美國國防相關實驗室當前研發重點概況

美國國家安全計劃一直備受矚目，長期以來是國家發展的重中之重。今年新頒布的國防授權法案中，有關其國家安全的經費持續增加，僅研發經費一項就增加近7億美元，研發的重點更是集中於各方面的新型技術，旨在增強美國應對高端衝突的能力，並繼續保持其在大國競爭環境下的領先地位。

美國國防雜誌就美國參與國家安全計劃的各大國家實驗室及各軍種實驗室的研發重點及其進展情況，分別向其發出詢問，並陸續收到其相關負責人的回復，特此進行專項描述。

陸軍研發工程司令部埃奇伍德生化中心：合成生物學

陸軍研發工程司令部生化中心正在探索合成生物學在支持作戰人員方面的潛力。作為美國生化防禦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域提供的新範例非常有興趣。

合成生物學可利用生命系統的自然能力，如自組裝、感知與響應以及分子級控制與模式化，以提供解鎖新型材料的潛力。對於作戰人員來說，這些新材料可以用於生產能夠自動檢測並應對生化威脅的制服或車輛塗層、能夠減輕後勤負擔的無動力檢測技術，以及根據需要在戰場產生應對生化威脅對策的系統。

如今，生化中心正在開發嵌有細胞結構的紙質票券，該票券會根據面臨的威脅（包括化學和生物製劑、爆炸物及水污染物）改變顏色。該技術是世界上合成生物學最成熟的應用之一，其他應用已被證明可檢測埃博拉病毒和寨卡病毒。

在未來5年內，合成生物學檢測生化威脅的應用將變得足夠成熟，可以開始向採購過程轉變。10年之後，合成生物學的新材料預計將可以納入已部署的系統。在今後的20年內，具有生命模仿特性的智能材料，如感知與響應和自我修復，預計將可以納入已部署的系統。

通過其應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展中領域的領導者。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，其目的是培養現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、訪問科學家、聘用國家研究委員會博士後以及科學交流研討會，生化中心希望建立一支世界級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設施，以便更好地支持合成生物材料開發中的先進研究項目。計劃研究項目包括用於遮蔽的新材料、用作粘合劑的DNA、生物合成添加劑和具有孢子的3D列印材料。

雖然生化中心將合成生物學的研究重點放在生化防禦上，但該中心也知道合成生物學技術能夠為其他地區的作戰人員帶來的巨大優勢。快速生長肢體的能力、3D列印器官的技術以及生產防彈裝備的能力都可能對作戰人員產生巨大影響。

雖然這些能力不在生化中心的任務範圍之內，但其研究肯定會涉及這些方面。生化中心的願景是成為合成生物學領域的領導者。

陸軍坦克車輛研發工程中心：高效自主

工業化仍在繼續。早在半個世紀前，美國製造業的自動化就徹底改變了事物的製造方式，當前建造的機器人則改革了事務的完成方式。帶著對當前變革趨勢的深入理解，陸軍正在深入處理這場革命，以及實現這一革命的技術。陸軍的理解受到現代化項目的影響。但陸軍要如何承受項目變更、取消或是重生的財政責任？

陸軍的答案是：以更加模塊化的方式思考自主化。陸軍可以藉助其軍事機器人操作系統（ROS-M）更好的應用自主化技術。 ROS-M是ROS框架的軍事應用，可用於研發開放的機器人軟體。雖然其名稱中含有「操作系統」，但它更應被描述為降低開發機器人軟體複雜性的「中間件」。

ROS-M包含一個可搜索模塊自主軟體包的「應用商店」，包括各類機器人功能以及用於軟體開發、集成、網路安全、模擬、數據記錄和可視化及其他關鍵功能的工具。與ROS一樣，ROS-M不需要搭載於特殊平台，可適用於小型炸彈探測機器人、履帶式戰車、海底潛水器及無人駕駛飛行器。鑒於ROS-M固有的模塊化，將其升級或集成為新軟體模塊會更加簡單。通過模塊化代碼庫，軟體的功能將不斷增強，早期不兼容實體之間的協作將變得更加自然，創新方法也將不斷湧現。

