2021財年DARPA預算概況及發展動向解析
編者按
2020年2月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）發布2021財年「研究、開發、試驗與鑒定」預算申請，對新財年經費支出進行了系統規劃與概略說明。與上年度相比，2021財年預算總規模、項目體系安排及重點關注領域基本保持穩定，人工智慧、太空技術、生物技術等前沿領域項目布局逐年優化，預算申請呈持續增長態勢，體現了DARPA當前的工作重點和近期發展趨勢。
01
預算總體情況
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2021財年，DARPA預算總額為35.66億美元，分布在基礎研究、應用研究、先期技術開發和管理保障4個階段（各階段預算分別為5.34、13.77、15.68和0.88億美元，佔比分別為15%、38.6%、44%和2.4%）。預算文件中共列出14個項目單元，與2020財年相同，其中，僅5個項目單元（網路中心戰技術、國防研究科學、材料與生物技術、感測器技術、生物醫學技術）預算較上年增長。受國防部推進全域作戰概念影響，網路中心戰技術項目單元增幅最大（增長1.49億美元，增幅近30%）；戰術技術、太空項目和技術、先進空天系統等8個項目單元預算減少。受班組X、機動部隊防護等項目結束影響，戰術技術項目單元減幅最大（減少約1.05億美元）；基礎作戰醫學項目單元與上年持平。14個項目單元涉及數學與計算科學、網路科學、電子科學等32個領域、251個項目（不含涉密項目）。
●基礎研究包括國防研究科學和基礎作戰醫學2個項目單元；應用研究包括信息與通信技術、戰術技術、電子技術、材料與生物技術、生物醫學技術和生物戰防禦6個項目單元；先期技術開發包括網路中心戰技術、先進空天系統、指揮控制和通信系統、太空項目和技術、感測器技術和先進電子技術6個項目單元。
02
基礎研究階段預算分布情況
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基礎研究是DARPA科研創新的動力源泉。該階段預算申請約5.34億美元，同比增長10%，涵蓋數學與計算科學、網路科學等7個領域、50個項目。預算增長較大源於新項目部署和現有項目預算增長，主要集中在人工智慧、信息技術、生物技術等領域。其中，數學與計算科學領域部署20個項目，申請預算2.9億美元，占基礎研究預算的54%，主要用於研究和驗證新的數學理論、演算法、模型與計算機制，推動人工智慧、機器學習與推理、數據科學等領域發展。
一是熱點領域新增項目。2021財年，基礎研究領域新部署 「應用導向的人工智慧」（2000萬美元）、「可擴展的規範方法」（1000萬美元）、「生理超配」（900萬美元）、「大規模知識管理」（860萬美元）、「超寬頻隙半導體」（581萬美元）5個項目。其中，「應用導向的人工智慧」項目旨在開發人工智慧能力概念，並根據特定國家安全領域需求推動初步概念的評估和轉化，包括水下自主導航、圖像分析、多模態推理等領域；「可擴展的規範方法」項目旨在創建新的數學方法、技術和工具來驗證軟體系統的正確性，解決因軟體系統過於複雜導致現有技術無法完成建模和分析工作的問題；「生理超配」項目旨在利用生物系統，開發幫助作戰人員抵抗生物病原體和化學污染、抗疲勞等的能力，進而提升單兵作戰能力。
二是重點項目增加預算大力推進。基礎研究階段13個項目增加了預算。其中，人工智慧領域涉及4個，部分項目已取得顯著進展。增幅較大的項目包括「人工智慧基礎科學」（3600萬美元）、「可替代計算」（2100萬美元）、「超越摩爾定律-架構與設計」（1400萬美元）等。其中，「人工智慧基礎科學」項目增長約1900萬美元，增幅最大。該項目旨在探索可以理解和量化人工智慧技術性能和局限性的基礎科學能力，因向其他技術領域擴展而增加預算；「可替代計算」項目旨在開發用於複雜系統建模模擬的新型計算能力，預算增加1100萬美元，項目工作正由系統設計向演示驗證階段轉化。
