供應(yīng)商，33%為首次與國防部合作。目前，美國防創(chuàng)新小組的項(xiàng)目已經(jīng)直接支撐了國防部多個機(jī)構(gòu)，主要包括空軍航空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心、陸軍醫(yī)務(wù)司令部、陸軍情報(bào)和安全司令部、網(wǎng)絡(luò)司令部、特種作戰(zhàn)司令部、海軍第十艦隊(duì)等。

經(jīng)費(fèi)預(yù)算

自成立以來，美國防創(chuàng)新小組財(cái)年預(yù)算呈較快增長趨勢，2015財(cái)年175萬美元，2016財(cái)年830萬美元，2017財(cái)年2000萬美元，2018財(cái)年2360萬美元，2019財(cái)年2936萬美元，2020財(cái)年4640萬美元，2021財(cái)年6690萬美元。雖然增長速度較快，但是比較而言，預(yù)算額度在龐大的國防預(yù)算中仍然僅占據(jù)比較小的比例。

伴隨美國防創(chuàng)新小組正式成為國防部組織的一員，且獲得其他交易授權(quán)，以及有關(guān)項(xiàng)目的大力推進(jìn)，未來美國防創(chuàng)新小組將有望獲得更大力度的經(jīng)費(fèi)支持。同時，值得關(guān)注的是目前受美國防創(chuàng)新小組管理的國家安全創(chuàng)新資本，在美國大國競爭的戰(zhàn)略大背景下，國家安全創(chuàng)新未來有望獲得較大支持力度，因此美國防創(chuàng)新小組在經(jīng)費(fèi)方面后續(xù)有望繼續(xù)保持良好的增長勢頭，為項(xiàng)目推進(jìn)和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用提供經(jīng)費(fèi)支持。

重點(diǎn)投資領(lǐng)域

美國防創(chuàng)新小組圍繞人工智能、自主系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、人因系統(tǒng)、太空和先進(jìn)能源與材料6大技術(shù)領(lǐng)域開展工作，旨在充分利用美國企業(yè)不斷增長的研發(fā)投資和高科技初創(chuàng)企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資資金，部分項(xiàng)目情況如下表所示。

人工智能領(lǐng)域旨在應(yīng)用商業(yè)上可行的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案，提高國防任務(wù)的關(guān)鍵決策速度和運(yùn)作效率。重點(diǎn)關(guān)注機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測、大數(shù)據(jù)分析、人工智能增強(qiáng)決策等方面，應(yīng)用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)加速關(guān)鍵決策。重點(diǎn)識別、跟蹤和審查商業(yè)界人工智能公司解決國防部面臨挑戰(zhàn)的能力。

該領(lǐng)域的成果包括將人工智能應(yīng)用于改善陸軍、空軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的空中和地面車輛的戰(zhàn)備狀態(tài)，將全方位的圖像檢測和分析算法應(yīng)用于國內(nèi)外的野火撲救行動，并快速研發(fā)多傳感器分析技術(shù)，以提升其響應(yīng)空中威脅的能力。未來的工作將圍繞機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測、大數(shù)據(jù)分析、人工智能增強(qiáng)決策等領(lǐng)域開展。

無人和自主系統(tǒng)是國防部的兵力倍增器，美國防創(chuàng)新小組的自主系統(tǒng)領(lǐng)域旨在利用商業(yè)創(chuàng)新建立陸地、空中和海上系統(tǒng)原型，使國防部能夠快速部署前沿技術(shù)，從而能夠更有效地在當(dāng)今使用的傳統(tǒng)系統(tǒng)無法進(jìn)入的空間中運(yùn)行。重點(diǎn)關(guān)注海上自主、無人系統(tǒng)、反無人系統(tǒng)、地面自主等方面，研發(fā)和快速部署自主系統(tǒng)和反自主系統(tǒng)，以滿足國防部用戶作戰(zhàn)需求。

美國防創(chuàng)新小組各技術(shù)領(lǐng)域的部分項(xiàng)目（截至2020年12月）

近期部署的能力包括多學(xué)科反無人機(jī)系統(tǒng)、用于室內(nèi)飛行和戰(zhàn)術(shù)預(yù)警的自動四旋翼機(jī)、可遙控的水下爆炸物處理機(jī)器人以及商用無人機(jī)抗網(wǎng)絡(luò)脆弱性軟件等。

