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美国国防高级研究计划局重点研究领域 | 俄罗斯先期研究基金会主要研究方向

时间: 2017-08-06阅读:


来源:战略前沿技术

概要:DARPA一直采用扁平化组织架构,主要由技术项目办公室、职能办公室组成。


DARPA一直采用扁平化组织架构,主要由技术项目办公室、职能办公室组成。作为国防部的技术引擎和原创性军事发明的来源,DARPA技术办公室和职能办公室也根据需求和时代变化而有所调整。目前,DARPA下设7个技术办公室和5个职能办公室,如下图所示。


DARPA工作人员多为各学科的一流专家和学者,管理层精练,分为局长、技术办公室主任和项目经理三层。局长直接面对一线科研人员,根据项目可行性报告直接任命新项目的项目经理。项目经理可直接向总顾问办公室或局长申请项目资金支持。


7个技术办公室的情况概述如下。

(一)适应性执行办公室


适应性执行办公室(Adaptive Execution Office,AEO)主要负责准备、协调所有DARPA负责执行的先进技术战场试验。DARPA拥有从最初概念设想到最终系统集成的相关先进技术的战场试验资料。AEO与作战司令部和军兵种建立了深入的合作关系,可以将先进技术快速转化到军事行动、军事训练中,提高美军的作战能力。


在执行过程中,DARPA的项目经理会直接收到有关这些原型技术工作性能的反馈意见,他们有权调用实际技术数据,以提高对战场上这些技术性能的认知程度。作战司令部和军兵种较早接触DARPA的这些技术,可以更好地把新能力开发转化成作战系统。通过这些反馈和联系可改善DARPA单项计划的研发与实施,提高DARPA的战略规划和指导能力。这种合作关系同样有利于作战司令部和军兵种。DARPA对新兴技术、技术发展趋势及其在军事训练中的潜在机遇等方面具有超乎寻常的远见,并将这些技术进行快速转化,装备军队。


(二)国防科学办公室


国防科学办公室(Defense Sciences Office,DSO)主要寻求生物学、材料学、数学等科学和工程研究领域最有前景的创意,支持其转换成新的国防能力,制订和监督项目研究计划,缩小从基础科学到应用的差距。DSO重点关注物理学、神经系统科学、材料科学、数学和生物学等领域的发展。


1、物理学


DSO在物理学领域重点关注三个方面:基础物理、基于非常规物理现象的设和应用、能源。通过初期的概念研究和发展指导,提供完善的基础,解决重要军事问题。


1)基础物理


DSO一直关注基础物理,研究新的方法,解决长期存在的重大问题,如光与物质相互作用的研究、量子力学特性研究、物质基本构成研究。从历史上看,这些领域的研究促进了技术的巨大进步,如应用于分子筛选装置和磁共振成像的激光、原子钟和光谱技术。目前,DSO的研究重点是光脉冲通过材料时光速变慢的原理,单光子的产生和测量,相干原子干涉测量和其他基础物理的技术研究,同时还开展利用激光与物质相互作用产生高质量粒子束和可调谐单色X射线的技术研究。“光栅仿真计划”旨在设计一种关键材料,作为新物态的早期平台。通过这些研究,为下一代的国防应用奠定基础。


2)基于非常规物理现象的设备和应用


这一重点领域是基于前沿物理科学的设备和应用,通过解决与具体应用相关的问题,推动科研成果直接从实验室转化到具体应用。该领域的目标是不断深入理解物理过程,研究利用和控制物理过程的技术。例如“精确惯性导航系统计划”,致力于构建一个完全由基于原子干涉的传感器组成的导航系统。紧密联系科学探索,深入理解物理相互作用,重点关注特定应用,是该领域中所有计划的共同特点。


3)能源


能源是战场后勤最迫切的需求。该领域重点开发减少后勤负担的新型发电技术,包括单兵便携电源、军用平台能源高效获取、转换、新材料和新想法的研究。


2、神经科学


DSO开发和利用神经生理传感器、神经影像学和认知科学,为士兵提供支持、保护和战术优势。DSO探索和应用神经系统科学,帮助士兵对压力的适应,提高学习和培训的速度和质量,预防伤害,提高士兵的作战能力。DSO在神经科学领域的进展,促进了高性能传感器和计算、机器人技术和信息集成领域的新型神经形态系统架构的发展,为突出问题提供了解决方案。通过利用神经科学的能力,把神经科学和尖端电子学、社会科学融合,带来了全新的效率和态势感知,为士兵提供执行任务所需的可靠信息、培训和工具。


3、材料科学


20世纪60年代初,DARPA开始通过跨学科研究实验室(后变更为美国国家科学基金会材料研究实验室)参与材料科学研究,之后DSO继续推进前沿材料科学的开发,致力于新兴技术,保持在该领域产生众多突破性的跨学科主题。


DSO材料计划旨在推进先进材料科学的多方面研究,基于物理和化学模型,设计具有性能大幅提高或具有新特性的材料,开发极大降低钛金属及其合金加工成本的工艺。


正在研发的数学和表征工具能够快速设计和开发新的装甲系统。基于拓扑结构的装甲系统所展示的高性能是用传统方法无法实现的。从生物界获取灵感实现材料合成与设计的方法贯穿于DSO的众多计划。DSO材料计划将继续支持前沿材料科学探索、新型材料开发工具、新型能源材料和集水材料、材料的创新机械设计,彻底改变电子领域的电磁材料。这种积极追求开发全新材料和材料系统的眼光正孕育着下一代高性能军用平台的关键技术。


1)新型材料及材料加工


这一重点领域涉及的新材料是指用于飞机、地面车辆和航天器的材料,目标是减轻质量和提高性能。其涉及四个方面:评估和预测技术,通过物理模型和先进的仿真工具,对军用平台和系统的结构材料进行损伤演变评估和性能预测;新的低成本加工和制造技术,用于扩展新材料和新结构的军事应用;电磁材料和材料系统,具有独特的内在或外在性能;数学工具,降低计算复杂性并提高工作效率,发现新型材料、结构以及新的合成方法。


2)多功能材料与材料系统


由于军事系统和任务越来越复杂,所以开发可以动态改变形状和功能的材料变得越来越重要。此外,多种功能相结合(如发电机的防爆能力与结构承重能力相结合)可显著增强多个军事平台的能力。目前这一重点领域的计划包括革命性的新型装甲系统(利用独特的高强度钢/聚合物的复合材料制造的混合结构车辆)、可用于执行室内外任务的超小超轻型(小于7.5cm、不超过10g)飞行器、可迅速布放和撤除的屏障。


3)仿生材料


DSO仿生材料重点研究生物和材料之间的关系,开发能够模拟植物产生大应力的系统,该系统具备强大的结构功能和循环系统,可以使结构体系特征发生重大变化。


4、数学


DSO数学计划是应用现有数学工具,开发在军用领域产生广泛持续影响的数学工具。旨在通过建立数学家和学科专家的综合团队,更好解决国防部的需求。该途径可以利用新的数学方法快速开发新技术,将技术需求转换成数学问题,推动数学界的研究。当前的应用数学和计算研究计划有助于形成最新的尖端优势,而基础数学研究计划能够为未来先进科学和技术计划奠定稳固基础。


1)应用和计算数学


DSO数学科学计划贯穿国防部的所有关键应用领域,包括信号和图像处理、生物、材料、传感、复杂系统设计等。


2)基础数学


DSO的基础数学领域包括开发具有应用潜力的理论。主题包括拓扑和几何方法,从数据中挖掘信息,重点探索关键数学领域间的基本相互关系,这些方面的重大发现将会产生新的数学理论和创新应用。


5、生物学


保护军队免受生物战攻击和传染病侵害是一项明确且迫切的军事安全需求。自20世纪90年代中期以来,DSO率先探索全谱生物战防御技术,包括先进的排查(如例行邮件检查)、净化(如二氧化氯)、积极对抗全谱传染性病原体的药物治疗等。


DSO致力于生物科学的利用,在维持人员作战能力、战术性和恢复性生物医学技术、仿生平台和系统等方面的计划不断增加,通过促进生物学、物理、数学和工程学等不同领域专家之间的相互合作,了解基本的生物学过程。


