【导读】 美国国家安全计划一直备受瞩目，长期以来是国家发展的重中之重。今年新颁布的国防授权法案中，有关其国家安全的经费持续增加，仅研发经费一项就增加近7亿美元，研发的重点更是集中于各方面的新型技术，旨在增强美国应对高端冲突的能力，并继续保持其在大国竞争环境下的领先地位。
美国国家安全计划一直备受瞩目，长期以来是国家发展的重中之重。今年新颁布的国防授权法案中，有关其国家安全的经费持续增加，仅研发经费一项就增加近7亿美元，研发的重点更是集中于各方面的新型技术，旨在增强美国应对高端冲突的能力，并继续保持其在大国竞争环境下的领先地位。
美国国防杂志就美国参与国家安全计划的各大国家实验室及各军种实验室的研发重点及其进展情况，分别向其发出询问，并陆续收到其相关负责人的回复，特此进行专项描述。
陆军研发工程司令部埃奇伍德生化中心
合成生物学
陆军研发工程司令部生化中心正在探索合成生物学在支持作战人员方面的潜力。作为美国生化防御解决方案的主要来源，生化中心对合成生物学在生化威胁探测与保护领域提供的新范例非常有兴趣。
合成生物学可利用生命系统的自然能力，如自组装、感知与响应以及分子级控制与模式化，以提供解锁新型材料的潜力。对于作战人员来说，这些新材料可以用于生产能够自动检测并应对生化威胁的制服或车辆涂层、能够减轻后勤负担的无动力检测技术，以及根据需要在战场产生应对生化威胁对策的系统。
如今，生化中心正在开发嵌有细胞结构的纸质票券，该票券会根据面临的威胁（包括化学和生物制剂、爆炸物及水污染物）改变颜色。该技术是世界上合成生物学最成熟的应用之一，其他应用已被证明可检测埃博拉病毒和寨卡病毒。
在未来5年内，合成生物学检测生化威胁的应用将变得足够成熟，可以开始向采购过程转变。10年之后，合成生物学的新材料预计将可以纳入已部署的系统。在今后的20年内，具有生命模仿特性的智能材料，如感知与响应和自我修复，预计将可以纳入已部署的系统。
通过其应用材料解决方案项目的生物工程，生化中心将自身定位为这个快速发展中领域的领导者。在该项目中，生物学家、化学家和工程师之间将进行高度跨学科的工作，其目的是培养现有的研究人员从事合成生物学工作。
通过讲座、实验室竞赛、课程作业、访问科学家、聘用国家研究委员会博士后以及科学交流研讨会，生化中心希望建立一支世界级合成生物学专家团队。
生化中心正在计划升级实验室的基础设施，以便更好地支持合成生物材料开发中的先进研究项目。计划研究项目包括用于遮蔽的新材料、用作粘合剂的DNA、生物合成添加剂和具有孢子的3D打印材料。
虽然生化中心将合成生物学的研究重点放在生化防御上，但该中心也知道合成生物学技术能够为其他地区的作战人员带来的巨大优势。快速生长肢体的能力、3D打印器官的技术以及生产防弹装备的能力都可能对作战人员产生巨大影响。
虽然这些能力不在生化中心的任务范围之内，但其研究肯定会涉及这些方面。生化中心的愿景是成为合成生物学领域的领导者。
陆军坦克车辆研发工程中心
高效自主
工业化仍在继续。早在半个世纪前，美国制造业的自动化就彻底改变了事物的制造方式，当前建造的机器人则改革了事务的完成方式。带着对当前变革趋势的深入理解，陆军正在深入处理这场革命，以及实现这一革命的技术。陆军的理解受到现代化项目的影响。但陆军要如何承受项目变更、取消或是重生的财政责任？
陆军的答案是：以更加模块化的方式思考自主化。陆军可以借助其军事机器人操作系统（ROS-M）更好的应用自主化技术。 ROS-M是ROS框架的军事应用，可用于研发开放的机器人软件。虽然其名称中含有“操作系统”，但它更应被描述为降低开发机器人软件复杂性的“中间件”。
ROS-M包含一个可搜索模块自主软件包的“应用商店”，包括各类机器人功能以及用于软件开发、集成、网络安全、模拟、数据记录和可视化及其他关键功能的工具。与ROS一样，ROS-M不需要搭载于特殊平台，可适用于小型炸弹探测机器人、履带式战车、海底潜水器及无人驾驶飞行器。鉴于ROS-M固有的模块化，将其升级或集成为新软件模块会更加简单。通过模块化代码库，软件的功能将不断增强，早期不兼容实体之间的协作将变得更加自然，创新方法也将不断涌现。
