美国陆军面向21世纪武器需求的基础研究

　内容提要基础研究的目标是为中远期高技术武器装备提供必备的“结构元件”。为保持技术优势和研制高效武器装备，必须在广泛的基础学科进行投资。美国陆军为迎接21世纪的军事挑战，正在积极开展基础研究工作。本文介绍了陆军基础研究的战略、投资重点、计划管理和已取得的成效。

　　保持技术优势，研制高效武器，是美军装备工作的主旨。美军一向把尖端技术和优质武器装备视为克敌制胜的法宝，“一种无价的战斗倍增器”。即使在防务预算锐减的今天，它也一如既往，仍然十分重视作为新技术源泉的基础研究或研究。美国国家科技委员会1995　年制定的《国家安全科技战略》指出：“技术优势是支撑我国军事战略的基石。在对我们安全至关重要的那些技术领域，美国必须保持优势。今天的基础研究在为明天的技术创新奠定基础。为尽可能扩大技术途径的选择范围和免遭潜在对手的技术突袭，我们必须在基础研究方面广泛地投入人力物力，并随时对最有前途的新兴技术领域作出进一步投资决定。”作为国防部科技指南的《国防科技战略》也宣称，“美国的防务优势扎根于最广泛的科学知识之中”，强调要“继续支持科学研究，积极寻求对未来有特殊意义的科学发现和突破”。

　　作为面对冷战后复杂多变的地缘环境因而需承担全方位地面战斗任务的美国陆军，正在大力借助于高技术进行广泛的更新、改造，以期建成一支－３３规模较小、轻便快捷和效能更高的化部队，应付21世纪严峻的军事挑战。为此，美国陆军通过制定基础研究战略和计划，加强其基础研究工作，为未来的技术创新寻求备选方案，为组建适应信息战环境的数字化地面部队提供“技术结构元件”。

　　一、基础研究的战略

　　美国陆军的基础研究战略，是依据白宫和五角大楼的指导方针和它自身的作战概念制定的。美国陆军的发展目标分两步：第一步是21世纪初叶的部队建设构想，即近期到中期(从现在到2010年)的发展蓝图；第二步是远期(2010年以后)的陆军投资规划。它设想的近期到中期的作战概念包括：获得信息支配地位，快速投放兵力，维持已部署部队，全面自我保护，营造有利的作战空间和开展决定性行动。2010年以后，陆军构思的作战概念主要是战略机动、非消耗战、快速兵力投放和持久军事行动。

　　陆军为配合上述作战概念而形成的基础研究战略，也分为两步来考虑：首先，近期到中期研究投资，主要面向21世纪近期陆军装备现代化需求，然后，中期到远期的研究方向即“战略研究目标”(SRO)，旨在提高2010年以后陆军的作战效能。不管是近期的还是中远期的研究项目，其范围都反映了国防部《基础研究计划》所规定的投资领域。

　　陆军的研究战略要求，基础研究的根本方针是，目标明确，紧密围绕用户需求，项目安排要重点突出，远近兼顾。也就是说，研究范围既要包括旨在推进技术发展，以配合当前已看到装备研制需求的所谓“渐进性研究”(evolutionaryresearch)，又要包括一时尚无具体任务背景，但可引发技术突破，应付远期防务挑战的所谓“变革性研究”(revolutionaryre?search)。研究计划涉及同陆军有关的所有技术领域，但其核心部分是陆军独特的、急需解决的学科。由于资源有限，研究战略提出，只要可能，陆军科研部门就必须同其他军种或地方部门进行合作研究，充分利用外部的研究力量(包括大学和界)及其技术成果。

　　陆军的基础研究战略，符合国防部所强调的“需求牵引、技术推动”的科研方针。它有两个基本点：其一是，对陆军重点研究方向加强投资，以求在关键技术领域继续循序渐进，解决装备现代化需求；其二是，审时度势，把握机遇，密切关注和充分利用预料不到的技术创新和突破，应付未来新出现的威胁和增强陆军装备的效能。

