本文以美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）發(fā)布的2019—2023財年研究、開發(fā)、試驗與鑒定預算申請文件為依據(jù)，對近5年DARPA的經(jīng)費預算總體情況和各科研活動階段投向趨勢進行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計和可視化呈現(xiàn)，并進一步探究了項目變化情況，以及DARPA國防科研活動的特點。研究認為，DARPA近5年以來的國防科研經(jīng)費預算資金重點投向了微電子、高超聲速和人工智能等新興領域，希望憑借這些領域的技術(shù)突破，實現(xiàn)美軍現(xiàn)代化高端軍事能力建設的目標。除了注重顛覆性技術(shù)研發(fā)以外，DARPA國防科研活動的另一個特點在于，注重新興技術(shù)領域知識鏈、創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的無縫集成，加強與工業(yè)界與軍兵種的結(jié)合，實現(xiàn)研究成果向軍兵種快速過渡，以期大力提升美軍的未來作戰(zhàn)能力。

研究國內(nèi)外某個科研資助機構(gòu)歷年的經(jīng)費資助情況是獲取科學技術(shù)領域發(fā)展動向和趨勢的一種常用手段。比如，謝敏通過分析2015-2019年我國國家自然科學基金預防醫(yī)學領域項目資助數(shù)據(jù)，得出我國預防醫(yī)學的研究熱點及主要方法；姜維通過分析德國研究基金會近50年來在地球科學領域的資助布局，發(fā)現(xiàn)氣候研究和海洋研究是最受關注的研究重點和前沿領域；趙倩通過分析美國國防部歷年導彈采辦預算，探討了當前美國導彈的發(fā)展特點及趨勢等等。許多戰(zhàn)略研究都采用科研預算統(tǒng)計分析法得出了科學的結(jié)論。

美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）是美國國家科技創(chuàng)新的典型代表，長期致力于探索美國國防技術(shù)新概念，感知軍方未來的潛在需求，從事前瞻性高科技關鍵技術(shù)研發(fā)和“危難險重”科研任務，素有“美軍顛覆性技術(shù)研究的風向標”之稱。透過DARPA國防科研經(jīng)費預算文件，可以洞察美軍網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)智能、高超聲速技術(shù)等領域的研發(fā)方向、項目進展情況，甚至對美軍未來武器裝備能力做出研判。

本文采用機構(gòu)經(jīng)費投入統(tǒng)計分析方法，對DARPA 2019—2023財年的國防科研經(jīng)費預算文件進行統(tǒng)計，全面分析其各科研階段、各技術(shù)領域活動，希望從這一角度洞察美軍未來技術(shù)趨勢和軍事能力。

1 國防科研經(jīng)費預算總體情況

2019—2023財年，DARPA國防科研經(jīng)費預算從34.26億美元增加到41.19億美元，總體增長額達到近7億美元。其中，2019財年執(zhí)行經(jīng)費為34.26億美元，2020財年執(zhí)行經(jīng)費為35.71美元，2021財年執(zhí)行經(jīng)費為35.04億美元，2022財年批準經(jīng)費為38.68億美元，2023財年申請經(jīng)費為41.19億美元（圖1）。統(tǒng)計表明，除2021財年經(jīng)費略有下降以外，其余年份均有所增長，并且2022和2023財年經(jīng)費增幅較大。2021財年經(jīng)費略有下降，是由于生物醫(yī)學技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)和材料與生物學技術(shù)等應用研究領域的投入縮減；2022和2023財年經(jīng)費增長明顯，是由于數(shù)學和計算科學、基礎作戰(zhàn)醫(yī)學、超越摩爾定律科學等基礎研究領域，以及信息與通信技術(shù)、電子技術(shù)和材料與生物學技術(shù)等應用研究領域的投入明顯增加。

DARPA國防科研經(jīng)費分布在基礎研究、應用研究、先期技術(shù)發(fā)展和管理保障4個經(jīng)費預算活動階段。每個經(jīng)費預算活動階段分為3個層次，分別為計劃單元、項目和子項目，其中計劃單元代表大的技術(shù)領域分類（固定用于機構(gòu)管理保障的計劃單元除外），項目代表技術(shù)領域內(nèi)具體技術(shù)發(fā)展方向，項目下設若干子項目，定義明確的需求、成本、項目起始點，從多種路徑開展具體研究工作，切實推動技術(shù)發(fā)展。2019—2023財年DARPA科研活動階段平均經(jīng)費如圖2所示。

