2021年4月13日，刚上任不足一个月的美国国防高级研究计划局（DARPA）局长蒂芬妮•汤普金斯（Stefanie Tompkins），在参议院拨款委员会国防分委会组织的“国防研究与创新”听证会上，首次阐述了她领导下该机构发展的方向和重点。汤普金斯将DARPA发展方向归纳为“对抗同级别对手”“为当前及未来的作战部队而创新”“促进美国的创新”，并提出了每个方向的发展重点。
　　一、对抗同级别对手
　　汤普金斯表示DARPA一直以来都在构思全然不同的作战场景来颠覆竞争对手的作战思维和战场决策，利用动态、协调、灵活的非对称优势压制对手，重点包括：
　　（一）新作战架构
　　单一的武器平台和能力已无法满足于当代战场需求，多武器系统组合下形成的高效且能迅速开发的作战架构是高科技战场的重要发展趋势和战斗能力的关键保证。在此背景下，DARPA主导实施“突击破坏者II”（Assault Breaker II，ABII）项目和“马赛克战（Mosaic）”概念，以从根本上改变军队在设计、采购和部署未来系统的思维方式。
　　“突击破坏者II”主要寻求改变当前依赖特定部门、以平台为中心的常规杀伤链的作战样式，作为一个分布式杀伤网络，执行快速组合、跨域杀伤链，为多域作战和对抗竞争对手国反介入/区域拒止提供“技术基础”。该项目利用先进建模和仿真环境对跨域作战架构进行分析，将建模和仿真环境嵌入交互式的试验环境中探索一种高度复杂的、共生的方法，从而绘制未来战争场景。“突击破坏者II”继承20世纪70年代的“突击破坏者”项目组织模式，与五大军种副首长签订备忘录，建立联合支撑团队，与情报、作战人员、技术团队密切沟通，基于新兴技术能力来设计作战架构。
　　　“马赛克战”概念将未来战场描绘成一个由低成本、低复杂系统组成的拼接图，这些系统以多种方式连接在一起，可创建适合任何场景的理想交织效果。通过建立新的项目办公室——自适应能力办公室，并投资一系列技术，包括人工智能、机器人技术、高超音速飞行和太空系统等，将这一构想变成现实。
　　在“马赛克战”概念的推动下，先进作战管理系统（ABMS）应用而生，该系统主要探索分散的作战管理指挥与控制能力，通过研究下一代机载监视与指挥控制技术，同步空中、地面、无人机和卫星等资产形成一个无缝网络，改变在多域环境下美空军实施战场管理指挥和控制的方式。2020年8月底美空军开展的新一轮先进战斗管理系统技术演示中，DARPA研发的用于任务指挥官的新型决策辅助工具——适应性跨域杀伤网”（ACK）和快速软件集成工具——“异质电子系统体系技术集成工具链”（STITCHES）发挥了关键作用。ACK主要为任务指挥官开发决策辅助工具，以帮助其快速识别并选择组织范围内和跨组织边界内的任务分配及再分配。具体而言，ACK可以帮助用户选择跨作战域（如太空、空中、陆地、地下和网络）的传感器、效应器和其他支持元件，旨在实现对目标的预期作战效果。与有限、单一、预定义的杀伤链不同，这些更为分散的军事能力可用于基于所有可用选项来制定自适应的“杀伤网”。STITCHES集成工具链是实现分布式火控机器之间通信的关键。STITCHES是一款完全由政府拥有的工具链软件，专门用于系统之间自动生成极低延迟和高吞吐量的中间件来快速集成跨任何作战域的异构系统。其优点主要包括：无需升级硬件或破坏现有系统软件；工具链不强制使用通用接口标准，可根据现有的现场功能快速创建所需的连接；无需进行升级以进行交互操作。
　　（二）响应式灵活太空作战
