美国国防部“技术愿景”强调非对称优势

按照美国国防部惯例，研究与工程副部长办公室（USD（R&E））将在2022年国防战略（NDS，National Defense Strategy）的指导下，牵头制定国防科技战略。为了及早让相关人员了解USD（R&E）的思路，近期发布了“竞争时代的USD（R&E）技术愿景”（USD（R&E）Technology Vision for an Era of Competition）。

USD（R&E）负责美国数字工程战略的实施，该战略是基于数字孪生体来构建的工程体系，对美国国防部的采办政策、作战模式以及颠覆性创新都有重要影响。更值得关注的是，USD（R&E）还是DARPA和DIU等的管理部门。

目前担任USD（R&E）负责人（即美国国防部CTO）是许若冰，她生于中国台湾省台北市，籍贯浙江省孝丰县，2011年至2016年担任美国陆军采购，物流和技术助理部长，毕业于新不伦瑞克大学、多伦多大学数学专业，加利福尼亚大学洛杉矶分校电子工程学士，曾先后在休斯飞机公司、格鲁曼公司和雷神公司工作。

在阐释USD（R&E）的技术愿景时，许若冰强调，应通过更大的创新生态最大化非对称优势（Maximize our asymmetric advantages by partnering with the larger innovation ecosystem），在整份报告中，共计4次提到“生态”。

USD（R&E）官方网站上早期发布了“军事现代化”的新型技术，包括人工智能、生物技术、自治性、网络、定向能量、FNC3、微电子和量子科学。新的“技术愿景”涉及到的技术非常广泛，特别值得关注太空技术、先进计算与软件、人机界面、集成感知和网络等，显示出对未来战场的深刻洞察，跟数字孪生战场的研究领域吻合度比较高。

数字孪生战场实验室一直跟踪USD（R&E）动向，对于刚刚发布的“竞争时代的USD（R&E）技术愿景”，做了全文编译，以方便相关人员了解最新动态。

附：竞争时代的USD（R&E）技术愿景

美国国防部研究与工程副部长办公室(OUSD(R&E)将在2022年国防战略的指导下，为国防部牵头制定国防科学和技术战略，并围绕三个战略支柱：聚焦任务、基础建设、团队合作取得成功。这项技术战略将为美国军队在全球技术优势竞争中加强技术优势指明方向。

为了保持美国军方的技术优势，国防部将支持研究、科学、技术、工程和创新。从这个国家成立之初起，技术在塑造军事概念和提供国防方面的作用就至关重要。当今时代的需求需要新的作战理念、越来越多的联合作战以及快速部署新兴科技机会。

美国的战略竞争对手比以往任何时候都更容易获得最先进的商业技术，并且可以利用这些技术破坏美国的利益和国家安全。我国面临的挑战既多样又复杂，从复杂的网络攻击到供应链风险，从防御高超音速导弹到应对生物威胁。在瞬息万变的全球环境中，技术优势不会停滞不前，国防部不能依靠今天的技术来确保明天的军事技术优势。

该部门必须培育早期研究并发现新的科学突破，以防止技术意外。该部门必须利用国内和全球令人难以置信的创新生态系统，以保持领先于我们的竞争对手。

A. 竞争时代的创新

国防部研究与工程界欢迎合作与竞争。正如国防部长奥斯汀2021年12月在里根国防论坛上的讲话中所说，“美国不是一个害怕竞争的国家。我们将满怀信心和决心迎接这个国家。”竞争促成了美国的私营部门和技术产业，这两者都是世界上最具活力的。竞争有助于推进太空计划、现代信息技术的种子以及每天推动我们国家安全和经济活动的无数衍生技术。

虽然美国在竞争中蓬勃发展，但我们也擅长合作。作战人员面临的挑战将通过政府之间的合作来解决；国防工业基地；学术界；联邦资助的研发中心（FFRDCs）；大学附属研究中心（UARC）；小型企业、新进入者和初创公司；我们的国际合作伙伴；甚至与我们的竞争对手。成功的竞争需要将我们的军事能力想象成一个不断发展的集体，而不是发展或维持中的静态武器库存。在许多情况下，有效的竞争受益于避免对称军备竞赛，取而代之的是新概念与新兴科学技术的创造性应用。