　　陆军重视装备电源问题是其从需求出发搞科研的一个例证。随着士兵携带的装备的不断增加，美军对电源的要求也日益提高。因此，陆军在高能电源方面正在大力开展基础研究，以解决高能电池、燃料电池和其他袖珍能源的技术难点。过去，陆军在电化学方面的研究成效显著，提高了原电池、可充电电池的效能，从而大大减轻了装备的后勤供应负担，如单频道地面与机载无线电装备(SINCGARS)的电池只有一公斤重。电池化学的基础研究和应用研究表明，电池重量将越来越轻，能量将越来越高。另外，在燃料电池和微型涡轮技术方面的研究前景乐观，士兵及其保障系统不久可望采用袖珍式高能量电源。

　　二、基础研究的投资重点

　　美国陆军的基础研究投资领域，不外乎《国防部基础研究计划》所确定的那些学科，它们是“物、化学、数学、电子学、机科学、材料学、生物学、认知与神经学、地球学、大气学和力学。在这些学科中，陆军的投资重点当然是与其装备发展关系密切的项目。例如，在力学方面，它侧重于旋翼机的空气动力学；在化学方面，则以便携式高能电池为重点。各个领域的投资力度相差很大，这反映了陆军广泛研究和重点攻关相结合的管理策略。陆军确定投资力度的考虑因素包括：①未来陆军的作战概念；②新出现的技术机遇；③研究成果广泛应用于多种系统的前景；④军内其他部门或工业界当前的投资状况；⑤保持陆军独特技术能力的项目(如装甲设计和穿透力学等)；⑥计划项目的连续性。

　　陆军的基本投资策略是，大力加强其特有的基础研究，同时广泛利用军内外其他部门的研究成果。据此，陆军确定的投资重点是，在2010年前，集中研究数字化装备，包括电信/信息分发系统、先进的交互式显示装置和尖端探测设备。而面向2010年以后军事需求的重点，即其“战略研究目标”，则集中于同远期作战概念密切相关的、可引发技术创新或突破的6个领域，它们是：①仿生学，通过探索和利用界生物构成原理研制全新的合成材料；②纳米科学，研制和掌握直径仅为数十埃(1埃=10－10米)的精密装置；③灵巧结构，使复杂系统能进行动态监控和及时作出反应；④宽带通信，实现灵活的大容量多媒体通信；⑤智能系统，使高技术武器装备能对战场环境进行准确的探测、分析、判断，并采取相应的行动；⑥袖珍电源，争取使小型电池和燃料电池的效能提高10倍。

　　上述每一个领域，对未来陆军装备发展都至关重要。陆军对这六大战略研究目标的投资比例相对说来并不高，但它们的潜在效益却十分巨大。在某些情况下，其中一个领域的进展就可使陆军装备焕然一新，战斗力倍增。例如，根据海贝和蜘蛛丝的纳米结构，应用仿生原理可制造出强度、韧性极高的陶瓷和生产出弹性很大的生物工程纤维，这两种材料都可增强坦克装甲。这六个领域中多种成果的综合利用，效益更为可观，例如，其中至少有4个领域可直接促进像蜜蜂那样大小的微型无人飞行器的研制。?陆军认识到，满足21世纪地面作战要求的高效武器装备，应具备许多理想的特征，诸如小型、轻便、快捷、多功能、智能化、低能耗和便于后勤保障等等。为了提供这种理想装备所需要的“技术结构元件”，必须同时探索多种技术领域，具体研究大量技术问题。因此，陆军在强调重点技术攻关的同时，还要保证解决高效武器所遇到的方方面面的技术问题。

　　1.计划项目的选定

　　美国陆军制订研究计划的主要依据，一是武器研制工作的实际需要(即需求牵引)，二是科技所带来的机遇(即技术推动)。根据这两个驱动因素和其他应考虑的问题(如前所述的独特性、共用性和连续性等)，陆军选择研究项目，组织内部专家或外界同行对项目进行评议、审定，确保所选项目的质量(科技价值大，相关性强)。研究计划还强调远近兼顾，既突出近期急需的项目，又注意安排较远期的项目。

　　另外，陆军在选定项目时还认真考虑内外配合问题。陆军的研究工作是国防部总体研究计划的一部分，它同军内其他部门的研究工作必须有所联系或者相互重叠。几乎在所有国防科技领域，都有三军(或两个军种)共同感兴趣的问题，以及某个军种独自关注的问题。陆军的选择重点，是它自身最为关注的独特项目和多军种共用的项目。例如，在力学领域，陆军首先要关注材料的变形、冲击和穿透力问题(这些都是坦克装甲和反装甲所必需的)，其次是关注空军也感兴趣的灵巧结构、结构动力学和材料损坏机理等问题。为加强各军种间的配合，减少不必要的重复，陆军对那些多用户的项目，要同其他有关部门进行协调。这种协调机构是国防研究委员会和军内其他科技规划组织(如国防高级研究计划局和三军研究所联合指导组等)。