　　美国一直将国家安全空间（NSS）资产视为重要作战能力。传统上军事卫星被置于地球同步轨道（GEO）上，以便为地球上的任何一点提供持续的任务支持，但在竞争日益激烈的空间环境中，这些昂贵且相对落后的系统越来越成为易受攻击的目标，一旦遭受降级或破坏需要数年才能更新。
　　为此，DARPA借助商业力量构建低地球轨道（LEO）高速网络骨干网，即“黑杰克”项目（Blackjack），在卫星平台总线研制、星间链路、频繁发射、星座管理等方面引入商业投资，研发小体积、小重量、低功率、低成本（SWaP-C-Optimized）低地球轨道（LEO）卫星星座，以期将每颗卫星的设备制造和发射成本控制在600万美元左右，最终实现军方卫星有效载荷的高度网络化，持续在全球范围内为军方提供无限超视距遥感、信号和通信功能。
　　（三）揪出恶意网络攻击者
　　由于犯罪成本低，侦查难度大，缺乏端对端的问责制度等因素，网络攻击行为对全球稳定和安全发展造成了较大的隐患，因此DARPA将识别网络漏洞并解决网络安全风险作为主要工作之一加以对待。
　　DARPA发起“增强归因”（Enhanced Attribution）项目，通过监控犯罪分子行为和生物识别的技术，快速追踪并揪出黑客或犯罪团伙，使恶意对手的行动透明化。项目通过不断跟踪目标，创建一种“预测行为发展的算法”，帮助政府追踪犯罪分子，同时也可分析犯罪分子的攻击手法，找出可能的受害者并预测攻击者的下一个目标。该项目能实现对单独网络行为体进行归因，无需破坏源头和方法。2020年10月，通过此项目，美国指控6名隶属俄军总参情报总局（GRU，格鲁乌）74455部队的俄罗斯情报人员，声称这6人策划的网络袭击造成了数十亿美元的损失，受害方包括美国宾夕法尼亚州的医疗保健系统、乌克兰国家电网、法国总统大选等。
　　（四）高超声速
　　由于竞争对手国大力发展高超声速技术，不断追赶美国技术水平，因此该技术在美国防部中的优先发展级别较高。高超声速在进行远距离军事行动时，响应时间更短，效率更高，技术优势较为显著。为此，DARPA联手空军研究实验室（AFRL）实施“吸气式高超声速导弹”（HAWC）验证项目和“战术助推滑翔导弹”（TBG）两大“高速打击武器”（HSSW）项目，全面推进高超声速打击武器实用化发展进程。
　　“吸气式高超声速导弹”验证项目作为X-51A型高超音速飞行器的后继，其目标是为发展一型射程925km、速度为6马赫的高超声速巡航导弹进行关键技术开发和验证，以提高第5代战斗机的反介入/区域拒止能力。项目重点关注高超声速巡航导弹的可行性、有效性、经济性，主要的技术验证目标包括：支撑高效高超声速飞行的先进飞行器结构、支撑高超声速巡航的碳氢燃料超燃冲压发动机、支撑高温巡航的热管理方案、以及经济可承受的系统设计和制造方案。该项目取得的技术成果还将为可重复使用高超声速飞行平台的研发奠定技术基础。
　　“战术助推滑翔导弹”项目是DARPA资助洛马公司承研HTV-2高超声速巡航飞行器项目的后继。该项目旨在研发并演示验证一种空射、战术射程的高超声速技术演示验证飞行器，最高速度达9马赫，射程数百千米，项目计划在2021年进行地面和飞行测试。此前洛马、波音等公司都曾获得该项目的竞争性合同。
　　二、为当前及未来的作战部队而创新
　　（一）遏制新冠疫情发展蔓延
　　DARPA生物技术办公室(BTO)的目标是提高部队的整体健康和战备状况。自2011年以来，DARPA便关注并资助DNA或mRNA基因疫苗的研发。与传统疫苗相比，其在时效性、量产、运输和安全性方面具有显著优势。但基因疫苗的缺点在于，其往往需要注射数剂才能形成抗体保护，这在一定程度上延缓了兵力部署，影响军力发挥。新冠疫情期间，DARPA与其他政府部门、学术界和工业界密切合作，提供应对疫情蔓延的技术和医学方案。