03
應用研究階段預算分布情況
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應用研究主要圍繞未來概念構想開展技術攻關，該階段預算申請13.77億美元，較2020財年略有下降（降幅約6.3%），涵蓋生物醫學技術、高效率高性能響應結構等13個領域、124個項目，如表3所示。其中，網路安全、人工智慧與人機共生、生物材料與設備等領域預算較多，分別占階段預算的17%、14%和11%。顯示DARPA較關注可保護國防部信息安全的技術開發工作，以保證信息系統在遭受攻擊時仍可正常運行，並能迅速修復漏洞，同時，DARPA致力於將人工智慧技術納入決策支撐、情報分析、無人駕駛等領域，幫助提升決策效率、情報研究質量及無人駕駛系統的安全性。此外，DARPA愈加重視生物科學對國防部創新能力發展的影響，重點包括模擬生物製造能力實現新型材料的大規模生產、分析細胞和分子水平上生物變化的能力等。
應用研究階段新部署10個項目，分布在人工智慧、生物技術等領域。人工智慧領域增設「程序化語言處理（SLP）」（2000萬美元）、「工程人工智慧系統實施（EAISI）」（1720萬美元）等項目，前者致力於開發用於特定領域的程序化語言處理技術；後者旨在開發用於支持人工智慧和機器學習等系統的新型技術和工具。生物技術領域增設「基因編輯診斷與生物監測」（1355萬美元）、「脊髓損傷後間隙的橋接」（1300萬美元）等項目，前者旨在開發基於基因編輯、可部署且低成本的診斷能力，快速高效地檢測生物威脅；後者旨在開發用於治療和恢復脊髓損傷的新技術。值得注意的是，新啟動1210萬美元 「開放、可編程、安全的5G（OPS-5G）」項目，旨在開發開源5G網路軟體，確保移動無線硬體安全並促進系統創新；1512萬美元「反高能激光器」項目，旨在研發新的感測器和檢測技術，確保在敵高能激光器發射前檢測並定位其信號，同時開發先進材料防護塗層，提升己方高能激光器的作戰能力。
04
先期技術開發階段預算分布情況
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先期技術開發是銜接待驗證的先進技術和軍事應用間的重要橋樑，該階段預算申請15.68億美元，較2020財年增幅約3%，涵蓋先進空天系統、太空項目和技術、混合技術集成等12個領域、77個項目，如表4所示。其中，網路中心戰技術、先進空天系統、太空項目和技術、聯合作戰系統、海上系統等領域預算較多，分別占階段總預算的23.3%、14.7%、10.1%、9.4%和9.4%。顯示該階段重視網路中心戰概念涉及技術和系統的快速開發和驗證，並致力於利用太空、網路、機器人和信息技術推動美軍聯合作戰能力、殺傷力和快速反應能力的提升，最終實現各作戰單元之間無縫鏈接。此外，該階段機密項目分布在指揮控制和通信系統、網路中心戰技術和感測器技術3個項目領域，預算合計5.79億美元，約佔先期技術開發階段預算的37%，較上年（28.5%）增長明顯。
