美國國防高等研究計劃署（DARPA）作為美國顛覆性技術的孵化器，在美國國防科技創新中扮演著重要角色。本文透過分析2014—2023財年DARPA研究、開發、試驗與鑒定（RDT&E）預算經費的發展和變化情況，明晰了美國國防前沿技術創新方向和布局：從橫向階段劃分看，基礎研究不再是預算近兩年的布局重點，預算重心由基礎研究向先期技術發展轉移；從縱向計畫配置看，預算呈現出持續布局前沿技術、推進新技術演示驗證、助力「全域作戰」體系建設等趨勢；從投向的技術領域看，微電子、人工智慧、通訊與網路以及生物科技是DARPA近2年的研發重點。
2014年11月，時任美國國防部長哈格爾在雷根國防論壇上明確提出第3次「抵消戰略」，即以創新軍事技術和作戰概念改變未來戰局，維持美國軍事優勢。隨後，美國國防部和各軍兵種的研究機構開始不斷強調發展新興技術，爭相提出新型作戰概念。美國國防高等研究計劃署（DARPA）作為國防部的重要研究機構，是第3次「抵消戰略」的重要實施與進者， 促成了互聯網、GPS系統、隱身飛機、雷射武器、無人機、高超聲速飛行器、彈道飛彈防禦系統、相控陣雷達等方向的重大創新，在前沿技術研釋出局、未來技術軍事套用等方面取得顯著成效 。近年來，DARPA相繼啟動「敏捷地月空間行動演示火箭」計劃，委托通用原子公司設計空間推進小型核子反應爐，以及洛克希德·馬丁公司和藍色起源公司開發采用核熱推進系統的航天器，力求航天推進技術實作突破發展；開展30余項人工智慧相關計畫，涵蓋網路攻擊、可解釋人工智慧、人機融合、推理決策、頻譜管理、深度偽造檢測等方面，實作人工智慧與軍事作戰套用深化融合，技術溢位成效初顯；開展「量子孔徑」（QA）計畫，利用瑞德堡原子射頻傳感器技術，開發量子傳感射頻天線，顛覆傳統電磁資訊感知機制；研發「天基高超聲速和彈道跟蹤空間傳感器」（HBTSS），填補美國現有飛彈預警架構體系中的空白；開展「個人化防護生物系統」（PPB）等計畫，創新軍事醫學研究、為軍人作業和衛勤保障提供有力支撐。中國對DARPA的科研管理體制以及研究布局等議題一直保持著濃厚的研究興趣，但現有研究大都集中在梳理DARPA在美國國防科技創新鏈中的地位，僅有少數研究分析了DARPA科技計畫的布局情況，對其整體科研資金的投向和投量關註不夠，不利於深入了解和掌握美國國防科技前沿布局。透過整理2014—2023財年DARPA研究、開發、試驗與鑒定（RDT&E）經費數據，梳理了預算投向和投量的變化情況，剖析了DARPA新興技術研發重點和方向。
預算申請總體情況
DARPA在每年第一季度會向美國國防部提出科研經費預算申請，旨在對新財年經費支出進行系統規劃。DARPA的RDT&E經費預算申請包括4個預算活動階段，依次為基礎研究階段、套用研究階段、先期技術發展階段和管理保障階段。每個科研活動階段細分為3個層次，由高到低依次為計劃單元、計畫群和子計畫。基礎研究預算支持資訊、電子、數學、電腦和材料科學等領域的科學研究和試驗，探索這些技術的國防套用潛力。套用研究預算的目標是開發資訊與通訊、電子、生物等領域的新技術，使其廣泛提升軍事能力成為可能。先期技術發展預算的目標是開發、展示、評估革命性新技術或新系統，並大幅降低成本，使商業化生產成為可能，以滿足當前和未來軍事任務。管理保障經費為DARPA的行政費用提供資金支持。基礎研究、套用研究、先期技術發展階段是DARPA預算申請的重點。與陸、海、空三軍技術研發部門相比，DARPA的技術研發強調以軍方未來潛在需求為目標，堅持以創新為唯一宗旨，始終把精力放在對未來的探索上，致力於發展高風險、高投入、高報酬的顛覆性技術和系統。DARPA每年將30億~40億美元的預算分配給200多個研究計畫，其經費占比不到美國國防部RDT&E預算的4%。
2023財年，DARPA為RDT&E預算申請經費41.19億美元，較美國國會2014財年申請經費增長43.8%，但總體占國防部RDT&E預算的比例持續下降，從2014財年4.5%跌至2023財年的3.2%，增速低於國防部RDT&E預算（圖1）。其中，基礎研究申請經費從2014財年（3.65億美元）到2023財年（4.83億美元）有小幅增長，但占比總體下降，2023財年基礎研究經費僅占RDT&E預算11.7%，占比創10年新低；套用研究申請經費連續2年上漲，2023財年達到16.51億美元，占總體預算40.1%，近10年的占比先升後降；先期技術發展申請經費連續7年上漲，2023財年達到18.84億美元，占總體預算45.7%，占比創10年新高。