ROS-M这样的开放概念也建立了一个更容易维护网络安全的环境。来自不同供应商的专有机器人系统可以给对手带来与代码库一样多的威胁，而ROS-M则降低了这些威胁。网络安全专家能够开发出不需要在不同系统中进行修改的防御技术并在ROS-M内共享，从而缩小网络防御覆盖范围的差距。
通过陆军坦克车辆研发工程中心的努力，陆军已经在应用ROS-M，其自动化地面补给长途运输工作和战车机器人项目证明了这一点。领航者-跟随者行为、危险识别和其他自主行动可能因平台而不同，但均通过ROS-M共享通用软件模块。ROS-M的高效自主是未来的重中之重，陆军坦克车辆研发工程中心必将全力以赴。
纳蒂克士兵研发工程中心
士兵效能
纳蒂克士兵研发工程中心的任务非常独特。该中心并不专注于单一类别的技术和系统，而是对单兵和小队有着广泛却基本的关注，并且正在采取综合方法，助其更好地完成工作。该中心正在帮助士兵获取、维持并运用更强能力以对抗装备精良的敌人。该能力可进一步分为射击、移动、通信、保护和维持等基本功能。
了解科技能够如何直接或间接地影响士兵/小队作战的五个关键方面是陆军的重点，也是纳蒂克士兵研发工程中心的核心任务，但了解只是一个开始。
士兵是陆军作战能力的基础。他们来自各行各业，有着不同的身体和认知能力，在陆军中担任多种工作和角色。这为该中心提出了一个极具挑战性的难题，但该中心将致力于借助创新科技解决这个问题。
纳蒂克士兵研发工程中心必须运用深厚的技术技能来开发和提供成果，并且需要随着时间的推移逐步发展，以跟上全球技术发展和扩散的步伐。
该中心将侧重于战争中的人类因素，这可使士兵在最基本的层面上获得优势。例如，该中心与第82空降师共同研究出了一种开创性的训练方式，能够提高士兵的杀伤力。此次训练方式将带来战场条件会如何影响士兵和小队表现的某些答案。
通过运用科学合理了解士兵在身体和认知上的障碍与机制，该中心可以制定有效的缓解策略。这是一项开创性的科学工作，由于涉及到大量的变量，因此这项工作非常复杂。但纳蒂克士兵研发工程中心相信，如果军队从统一目的和思想开始联合起来，共同专注于能够颠覆游戏规则的技术，那么士兵的表现在不久的将来会大大提高。
美空军快速能力办公室
获取速度和敏捷性
通过运用科学合理了解士兵在身体和认知上的障碍与机制，该中心可以制定有效的缓解策略。这是一项开创性的科学工作，由于涉及到大量的变量，因此这项工作非常复杂。但纳蒂克士兵研发工程中心相信，如果军队从统一目的和思想开始联合起来，共同专注于能够颠覆游戏规则的技术，那么士兵的表现在不久的将来会大大提高。
当前空军的主导地位是由其对微处理器、卫星和隐身装等领域的技术投资所带来的。
过去，这些技术主要靠政府的资金支持，并且需要数十年的发展时间。因此，如何选择工作重点在战略上区分出了塑造未来者和被未来塑造者。幸运的是，空军从前正是前者。
如今的技术前景与之前相比有很大的不同。目前，主要的技术都是由遍布全球的商业公司仅用数年甚至数月的时间开发出来的。
软件代替硬件，成为了当前的核心竞争力。来自人工智能、量子技术、合成生物学以及先进制造等领域的突破性发展表明，颠覆性技术的爆发式增长可能使当前的多数空军系统在未来的战场上逐渐灭绝。
鉴于此，空军绝不能继续其过去的技术发展战略。相反，空军必须比其他军种更快地识别、调整和更新技术。
获取速度和敏捷性必须成为空军未来的工作重点。如果不能自主塑造未来，就必须有效驾驭外部的浪潮。
因此，空军实施了一项新的快速采办流程，该流程可以节省数十年时间，但这仍然远远不够。空军作为开拓者加速了高超声速武器、先进天基资产、网络能力和人工智能系统的发展并取得了良好的成果，剩下的就是规模问题。虽然尚不清楚哪种技术将成为未来战争的最终决定因素，但能够以最快的速度开发或调整该因素很可能就是最终获得成功的战略。