这个战略竞争的时代需要集体合作。有效的竞争需要敏捷性——在启动新技术开发、在相关任务环境中进行快速实验以及快速过渡到用户方面。

B.技术战略支柱

在明确的使命、坚实的基础和团队合作的推动下，国防部的技术战略将使该部能够在现在和未来以速度和规模进行创新。

该技术战略将由三个支柱支撑：

聚焦任务：利用美国令人难以置信的技术创新潜力来解决国防部在运营、工程和任务方面面临的严峻挑战。

聚焦任务需要通过研发团队和任务所有者之间的持续沟通和迭代，以及跨越多个武器系统、军事服务和国防组织的解决方案来关注作战结果。OUSD(R&E)将在追求与任务一致的技术与对能够提供跨越式能力的新兴科学进行研发的需求之间取得平衡。该部门的技术战略将受到新出现的威胁的影响，并使该部门能够实现其在国防战略中规定的任务目标。OUSD(R&E)将与军种和作战司令部密切合作，共同制定和实施国防部的技术战略。

基础建设：为吸引和建立一支强大的、有才华的未来技术劳动力奠定基础，这些劳动力将在现代化的实验室和测试设施中工作。

在这个充满活力的竞争环境中，投资于我们的人员和基础设施至关重要。该部门必须使其系统工程和软件工程实践现代化，以促进持续的原型设计和实验。OUSD(R&E)将通过鼓励创新和冒险的政策打破成功的障碍。

通过团队合作取得成功：通过与更大的创新生态系统合作，从行业到大学，再到实验室、盟友和合作伙伴，最大限度地发挥我们的不对称优势。

国防部必须扩大与整个美国及其盟国和合作伙伴的整个技术生态系统的关系。创新一直是美国的强项，国防部将利用这种创新。国防部必须将其发展资源集中在军队所需的独特能力上，并迅速采用最好的商业两用技术。在未来的时代，该部门将多样化合作伙伴关系，以引进富有创造力的新进入者。盟国和伙伴国对美国来说是一个不对称的优势，国防部将与符合美国原则的国家合作，共同开发和部署技术。

C.关键技术领域

OUSD(R&E)与军事部门、作战司令部、工业界、学术界和其他利益相关者密切合作，以确保美国国防部的科技战略应对从海平面上升到中国崛起的关键国家安全挑战。面对今天，也将面对未来。

三类技术领域认识到投资、开发和应用技术的环境更加多样化和复杂，这是21世纪初的特征。对维护美国国家安全至关重要的14个关键技术领域分为三类。虽然许多技术可能跨越这些类别，但这些分组代表了推进对国防部至关重要的技术所需的广泛和不同的方法。通过将精力和投资集中在这14个关键技术领域，国防部将加速向军事部门和作战司令部过渡关键能力。随着部门技术战略的发展和技术的变化，部门将更新其关键技术优先事项。

1.新兴机会的种子领域

生物技术

生物技术是一门新兴的工程学科，它利用生命系统产生广泛的技术和能力。从抗击全球流行病和避免意外到降低后勤和维持成本以及提高能源效率，生物技术可以帮助改变国防部执行任务的方式，在有争议的后勤环境中执行，并适应重大的全球变化。

量子科学

链子科学是物理特性在小的、甚至是原子规模上的研究。国防应用包括原子钟、量子传感器、量子计算和量子网络。量子科学有望实现跨越式发展。量子计算可以提供前所未有的计算速度并帮助解决部门最困难的分析问题。量子传感器承诺能够提供前所未有的位置、导航和计时精度。从更准确信息以加快决策速度，显着增强加密能力，量子科学有望提供尖端技术。

下一代无线技术(FutureG)

FutureG是一套新兴的无线网络技术，由国防部和商业行业合作支持，以支持军事行动并确保自由和开放的互联网。随着第五代(5G)无线技术的采用并为能力提供构建模块，国防部还将寻求FutureG的飞跃技术，以引领创建未来的标准。该部门将投资于FutureG技术开发，为美国在信息技术领域的持续领导地位奠定基础，这对维护我们的经济和国家安全至关重要。

先进材料

先进材料探索创新的新材料和新颖的制造技术，可以显着提高部门的许多能力。具有更高强度、更轻重量、更高效率并且可以处理更极端温度的材料将有可能更好地保护我们的服务人员并提高他们完成任务的能力。

2.有效的应用领域——哪里存在充满活力的商业部门

可信的AI和自治

人工智能(Al)是扩展软件应用程序能力以执行当前需要人类智能的任务的软件工程学科。机器学习是人工智能的一个工程子领域，它使用示例数据、模拟或真实世界的经验而不是通过直接编程或编码来训练软件模型。自主性是一门工程学科，它扩展了机器人执行任务的能力，同时限制了人类交互的需求。人工智能在提高几乎所有系统和操作的能力和功能方面有着巨大的希望。具有可信自治系统的可信AI是支配未来冲突的必要条件。随着人工智能、机器学习和自主运营的不断成熟，国防部将专注于基于证据的人工智能保障和提高运营效率。