1)战术性生物医学技术


开发能够彻底改变战场医疗服务的技术,通过遥控机器人和机器人提高稳定创伤的机动能力,发现控制疼痛和其他战场疾病的新疗法,生成和存储血液制品的新技术等。


2)恢复性生物医学技术


DSO制订了一套计划,即使在士兵遭受严重外伤后,也能完全恢复其生理和认知功能。重点研究遭受外伤后组织(如肌肉、神经、皮肤等)的恢复技术,着重开发基于神经控制的具有自然肢体运动和感觉功能的上肢义肢。


3)作战能力维持


开发能够使士兵在苛刻的战斗环境中保持最佳生理和认知状态的技术。影响士兵最佳作战状态的条件有急性和慢性睡眠障碍、摄入热量和质量不足、不适的温度、肌肉疲劳和超负荷等。


4)仿生平台和系统


自然进化的非凡能力在于可以创造新的防御能力。DSO重点关注和模仿动物独特的运动、化学、视觉和听觉感知能力,开发类似鱼类和水鸟翅膀摆动的高效游泳设备,了解整个视觉通路的精确转换,描述大脑视觉场景处理的机理。


(三)信息创新办公室


信息创新办公室(Information Innovation Office,I2O)希望利用各个领域的信息获取决定性的军事优势,既包括传统防务领域,也包括新兴信息技术和应用领域。在传统的防务领域,信息已经带动了一系列军事革命:情报、监视、侦察、指挥、控制、通信、计算、网络、决策、规划、训练、任务演习以及作战支援。新兴信息技术和应用领域包括:人文、社会、文化和行为建模;社交网络和以人群为基础的开发模式;自然语言处理、知识管理及机器学习和推理;医疗/生物信息科学;信息安全保障和网络安全。I2O通过提出概念和研究,确保美国在这些领域的技术优势,开发和展示新兴科技和各学科间的交叉和进化技术,改变当前的游戏规则,使士兵更好地了解战场、盟军和敌军的能力、意图和活动,制订有效的策略和计划;安全地进行信息交换。I2O重点关注信息感知、信息处理、网络通信安全等领域的发展。


1、信息感知


变化普遍存在于整个人类、世界和军事事务各个方面,且变化速度正在加快,它既带来了机会,也带来了威胁。威胁的例子包括新的竞争对手、恐怖国家及地区、叛乱团体、好战/激进人群、跨国恐怖组织和犯罪活动,以及新的网络—人类—物理威胁。若要取得任务成功,需要了解对手的能力、意图和活动,以及当地人、社会、文化和行为因素。I2O旨在通过计算和分析技术,处理、获取由传感器、信息和通信系统所产生的大量数据,并将这些技术运用到情报、监视和侦察(ISR)开发及语言处理系统中,实现行为分类、事件关联、趋势确定、异常发现及自动警报。


2、信息处理


随着世界形势日趋复杂,军事行动也变得越来越复杂。在高动态、不确定和危险状态下,复杂的军事行动需要精确地分配任务,协调和控制陆、海和空军ISR装备、武器系统、通信资源和后勤资源。I2O的任务就是为了保障各个层次的士兵能够应对这些挑战。I2O通过开发建模、仿真、可视化、知识管理、地理信息系统、语义网、社交网络、Web-2.0/3.0等先进的计算技术,将这些技术应用于指挥系统,提高信息在军事决策、规划、训练、任务演习和作战支援中的应用。


3、网络通信安全


现代战争依赖可靠的连通性访问战区和国家传感器数据,协调分布广泛的部队行动。这种连通性正受到日益复杂的网络攻击和计算资源的挑战。I2O的目的是通过开发更具可恢复性的计算和通信技术,创建全新的方法确保网络和计算机系统的安全,确保这种连通性。这些技术将有助于更快地检测、分析和抵御网络威胁,更有效地利用网络资源监测和控制计算和

通信基础设施。


(四)微系统技术办公室


微系统技术办公室(Microsystems Technology Office,MTO)的研究涉及MEMS、电子学、计算、光子学、生物技术等领域。近年来,商用器件和生产流程的快速发展使得先进技术唾手可得,拉近了所有人的竞争起点。MTO致力于利用、抵制和超越这些商业货架产品,通过资源整合和系统集成,倍增这些产品的性能以更好地应用于军事领域。MTO也寻求应对商业技术进步所带来的威胁(包括有意和无意的威胁)的方法。MTO在商业项目以外会开发一些高风险、高回报的技术项目,以保持美军的技术优势。通过持续的革命性创新,MTO寻找具有优势的发展领域。MTO重点关注生物平台,计算技术,电子战,制造业,新概念,光子学,定位、导航和授时及热管理等领域的开发。


1、生物平台


生物平台重点探索、开发生物学和工程学交叉领域的技术突破,主要包括从军用医学到新型材料开发等方面的基础研究。


2、计算技术


支持科学研究和实验涉及的计算模型和体制研究,以及推理计算和通信。MTO目前正在探索提高嵌入式计算系统电源效率的方法,开发下一代片上通信链路和能够解决非常规计算模型的新方法,使功耗、处理时间和指令复杂度达到最小。


3、电子战


日益复杂的电磁频谱环境不利于军事行动的开展,对军队来说,无阻碍地利用电磁环境可以为电子战创造突破口和机会。该领域重点关注增加电子系统工作带宽、线性度和效率的技术途径,开发自适应和可重构无线电体系构架,以及毫米波、亚毫米波等波段频谱的使用技术。


4、制造业


安全有效的制造工艺仍然是美军优先发展的领域。伴随着电子产业的逐步全球化,市场上的仿制芯片日益增多,恶意设计的电路存在的潜在风险也逐渐引起关注。MTO寻求开发一种技术,它能为系统开发者提供一种不破坏集成电路即可进行电路(包括模拟集成电路、数字集成电路和混合型集成电路)检查的工具。此外,MTO还关注创新电路设计方法,利用光刻工具提供成本更低、叠层更少的专用集成电路(ASIC)。


5、新概念


新概念专题主要探索非传统研究课题,以应对国防部遇到的一些特殊问题。该专题根据任务的性质,对其计划进行分类,涉及DARPA创新性和前沿性技术研究。


6、光子学


光子学专题主要涉及高灵敏度、宽带宽光子元件开发,光学信号传输能力提高,感知和通信能力增强等。该专题主要研究光子集成问题,驱动面积日益减小,复杂性与日剧增的集成电路技术开发,并致力于新型光子器件的基础开发,提高器件的性能,扩展器件的能力。重点是开发必要的框架和器件,制造便于设计、加工和升级的光子系统。


7、定位、导航和授时


GPS技术对武器系统的制导和导航至关重要,为数众多的武器系统都要依赖GPS数据提供飞行中精确的位置、方向、运动和时间信息。在GPS信号受干扰地区,这种依赖性是武器系统的致命弱点。通过该研究专题,MTO寻求开发一种独立的芯片级惯性导航和精确制导技术。


8、热管理


器件的材料、技术和系统集成的飞跃发展,使得武器系统的总功耗迅速增加。多数情况下尺寸虽然减小了,但其功耗却增大了,由此导致更为严重的表面散热率问题。武器系统的热管理问题对其性能的提高有着决定性的影响。该专题专注于热管理系统的新材料和新结构研究。


(五)战略技术办公室


战略技术办公室(Strategic Technology Office,STO)重点研究和开发通信、网络和电子战,环境改造,困难目标探测以及基础战略技术。


1、通信、网络和电子战


军事行动的成功取决于安全可靠、确实有效的实时态势感知,以及从本土到前线部署各军事梯队的指挥控制。STO致力于系统概念设计和赋能技术,可随时随地使用民用通信基础设施,为军事行动提供高带宽的无线移动通信能力。目标是在压制对手通信能力的同时,为美军提供有效通信,将相关实时信息随时随地传送至士兵。为了达到这个目标,需要研发新的系统体系架构和网络技术,提高网络容量和等级,在日益拥挤的频谱内提高频谱效率,增强抗网络打击能力,缓解人为或者自然电磁干扰,对抗网络侦察和监视,反拒绝服务。


STO对利用商用基础设施颇感兴趣,主要是因为其性能和效费比,但需要考虑民用基础设施、设备和应用在军事环境中的可靠性、强度和安全性。同时,STO也关注在复杂电磁环境下控制敌人并开展有效的军事行动的能力。


除此之外,在存在干扰的情况下有效利用频谱、空间/时间的动态及高效应用、新形式(如高频无线电和光学偏振)、内置或交叉属性的(雷达、通信、感知)频谱利用技术、通过更高频率实现空间的再利用、避免和容忍干涉、复杂射频大规模环境试验都是STO重点关注的领域。