圖1 2014—2023財年DARPA的RDT&E預算組成變化情況
在計劃單元層面，電子技術、指揮、控制和通訊系統、傳感器技術等7個計劃單元的預算連續3年增加（圖2）；電子技術和指揮、控制、通訊系統等4個計劃單元2023財年預算增幅超過20%。網路中心戰技術預算連續9年保持經費投量第一的位置，電子技術預算連續2年大幅上漲，經費投量躍居第二位（圖2）。
圖2 2014—2023財年DARPA計劃單元經費投量柱狀圖
在子計畫層面，每3~5年呈現出套用研究新增經費占比大幅降低、先期技術發展新增經費大幅增加的趨勢（圖3）。
圖3 2014—2023財年DARPA各研究階段新增計畫經費占比
2014—2016財年，套用研究經費新增計畫經費占比從52.1%逐年下降到35.7%，先期技術發展新增計畫經費占比從38.1%逐年上升至53.0%；2017—2021財年，套用研究經費新增計畫經費占比從65.4%逐年下降到49.6%，先期技術發展新增計畫經費占比從11.7%逐年上升到35.9%；2022—2023財年，套用研究經費新增計畫經費占比從64.2%逐年下降到47.6%，先期技術發展新增計畫經費占比從28.2%逐年上升到46.2%。
科研經費投向分析
整體投向分析
從整體經費投向看，人工智慧、微電子、生物科技、通訊與網路和航空航天是DARPA較為關註的領域。2014年至今，DARPA對人工智慧的投資是逐年遞增的。人工智慧經費在2018—2021財年間快速增長，4年平均增長率約為55.9%，隨後增長速度放緩。人工智慧經費大幅增加與美國前任總統川普2019年簽署行政命令啟動「美國人工智慧計劃」的背景相吻合。最終，人工智慧經費占比由2014財年的2.4%增加至2023財年的14.7%。微電子經費自2017財年開始穩定小幅增長，2023財年實作爆發式增長（增長率45.3%），經費占比28.3%，超越通訊與網路領域、成為經費投量第一名。微電子經費增長的現實與DARPA自2017年起推行「電子復興計劃」（Electronics Resurgence Initiative，ERI）的背景相吻合。生物科技經費自2018財年起呈現穩定上漲態勢，5年平均增長率為9.5%，與美國2018年提出【國家生物防禦戰略】的背景基本吻合，2023財年經費占比10.5%，10年間占比較為穩定。通訊與網路經費近10年間波動上漲，但經費占比整體下降。2019財年之前，通訊與網路經費持續削減，2020財年起經費實作增長，5年平均增長率為16.6%，2023財年經費占比24.3%，低於2014財年的30.8%。航空航天經費近10年間波動較大，2019財年經費最多，達到5.2億美元，隨後幾年下降明顯，2023財年為3.35億美元，占比8.1%（圖4）。DARPA航空航天經費的削減不代表該領域技術研發不重要，而是美國將航空航天領域的科研經費重點投向太空軍和太空發展署等部門。
圖4 2014—2023財年DARPA主要領域經費投入變化情況
基礎研究階段分析
從基礎研究階段的布局看，美國依然重視生物科技、人工智慧和微電子領域。生物科技領域是DARPA近10年來基礎研究階段的投資重點之一，其基礎研究經費體量在2020財年之前始終保持首位，直到被人工智慧所超過。人工智慧領域基礎研究經費在2014財年僅有約1472萬美元，占比4.0%，但經過近10年持續增長，2023財年已躍居基礎研究經費首位，經費達到約1.52億美元，占比31.5%。微電子領域基礎研究經費近10年波動較大，2023財年達到歷史新高，約為8783萬美元，占據基礎研究經費投量第三位，占比18.2%（圖5）。
圖5 2023財年DARPA主要領域經費投向