　　DARPA在针对抗击新冠疫情的医学对策（MCM）方面有若干研究项目。2018年10月，DARPA实施“加速分析发现”（AMD）计划，通过开发新的、基于人工智能系统的方法，加快高性能分子的发现和优化程序，最终目标是加快特定属性的新分子的设计、验证和优化时间，实现分子的自主设计，快速满足国防部需求。2016年，DARPA实施“Make IT”计划，计划目的是开发基于机器学习和专家编码规则的软件工具和自动化设备，根据软件生成的配方统一重复地生产化学制品，确保其符合标准。2018年6月，DARPA实施“等位基因和反应元素预先表达”（PREPARE）计划，识别针对病原体威胁的先天宿主遗传防御，在不改变基础遗传代码的前提下，快速激活和调节基因以增强保护作用。
新冠疫情爆发后，DARPA加强与科研院校和创新企业的合作，加快“流行病预防平台”（P3）等项目的进度，主推或参与了多个新冠病毒疫苗和抗体的研发工作。如在DARPA支持下，Moderna公司、Inovio公司以及Medicago公司的新冠病毒均有序开展临床试验。
　　（二）拓展救援“黄金时间”
　　作战人员受到重伤到确保其生存的窗口期为救援“黄金时间”，大部分情况下该窗口期不到一个小时，为了提升作战人员的生存率，DARPA于2018年实施“生物停滞”（Biostasis）计划，通过生物化学物质控制蛋白质消耗能量水平，使细胞活动接近停止状态，从而为救治伤患争取更多“黄金”时间。
　　（三）服务受伤退役军人
　　在“可靠神经接口技术”(RE-NET)项目的基础上，为了帮助受伤和退伍军人恢复的身体自然功能，2014年，DARPA发起“假肢本体感受与触觉接口”（HAPTIX）项目，其目标是在数年内开发出先进的机器人手臂，帮助截肢者重新获得真实的触觉和运动感。当前，该项目正处于实现假肢装备传感器的精确控制和感觉反馈的技术突破阶段。
　　在337000名患有严重脊髓损伤的美国人中，约有44000人是退伍军人，占比达13%。2020年10月，DARPA启动为期5年的“BG+”项目，旨在开发新型智能和自适应神经接口，以修复脊髓损伤。该项目将涵盖两个研究重点，一是开发新型再生医学技术，以连续测量生物标记物、跟踪脊髓损伤状态并提供治疗方法，从而稳定损伤并促进神经再生；二是开发网络接口设备，该设备可与神经系统或相关末端器官进行通信，并可将感觉反馈返回给“BG+”的用户，从而恢复其生理功能。
　　三、促进美国的创新
　　（一）人工智能
　　DARPA自20世纪60年代以来一直是人工智能领域的领导者，推动了第一代和第二代人工智能技术的发展，当前DARPA正致力于第三代人工智能技术的开发工作。2018年9月，DARPA实施“下一代人工智能”（AI Next）计划，未来5年将为人工智能技术领域投资20亿美元，用于构建能够进行类似人类交流和逻辑推理的人工智能工具。该计划探索的主要领域包括：促使国防部关键业务流程自动化的新技术；提高AI系统的鲁棒性和可靠性；增强机器学习和AI技术的安全性和灵活性；降低功耗，避免数据和性能效率低下；开创下一代AI算法和应用。该计划的典范便是DARPA的“可靠自主性”（Assured Autonomy）项目，该项目主要为“基于机器学习的网络物理系统”（LE-CPS）在设计阶段和运行阶段的安全性和功能正确提供持续保证，目前正在开发可数学验证的方法和工具，用于不同类型的数据驱动型机器学习算法及其应用，以增强系统的自主性和安全性。