2、环境改造


在美国军事优势日益减弱的形势下,对手获得了越来越多的不对称优势。STO寻求系统方案和技术逆转这种不对称,使士兵更广泛地了解行动环境,在危急条件下(即通信、航空、机动性、后勤补给等受限时)进行不间断军事行动。


STO尤其感兴趣的是能够在极端环境中(如北极圈内)毫无损失地展开军事行动的新技术,能以最小损失进行及时打击,提高在该区域内对抗敌方简易武器的能力。


3、困难目标探测


对于许多ISR任务来说,任务重点已经由数据收集转为数据处理。可是,被探测的目标和信号已经渐渐适应了传统的探测方式,可以有效躲避探测,难以被发现。例如,对水下、普通建筑内部和深藏地下目标的探测,其他情况诸如对生化武器原料的远程探测,很难从自然环境中甄别出特征信号。STO探索困难目标探测的新方法,包括集成传感器、开发新的运算法则、系统概念和处理技术、进行有/无源二次信号测量等。STO对于低成本自适应商业探测器技术较为感兴趣,这种商业技术开发过程减少了开发时间和成本,提高了传感器系统的适应性和更新速度。


4、基础战略技术


STO致力于研究战略技术关注的交叉学科领域,以及具有重大潜力的创新概念和突破性技术。


(六)战术技术办公室


战术技术办公室(Tactical Technology Office,TTO)致力于寻求开发高风险、高回报的战术技术,开发快速机动打击能力,将其转化为先进武器、平台

和太空系统未来的战斗力。通过以下途径实现:


(1)打造具有强大功能的系统,使军事能力在日新月异的科技领域能够实现数量级的发展;


(2)在研究和技术开发方面投入资金,保持TTO研究领域的战术优势;


(3)开发能够解决各类武装冲突的技术与系统;


(4)了解并解决关键任务领域中的主要缺陷,包括在复杂政治—军事冲突中执行非常规作战,有效应对非对称威胁,提高太空作战能力,保持常规战场优势(部队防护、兵力投送、反介入、后勤保障),检测、预防和消除大规模杀伤性武器,实现无缝联合作战,生成并保持态势感知能力,收集全球监视信息;


(5)为有效、非致命和低成本军事系统的先进技术和理念进行概念研究、验证和转化。


1、先进平台


本领域的研究涉及精确投送兵力,以最小的代价打击时间敏感目标,对各类武装冲突果断作出反应等内容。重点关注先进的自主、远程操作,载人的陆、海、空、天平台系统,主要计划有:


(1)无人系统,提高在动态条件下的导航能力,扩大航程与续航力,增加自适应自主行动,使士兵从肮脏、枯燥和危险的任务中解脱出来,提供对重要目标的ISR和作战能力,减少高危任务中对人力的需求;


(2)X飞机,优化多任务和行动条件的设计,改进飞机、飞机子系统、推进技术、航空电子设备和飞行控制技术的系统与概念,实现全球快速响应,增加可使用武力的作战条件,提高复杂环境中的导航能力;


(3)载人平台,提高平台机动性、响应性、生存能力、可靠性和保障性,提高载人陆、海、空平台的效率和效能,提高单兵能力,支持各类作战行动,为士兵提供更多保护。


2、先进太空系统


TTO寻求创新的太空技术和概念,保证太空行动的快速响应、生存能力、监视、态势感知、支持性、持续性、保护、跟踪、通信、导航、预警、发射、在轨转移、控制和效率。


(1)太空行动的适应力,提高太空制造工艺效率,开发先进的纳米与微小卫星技术;部署支持地球同步轨道外维修操作的平台;开发太空能源收集、存储和空间推进技术概念;


(2)军事应用,支持现有的装备体系与作战概念,防止太空运行能力的中断或降低;提高自主应用,推动太空系统防护、最大适应性、减少后勤保障、快速展开与拆卸,控制多任务类型的最大灵活性;


(3)有保障地进入太空,开发新型发射系统和必要的技术,保证并支持未来能够可靠、有效进入太空;对太空系统的响应能力和适应性进行革新,采用“类似于飞机”的快速、持久的途径;提供一种有效、可靠、低成本进入太空的创新途径;


(4)稳定性,研究太空通信系统和全球定位系统的抗干扰技术,研究推进太空行动的安全性与响应性;提高信息收集、通信和太空数据共享能力。


3、先进武器系统


改进和提高目标探测、识别、定位、跟踪和打击效果评估的概念、途径和技术。


(1)灵活作战,通过战场上武器系统的响应性、有效性和后勤支援,应对多种威胁进行协同作战和机动响应;


(2)精确打击,提高武器系统的命中率;减少后勤覆盖、提高发射率及打击多地区的多目标的能力;


(3)动能/非动能效应,提高作战的精确度,提高弹药和电磁、等离子、大气、声、智能火箭/导弹和可变当量的系统集成性能,改进结构、技术、控制、探测、传感器攻击和自防护能力,具有可调整、自适应和致命/非致命的能力。


(七)生物技术办公室


生物技术办公室(Biological Technologies Office,BTO)负责在整合生物学、工程学以及计算机科学的基础上,开展涉及国家安全的基础性研究并进

行开发和应用,加快技术成果转化和突破。BTO致力于建立和资助传统和新兴的交叉性科学领域,研究范围广泛,从单个细胞到复杂的生物系统,再到这些生物体存在的宏观和微观环境,不局限于生命科学中的医学领域,还包括影响人们生活的一些复杂生物课题。


1、恢复和保持士兵的作战能力


士兵的健康体魄和良好状态是决定军队战斗力的重要因素。BTO的其中一项任务便是开展研究,帮助士兵恢复并维持最佳战斗力。这一领域的主要研究目标是当前出现的新威胁和治疗途径,不仅涉及医疗应用,还有复杂生物问题的探索,如能够影响个人能力的因素,以及生物和物理的相互作用。具体包括推动人脑认知的神经系统科学、大脑如何使人体与外界交流、如何指导和调整行为、在正确的时间做出决策等。


BTO不仅研究人体科学,还涉及生理学、生物化学、心理学和社会学,还有新兴科学领域,如生物工程学、生物信息学和微型仿生学等。


2、管理生物系统


生物系统中的进化和合成功能能够用于开发新型国防产品和系统,其性能会超越最先进的常规化学方法和制造技术。由于基因工程、基因数据库、新型分析能力、生物工程的共同发展,使得这一领域的探索越发切实可行。BTO旨在建立自然过程的基本认知,管理生物系统的内在规律,并将其概念应用于新型产品和系统。为了支持这项工作,BTO开始研究自动化、计算机科学和生物三门学科的交叉领域,探索生物大数据。


3、将生物系统的复杂性延伸到空间、时间和物质


一些有机体发展为单细胞,而另外大部分有机体,如人类,会被大量外来细胞控制,它们对新陈代谢、心理状态和健康有着微妙且神秘的影响。疾病媒介有时在全球范围内缓慢、悄悄地迁移,有时又以破坏性的浪潮快速席卷整个国家。由于它们很难从较大的生物和生态现象中分解出来,所以很难分析其对与农业和食品安全的影响。BTO希望从生物复杂性和生命系统的研究中开发一些能够促进全球稳定性和人类健康的应用。


俄罗斯先期研究基金会主要研究方向


【导读】本文原载于俄罗斯《技术战争》杂志,作者为德尼斯·波多里亚克,阿列克谢·巴索夫,原标题为Фонд перспективных исследований:на пути к шестому технологическому укладу。文章介绍了俄罗斯先期研究基金会的组织结构、活动原则等基本情况和主要研究方向。


20世纪末发生的事件严重阻碍了俄罗斯科学与技术的发展,对国家的生存构成了多方面的威胁。消除我国与其它世界强国不断加深的鸿沟,建立未来30-50年的科技储备的任务被赋予了俄罗斯史无前例的新机构——先期研究基金会。


如果没有相关技术的发展,现代文明的发展很难想象。今天,在讨论科技进步成果及与其相联系的前景的背景下,可以越来越多地听到“技术创新浪潮”这个术语,它是指具有相同技术水平、同步发展的互相联系的生产的总和。


这一术语是由经济学家D·S·利沃夫和S·U·格拉济耶夫于1980年代引入俄罗斯学术界的。但是早在20世纪前半期就有了创新发展的不连续性的说法。有意思的是,我们的同胞,经济学专家尼古拉·康德拉季耶夫所做的工作推动了该方向上的学术辩论。他在1920年代曾描述了自己对一系列经济指标的动态的观察(后来催生了50年周期理论(“康德拉季耶夫周期”)。