人工智慧、生物科技和微電子領域子計畫基礎研究經費合計占比由2014財年的43.7%增長到2023財年的72.9%。2023財年，基礎研究經費投量前10名的子計畫中，人工智慧、生物科技和微電子領域的子計畫占比分別為30%、30%和20%。其中，「基礎人工智慧科學」子計畫連續3年位居基礎研究經費投量第一。此外，在2023財年DARPA基礎研究經費削減的背景下，微電子和生物科技領域子計畫經費實作逆增長，分別增長了900萬和937萬美元。基礎研究經費增量前10名的子計畫中（新增計畫除外），微電子和生物科技領域子計畫占比超過60%。其中，「低溫邏輯技術」「鐵電計算」「分子系統和材料組成」等子計畫經費翻倍增長。
套用研究階段分析
從套用研究階段的布局看，微電子、生物科技、人工智慧以及通訊與網路領域成為投入重點。通訊與網路領域套用研究經費體量在2018財年之前保持首位，但10年來削減明顯，經費占比由2014財年的35.7%下降至2023財年的13.5%（圖5）。微電子、生物科技以及人工智慧領域套用研究經費近10年增長明顯。微電子領域套用研究經費逐年增長，於2019財年超過通訊與網路領域、成為套用研究經費投量首位，約5.44億美元，占比32.9%（圖5）。生物科技領域套用研究經費近10年來波動性增長，2023財年達到約3.20億美元。人工智慧領域套用研究經費由2014財年的2933萬美元增長到2023財年的2.45億美元。
微電子、生物科技、人工智慧以及通訊與網路領域合計套用研究經費占比從2014財年的74.5%增長到2023財年的80.6%。2023財年，套用研究經費投量前10名的子計畫中，微電子和人工智慧領域子計畫占比均為30%。此外，微電子領域子計畫新增經費2.52億美元，占套用研究新增經費的45%。套用研究經費增量前10名的子計畫中（新增計畫除外），微電子領域子計畫占比50%。其中，「先進制造工具」「三維異構整合先進制造方法」「極端環境下電子先進制造」等新增計畫專註於先進封裝測試技術、復雜三維微系統制造技術以及極端環境電子產品的研發。
先期技術發展階段分析
從先期技術發展階段的布局看，通訊與網路、微電子、航空航天、人工智慧領域是投入重點。通訊與網路先期技術發展經費投量近10年始終保持首位，在2023財年占比達到41.3%（圖5）。航空航天領域先期技術發展經費在2019財年達到最高（5.20億美元），隨後逐年下降，2023財年反彈增長至3.35億美元，占比17.8%（圖5）。微電子領域先期技術發展經費在2022、2023財年迎來大幅增長，3年平均增長率為34.0%，2023財年占比28.4%（圖5）。人工智慧領域先期技術發展經費由2014財年的2400萬美元增長到2023財年的2.09億美元。
通訊與網路、微電子、航空航天、人工智慧領域合計先期技術發展經費占比在2023財年達到98.6%。先期技術發展經費投量前10名的子計畫中，航空航天和人工智慧領域子計畫占比分別為40%和30%。先期技術發展經費增量前10名的子計畫中（新增計畫除外），人工智慧、航空航天、微電子、通訊與網路領域計畫占比分別為30%、20%、20%和30%。
結論與啟示
主要結論
透過對2014—2023財年預算數據的分析，主要得出以下3點結論：（1）2014財年以來，DARPA大幅增加對人工智慧領域和微電子領域的研發投入，微電子領域已超越通訊與網路領域，成為DARPA前沿技術布局中的「重中之重」。（2）DARPA現階段基礎研究的預算優先級依次是人工智慧、生物科技和微電子，套用研究的預算優先級依次是微電子、生物科技、人工智慧、通訊與網路，先期技術發展的預算優先級依次是通訊與網路、微電子、航空航天和人工智慧。（3）整體看，DARPA充分貫徹為美國國家安全創造技術突破和新能力的戰略使命，將投資主要集中在微電子、人工智慧、生物科技、通訊與網路以及航空航天等技術領域，加速推進套用研究和先期技術發展，助力「全域作戰」體系建設發展。