網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域項(xiàng)目旨在協(xié)助國防部提高網(wǎng)絡(luò)安全能力，保護(hù)美國軍隊(duì)和保衛(wèi)國家，確保組織的作戰(zhàn)信息對軍人（在全球）保持開放、可獲取且安全。重點(diǎn)關(guān)注威脅評估、安全、防御、使能等方面，提供變革性的網(wǎng)絡(luò)安全和企業(yè)信息技術(shù)解決方案，幫助網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)人員和分析師提高國家安全所需的網(wǎng)絡(luò)能力。

近期的樣機(jī)項(xiàng)目包括用于監(jiān)視、欺騙、迷惑和擾亂惡意網(wǎng)絡(luò)活動的欺騙網(wǎng)絡(luò)以及用于檢測設(shè)備威脅和體系安全補(bǔ)救的移動終端安全系統(tǒng)；已部署的項(xiàng)目有采購商業(yè)威脅數(shù)據(jù)，以減少在深網(wǎng)和暗網(wǎng)上搜索威脅和情報(bào)信息的工時。

人因系統(tǒng)領(lǐng)域項(xiàng)目旨在通過投資人類平臺，如先進(jìn)的設(shè)施、創(chuàng)新的培訓(xùn)和健康的應(yīng)用方案優(yōu)化人因系統(tǒng)及使能平臺，提升作戰(zhàn)人員的生存能力和任務(wù)執(zhí)行力。重點(diǎn)關(guān)注殺傷力、生存能力、兵力部署。將尖端商業(yè)技術(shù)服務(wù)作戰(zhàn)人員，通過引入創(chuàng)新訓(xùn)練、新型健康應(yīng)用和增強(qiáng)設(shè)備，提升戰(zhàn)備、生存能力和殺傷力。人因系統(tǒng)涉及眾多工業(yè)領(lǐng)域和產(chǎn)品，從生物技術(shù)、可穿戴技術(shù)、數(shù)字健康和診斷到虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)療保健、通信和網(wǎng)絡(luò)、3D打印和輔助技術(shù)等。

美國弗吉尼亞州沃洛普斯島第二發(fā)射場

太空領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注平時指示與預(yù)警能力、快速進(jìn)入預(yù)定任務(wù)軌道的能力、降低通信延遲和在拒止環(huán)境中對GPS的依賴、利用軟件定義系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)和手段實(shí)現(xiàn)硬件的現(xiàn)代化升級、多任務(wù)軌道運(yùn)行和后勤保障能力，從而實(shí)現(xiàn)按需快速進(jìn)入空間、衛(wèi)星系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行和空間寬帶數(shù)據(jù)傳輸。有助于國防部獲得先進(jìn)和新興的商業(yè)空間技術(shù)，以解決能力差距，增強(qiáng)態(tài)勢感知以改進(jìn)決策能力，強(qiáng)化美國航天工業(yè)基礎(chǔ)，改善與合作伙伴和盟國的互操作性，并有助于保持美國在空間領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。

2019年啟動的項(xiàng)目包括軌道前哨站，尋求為實(shí)驗(yàn)和作戰(zhàn)概念開發(fā)提供在軌自主平臺及服務(wù)。其他成就包括：與美國火箭實(shí)驗(yàn)室合作將3顆空軍實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射到近地軌道；在弗吉尼亞州沃洛普斯島建立第二發(fā)射場；通過空間和導(dǎo)彈系統(tǒng)中心向美國太空部隊(duì)提供商業(yè)空間態(tài)勢感知服務(wù)。

成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用與實(shí)際影響

2016年6月至2020年12月，共啟動95個原型項(xiàng)目來解決國防部面臨的挑戰(zhàn)，向商業(yè)公司授出208項(xiàng)原型類其他交易合同，36個項(xiàng)目已完成，原型項(xiàng)目的平均執(zhí)行時間為13個月。43%的原型項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了至少完成一個商業(yè)方案的成功轉(zhuǎn)移，共推動26個商業(yè)解決方案向國防部合作伙伴轉(zhuǎn)移，2020年原型項(xiàng)目轉(zhuǎn)移成功的比例同比增長22%；撬動私人投資達(dá)117億美元；2016年6月至2020年12月，共授出原型合同額為6.445億美元。從不同機(jī)構(gòu)原型合同額的構(gòu)成來看，國防部合作伙伴（國防部機(jī)構(gòu)、作戰(zhàn)司令部、軍種）占比遙遙領(lǐng)先，國防部相關(guān)業(yè)務(wù)局緊隨其后，美國防創(chuàng)新小組占比也有一定提升。在夯實(shí)國家安全創(chuàng)新基礎(chǔ)方面，也取得顯著成效，遍布美國乃至國際的上千家創(chuàng)新公司提交過應(yīng)征方案。美國防創(chuàng)新小組快速推動項(xiàng)目轉(zhuǎn)化，其機(jī)構(gòu)影響力已初步顯現(xiàn)。