ROS-M這樣的開放概念也建立了一個更容易維護網路安全的環境。來自不同供應商的專有機器人系統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。網路安全專家能夠開發出不需要在不同系統中進行修改的防禦技術並在ROS-M內共享，從而縮小網路防禦覆蓋範圍的差距。

通過陸軍坦克車輛研發工程中心的努力，陸軍已經在應用ROS-M，其自動化地面補給長途運輸工作和戰車機器人項目證明了這一點。領航者-跟隨者行為、危險識別和其他自主行動可能因平台而不同，但均通過ROS-M共享通用軟體模塊。ROS-M的高效自主是未來的重中之重，陸軍坦克車輛研發工程中心必將全力以赴。

納蒂克士兵研發工程中心：士兵效能

納蒂克士兵研發工程中心的任務非常獨特。該中心並不專註於單一類別的技術和系統，而是對單兵和小隊有著廣泛卻基本的關注，並且正在採取綜合方法，助其更好地完成工作。該中心正在幫助士兵獲取、維持並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/小隊作戰的五個關鍵方面是陸軍的重點，也是納蒂克士兵研發工程中心的核心任務，但了解只是一個開始。

士兵是陸軍作戰能力的基礎。他們來自各行各業，有著不同的身體和認知能力，在陸軍中擔任多種工作和角色。這為該中心提出了一個極具挑戰性的難題，但該中心將致力於藉助創新科技解決這個問題。

納蒂克士兵研發工程中心必須運用深厚的技術技能來開發和提供成果，並且需要隨著時間的推移逐步發展，以跟上全球技術發展和擴散的步伐。

該中心將側重於戰爭中的人類因素，這可使士兵在最基本的層面上獲得優勢。例如，該中心與第82空降師共同研究出了一種開創性的訓練方式，能夠提高士兵的殺傷力。此次訓練方式將帶來戰場條件會如何影響士兵和小隊表現的某些答案。

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。這是一項開創性的科學工作，由於涉及到大量的變數，因此這項工作非常複雜。但納蒂克士兵研發工程中心相信，如果軍隊從統一目的和思想開始聯合起來，共同專註於能夠顛覆遊戲規則的技術，那麼士兵的表現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。這是一項開創性的科學工作，由於涉及到大量的變數，因此這項工作非常複雜。但納蒂克士兵研發工程中心相信，如果軍隊從統一目的和思想開始聯合起來，共同專註於能夠顛覆遊戲規則的技術，那麼士兵的表現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、衛星和隱身裝等領域的技術投資所帶來的。

過去，這些技術主要靠政府的資金支持，並且需要數十年的發展時間。因此，如何選擇工作重點在戰略上區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。

如今的技術前景與之前相比有很大的不同。目前，主要的技術都是由遍布全球的商業公司僅用數年甚至數月的時間開發出來的。

軟體代替硬體，成為了當前的核心競爭力。來自人工智慧、量子技術、合成生物學以及先進位造等領域的突破性發展表明，顛覆性技術的爆髮式增長可能使當前的多數空軍系統在未來的戰場上逐漸滅絕。

鑒於此，空軍絕不能繼續其過去的技術發展戰略。相反，空軍必須比其他軍種更快地識別、調整和更新技術。

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採辦流程，該流程可以節省數十年時間，但這仍然遠遠不夠。空軍作為開拓者加速了高超聲速武器、先進天基資產、網路能力和人工智慧系統的發展並取得了良好的成果，剩下的就是規模問題。雖然尚不清楚哪種技術將成為未來戰爭的最終決定因素，但能夠以最快的速度開發或調整該因素很可能就是最終獲得成功的戰略。

太空與導彈系統中心：太空企業聯盟

由於擁有先進系統與開發條令，太空與導彈系統中心能夠快速進行多個相對較小的原型設計和展現工作。這些工作使其能夠嘗試各種選擇，提供剩餘能力，並坦然接受失敗的教訓。此外，這種工作方法增加了合作夥伴的數量，並提高了將工作過渡至戰場的成功機率。