今天,“技术创新浪潮”这一概念可以说已经被广泛接受(国外使用同义语——英语的wavesof innovation和德语的Techniksysteme)。不仅如此,技术创新浪潮的阶段划分也固定下来并得到广泛运用。根据技术类型的阶段划分,世界主要强国已经进入所谓的第六次技术创新浪潮。这一阶段将在2040年代达到顶峰,大约到2060年结束。微电力学、纳米和分子光通信学、纳米材料及纳米结构、纳米系统技术、生物技术、纳米生物技术、信息技术、认知科学、社会人文技术,以及纳米、生物、信息、认知技术的合流被公认是其主要方向。

图1,历次技术创新浪潮

据谢尔盖·格拉济耶夫预测,第六次技术创新浪潮的关键要素是纳米和细胞技术,而其相对于第五次技术创新浪潮的优势在于生产过程的能量和材料消耗大幅度下降,以及能设计具有预定性能的材料和有机体。


苏联、美国和西欧国家被公认是第四次技术创新浪潮的领先国家(第四次技术创新浪潮的核心是汽车制造、飞机制造、石油化学)。遗憾的是,拥有苏联之潜力的俄罗斯曾有勇立第五次技术创新浪潮潮头的前景,但没有实现。正是因此,国家领导层和整个俄罗斯社会面临着掌握一些学科和实际应用第六次技术创新浪潮中相关关键技术的迫切问题。否则我国将有濒临文明“边缘”的危险,这最终可能导致悲惨的结局。


未来十年,俄罗斯的最高任务不仅是转向在第六次技术创新浪潮框架内优先发展,还要开展旨在超越的工作,即开发世界上独一无二的技术。这实际上指的是国家的新工业化。不过,我国已有类似的经验,我们可以回忆一下诸如发射第一颗人造地球卫星、人类第一次载人航天飞行、苏联原子项目的实施等我国的科技突破。


自然,俄罗斯新的发展模式涉及国家所有的活动领域,但未必有人会否认一个事实:正是国防工业可能并且应该成为科技突破的催化剂,因为正是在国防工业领域集中了主要的现代化潜力。


鉴于上述情况,2012年底国家领导层决定成立一个新机构——先期研究基金会,负责整合全部现有资源以促进国防和国家安全领域的科学研究与开发。于2012年10月16日生效的第174-FZ号联邦法律对先期研究基金会的法律地位、活动目标和主要职能做出了规定。


先期研究基金会的成立是对我国目前面临的不断增加的威胁和挑战的系统回应。先期研究基金会是俄罗斯史无前例的机构。其活动与军事技术、技术和社会经济领域的高风险项目和取得全新成果相关,包括为俄罗斯联邦武装力量现代化服务。


先期研究基金会的独一无二性在于,首先它不受经常困扰国防和国家安全机关及机构的许多限制性因素的限制。


先期研究基金会在执行自己的主要任务时,将跟踪当前和未来的技术方案、全球趋势,并证明和演示具体方案的技术可行性。得益于这种方法,先期研究基金会对设计局和科研机构来说扮演着某种领航者的角色,向所有伙伴企业通报正在开发的世界级技术。


先期研究基金会董事长安德列·格里高里耶夫说,基金会需要改变目前不符合国家要求的科研工作运行体制,并要充当试验场——其目标是组织具有现代化水准的科学研究和试验设计工作:“从对国家安全所面临的未来威胁的分析出发,我们打算开发能够防止、消除这些威胁或给予不对称回应的技术手段和其他手段。”

图2,先期研究基金会的架构

图3,先期研究基金会的活动原则


一、主要研究方向

先期研究基金会的任务是实施三个综合项目——“未来武器”、“未来保卫者”和“未来网络武器”。这些项目的目标是寻找将在20-30年后决定武器装备和两用系统面貌的特别重要的科技问题的解决办法。就其内容和计划范围而言,它们是对国家装备计划和国防力与国家安全领域的联邦专项计划措施的补充。


其中,在“未来武器”项目框架内,将研发各种最新型武器装备——从轻武器到火箭发动机和航天器。


第二个综合项目——“未来保卫者”,是对于未来军人的面貌、职能和武器装备的新观点。基金会董事长安德列·格里高里耶夫说,“在这里,概念观点是这样的:未来士兵应……在最大限度远离火力杀伤范围的地方指挥替他作战的机器人装备,做好遂行战斗行动的准备”。


第三个项目——“未来网络武器”,随着信息空间和因特网变成新战场,促进研发必要的武器以对抗因信息空间和因特网变成新战场而出现的潜在威胁。

所有这些综合项目将在基金会三个主要活动方向的框架内实施。这三个主要活动方向是:物理技术(物理工程),化学生物与医学,信息。


二、物理技术研究

先期研究基金会的物理技术研究方向包括4个主要的方法与技术开发领域:高速装备,数字化生产,先进水下技术,智能武器。


先期研究基金会物理技术方向负责人伊戈尔·德尼索夫说,基金会在这些领域的项目“瞄准建立超前科技储备,首先是在先进的军用和特种技术装备领域”。


先期研究基金会对该活动方向上的主要领域的选择不是偶然的。其中有一些领域早在苏联时期就得到了积极的发展,只不过后来因为各种原因而中止了,另外一些领域则是为了努力顺应第六次技术创新浪潮的总趋势。但无论如何所有这些领域都需要与“未来武器”综合项目中正在执行的任务相适应。


说到高速装备,我国的设计师和工程师们当年在实施与高超音速有关的项目——“寒冷”、“针”、“快速帆船”——的过程中曾获得宝贵的经验。自然,鉴于国外国防工业界这一课题很感兴趣,制定高速方案对于俄罗斯也更为迫切。


对水下技术的浓厚兴趣首先源于俄罗斯在北极的雄心。苏联早在1960-1970年代就在该领域建立了雄厚的科技储备。同时,在民用领域和军用领域都曾展开相关的科学研究和试验设计工作。


与智能武器和数字化生产有关的方法和技术与第六次技术创新浪潮有直接关系。这些领域在各国国防部很受追捧——其预算中与相关计划和项目有关的开支项目越来越常见。


高速装备

提高打击武器及其运载工具的速度是武器系统发展的优先方向。在“未来武器”综合项目框架内,基金会正在开发和整合一系列先进技术,以研发具有根本速度优势的单栖和多栖装备。


计划在“高速装备”方向的框架内,在考虑到物理学领域最新趋势的情况下,开发创新方法和技术。例如,与提高航空、水面和水下高速装备及多栖系统的空气动力学和流体动力学性能相关的突破性方案,这都与气体动力学过程数学模型、高超音速飞行数字与实物试验工具和技术的开发密切相关。


该方向上最重要的任务还包括研发新型高效率发动机和宏观体高速投射工具。

此外,科学家和工程师们还需要解决与以下方面相关的一系列问题:为在极端工作条件下使用的高速制品各系统研发材料、构造,研发新型高温材料和开发喷气式发动机各部件冷却原理。


去年初,先期研究基金会领导人决定为爆震燃烧发动机研发工作拨款。利用爆震燃烧原理可在高超音速飞行器研发工作中取得突破。研发单位包括“动力机械”科学生产联合体、中央航空发动机制造研究所、雷特卡里诺“联盟”设计局。该项目拨款可能会多达20亿卢布。基金会副董事长兼科学技术委员会主席维塔利·达韦多夫说,尽管运用爆震燃烧原理并非新的思想,但基金会认为它很有前景:“近年来出现了重要的理论成果和数学模型,使我们得以实现连续爆震燃烧过程。我们希望,这也将会从质量上提高火箭发动机的性能”。


国外正在高速装备领域积极展开计划和项目,这已不是秘密:积极研究有人驾驶和无人驾驶空中、地面平台及微型装置与环境的相互作用,及其内部各部件的相互作用。研究包括流动力领域,其中包括空气动力学。在空气动力学领域,对于在研平台来说十分重要的是气流的控制、各种空气动力效应的影响和在不同相态环境中的运动。


西方科研中心正在研发具有高度飞行性能的全新的轻量化飞机,设计高效率涡轮机和耐磨蚀桨叶,寻找适用于高超音速气流的高温材料。此外,正在研究高超音速空气喷气武器构想,并计划用现有空中运输平台进行新型高超音速喷气武器演示试验。