從經(jīng)費配比來看，應用研究和先期技術(shù)發(fā)展兩個階段的經(jīng)費之和約占總經(jīng)費的82%。由此可見，DARPA國防科研的最主要任務是開展與實際應用結(jié)合更為緊密的應用研究和先期技術(shù)發(fā)展研究。其中，應用研究階段探索基礎研究成果在軍事上應用的可能性和技術(shù)可行性，瞄準的技術(shù)成熟度（Technology Readiness Level，TRL）為3~6級；先期技術(shù)發(fā)展則通過實物試驗和演示，驗證基礎研究和應用研究的成果在裝備研制中的可行性和實用性，瞄準的TRL為3~7級。

2 科研活動階段預算趨勢及項目變化分析

2.1 基礎研究預算趨勢及項目變化分析

2019—2023財年，DARPA在基礎研究階段的平均經(jīng)費投入約5億美元，設置2個計劃單元——國防研究科學和基礎作戰(zhàn)醫(yī)學（圖3）。其中，國防研究科學計劃單元包含6個項目，基礎作戰(zhàn)醫(yī)學計劃單元包含1個項目（表1）。

統(tǒng)計表明，2019—2023財年，DARPA基礎研究階段的絕大部分經(jīng)費（超4億美元）投向了國防研究科學計劃單元，2021年達到最大值（4.49億美元），此后呈逐漸下降趨勢，項目變化包括：1）網(wǎng)絡科學項目。其下設的3個子項目（透明計算、網(wǎng)絡安全的空間/時間分析以及安全戰(zhàn)），均于2019財年完成，導致此后不再有經(jīng)費投向網(wǎng)絡科學項目。2）數(shù)學和計算科學項目在2023財年的投入下降明顯，這是因為其下2個子項目（世界建模師和高級建模與仿真工具）已于2019財年完成，5個子項目（基礎人工智能科學、備選計算、人類社會系統(tǒng)、安全文件以及較少標簽學習）完成了技術(shù)研發(fā)工作，開始進入技術(shù)驗證階段。3）變革性科學和電子科學兩個項目的投入隨著子項目研發(fā)工作的推進，總體經(jīng)費投入逐年下降。

基礎研究階段的另一個計劃單元——基礎作戰(zhàn)醫(yī)學計劃單元，包含1個同名項目，即“基礎作戰(zhàn)醫(yī)學”項目。DARPA在“基礎作戰(zhàn)醫(yī)學”方向的總體預算較少，但近5年來呈逐漸上升趨勢，項目變化包括：2019—2023財年間，子項目的數(shù)量逐年遞增，從2019財年的4個子項目（含1個結(jié)題子項目）增加到2023財年的7個子項目，其中，2020財年新增“增強型干預”子項目，2021財年新增“生理超配”和“抗擊微生物病原體”子項目，2023財年新增“評估免疫記憶”子項目。

從子項目的設置來看，2019—2023財年，DARPA在基礎研究階段共列編56個子項目?；A人工智能科學子項目投量最多，約為2.4351億美元。在近5年經(jīng)費投入排名前10的子項目中（圖4），人工智能技術(shù)項目有4個。由此可見，人工智能技術(shù)是DARPA基礎研究階段的重點，印證了美國先進賦能技術(shù)項目重點關注人工智能技術(shù)領域的規(guī)劃。

2.2 應用研究預算趨勢及項目變化分析

2019—2023財年，DARPA在應用研究階段的平均經(jīng)費投入約14.5億美元，分布到6個計劃單元：生物醫(yī)學技術(shù)、信息與通信技術(shù)、生物戰(zhàn)防御、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)、材料與生物技術(shù)以及電子技術(shù)（圖5）。各計劃單元下設的項目及經(jīng)費分布如表2所示。

從經(jīng)費配比來看，信息與通信技術(shù)和電子技術(shù)兩個計劃單元的經(jīng)費投入較高。其中，2019—2022財年間，信息與通信技術(shù)的經(jīng)費預算一直高于電子技術(shù)，但2023財年被電子技術(shù)反超。戰(zhàn)術(shù)技術(shù)和材料與生物技術(shù)兩個計劃單元的經(jīng)費投入居中。其中，2019—2020財年，戰(zhàn)術(shù)技術(shù)的預算略高于材料與生物技術(shù)；2021財年兩個計劃單元的預算相同；但2022—2023財年，材料與生物技術(shù)的預算超過了戰(zhàn)術(shù)技術(shù)的預算。生物醫(yī)學技術(shù)和生物戰(zhàn)防御兩個計劃單元投入較少且較為平穩(wěn)。