　　2.计划项目的实施

　　陆军基础研究计划的实施，要依靠内外两方面科研力量。内部科研单位主要承担陆军独特的研究课题；内部研究不仅能保证陆军获得独特的关键技术，而且还可保持对陆军来说不可或缺的世界第一流技术骨干队伍。因军内力量毕竟有限，陆军还得借用大学和界的科研资源，解决不可能或不宜由它自己解决的多种技术问题。

　　在三军中，陆军科研单位数目较多，各个研究所和开发中心都从事基础研究。陆军研究局(ARO)主管由外部承担的陆军研究项目，包括大学中个人牵头的课题组和以大学为依托的科技创新中心所承担的研究项目。陆军研究所(ARL)负责从事内部的研究，管理联合研究所(FederatedLaboratories)承担的研究项目，并支持某些科技创新中心的工作。医学研究与装备司令部、陆军工程兵和陆军行为与社会研究院(ARI)承担各自关注的研究课题。另外，陆军装备司令部所属各研究、发展与工程中心，还通过“内部研究所独立研究计划”(ILIR)，在各自相关领域从事少量的基础研究。

　　四、基础研究的成效

　　第二次世界大战以来，美国陆军一直积极开展基础研究工作，取得了许多丰硕的成果。这些研究成果，大多已融汇于今天的技术装备和军事活动之中。海湾战争美军坦克所显示的威力，其中就包含陆军过去的研究结晶。荣获诺贝尔奖的科学成果中，也有陆军资助过的项目(如最近因发现一种叫Fullerenes的新碳而获诺贝尔奖的项目就是陆军研究局资助的)。

　　陆军基础研究的投资效益，体现于技术项目和科技人才两个方面。陆军获得的技术成果，从世界第一台数字机(ENIAC)到“爱国者”导弹的改进项目，对陆军的装备化都起了重大作用。

　　陆军通过实施其内部研究计划，锻炼了一大批既精通技术又善于管理的人才；他们对提高军内科研工作效益，保证陆军在采购武器时充当“精明的买主”，都作出了重大贡献。

　　陆军通过资助高等院校的科研工作，不仅能满足其技术上的需要，而且还可借用校园这块育才宝地来培养、造就它所需的国防科技队伍，吸引优秀毕业生到军内科研单位工作。

　　下面略举数例来说明美国陆军基础研究的具体成效：①80年代初，由于在高能材料、穿透力学和复合材料力学方面的基础研究，陆军研制了M1A1“艾布拉姆斯”坦克所用的M829A1弹药，威力极大，被誉为“银弹”(美国近年来喜欢将高效武器称作“银弹”)，它是M1坦克在海湾战争的“沙漠风暴行动”中大显身手的因素之一。②根据对污染征兆的探测和污染预兆模型的基础研究，陆军研制成现场污染特征分析系统，这对预防和治理因军事活动造成的污染很有意义。③陆军工程兵应用的动态环境/地形模拟方法，其技术基础就是对土壤、植物和耕作特性，对动态能量性质和对瞬时效应等已做过动态特征研究。④快速战场制图系统，对作战地形的观测与分析颇有价值，而其理论基础，则源于对光谱分析和图象特征等方面的研究。⑤因为陆军十多年前在波浪理论、地球力学和复合材料的研究上花了工夫，所以现在掌握了建筑人工防波堤的技术。利用这项筑堤技术，将会大大减缓波浪的冲击作用，从而可保障沿岸军品装卸等后勤活动顺利进行。

　　陆军的科研工作，成果累累。陆军体会到，基础研究虽然见效较慢，但其潜在效益非常大，很值得为之投资。正是昨天的研究投资，换来了今天精良的技术装备；同样，为了掌握明天的战场主动权，今天又在基础研究这块田园内，精心选种育苗，辛勤浇水施肥，以期在以后摘取更硕大、更甜美的果实。