美国的“猎鹰HTV-2”计划和XS-1(ExperimentalSpaceplane One)亚轨道飞机项目众所周知。2003年开始在前者框架内研制高超音速飞行器,后者是向低轨道运送有效载荷和进行高超音速试验的工具。


数字化生产

在武器和军用技术装备领域,现代化突破性方案的出现离不开全新的生产技术。据先期研究基金会的专家和世界著名专家评估,未来几年我们将走到又一轮工业革命的门槛前,而数字化生产技术是这一轮工业革命的基础要素。无人机、导弹武器、单兵武器、机器人装备、先进装具、自组装微型卫星等只是一小部分可能使用数字技术的装备。


此外,在目前条件下,在武器装备生产中使用数字技术极为重要,它能大大减少设计、生产武器装备的时间和资金成本,从根本上改变库存装备的后勤保障,而在遂行作战行动的情况下可确保在战场附近就能高效地修理技术装备。


德米特里·罗戈津认为,主要的科学家、设计师和专家们利用先期研究基金会的科技平台,可以齐心协力地制定国家数字化生产构想,包括程序代码、技术设备以及能够确保武器装备的设计和生产包干、缩短新武器装备设计时间、消除我国研制者对外国供货商依赖的统一的方法与标准。


具体来说,就是在预定计划实施过程中,先期研究基金会打算与伙伴共同研发几何标准达8纳米的电子元件的紧凑、快速小批量生产线,研发具有复杂外形的聚合物制品立体合成技术和虚拟数字化生产工具,并着手研制新型“自组装”构造材料和复合材料。


目前基金会领导人已经与尼日哥罗德洛巴切夫斯基国立大学签订了合作协议,协议规定对科学研究工作进行相互协调,包括在大学建立辅助材料技术与设计试验室。试验室的主要任务是为模拟和设计具有各种物理特性的材料研发多粉末机器。


安德列·格里高里耶夫说,基金会将在三年之内提出技术开发任务。他说:“计划每三个月检查一次工作。”将从基金会的经费和俄罗斯联邦科技部的预算中为位于下诺夫哥罗德的试验室拨款。


外国同一课题的大量项目也证实了先期研究基金会所进行的科研工作的现实意义。材料学领域的研究还包括诸如材料的可控立体组装、材料功能整合、研发自调整材料和利用计算机研发新型复合材料。


除了基础研究,国外还在进行涉及能降低军队系统成本的材料的创新生产技术与方法的应用研究。在探索最新生产过程的框架内,将研究能量场对材料合成、生产技术和应用的影响——目前的研究涉及辅助生产(摩擦焊接、超声波接长、冷喷涂)时电磁和声场对提高各组分结合紧密度和压缩不同种类材料的影响。


需要补充的是,为了推广生产革新和开发与上述项目有关的高效、节能的适用技术,西方研究者们十分重视减少和消除各种障碍。


先进水下技术

必须承认:实际上对于与水下威胁相关的所有挑战,先期研究基金会都有自己的回应。“先进水下技术”方向上的预期成果清单包括开发水下通信和导航技术、无须维护的能源保障系统、水下系统识别和编队协同算法。还计划研发先进的水声物理、水声和非水声的海上目标探测、识别和定位方法与装备,以及探索突破性降噪技术和水下装备。


水下军事冲突早已不再是科幻作家的领地。例如,美国国防部高级研究计划局已经投入巨资发展水下进攻和防御技术多年,从2010年代初开始进行ACTUV水下无人反潜装备的研发工作,而在2015财年的计划中,将启动独一无二的“海狼”水下机器研发项目。


除了研发最新的水下机动平台,国外还在资助一些旨在研发为水下船舶执行长期自主任务提供保障以及优化其相互协同的通用自适应设施的综合项目——实现统一而灵活的分布式信息交换保障和修理、资源恢复过程协调架构,这将大大提高水下机动综合系统(包括小型无人潜艇)在战斗中集体行动和制定作战计划的效能与协调性。

此外,西方国家涉及显著提高水下导航仪表精度的项目也令人很感兴趣。例如,英国的一个军事试验室已经开始研发集现代化原子钟、加速度表和陀螺仪的能力于一体的系统。


在先期研究基金会的支持下发展先进的水下技术,是其成果将在两用技术中得到应用的经典研究范例。一方面,为了获得世界海洋中的矿藏,需要开发勘探和开采水下矿区(包括北极地区)的新方法;另一方面,在激烈争夺北极自然资源的情况下,不排除俄罗斯的油气开采设施会成为偷袭的目标。研究方向包括研发和整合旨在开发水下资源和进行水下作战的自主技术。


目前正在该方向框架内研究“北极海洋矿区水(冰)下开采技术”初步方案。先期研究基金会、“红宝石”中央海事工程设计局、天然气工业公司、俄罗斯石油公司和俄罗斯科学院远东分部从2013年6月开始展开这项工作。


先期研究基金会组织邀请俄罗斯著名科学家参加的一些活动也证明了研究先进水下技术的迫切性。例如,去年初举行的“仿生学系统及其服务于国防力和国家安全的运用能力评估”研讨会有两个与在研课题有直接关系的方向:“采用基于人造肌肉的发动机的水下仿生机器人的前景”和“对海豚能力在海底物体探测中应用的仿生学观点”。


智能武器

目前,对最近几场武装冲突的分析和预测表明,未来战争将具有空间上分散、高度机动和短促的特点。为了确保在这种冲突中拥有军事优势,需要装备全新的智能武器系统。对其主要要求包括:高度自主,不依赖外部系统;能够独立寻找和消灭目标;作用距离更远;通用;使用简单、灵活。


在该方向框架内,先期研究基金会正在开发和整合相关技术,其目标是研发能确保在未来战争中高效完成作战任务的武器系统。


高精度自主导航系统、新一代小型陀螺仪、超光谱监视系统、最新的影像合成和处理算法、高效率小型机载计算机、先进的控制、自导、识别和编队协同算法、使用范围大的光子无线电电子装置、先进信息系统的新型电子元件都是涉及“智能武器”的基金会项目,用西方军事术语来说,它们与C5ISR(指挥、控制、通信、计算机、作战系统、情报、监视和侦察)构想完全吻合。


如果说关于先期研究基金会的“智能武器”研发项目的信息是完全保密的,那么只有最一般的消息才能见诸报端,例如,基金会科学技术委员会主席维塔利·达韦多夫在一次接受记者采访时介绍了对可在远距离上修正弹道的智能子弹研制建议的挑选,(美国)高级研究计划局报告中列举的不少计划在先期研究基金会的项目中都会有类似的计划(顺便提一下,高级研究计划局已于去年中期成功地试验了超小型制导弹药)。

美国高级研究计划局在该领域中的许多研究与最新材料和现象的应用联系在一起。例如,所谓的冷原子(用精准调谐的高光谱纯度激光器将原子冷却到超低温)在导航任务中有巨大的实用价值,包括用于制造超精确时钟和原子干涉仪,因此是高级研究计划局的“冷原子微系统”(Cold-AtomMicrosystems)计划攻关伙伴的研究对象。“冷原子微系统”计划需要解决在微电路上布置基于冷原子的元件的问题,包括减少能量消耗和原子钟、陀螺仪、基于新物理原理的加速度表的尺寸与重量问题。


在高级研究计划局的新项目中越来越大胆地提到运用光子学和量子物理学原理(“量子使能技术”(EnablingQuantum Technologies)计划和“基础光子科学”(Basic Photon Science)计划),而一系列研究与对GPS全球定位系统的“替代品”的探索联系在一起。例如,“自适应导航系统”(ANS:AdaptableNavigation Systems)旨在确保士兵在任何情况下(包括因敌方电子对抗、地理因素(如南极或北极)而无法接收GPS信号的情况)高效地判定方向。ANS基于三种主要的技术革新。首先,研发对GPS系统定位依赖更小的新型惯性测量装置,例如,通过使用采用冷原子的超紧凑原子钟。其次,开发利用来自各种辐射源(地面、空中、太空和自然界无线电信号——用地球物理场导航)的无线电信号的方法,以减少位置修正对GPS数据的依赖。第三,开发将无线电信号源的数据与来自惯性和其他传感器的数据相结合的方法,以获得能够在野战条件下改变配置的多用途导航系统,为任意设备在任何条件下运行提供保障。(未完待续)