太空与导弹系统中心
太空企业联盟
由于拥有先进系统与开发条令，太空与导弹系统中心能够快速进行多个相对较小的原型设计和展现工作。这些工作使其能够尝试各种选择，提供剩余能力，并坦然接受失败的教训。此外，这种工作方法增加了合作伙伴的数量，并提高了将工作过渡至战场的成功机率。
该工作方法的一个范例就是太空企业联盟，这是一种可快速与各机构签订合同的机制，取消了过去漫长的流程，并为不常与空军合作的公司打开了大门。
空军已经以多种方式运用了太空企业联盟，包括在国际空间站和其他主航天器上提供空间传感器和有效载荷的在轨测试，支持任务合作机构，如DARPA的“黑杰克”项目，该计划希望实现大量近地轨道卫星星座。太空企业联盟正在通过快速签订合同从而为作战人员追求重点项目，而逐渐改变太空与导弹系统中心的文化。
海岸警卫队研究与发展中心
海洋机器人
海岸警卫队的“研究、发展、试验与鉴定”项目正在不断探索新兴技术，以提高该组织的整体实力。该项目的重点是成功实现将研究与发展成果转换为增强海岸警卫队执行任务能力。其中一项重要的任务是持续对无人水面、水下和空中系统进行战略研究投资。海岸警卫队研究与发展中心与国土安全部科学技术局、海关和边境保护局以及空军、陆军和海军陆战队共同探索这些高风险、高回报的技术。
对无人系统领域的研究涵盖了海军警卫队所有任务区域的无人水面舰艇、无人水下系统和无人机。无人系统将会对海岸警卫队乃至整个国家产生广泛影响。
海岸警卫队司令卡尔·舒尔茨认为加强西半球的安全是首要任务。他在《司令官的指导准则》中呼吁海岸警卫队继续在打击西半球跨国犯罪方面发挥领导作用；无人技术将是提供持续海洋态势感知以帮助破坏跨国犯罪网络的关键，无人技术还具有增强北极态势感知和扩展通信能力的潜力。
海岸警卫队是一支规模相对较小的部队，但所负责区域范围辽阔，包括340万平方英里（约881万平方千米）的海域和超过9万英里（约14.5万千米）的海岸线。一，无人系统触及到达传统装备无法到达的区域，使海岸警卫队可以进行更加全面的巡逻；二，无人系统使海岸警卫队更好地保护海洋环境和海洋生物，推动国内和国际渔业法律的执行；三，无人系统可以实现有效的环境响应准备方法。在事件发生时可以迅速调动无人系统，在海岸警卫队船只和船员部署之前评估现场情况，并收集关键数据和图像。
无人系统上的精密传感器会产生大量的数据。为了管理这些信息，该项目必须探索人工智能和机器学习技术，以帮助处理、开发和传播数据，确保提供最具参考价值的信息。自动化分析工具可以对数据进行筛选和优化，使作战指挥官掌握关键决策信息。
海军研究办公室
高能激光器
高能激光武器将会改变游戏规则。这种武器系统能够产生强大的聚焦激光光束，在远距离对目标进行加热，最终将其损毁、燃烧或崩解。激光武器可分为向上打击和向下打击两类，以灵活打击目标。任何其他类型的武器都无法实现这种精准效果。简而言之，激光武器可以改善交战速度与范围、扩大影响力，增加能够成功打击的目标类型。激光武器的独特性在于可作为常规武器的补充。
激光武器可用于保护海军平台和部队免受导弹、飞机、无人机的攻击，对抗小型舰艇威胁以及来自敌军的监视。
美海军正致力于实现高能激光武器的潜力。2014~2017年，海军成功在“庞塞”号军舰（USS Ponce）上部署了30千瓦级的激光武器系统，成为美国首个部署激光武器的军种，并为未来的战术、程序、政策、安全和训练创造了先例。此次部署也提供了许多经验教训，这些经验教训已被纳入新的激光武器开发周期，适用于几千瓦级到数百千瓦级的激光系统。
这些成果为技术评估、船舶一体化、采办要求和作战概念提供了见解，在此基础上可以制定出一项增强战略计划，确保在当前作战环境下激光武器的正常使用，同时还要努力消除技术与作战障碍，提高武器性能。