從預算增長趨勢來看，電子技術(shù)計劃單元在2022—2023財年間增長最為迅猛，近5年以來的投入增加了超過2億美元，約68%，體現(xiàn)了先進電子技術(shù)對軍事應用和重大國家安全問題的重要性。隨著軍用小型化系統(tǒng)的需求與日俱增，先進的微電子設備將對提高武器裝備的效能、情報能力和信息優(yōu)勢將起到至關重要的作用。因此，美軍亟需在電子設備、光電設備、微機電系統(tǒng)和半導體設備的設計與制造，以及新材料和材料結(jié)構(gòu)等微電子技術(shù)領域取得突破。尤其是，未來10年間，傳統(tǒng)的硅晶體管尺寸將開始遇到基本物理性質(zhì)的限制，進而限制電子器件性能的持續(xù)進步。因此，DARPA大大增加了在“超越摩爾定律”項目上的投入，甚至該項目2023財年申請經(jīng)費比2022財年批準經(jīng)費高出接近一倍，以便迎接電路專業(yè)化時代的到來。

從子項目的設置來看，2019—2023財年，DARPA在應用研究階段共列編165個子項目。在近5年經(jīng)費投入排名前10的子項目中（圖6），前5名子項目均屬于微電子技術(shù)領域，并且其中3個項目屬于材料科學領域。由此可見，DARPA近幾年重點開展后摩爾時代應用技術(shù)研究，而研究新材料是突破路徑之一。此外，排名前10的子項目中，有2個子項目屬于人工智能技術(shù)領域，可見人工智能技術(shù)同樣是應用研究階段的重點。

2.3 先期技術(shù)研究預算趨勢及項目變化分析

2019—2023財年，DARPA在先期技術(shù)研究階段的平均經(jīng)費投入約16億美元，分布到6個計劃單元：先進航空航天系統(tǒng)、空間項目與技術(shù)、先進電子技術(shù)、指揮控制與通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡中心戰(zhàn)技術(shù)和傳感器技術(shù)（圖7）。各計劃單元下設的子項目及經(jīng)費分布如表3所示。

從經(jīng)費配比來看，網(wǎng)絡中心戰(zhàn)技術(shù)計劃單元的經(jīng)費投入最高，其近5年總投入占先期技術(shù)研究階段總投入的約36.48%，這與美軍近年來提出并實施的“分布式作戰(zhàn)”“馬賽克戰(zhàn)”等協(xié)同作戰(zhàn)概念有關。協(xié)同作戰(zhàn)要求美軍利用先進的網(wǎng)絡技術(shù)、自主技術(shù)和信息技術(shù)，實現(xiàn)各軍種之間、軍種內(nèi)各級部隊之間的無縫鏈接。為此，DARPA在網(wǎng)絡中心戰(zhàn)技術(shù)單元投入較大資金，啟動“聯(lián)合戰(zhàn)場系統(tǒng)”“海上系統(tǒng)”“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)技術(shù)”等預研項目，聚焦武器系統(tǒng)作戰(zhàn)協(xié)同能力提升，不斷突破協(xié)同關鍵技術(shù)、研制協(xié)同節(jié)點裝備并演練協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)。

從預算增長趨勢來看，先進電子技術(shù)計劃單元增長最快，2023財年預算相比2019財年增長了約1.5倍。該計劃單元是電子技術(shù)領域基礎研究和應用研究工作的延續(xù)，致力于對適用于各種兩用電子設備、微電子設備、傳感器系統(tǒng)以及光子和電子集成元件的先進制造與處理技術(shù)進行演示驗證，以便實現(xiàn)微電子器件領域知識鏈、創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的無縫集成，使商用技術(shù)快速滿足軍用需求。