美國大力投資這些關鍵技術領域與美國近年來的國家安全戰略和國家發展戰略密切相關。國家利益是美國國家安全戰略的首要目標，這些技術領域都是目前世界技術革命開發中的前沿技術，誰掌握這些技術、誰就掌握了未來發展的主動權，若這些技術優先在軍事領域獲得套用，那美國就可以進一步擴大軍事優勢。此外，從拜登總統上任以來，美國就將保持技術領先作為重要的國家競爭戰略，對內出台了一系列法案發展科技，對外拉攏盟友打壓競爭對手，如2021年開始一直在醞釀的【2021美國創新與競爭法案】、2022年美國商務部釋出的【關鍵和新興技術（CET）清單】等，重點關註人工智慧、通訊、微電子、生物等技術領域。
對中國發展的啟示
當前，中國的國防科技發展突飛猛進，呈現出多點突破群體湧現、交叉融合深度滲透的顯著特征。與此同時，國防科技發展仍面臨著原始創新不足、關鍵技術和科學儀器受制於人等困難。分析DARPA近10財年預算調整與布局，得出了以下3點中國在進一步塑造國防科技核心競爭力方面的啟示。
一是加快布局前沿技術和新興領域軍事化套用探索。 近年來，DARPA透過「用於快速戰術執行的空域全面感知」「主動解釋不同替代方案」「空戰演進」等計畫，分別從偵察感知、情報分析、自主系統等領域切入，促進人工智慧技術在軍事方面的套用；透過「三維異構整合的先進制造方法」「低溫邏輯技術」「聯合大學微電子計劃」等計畫驅動微電子技術變革，聚焦高效、高效能微電子長期發展；透過「大流行病預防」「神經訊號介面與套用」「增強人體恢復力」等計畫，持續探索新型傳染病和生物威脅防護、神經介面、人體恢復增強等前沿技術軍事套用。DARPA充分貫徹美國國防部建設發展戰略規劃，以明確的軍事技術需求聚焦基礎研究發展，持續推動自身在人工智慧、通訊與網路、微電子等領域的前沿技術探索，為新概念、新方法在軍事上套用尋找科學依據。借鑒其經驗，中國應以軍事需求為牽引，以發展規劃為抓手，以軍民融合為紐帶，以先進制度為保障，持續推動人工智慧、通訊與網路、微電子等前沿技術探索；創新國防科技研發管理體制機制，最佳化武器裝備采購管理體系，為新技術的試驗和軍事套用提供保障。
二是加快突破核心技術和研究成果試驗部署。 近年來，DARPA多個計畫研究成果轉向作戰用途，例如「黑傑克」計畫成功部署兩顆Mandrake衛星、C-130運輸機在空中成功回收一架「小精靈」無人機、配備艙內自動化系統的「黑鷹」直升機首次完成無人自主飛行、無人集群城市作戰計畫群在各軍種實戰化套用、吸氣式高超聲速飛彈（HAWC）測試成功等。DARPA還進一步加大套用研究和先期技術發展階段的投入，兩者經費占比均接近歷史最高。同時，DARPA始終重視基礎研究、套用研究、先期技術發展3者間聯系與相互支持。借鑒其經驗，中國應結合世界科技發展趨勢、自身戰略規劃、科技發展現狀、軍隊和國防建設情況、科技發展體制等因素，最佳化調整中國國防科技經費布局，加快芯片、大型科學儀器、工業軟體等關鍵技術的投入；對於「卡脖子」的關鍵技術，堅持先解決有無，再解決好壞的原則，推動「國產核心技術」落地使用和成果試驗部署，擺脫對外依賴，一步步實作自主可控。
三是加速發展破解「全域作戰」技術的關鍵技術領域。 近年來，DARPA的首要投資和新增投資主要集中在微電子、人工智慧以及資訊與通訊等技術領域，目的是實作指揮控制「去中心化」，建立一套更快反應、更耐破壞、更扁平化的作戰體系，這對偵察、指控、火力、資訊等作戰系統的建設帶來了巨大挑戰。以此為引領，近年來，DARPA以微電子、通訊與網路、人工智慧等技術發展，助力「全域作戰」體系建設。由先進傳感器、人工智慧和積體電路構建的下一代國防「基礎設施」是實施「全域作戰」的前提；由先進通訊與網路技術鋪設的下一代國防「資訊管道」是「全域作戰」的必要支撐；由智慧彈藥、無人車、無人機、無人船等裝備構成的下一代「武器終端」是「全域作戰」實施的重要平台。然而，受制於下一代通訊網路建設、人工智慧技術進展、新/舊武器裝備以及軟/硬體相容性等問題，「全域作戰」並非無懈可擊。中國應在全面競爭中瞄準核心領域，例如衛星通訊、電磁技術等，以打造具有競爭力的「全域作戰」體系關鍵節點的先進技術。
本文作者：王釗、李文娟、王強
作者簡介：王釗，軍事科學院戰略評估咨詢中心，助理研究員，研究方向為國防科技評估；李文娟（通訊作者），軍事科學院戰略評估咨詢中心，副研究員，研究方向為國防科技評估。
原文發表於【科技導報】2024年第2期，歡迎訂閱檢視。