新財年預算超過4000萬美元的項目均處於先期技術開發階段，主要分布在太空技術、海上系統、網路技術等領域，並持續向深空、深海、深網拓展，以奪取遠邊疆、深邊疆和新邊疆技術發展先機、鑄造未來全球作戰能力優勢，典型項目包括「戰術助推滑翔」項目（1.17億美元）、「全球監視與通信」項目（7571萬美元）、「突擊破壞者Ⅱ」項目（7135萬美元）、「地球同步軌道衛星機器人服務」項目（4633萬美元）、「作戰火力」（4000萬美元）等。其中，投入最多的「戰術助推滑翔」項目預算達1.17億美元，旨在開發和演示驗證空射戰術距離射程的高超聲速助推滑翔系統；「全球監視與通信」（黑傑克）項目近年預算持續增長，2021財年預算達7571萬美元，較上年增加2571萬美元，成為僅次於「戰術助推滑翔」項目的第二大項目，其目標是在低軌道構建星座以提供全球寬頻互聯網服務，新增預算將採購導彈追蹤有效載荷感測器以及衛星組裝、集成和試驗等工作；「突擊破壞者Ⅱ」項目旨在開發先進建模、模擬和實驗環境，構建跨域（海底到太空）、跨軍種的新型作戰結構，預算為7135萬美元，較上年增長4335萬美元，增長部分主要用於演示驗證DevOps環境以及所需軟體和模塊。
05
趨勢分析
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DARPA預算編製採用樹型數據方式，縱向分「項目單元—領域—項目」3個層級，橫向分布在基礎研究、應用研究、先期技術開發以及管理保障4個階段，結構穩定、層次分明，便於依據戰略需求和技術演進趨勢，不斷調整優化體系布局，敏捷反映最新的形勢變化。
一是瞄準前沿技術優化布局，加快新興領域發展。2021財年，DARPA新增項目31個，預算約3.46億美元，總預算佔比10%，規模比上年（新增28個項目，投入資金3.52億美元，佔比約為10%）略減。與上年類似，新增項目仍分布在人工智慧、生物技術以及指揮控制和通信等領域，體系布局持續優化，在鞏固現有能力基礎上拓展新興能力，加快重點項目研發進度，典型項目包括「定製人工智慧應用」「程序化語言處理」「基因編輯診斷與生物監測」「脊髓損傷後間隙的橋接」「動態空域控制」等。值得注意的是，DARPA在太空技術領域新增項目規模較以往增長明顯，如2200萬美元、投資最多的「遠射」項目，旨在開發驗證多模推進武器系統，為多模態、多殺傷系統探索新的作戰概念；1327萬美元「槍手」項目將開發和演示驗證使用空射戰術導彈系統遂行多任務的技術。
二是按進度推進研發，持續加強已完成項目的試驗和部署。DARPA新財年列出67個待完成項目，約佔全部項目數量的27%，其中31個項目計劃於2020財年完成，與2019財年（計劃完成32個項目）相比，數量基本持平。2021財年將完成的典型項目有「DARPA發射挑戰賽」「班組X」「小精靈」等。其中，「DARPA發射挑戰賽」項目2018年啟動，旨在尋求能夠實現快速發射小型衛星的商業公司，吸引其與國防部合作，降低國防部太空發射成本同時提升發射效率，按計劃今年3月進行發射試驗。「班組X」項目是DARPA用於實現增強全球態勢穩定目標的重點項目之一，旨在擴展並增強小型步兵作戰單元的態勢感知能力、分散式協同感測系統能力等，最終將建立一支配備感測器、武器和保障技術的獨立步兵部隊。
三是持續向海陸空網等領域拓展，助力美軍「全域作戰」。「全域作戰」是「多域作戰」概念的升級，旨在通過計算機協調，實現跨海、陸、空、太空以及網路空間戰鬥的聯合作戰想定。2021財年有多個項目支撐「全域作戰」，現有項目也加大了投資力度，以保障後續研發進度。如太空領域，部署「戰術助推滑翔」「全球監視與通信」「遠射」「槍手」等項目；海洋領域，部署「海上運輸隊」「垂釣者」「無人駕駛船舶」「分類打擊組-蝠鱝」「即時海上交戰信息」等項目；網路空間領域，部署「開的、可編程、安全的5G」「彈性網路分散式多收發器通信」「多域分析」「可信網路」等項目。其中，多數項目分布在先期技術開發階段，顯示DARPA加緊推進這些領域的演示驗證和應用轉化。
來源：綜合網站/圖片來自互聯網
軍事科學院軍事科學信息研究中心 蔡文君 魏俊峰
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