從子項目的設置來看，2019—2023財年，DARPA在先期技術(shù)研究階段共列編93個子項目（不含機密項目）。在近5年經(jīng)費投入排名前10的子項目中（圖8），涉及高超聲速技術(shù)領域的子項目有3個，是排名前10的子項目中經(jīng)費投入最多的領域。其中，“吸氣式高超聲速武器概念”和“戰(zhàn)術(shù)助推滑翔”2個子項目聚焦高超聲速打擊武器演示驗證；“作戰(zhàn)火力”子項目則聚焦陸基高超聲速武器系統(tǒng)演示驗證。此外，排名前10的子項目中，“超越摩爾定律-訪問”和“下一代微電子原型——公私合作”兩個子項目表明，DARPA已經(jīng)開始探索微電子基礎技術(shù)在產(chǎn)業(yè)鏈中的實現(xiàn)。

3 國防科研活動特點分析

從上文2019—2023財年DARPA在各科研活動階段的重點投向和子項目設置情況可以看出，DARPA近5年的國防科研活動呈現(xiàn)出以下3個特點。

3.1 持續(xù)加大微電子、高超聲速和人工智能等新興技術(shù)領域經(jīng)費投入

隨著美國戰(zhàn)略中心轉(zhuǎn)向大國競爭，美國高度重視微電子、高超聲速和人工智能技術(shù)等現(xiàn)代化高端軍事能力建設，在戰(zhàn)略規(guī)劃和資源投入方面大幅傾斜。美國參議院提交的2023財年國防授權(quán)法案執(zhí)行摘要文件，擬向微電子供應鏈、高超聲速測試和原型制造、賽博空間作戰(zhàn)效應和人工智能技術(shù)開發(fā)應用追加投資，但未明確經(jīng)費數(shù)目。該法案能夠向美國以及歐洲和印太地區(qū)盟國提供重要支持，應對持續(xù)存在的威脅。通過在新興技術(shù)方面增加經(jīng)費投入，能夠增強美國等國家的進攻能力和賽博防御能力，并通過高超聲速技術(shù)、人工智能技術(shù)的賦能，提升各軍種的關鍵作戰(zhàn)優(yōu)勢。

2019—2023財年DARPA國防預算文件也印證了上述趨勢。基礎研究、應用研究和先期技術(shù)研究三個階段的資金重點投向了微電子、人工智能和高超聲速等技術(shù)領域。

3.2 全方位開展微電子技術(shù)項目研究，加速微電子關鍵技術(shù)突破與微系統(tǒng)實現(xiàn)

美國國防部將微電子技術(shù)列為四個供應鏈重點領域之一。微電子技術(shù)是構(gòu)建對潛在對手壓倒性技術(shù)優(yōu)勢的主要因素。目前，大部分微電子生產(chǎn)能力、組裝和測試都不在美國本土。因此，美國在2023財年將加強本土微電子工業(yè)基礎，主要措施包括：建立一個區(qū)域中心網(wǎng)絡，開發(fā)微電子相關技術(shù)，改善制造工藝；建立一個政府-工業(yè)界共同組建的微電子工作組，為研究、開發(fā)和制造的“共同利益”相關方提供資源支持。

2019—2023財年DARPA設置了大量微電子技術(shù)研究項目，旨在克服硅晶體管縮放的摩爾定律限制，通過材料、設備和架構(gòu)等新興技術(shù)研發(fā)，持續(xù)改進電子設備性能。采用微電子技術(shù)與計算機、材料、機械等跨學科融合的方式，DARPA從設計、制造、封裝、組裝與測試等各個環(huán)節(jié)對微系統(tǒng)相關新技術(shù)進行全流程探索。另外，在探索新概念、新技術(shù)的同時，DARPA還與工業(yè)界合作開展微電子原型設計，力求盡快實現(xiàn)微系統(tǒng)在武器裝備中的應用。

從項目資助關系來看，應用研究階段的電子技術(shù)計劃單元下的超越摩爾定律技術(shù)項目群與基礎研究階段的國防研究科學計劃單元下的超越摩爾定律科學項目群資金流動與技術(shù)交互頗為密切。除此之外，先期技術(shù)發(fā)展階段的先進電子技術(shù)計劃單元下的超越摩爾定律先進技術(shù)也參與到該關系網(wǎng)中，說明關于超越摩爾定律的微電子技術(shù)領域?qū)崿F(xiàn)了知識鏈、創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的無縫集成。DARPA認為在未來十年內(nèi)，傳統(tǒng)的硅晶體管尺寸將開始遇到基本物理性質(zhì)的限制，進而限制電子器件性能的持續(xù)進步，超越摩爾定律的相關研究尋求方法開發(fā)新的電子系統(tǒng),以迎接電路專業(yè)化時代。超越摩爾定律科學資助的大部分研究都同時處于基礎研究和應用研究階段。