該工作方法的一個範例就是太空企業聯盟，這是一種可快速與各機構簽訂合同的機制，取消了過去漫長的流程，並為不常與空軍合作的公司打開了大門。

空軍已經以多種方式運用了太空企業聯盟，包括在國際空間站和其他主航天器上提供空間感測器和有效載荷的在軌測試，支持任務合作機構，如DARPA的「黑傑克」項目，該計劃希望實現大量近地軌道衛星星座。太空企業聯盟正在通過快速簽訂合同從而為作戰人員追求重點項目，而逐漸改變太空與導彈系統中心的文化。

海岸警衛隊研究與發展中心：海洋機器人

海岸警衛隊的「研究、發展、試驗與鑒定」項目正在不斷探索新興技術，以提高該組織的整體實力。該項目的重點是成功實現將研究與發展成果轉換為增強海岸警衛隊執行任務能力。其中一項重要的任務是持續對無人水面、水下和空中系統進行戰略研究投資。海岸警衛隊研究與發展中心與國土安全部科學技術局、海關和邊境保護局以及空軍、陸軍和海軍陸戰隊共同探索這些高風險、高回報的技術。

對無人系統領域的研究涵蓋了海軍警衛隊所有任務區域的無人水面艦艇、無人水下系統和無人機。無人系統將會對海岸警衛隊乃至整個國家產生廣泛影響。

海岸警衛隊司令卡爾·舒爾茨認為加強西半球的安全是首要任務。他在《司令官的指導準則》中呼籲海岸警衛隊繼續在打擊西半球跨國犯罪方面發揮領導作用；無人技術將是提供持續海洋態勢感知以幫助破壞跨國犯罪網路的關鍵，無人技術還具有增強北極態勢感知和擴展通信能力的潛力。

海岸警衛隊是一支規模相對較小的部隊，但所負責區域範圍遼闊，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，無人系統觸及到達傳統裝備無法到達的區域，使海岸警衛隊可以進行更加全面的巡邏；二，無人系統使海岸警衛隊更好地保護海洋環境和海洋生物，推動國內和國際漁業法律的執行；三，無人系統可以實現有效的環境響應準備方法。在事件發生時可以迅速調動無人系統，在海岸警衛隊船隻和船員部署之前評估現場情況，並收集關鍵數據和圖像。

無人系統上的精密感測器會產生大量的數據。為了管理這些信息，該項目必須探索人工智慧和機器學習技術，以幫助處理、開發和傳播數據，確保提供最具參考價值的信息。自動化分析工具可以對數據進行篩選和優化，使作戰指揮官掌握關鍵決策信息。

海軍研究辦公室：高能激光器

高能激光武器將會改變遊戲規則。這種武器系統能夠產生強大的聚焦激光光束，在遠距離對目標進行加熱，最終將其損毀、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這種精準效果。簡而言之，激光武器可以改善交戰速度與範圍、擴大影響力，增加能夠成功打擊的目標類型。激光武器的獨特性在於可作為常規武器的補充。

激光武器可用於保護海軍平台和部隊免受導彈、飛機、無人機的攻擊，對抗小型艦艇威脅以及來自敵軍的監視。

美海軍正致力於實現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，成為美國首個部署激光武器的軍種，並為未來的戰術、程序、政策、安全和訓練創造了先例。此次部署也提供了許多經驗教訓，這些經驗教訓已被納入新的激光武器開發周期，適用於幾千瓦級到數百千瓦級的激光系統。

這些成果為技術評估、船舶一體化、採辦要求和作戰概念提供了見解，在此基礎上可以制定出一項增強戰略計劃，確保在當前作戰環境下激光武器的正常使用，同時還要努力消除技術與作戰障礙，提高武器性能。

編輯丨全球君

轉自丨國防科技要聞（ID：CDSTIC）

作者丨張海燕

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！