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美国防创新小组近期主要研究项目及成果应用影响

2022年07月20日

自成立以来,美国防创新小组一直致力于推动商业技术和创新人才解决国防安全面临的问题,从建立与美国防部和商业创新组织的伙伴关系、积极争取预算支持,到聚焦重点投资领域推动商业方案转化和应用部署,都取得了较大的成效,也为后续发展打下了坚实基础。

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从2016年6月至2021年9月,美国防创新小组将35个项目从原型阶段成功转化至产品/服务阶段,转化率由最初的30%上升至41%。通过商业方案开放征集,向245家供应商授出279份合同。在夯实国家安全创新基础方面,美国防创新小组也取得了显著成效,遍布美国乃至国际的上千家创新公司提交过应征方案。与美国防创新小组签订合同的供应商中,86%的公司为非传统国防供应商,33%为首次与国防部合作。目前,美国防创新小组的项目已经直接支撑了国防部多个机构,主要包括空军航空与导弹系统中心、陆军医务司令部、陆军情报和安全司令部、网络司令部、特种作战司令部、海军第十舰队等。

经费预算

自成立以来,美国防创新小组财年预算呈较快增长趋势,2015财年175万美元,2016财年830万美元,2017财年2000万美元,2018财年2360万美元,2019财年2936万美元,2020财年4640万美元,2021财年6690万美元。虽然增长速度较快,但是比较而言,预算额度在庞大的国防预算中仍然仅占据比较小的比例。

伴随美国防创新小组正式成为国防部组织的一员,且获得其他交易授权,以及有关项目的大力推进,未来美国防创新小组将有望获得更大力度的经费支持。同时,值得关注的是目前受美国防创新小组管理的国家安全创新资本,在美国大国竞争的战略大背景下,国家安全创新未来有望获得较大支持力度,因此美国防创新小组在经费方面后续有望继续保持良好的增长势头,为项目推进和实战应用提供经费支持。

重点投资领域

美国防创新小组围绕人工智能、自主系统、网络、人因系统、太空和先进能源与材料6大技术领域开展工作,旨在充分利用美国企业不断增长的研发投资和高科技初创企业风险投资资金,部分项目情况如下表所示。

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美国防创新小组各技术领域的部分项目(截至2020年12月)

人工智能领域 人工智能领域旨在应用商业上可行的人工智能和机器学习解决方案,提高国防任务的关键决策速度和运作效率。重点关注机器学习预测、大数据分析、人工智能增强决策等方面,应用人工智能和机器学习加速关键决策。重点识别、跟踪和审查商业界人工智能公司解决国防部面临挑战的能力。

该领域的成果包括将人工智能应用于改善陆军、空军和海军陆战队的空中和地面车辆的战备状态,将全方位的图像检测和分析算法应用于国内外的野火扑救行动,并快速研发多传感器分析技术,以提升其响应空中威胁的能力。未来的工作将围绕机器学习预测、大数据分析、人工智能增强决策等领域开展。

自主系统领域 无人和自主系统是国防部的兵力倍增器,美国防创新小组的自主系统领域旨在利用商业创新建立陆地、空中和海上系统原型,使国防部能够快速部署前沿技术,从而能够更有效地在当今使用的传统系统无法进入的空间中运行。重点关注海上自主、无人系统、反无人系统、地面自主等方面,研发和快速部署自主系统和反自主系统,以满足国防部用户作战需求。

近期部署的能力包括多学科反无人机系统、用于室内飞行和战术预警的自动四旋翼机、可遥控的水下爆炸物处理机器人以及商用无人机抗网络脆弱性软件等。

网络领域 网络领域项目旨在协助国防部提高网络安全能力,保护美国军队和保卫国家,确保组织的作战信息对军人(在全球)保持开放、可获取且安全。重点关注威胁评估、安全、防御、使能等方面,提供变革性的网络安全和企业信息技术解决方案,帮助网络战人员和分析师提高国家安全所需的网络能力。

近期的样机项目包括用于监视、欺骗、迷惑和扰乱恶意网络活动的欺骗网络以及用于检测设备威胁和体系安全补救的移动终端安全系统;已部署的项目有采购商业威胁数据,以减少在深网和暗网上搜索威胁和情报信息的工时。

人因系统领域 人因系统领域项目旨在通过投资人类平台,如先进的设施、创新的培训和健康的应用方案优化人因系统及使能平台,提升作战人员的生存能力和任务执行力。重点关注杀伤力、生存能力、兵力部署。将尖端商业技术服务作战人员,通过引入创新训练、新型健康应用和增强设备,提升战备、生存能力和杀伤力。人因系统涉及众多工业领域和产品,从生物技术、可穿戴技术、数字健康和诊断到虚拟现实、医疗保健、通信和网络、3D打印和辅助技术等。