，美國防創(chuàng)新小組與美空軍合作于2017年7月啟動預(yù)測性維護(hù)項(xiàng)目招標(biāo)，目標(biāo)是在故障發(fā)生前了解并更換損壞的部件，提高飛機(jī)的戰(zhàn)備能力和可用性。2019年11月，C3.ai公司完成樣機(jī)協(xié)議后獲得了后續(xù)生產(chǎn)交易協(xié)議。當(dāng)前，美國防創(chuàng)新小組和USAF已將預(yù)測性維護(hù)軟件應(yīng)用于920多架飛機(jī)，包括E-3哨兵、C-5銀河和F-16戰(zhàn)鷹飛機(jī)等。結(jié)果表明，這使得飛機(jī)的任務(wù)能力提高了3%～6%，等待維修的事件減少約35%，計(jì)劃外維修事件減少約40%。目前，美國防創(chuàng)新小組贊助了高達(dá)9500萬美元的生產(chǎn)交易協(xié)議，允許各軍種及其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)采購該軟件，2020年的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)軟件在UH-60黑鷹、AH-64阿帕奇直升機(jī)平臺以及F-35閃電-2聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)等的部署和應(yīng)用。若該軟件得以在國防部全面推廣，預(yù)計(jì)每年將為其節(jié)省約50億美元的維護(hù)費(fèi)用。

，2017年，美國防創(chuàng)新小組與美國網(wǎng)絡(luò)司令部合作啟動網(wǎng)絡(luò)威脅情報(bào)項(xiàng)目，旨在將商業(yè)網(wǎng)絡(luò)威脅數(shù)據(jù)納入情報(bào)分析、生產(chǎn)、訓(xùn)練和作戰(zhàn)，并于2019年9月授出記錄未來平臺的后續(xù)生產(chǎn)交易協(xié)議。該平臺使得國防部網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)人員和威脅分析師能夠利用實(shí)時威脅情報(bào)數(shù)據(jù)和報(bào)告，不僅提升了數(shù)據(jù)收集和分析的速度，并可安全共享機(jī)密情報(bào)。

2018年1月，美國防創(chuàng)新小組和美海軍合作啟動爆炸物處理（E OD）水下反應(yīng)器項(xiàng)目，并于2019年7月授出兩份EOD水下反應(yīng)遙控器的后續(xù)生產(chǎn)交易協(xié)議，并已成功將兩臺儀器部署到艦隊(duì)，明顯降低了EOD服務(wù)人員面臨的風(fēng)險(xiǎn)。水下反應(yīng)遙控器允許EOD技術(shù)人員立即調(diào)查水中的不明設(shè)備，而之前的程序需等待24小時后才可操作。目前，美海軍正在推動EOD水下反應(yīng)遙控器的全面部署。

F-16戰(zhàn)鷹飛機(jī)

太空碎片運(yùn)行速度極快，會對軍用衛(wèi)星、航天器和人員造成損壞。國防創(chuàng)新小組的樣機(jī)項(xiàng)目通過增強(qiáng)空軍的空間感知體系結(jié)構(gòu)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)觀察、表征和預(yù)測圍繞地球軌道運(yùn)行物體的位置變化。2019年7月，空間與導(dǎo)彈司令部向ExoAnalytic Solutions公司授出基于聯(lián)邦采辦條例的生產(chǎn)合同。

未來，美國防創(chuàng)新小組將優(yōu)先考慮可提供新的、顛覆性能力的項(xiàng)目，包括響應(yīng)空中威脅、小型反無人機(jī)團(tuán)隊(duì)、安裝反無人機(jī)、快速補(bǔ)丁、安全云管理、預(yù)測健康、多軌道物流等。其中，響應(yīng)空中威脅項(xiàng)目旨在應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)提升決策能力和速度；快速補(bǔ)丁旨在解決國防部用戶終端關(guān)鍵漏洞問題；多軌道后勤旨在為國防部提供低成本、快速進(jìn)入地球同步軌道的能力?？梢姡@些項(xiàng)目緊密圍繞6大技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域，并基于特定目標(biāo)推動新質(zhì)作戰(zhàn)能力成形。隨著業(yè)務(wù)的不斷增多，美國防創(chuàng)新小組的未來能力將得到不斷深化，其在推動美國防科技創(chuàng)新中的作用也會更加突出。