三、化学生物和医学研究

先期研究基金会的化学生物和医学研究方向包括五个基本的方法和技术开发领域:先进医学、先进材料、先进能源、集成生物系统和仿生学。它们同时又都是基金会正在实施的“未来保卫者”综合项目的组成部分。


亚历山大·潘菲洛夫就其所负责的业务方向介绍说:“医学方面的先期研究目标是强化人在极端条件下的超级能力,即超级注意力、超级耐力、超级智力。为此正在开发相应的医学和生物学制剂。材料学方面的研究目标是为俄罗斯军人提供能够承受巨大负荷、使用轻便的制服和装具。在我们的方向的框架内,我们正在研发世界上独一无二的“未来保卫者”先进能源保障系统,它能为俄罗斯战士长期自主行动提供保障。”


今天对与化学、生物学、医学有关的成果及其与其他学科交叉领域的技术的兴趣在明显增加。近年来一个突出现象是出现了一系列重要的(如果不是突破性的话)发明和科研成果,它们不仅从根本上改变着我们对人的能力极限的认识,还有力地推动了进一步研究。


当代材料学也有光明的前景,我们正在眼看着它变成二十一世纪的“炼金术”:二维材料,用计算机模拟最新的复合材料,纳米技术——未来几年工程师和设计师们在制定新设计时将不再受到现有材料的限制,将能够研制创新的“订制”复合材料和合金。

先进能源研发领域的成果不是那么显著,在该领域出现革命性变化的可能性较小。但该领域的清晰发展和跨学科研究成果完全能够产生协同增效效应。

如果回忆下一下文章序言部分所描述的第六次技术创新浪潮的关键因素和优势,基金会的专家们对研究方向的选择就显而易见——它们都处于科技进步的前沿,需要积极实施。


集成生物系统

多个知识领域交叉是现代科学研究中正在得到积极发展的方向之一。这些知识领域包括:神经生物学、心理生理学、认知心理学、机器人技术、计算机技术。先期研究基金会的文件将该方向称作“集成生物系统”,相应的研究正在“未来保卫者”综合项目的框架内进行。


在该跨学科领域取得的现代化成果有助于制定经过科学论证的研究计划,而后者的顺利实施不仅能提高人的生活质量,还能提高其极限心理生理能力,包括在作战条件下。


先期研究基金会的文件还对计划在“集成生物系统”项目执行过程中取得的成就进行了更详细的描述。预计,主要目标和任务将分成以下四个方向:

第一,先期研究基金会期望研制出能够进行反馈和对认知能力进行人格化加强的神经接口演示样品,旨在控制作战、侦察、运输和其他机器人装置,以及改善人员训练质量。


第二,计划获得关于人和动物大脑认知功能机制的新试验数据,并检验关于皮层变异与个体能力差别的关系的假说。


第三,基金会意识到,在认知技术系统(人-机认知接口、“大脑-计算机”接口和“眼睛-大脑-计算机”接口、人形机器人和神经元机器人) 中使用时,人工和混合智能系统十分需要大脑数字模型和模拟大脑工作。


第四,为了进行后续研究和神经外科、神经生物学、认知心理学和神经人机工程学领域数据可视化,先期研究基金会正在准备实施与开发新技术和软、硬件系统相关的项目。


目前基金会正在选择主导执行者,并组织集成生物系统各研发执行者进行合作,不过,这不影响基金会领导层参与相当大胆的研究。


例如,2014年9月演示了项目的阶段性成果。项目的主要目标是,对在人机系统框架内建立用来以后台方式控制附加设备的“大脑-计算机”接口的原则可能性进行试验性评估。在演示过程中,操纵员借助于大脑的生物潜力控制四旋翼无人机在迷宫和自由空间里运动,同时保持了自由移动和人机交流的可能性。


德米特里·罗戈津说,先期研究基金会计划实施类人机器人平台研制综合项目。他说:“俄罗斯的智能机器人将具有一系列特点,包括在克隆服装的帮助下控制,高灵敏度机械手,高效的3D视觉系统。操纵员不仅能够把自己的运动传给智能机器人,还能获得力矩反馈,从而能在抓取时对力进行控制。该系统将类似于‘阿凡达’。实际上机器人的操纵员将身临其(指机器人)境。类似的东西世界上还没有研制出来。”


不过,先期研究基金会目前已有可展示的东西——让我们回忆一下在讨论先期研究基金会成立后一年半的工作成果的框架内所展示的人形机器人。今年1月,向活动的参加者(其中包括俄罗斯总统)展示了“人形技术装备”科研生产联合体在基金会的支持下研制的“阿凡达”人形机器人。根据在中央精密机器制造科学研究所的靶场进行的演示(机器人对靶子进行射击并驾驶四轮越野摩托车,其所有运动都由操纵员遥控)判断,德米特里·罗戈津知道说的是什么。


至于国外的研究,则在相关机构的计划中既有类似的项目,也有“超前”研究计划——计划在以下领域开展工作:多模态接口,直觉理解和自然接口,可移植材料和装置,“大脑-计算机”集成,认知机器人技术等。


美国国防部高级研究计划局领导人关于成立生物技术专业研究机构的决定证明,这是一个特殊方向。不过,高级研究计划局进行与此跨学科知识领域相关的研究不是第一年了,提一下两个关键计划就足够了:“脑定量模型”(Quantitative Models of the Brain)和“皮层处理器”(Cortical Processor)。在前者框架内,计划建立实用的数学基础,下一步认知神经学领域的成果可能将建立在其基础之上。其中,计划对神经化学活性(记忆形成的基础)的时空类型进行数量研究,并利用所获得的类型模拟记忆的分层组织,演示分子模型方案的工作能力。


第二个计划的目标是通过对新皮层进行硬件模拟来解决实时识别面容的高难度任务。在其实施过程中,计划研制能够识别复杂的空间和时间规律性并自动适应条件变化的“大脑皮层处理器”。该计划是高级研究计划局所进行的功能类似于哺乳动物大脑的计算机研究与研发工作的一部分。这种“人造大脑”可被用于研制智力水平与猫和老鼠没有区别的机器人。


仿生学

仿生学是在模拟生物机体构造和生命活动原理的基础上来解决工程任务的科学。在设计装备时运用仿生学原理能解决新的军事和特种技术装备研制中的系统、技术和配置问题。


毫无疑问,仿生学是新科学边疆之一。美国陆军那个军事研究试验室正在进行一系列相关的研究。从长期来看,旨在理解控制脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质、细胞器、细胞、有机体、种间相互作用、神经系统和认知系统的基本特性、控制原理和机制的基础研究可能会催生生物材料、毒素鉴别和消毒系统的新研制方法。计算细胞生物学和分子生物学、用于生物医学和生物学研究的大规模预测模型、基于仿生学的计算、生物电子学、生物能量学、生物力学等——直接或间接与仿生学领域相关的研究方向有几十个。


高级研究计划局还有更有意思的研究计划。其中,似乎是因为担心在与生物学和仿生学相关的方法和技术方面有可能出现突破,高级研究计划局2015财年启动了SAEBR (Surprise Avoidance in Engineering Biology Research(防止突然出现未知的生物工程效应)计划,打算吸收工程生物学各发展方向上的主要专家来评估潜在不可预测和不能预见的运用,包括复杂系统、技术和方法的新性能及其没有揭示的潜力。研究的方向是如何防止现在的工具和技术被滥用。


基金会在仿生学领域的主要活动方向与实现信息的获取、传递、处理和使用以及生物能量学、生物力学、生物感受作用、导航等问题联系在一起。所有这些方向的工作有一个共同的目标——揭示其技术实现的潜在原理和方法。


预计,先期研究基金会仿生学领域各项目的实施将有助于获得关于动物、鸟类和鱼类空间定位,在各空间领域以最小的能耗获得最大移动速度,抗辐射作用,以及化学和生物性因素等机制的新试验数据,在力学感受和化学感受作用的基础上研制检测技术装置,以及演示型人造肌肉和感觉器官仿生系统。最大胆的项目可能与以仿生学原理为基础研制武器装备有关。


未来医学

该研究方向的基本原理基于生物技术、纳米技术、新材料、人对极端因素的耐受力和抵抗力领域的科学发现。俄罗斯卫生部、联邦生物医学署和联邦科学组织局的主要科研机构的科研集体是该项目的协作单位。