太空领域 太空领域重点关注平时指示与预警能力、快速进入预定任务轨道的能力、降低通信延迟和在拒止环境中对GPS的依赖、利用软件定义系统等先进技术和手段实现硬件的现代化升级、多任务轨道运行和后勤保障能力,从而实现按需快速进入空间、卫星系统的持续稳定运行和空间宽带数据传输。有助于国防部获得先进和新兴的商业空间技术,以解决能力差距,增强态势感知以改进决策能力,强化美国航天工业基础,改善与合作伙伴和盟国的互操作性,并有助于保持美国在空间领域的主导地位。

2019年启动的项目包括轨道前哨站,寻求为实验和作战概念开发提供在轨自主平台及服务。其他成就包括:与美国火箭实验室合作将3颗空军实验卫星发射到近地轨道;在弗吉尼亚州沃洛普斯岛建立第二发射场;通过空间和导弹系统中心向美国太空部队提供商业空间态势感知服务。

成果转化应用与实际影响

2016年6月至2020年12月,共启动95个原型项目来解决国防部面临的挑战,向商业公司授出208项原型类其他交易合同,36个项目已完成,原型项目的平均执行时间为13个月。43%的原型项目实现了至少完成一个商业方案的成功转移,共推动26个商业解决方案向国防部合作伙伴转移,2020年原型项目转移成功的比例同比增长22%;撬动私人投资达117亿美元;2016年6月至2020年12月,共授出原型合同额为6.445亿美元。从不同机构原型合同额的构成来看,国防部合作伙伴(国防部机构、作战司令部、军种)占比遥遥领先,国防部相关业务局紧随其后,美国防创新小组占比也有一定提升。在夯实国家安全创新基础方面,也取得显著成效,遍布美国乃至国际的上千家创新公司提交过应征方案。美国防创新小组快速推动项目转化,其机构影响力已初步显现。

部署预测性维护软件,显著提升战机的维修保障能力。美国防创新小组与美空军合作于2017年7月启动预测性维护项目招标,目标是在故障发生前了解并更换损坏的部件,提高飞机的战备能力和可用性。2019年11月,C3.ai公司完成样机协议后获得了后续生产交易协议。当前,美国防创新小组和USAF已将预测性维护软件应用于920多架飞机,包括E-3哨兵、C-5银河和F-16战鹰飞机等。结果表明,这使得飞机的任务能力提高了3%~6%,等待维修的事件减少约35%,计划外维修事件减少约40%。目前,美国防创新小组赞助了高达9500万美元的生产交易协议,允许各军种及其他联邦机构采购该软件,2020年的目标是实现软件在UH-60黑鹰、AH-64阿帕奇直升机平台以及F-35闪电-2联合攻击战斗机等的部署和应用。若该软件得以在国防部全面推广,预计每年将为其节省约50亿美元的维护费用。

构建网络威胁情报新型平台,提高情报処理效率。2017年,美国防创新小组与美国网络司令部合作启动网络威胁情报项目,旨在将商业网络威胁数据纳入情报分析、生产、训练和作战,并于2019年9月授出记录未来平台的后续生产交易协议。该平台使得国防部网络作战人员和威胁分析师能够利用实时威胁情报数据和报告,不仅提升了数据收集和分析的速度,并可安全共享机密情报。

部署下一代爆炸物处理水下反应期,降低技术人员的操作风险。2018年1月,美国防创新小组和美海军合作启动爆炸物处理(EOD)水下反应器项目,并于2019年7月授出两份EOD水下反应遥控器的后续生产交易协议,并已成功将两台仪器部署到舰队,明显降低了EOD服务人员面临的风险。水下反应遥控器允许EOD技术人员立即调查水中的不明设备,而之前的程序需等待24小时后才可操作。目前,美海军正在推动EOD水下反应遥控器的全面部署。

借助商业空间态势感知,提升太空障碍探测效率。太空碎片运行速度极快,会对军用卫星、航天器和人员造成损坏。国防创新小组的样机项目通过增强空军的空间感知体系结构,利用机器学习观察、表征和预测围绕地球轨道运行物体的位置变化。2019年7月,空间与导弹司令部向ExoAnalytic Solutions公司授出基于联邦采办条例的生产合同。

未来,美国防创新小组将优先考虑可提供新的、颠覆性能力的项目,包括响应空中威胁、小型反无人机团队、安装反无人机、快速补丁、安全云管理、预测健康、多轨道物流等。其中,响应空中威胁项目旨在应用机器学习技术提升决策能力和速度;快速补丁旨在解决国防部用户终端关键漏洞问题;多轨道后勤旨在为国防部提供低成本、快速进入地球同步轨道的能力。可见,这些项目紧密围绕6大技术重点领域,并基于特定目标推动新质作战能力成形。随着业务的不断增多,美国防创新小组的未来能力将得到不断深化,其在推动美国防科技创新中的作用也会更加突出。

(来源:军事文摘,作者李硕,李祯静等)

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