3.3 各項研究成果陸續(xù)過渡到美國各軍種或其他機構(gòu)，提升未來作戰(zhàn)能力

DARPA已完成的研究項目會陸續(xù)過渡到美國海、陸、空等軍兵種或其他機構(gòu)。因此，各項預算階段中典型轉(zhuǎn)化項目的分析，可以挖掘各軍兵種與機構(gòu)未來能力的發(fā)展方向。

2019—2023財年，DARPA計劃陸續(xù)將項目研究成果過渡到軍兵種。比如，寬帶加密和受保護的發(fā)射機與接收機、網(wǎng)絡普遍持久性和軍事戰(zhàn)術(shù)工具等項目的轉(zhuǎn)化，使陸軍獲得強大且可靠的無線電通信能力，幫助陸軍形成不可預測、快速重構(gòu)、靈活且適應性強的軍事力量，為“馬賽克戰(zhàn)”概念發(fā)展提供支撐。全源作戰(zhàn)行動與目標瞄準、“小提琴手”等項目的轉(zhuǎn)化，提高海軍的戰(zhàn)場空間感知與生存能力?？諔?zhàn)演進項目的轉(zhuǎn)化，加速空軍飛行員從飛機操作員到任務作戰(zhàn)指揮官的轉(zhuǎn)變。天基自適應通信節(jié)點、分布式雷達成像技術(shù)、熱成像技術(shù)試驗-偵察等項目的轉(zhuǎn)化，增強空軍太空部隊的空間態(tài)勢感知能力。任務集成網(wǎng)絡控制、彈性組網(wǎng)分布式馬賽克通信、受保護前向通信、動目標識別等項目的轉(zhuǎn)化，為陸軍、空軍和空軍太空部隊提供敏捷、自愈、異構(gòu)和超視距通信能力和地面動目標的自動探測、跟蹤、成像與識別能力，確保各級梯隊之間大量信息的可靠交換，并且實現(xiàn)作戰(zhàn)行動的精準協(xié)調(diào)。動態(tài)組合射頻系統(tǒng)項目的轉(zhuǎn)化，提升陸軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊的射頻頻譜優(yōu)勢。

4 總結(jié)與啟示

近5年以來，DARPA國防科研經(jīng)費整體呈上升趨勢，大部分投向了應用研究和先期技術(shù)發(fā)展階段?；诳蒲谢顒油读?、項目資助關系和技術(shù)轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，人工智能技術(shù)是DARPA基礎研究階段和應用研究階段的投入重點，印證了美國先進賦能技術(shù)項目重點關注人工智能技術(shù)領域的規(guī)劃。微電子技術(shù)是貫穿于基礎研究、應用研究、先期技術(shù)發(fā)展三個階段的重點，尤其是“超越摩爾定律”系列子項目的啟動，大大增加了經(jīng)費支出，體現(xiàn)了美軍亟需在微電子技術(shù)領域取得突破，使商用技術(shù)快速滿足軍用需求。超高音速技術(shù)是先期技術(shù)發(fā)展階段投入的重要領域，表明美軍近年來致力于高超聲速武器化，大力推進高超聲速打擊武器和防御技術(shù)發(fā)展。

總而言之，DARPA的國防科研預算布局呈現(xiàn)出研究領域廣、覆蓋技術(shù)成熟度全、成果轉(zhuǎn)化速度快等特點。我國在規(guī)劃國防科研經(jīng)費的時候，可借鑒DARPA模式的先進經(jīng)驗。領域分布上，既要覆蓋全面的軍事現(xiàn)代化技術(shù)，又要重點支持“卡脖子”難點技術(shù)。研究程度上，既要有可與現(xiàn)役裝備快速集成的應用研究，又要有促進各作戰(zhàn)域和裝備發(fā)展的基礎技術(shù)研究，甚至還要有天馬行空的超前研究，做到既能滿足當下的需求，又能為未來幾十年做好技術(shù)儲備。成果轉(zhuǎn)化上，項目應以作戰(zhàn)需求為導向，通過產(chǎn)學研聯(lián)合研發(fā)和快速應用于裝備的方式，促成短期內(nèi)從科研成果到產(chǎn)業(yè)化的成功跨越。

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轉(zhuǎn)自丨世界科技研究與發(fā)展

作者丨李林莉 李佼陽 湯娟 尹湘凡 張建

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