俄罗斯科学流派在医学领域既拥有世界公认的基础研究成果,也有实用成果,但必须承认存在技术断层,缺乏持续的跨学科研究,而这是西方研究者的强项。不过,如果我国科技基础获得应有的发展,挑选出有前途的专家并让他们去国外实习,恢复苏联科学家们20世纪末中断的研究,我国未来的医学将能够提高到一个新水平。采取这种积极办法已经取得了很典型的成果:2010年底俄罗斯外科医生在女病人体内直接培育了新气管,这是我国专家向意大利著名移植专家保罗·马恰里尼教授学到的新方法。


这一方向上的预期成果清单与国外许多研究有相似之处,包括研发个性化药物,获得基因控制和免疫力修正技术,组织与器官再生技术,自我供血技术,以及提高部队操纵人员的认知能力以及各兵种士兵的体力、心理生理能力和认知能力。


目前基金会正处于寻找伙伴,理顺基金会和各科研中心之间多边联系的阶段。例如,去年底,基金会召开了主题为“冬眠与活力不足”的研讨会。基金会将根据研讨会成果制定科技项目,以实现现有成果并在该领域进行下一步的研究。参加研讨会的代表来自俄罗斯科学院细胞生物物理研究所、俄罗斯医学科学院劳动医学研究所、俄罗斯科学院谢切诺夫进化生理学与生物化学研究所、基洛夫军事医学院和其他科研中心。

国外十分重视转换性基础研究、关键方向的应用研究,有选择地发展预计能对士兵作战能力有革命性作用的先进技术。


十分重视恢复因伤导致丧失的大脑功能——运用大脑活动机制理解和模拟领域的最新成果,以开发新的颅脑创伤疗法。一些研究小组正在为理解大脑语言准备新的科研储备,以提高战场效能,康复和伤后重返部队。在开展这些工作的过程中正在创建的方案应能通过运用能填补受损大脑漏洞的编程装置来恢复感觉运动功能。


西方研究者对完善野战医疗方法与技术的兴趣提高是很自然的。例如,计划研制用于发现疾病标志并在分子水平上对其进行分析的简单仪器——用于在紧急情况下诊断和治疗。在流血(战斗中最常见的死亡原因)时进行紧急救护十分重要。能够促进血凝固的物质可以解决这一问题,它们被输入身体后能“堵塞”流血部位。


先进材料

研制未来武器要求研制具有独一无二性能的新材料。目前材料研究与研发是国外的研究重点之一。同时,材料学往往与其他科研方向交叉。光子学、电子学、能源生产与传输、生物和生物合成材料、构造材料、高强度弹性材料和防冲击技术、生产技术——所有这些领域都能在与先进材料相关的研究中找到应用。


至于更具体的例子,那么目前正在研制能在光子学和光学技术中得到应用的功能性聚合物。利用纳米和生物技术研制的材料及超材料特别受重视;为了研发新型传感器和信号传递装置,以及用于模拟从分子级到宏观生物材料功能的材料,越来越广泛地在微米和纳米级水平上使用计算机模拟方法。所获得的材料将被用于研制自恢复材料、智能材料、用于抵御化学武器和细菌武器的材料。


先期研究基金会许多与先进材料有关的项目已经处于实施阶段。例如,在与一些主导科研机构的合作下,基金会的研究人员开始与全俄航空材料研究院共同研制全套极耐热构造材料和保温材料及蒙皮。还已开始开发将植物原料加工成优质水解纤维素——包括均质火药生产在内的各种生产的基础——的热真空脉冲技术。


在“未来保卫者”综合项目的框架内,与萨拉托夫切尔内舍夫国立大学开始联合研发以超细纤维和超高分子量聚乙烯等为基础、具有更好的物理机械性能和使用性能的新型复合材料。实际上,在萨拉托夫已经成立了沿三个方向——“伪装”、“防护”和“生命力保障”——开展工作的试验室。其中每个方向都有自己的重点任务。


还有关于先期研究基金会的另一个项目已经启动的消息——北高加索大学为研制圆盘激光器而以稀土元素为基础开发光学纳米陶瓷合成原理项目已获拨款。


但大概最全面的可以说是先期研究基金会和中央精密机械制造科学研究所的联合项目,在该项目实施过程中将研发新一代士兵装备。基金会副董事长兼基金会科学技术理事会主席维塔利·达维多夫在接受国际文传电讯社采访时说:“目前‘士兵’现代化全套装备攻关已经完成,但在中央精密机械制造科学研究所和一系列其他机构的参与下,我们已经开始在上述项目框架内攻关俄罗斯士兵未来装备的各组成部分。我们没有回避未来武器。其中,基金会正在实施未来狙击系统研发项目。未来士兵应在敌人打不到他的距离上消灭后者。这一距离远远超过今天的距离。”未来装备的组成部分包括能昼夜作战的全套防毒装备、用全新材料制成的防弹衣、新型伪装器材。


未来能源

在“未来保卫者”综合项目框架内,基金会与国内主要的科研机构正在着手共同研发基于替代动力原则的未来能源系统,包括使用可再生的廉价替代原料。已经找到了能有效地将低强度热流转化成电能的方法。


至于先期研究基金会的计划,那么它们主要方向都是解决与研发以下器材和技术相关的应用任务:高能凝聚材料、大容量电能存储器、小型可移动发电机以及利用生物、其他可更换的替代燃料和人体热能作为能源的技术和相应的演示样品。


国外在该领域的研究主要沿三个方向进行:

• 机动平台用蓄能器:储存、集成、混合以及增加能量储存密度的方法;专为高压系统供电的小型超高压蓄能器;未来可能取代化学电源的最新储能方法;先进的材料压缩方法;可布置在设备可用空间内的先进的能量储存方法;专用混合蓄能器;研发蓄能器和提高能量储存密度;


•能量转换:物理-化学特性搭配;燃烧机理的基本动态;瞬态热过程;确定雾化重质液体燃料的燃烧参数并模拟其燃烧;定量可视化高压雾化重质液体燃料燃烧;JP-8型燃料喷射器的特性描述和物理模拟;技术设备紧凑电源的组成部分;“智能”自适应涡轮机桨叶;高效压缩机和燃烧室新构想;


• 智能动力:小型可移动动力系统;运输工具和平台电气系统的架构;借助于动力进行防护;整合和管理运输工具与平台的动力;野营动力网的架构。


四、信息研究

先期研究基金会的信息研究方向包括五个基本的方法和技术开发领域——未来信息处理与传递系统,人工智能和认知技术,网络安全,社交网络,探测技术。这五个领域同时还都是基金会正在实施的“未来网络武器”综合项目的组成部分。


“信息研究”方向负责人谢尔盖·加尔布克认为,最近二十年,在信息技术领域取得的进步已经催生了所谓的信息领域,它涵盖工程目标(基础设施、武器装备,直到家电)和社会目标(个人和网络团体)。信息领域的出现与我们周围的工程目标的自动化水平飞速提高联系在一起,在社交领域它催生了全新的社交方式。加尔布克说:“从国家和社会安全保障的角度看,这些目标的重要性使我们可以大胆地将信息领域称作新战场。该战场有其独一无二的军事行动形式、方法和手段,特殊威胁,以及确定力量与装备配置的‘地图’。”


还必须考虑到,目前信息技术已成为混合军事冲突不可分割的一部分,并且往往在其中发挥着重要作用甚至决定性作用。


俄罗斯在第五次技术创新浪潮中的落后严重影响了目前其在信息领域的研究质量。这特别涉及到与硬件部分有关的研究,其次涉及软件部分。


总地来说,俄罗斯在信息领域的实践活动发展很不平衡:如果说在网络安全领域我国取得了一定的成绩,那么在社交网络方面的工作才刚刚进步。


无论如何,可喜的是,先期研究基金会已将“信息研究”作为一个独立的方向,这是需要深入和加强开发的重点科技领域之一。


先进的信息处理与传递系统

在信息流密度雪崩式提高的情况下,出现了研发先进的信息处理和传递系统的必要性,包括能够在极端条件下稳定工作的此类系统。


美国陆军八个军事研究试验室之一——“计算科学试验室”是专门研究这一知识领域的试验室。其主要部分涵盖十多个研究方向——预测科学、数据流处理、先进计算机架构、计算机技术。此外,还在进行高速计算领域的基础研究。


国外研究十分重视高速分布式计算(使并行计算、云计算与分布式计算系统动态监视和适应外部环境条件变化相结合)的安全性。还在探索用于确保网络防护、军队前沿驻扎监控大数据高速处理系统自主运转、战场战术决策支持的技术和资源。