集成网络体系

集成网络体系技术包括通信能力、提供跨部门的实时信息传播以及在有争议的电磁环境中进行有效指挥和控制的能力。融合的网络系统的系统能力必须支持任何传感器和射手，具有集成不同系统的能力。可互操作的网络利用电磁频谱中的新兴能力，如5G、软件定义的网络和无线电以及现代信息交换技术，将使国防部更好地整合许多不同的任务系统，并提供完全联网的指挥、控制和通信，这些指挥、控制和通信有能力、有弹性和安全的。

微电子

微电子学是充当人造电子功能系统“大脑”的电路和组件。几乎每个军事和商业系统都依赖于微电子。美国微电子制造业的减少和供应链问题凸显了国家经济和安全风险。该部门与工业界、学术界和整个政府密切合作，解决对安全微电子资源的需求，并将利用最先进的商业开发和生产国防微电子解决方案。

太空技术

空间技术包括空间飞行、空间通信和维持空间运行所需的其他技术。随着威胁的增加和对天基系统的日益依赖，国防部的太空战略必须从精致的卫星转向更强大和更丰富的架构。新的空间技术对于实现弹性跨域作战是必要的。太空战略必须包含能够增强国防部在太空态势感知、太空控制、通信路径多样性、在轨处理和自主性方面的适应性和可重构能力的技术。

可再生能源的产生和储存

可再生能源发电和存储包括太阳能风能、生物基和地热技术、先进的能源存储、电子发动机和电网集成。可再生能源的产生和储存有望减少作战人员的脆弱性并为国防部提供新的作战能力。从更高效的电池到多样化的能源和降低燃料运输风险，可再生能源的生产和储存将在竞争激烈的物流环境中增加弹性和灵活性。

先进计算和软件

先进的计算和软件技术包括超级计算、云计算、数据存储、计算架构和数据处理。软件在整个部门无处不在，但软件开发的速度超过了部门保持最新的能力。国防部必须使用具有弹性、负担得起和有保障的新软件，迅速对其遗留软件系统进行现代化改造，这些新软件的设计、开发和测试使用的流程能够建立对其工作的信心。国防部必须在其软件开发中迁移到开发-安全-运营(DevSecOps)方法，并演变为持续开发、持续测试和持续交付的模型。国防部必须利用模块化开放系统架构方法将硬件与软件隔离开来，并实现快速升级以保护处理器。

人机界面

人机界面是指与人机协作以及增强和虚拟现实相关的技术。这项技术的快速进步将为我们的服务成员带来诸多好处。高度身临其境的逼真训练环境提供实时反馈，以提高作战人员的表现。直觉的交互式人机界面通过为地理分布的操作提供通用的操作图来实现快速的任务规划和任务指挥。

3.国防特定领域

定向能量

定向能武器利用激光、高功率微波和高能粒子束可以在一定范围内对军事目标产生精确的破坏、破坏或破坏。定向能源系统将使国防部能够以光速的快速反应和参与来应对各种当前和新出现的威胁。高功率激光器和高功率微波技术都提供了应对各种威胁的新方法。

超音速

高超音速系统在大气中以5倍或以上的音速飞行，或大约每小时3700英里。高超音速显着缩短了打击目标的时间并增加了不可预测性。在战略竞争对手追求并迅速部署先进的高超音速导弹的同时，国防部将为我们的空中、陆地和海上作战部队开发跨越式且具有成本效益的技术。

集成传感和网络

为了在竞争激烈的环境中为联合部队提供优势，国防部必须开发宽带传感器，以便在网络空间、电子战、雷达和通信的交叉点上运行。传感器必须能够应对高级威胁，并且不能再像烟囱一样使用单一功能。

D.通往未来的桥梁

OUSD(R&E)将开发关键技术，快速对其进行原型设计，并开展持续的联合试验活动，以改进这些技术并提供能力。更迅速地将技术从发明转变为成功部署将需要整个部门的变革。OUSD(R&E)将支持部门资源分配流程的改革，并将寻求新的机制和替代途径来快速现场技术。OUSD(R&E)将与利益攸关方社区合作，努力开发适当的途径来部署支持所需联合作战能力的相关技术。

凭借知识、目标明确、对创新生态系统的真正承诺以及合作，国防部将能够更快地部署支持现在和未来作战能力所需的技术。我很荣幸能够带领由最有才华的具有公民意识的科学家、工程师和专业人士组成的部门的研究和工程社区度过这些激动人心的时刻。