进行特种作战需要应对在使用网络协议和信息交换、处理和传输体系结构时分散的信息通信系统数据(大数据)处理规模和速度不断增长的挑战,包括将态势监视和人机系统控制系统的数据整合入统一的受监控信息空间的任务。


国外研究机构的重点研究方向包括:完善交通工具的车载通信系统和旨在缩短延迟时间、提高信息交换协议单位容量的装备系统;在考虑到商业通信体系与硬、软件的整合能力和国防领域的特点的情况下,制定国家层面对信息系统的要求;保证在建体系的灵活性,以确保具有较高的改进潜力和更换功能组成部分的能力。


同时,先期研究基金会正在研究在数据处理和传输领域开发广泛技术的可能。在其他方向中,先期研究基金会参与开发:基于动态多类型中继网络的路由自由选择通信系统的控制技术,分布式异种网络高速计算技术,以及未来计算平台用的基础集成光学元件3D研发技术。此外,基金会还对量子计算(预期成果清单中包括研发量子计算机集成电路元件和量子密码技术)和纳米技术(计划在真空毫微电子技术的基础上研发信息处理和传输系统中的微电子元件)寄予厚望。


人工智能和认知技术

半个多世纪以来,为了开发图像识别、文本理解和语言翻译能力不亚于人类智能的人工智能,相关工作一直在进行,但距离完成还很遥远。


但是近年来的成果让人们有理由认为,该领域的进展至少已经大大加快。不仅如此,一些著名科学家已经严肃地指出盲目发展人工智能所潜藏的危险——以前只是在科幻小说中可以看到这些。


今天,越来越多的现代化研究的名称被冠以“认知”一词——机器人认知体系,认知模拟与探索,战术信息的认知呈现。总地来说,这没有什么可奇怪的:在人工智能领域,与人的认知活动相关的积极科学研究是人工智能领域迅猛发展的推动力之一。

今天,高速计算设备和采用新的高效信息处理方法(其基础是智能手段,包括模拟人脑思维活动)的信息通讯网络确保对各种数据的分析实现了突破。


这些手段将有助于在生物学、虚拟空间、经济学、社会科学和情报方面实现计算智能的自动化。开发这些领域需要由人、传感器和网络设备产生的各种数据构成的抽象、预测模型(最好是因果模型)的研发技术(美国国防部高级研究计划局的Big Mechanism计划)。


人工智能和认知技术领域的进步还能引发一些较特殊的进程发生根本变革。例如,简化使用小语种的工作,改变翻译活动,从而可为交叉语言侦察和战略通讯快速建立自动化翻译系统。或者读出言外之意——最新技术将帮助军队决策者过滤文本中多余的信息,将相似的文件联系起来,从隐藏的信息中得出的结论,进而做出决策。


先期研究基金会制定了一系列以研发这种智能系统原型为目标的方案。在人工智能和认知技术领域展开必要的积极开发的情况下,预计会在图像(人脸、地球遥感图像上的物体)识别领域取得突破。更加雄心勃勃的任务是,学习和模拟人的思维过程,用技术系统理解信息的含义和有多种意义的上下文,包括不完整、不准确或失真的数据,以及高效地掌握新知识和做出评估鉴定。


网络安全

随着信息技术在现代社会生活中的重要性不断提高,信息安全保障问题变得越来越迫切。


目前在与网络安全相关的研究领域中,敌人的网络基础设施和社会心理方面最受重视。此外,用于探测威胁的自动学习算法正在得到发展,网络分析中的认知效果正在研究之中,网络行动计划制定及其指挥方法以及网络系统高效恢复方法正在得到完善。随着混合战争遂行方法的发展,预防金融诈骗——对私人和国家商业活动的攻击工具之一——正在得到重视。


一个非常迫切的方向是研发用于发现军事部门在开放市场上购买的软件和硬件设备中的后门的工具和方法。这种趋势与移动软件也有关系——军队积极使用便携式计算平台会导致与使用隐藏恶意功能的软件相关的风险提高。


除了积极措施,还在制定与开发以下技术相关的方案:多级安全,选择性控制访问,以只访问有限的必要数据而不是整个数据库或文件系统为目标的策略处理分系统——鉴于组建诸兵种合成兵团,这一方法特别重要(对于美军来说非常现实,因为其越来越多地参与人道主义行动,在这种行动中最重要的组成部分之一是将盟国、伙伴和其他有关各主的信息资源联合在一起的网络结构)。


在这个方向上,先期研究基金会计划实施的科学技术方案获得成功后,将有助于消除国防和安全领域目前和未来的信息安全威胁。同时,优势仍将在于研发能够自动检查软件(检查有无未声明的功能,包括源代码不可访问)以及研究限制访问的信息之防护问题(在未经检查的环境中处理信息时,包括云架构和分布式网络)的方法和自动化设备。


目前先期研究基金会已经启动了自己在该领域的旗舰项目:在莫斯科国立罗蒙诺索夫大学成立了网络安全智能系统试验室,这个试验室的工作人员超过10人,包括科研人员和系的研究生。试验室主任是物理学数学副博士德尼斯·加马尤诺夫。


在项目框架内正在实施的技术将能通过自动查明设计的逻辑错误并设计网络软件来提高因特网的俄罗斯部分的防护能力。


基金会项目负责人谢尔盖·日沃季科夫认为:“该项目独一无二——世界上只有几个科研小组在从事这种任务。无疑,团队的雄心加上以前获得的经验和知识能让他们按计划取得结果。”


社交网络

社交媒体持续风行,因特网日益普及和访问方法的增加,为解决提高国家国防力和改善安全的任务提供了与现代社会相互影响的新能力。在这一方向的框架内,基金会正在进行研究,以确定因特网发展、新的社交媒体形式的出现、未来的人机相互作用算法、因特网从虚拟现实进入现实目标的前景。


社会工程学领域的项目占有一席之地。应该指出,用集体智能来解决科研和应用任务,是实现既定目标的最有前景的方法之一。


总地来说,先期研究基金会与社交网络相关的工作方向也是外国固有的研究方向。但是对于国外社交媒体和社会工程学领域的项目来说,多层级的方法是其特点——除了实践,还在相当积极地研究理论基础。例如,西方研究者承认,对社交网络的数学结构缺乏准确的理解,这在实践中导致使用的模拟相当粗糙。


由此可见,对社交网络来说,对算法效能和和计算体系进行理论研究是个十分现实的问题。


探测技术

探测技术是两用研究中正在得到积极发展的方向之一。该领域之所以令人感兴趣至少有两个相互联系的原因:技术在得到完善,这是采用新物理原理和材料学成果的结果;作战行动实施构想在发生变化,这与信息的作用不断增长有关系。


在我们的时代,得益于各种类型的传感器,测量、收集和分析提高个人与社会活动的质量及安全所必需但以前无法获取的重要数据正在成为可能。在国外的研究计划中可以发现两个主要方向——在个人、地区和国家层面上研究人的行为,研发传感器和传感器联系系统。


先期研究基金会的信息研究方向是研发最新的传感技术,后者包括最宽广的使用范围:从确定心理情感状况和预测人的行为到确定环境中难以捕捉的最细微的变化。后一种情况是指各种级别的项目,包括研发用于态势分析系统的先进的传感技术(包括研发先进的光学远距离组分分析装置演示样品)和用于探测危险物体的高灵敏度多传感器系统及对所获数据进行实时交互处理的软件和硬件设备。


在全俄自动化科学研究所成立了新一代光学设备研发试验室,这证明基金会对这些研究的兴趣提高了。试验室有超过30多名来自俄罗斯研究所和国外(15家科研机构)的著名科学家。


试验室的一名主要研究者,物理学数学副博士亚历山大·梅尔兹利金说:“从把位于现代电动力学前沿的研究与量子力学现象研究相结合的客观愿望出发,科学家(杜霍夫全俄自动化科学研究所的研究员和其他一些科学家)首创小组萌生了成立这个试验室的想法。”他说,目前正在全速为试验室配备最先进的设备,这将为需要把理论研究运用到具体技术和试验样品中去的科学家和工艺师填补大量空白。


在基金会支持下正在实施的项目的框架内,将开发等离激子激光器,还将研发一系列试验型等离激光装置。根据项目执行结果将制造出分子级炸药和危险物品传感器。这些传感器能被用于在人员密集流动区域预防恐怖活动。


来源:战略前沿技术


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