　　2018年7月，DARPA发起“人工智能探索”（AIE）计划以加快新AI概念的开发速度，计划将提供一系列独特的投资机会，即通过投资机制和合同让每个项目一经宣布之后的三个月内便可开展，最高可获得100万美元的资助，获得资助后科研人员将有18个月的时间开展研究工作。截至目前，DARPA已通过该计划已授出141份合同。
　　（二）微电子
　　先进微电子设计和制造成本和复杂度的增加，外国势力不断将电子创新转移到海外，承包商的重组合并限制了国防部尖端电子设备的获取等因素不断挑战美国的经济和安全优势，2017年6月，DARPA发起一项22亿美元的名为“电子产业振兴计划”(ERI)计划，以扶植广泛的电子产业研究。着力促进先进新材料、电路设计和系统架构等方面的创新性研究，通过国防、商业和学术界之间的协作，将资源集中在高风险、高回报的创新研究上，加速电子技术及系统的生产力增长和性能提升，解决电子和系统技术等现有和新兴的挑战，大幅提高商业和军事应用的电子系统的性能、效率和能力，为国防部在雷达，通信和武器系统方面等提供具有绝对优势的技术支持。开发用于电子设备的新材料、开发将电子设备集成到复杂电路中的新体系结构，以及进行软硬件设计上的创新是该计划的三大关注重点，为此DARPA设定了四个关键开发领域：三维异质异构集成、新的材料设备、专业功能、以及设计和安全。
　　（三）5G网络
　　新兴5G移动无线网络技术有望大幅提高网络的规模和速度，从而能够更快地访问从数十亿个已连接设备中所收集的数据。但当下5G技术使得与安全相关的风险分析和缓解所需的透明性变得困难，也由此导致5G技术难以高效可靠的应用在防务领域。
2020年DARPA发起“开放可编程安全5G”（OPS-5G）计划，探索针对5G移动网络符合标准的开放式网络堆栈的开发。该计划目标是开发开源的软件和系统，使得5G以及5G之后的下一代网络更加安全。
　　（四）量子信息科学
　　量子信息科学(QIS)具体包括计算、通信和传感技术，但由于传感器技术瓶颈，当前这些技术仍不够成熟。DARPA近年来一直围绕量子信息科学进行基础和应用研究，如小型量子便携式设备的研制，该设备即使在没有GPS信号的情况下，也可在数周内保持时间和位置的高精准性。当前，量子信息科学的研究仍是DARPA的难点。
　　（五）培育创新基地
　　为初创团队提供支持。近两年以来，DARPA的“嵌入式创业”（EEI）计划已帮助30个项目研究团队累计筹集了1亿美元的投资，成功推出数十家公司，并与企业合作伙伴达成诸多联合开发协议。2021年2月，DARPA拓展该计划，为研究团队提供平均25万美元的资金，以聘用一至两年经验丰富的企业家或企业高管来提供稳健的上市策略，此外，研究团队还可以获得商业化导师和DARPA的过渡工作组的支持，该工作组包括100多家在规模扩张和供应链开发方面经验丰富的美国投资者和企业。计划的最终目标是在未来五年内将150项技术从实验室转移到市场上。
　　加强与大学研究人员的联系。2020年9月，DARPA举办“美国国防部高级研究计划局副局长和研究峰会主席”线上峰会，吸引了来自全国126所学校的223名代表参加，会议持续三个小时，使参会者了解了DARPA近期投资重点，以及获得项目投资的机会和渠道。
　　发展下一代研究人员。一是“联合大学微电子学”（JUMP）项目，该项目建立了一个由DARPA与工业界组成的联盟，成员包括IBM、英特尔、台积电、三星电子、诺格、雷声等。联盟成员共同拟定重点研究领域，为项目提供资金支持。该联盟确定了6个重点技术领域，分别为RF到THz传感器和通信系统；分布式计算系统；认知计算；智能内存和存储；先进架构和算法与先进器件、封装和材料。二是2021年初公布的博士后奖学金计划，为计算机科学领域的科学家、工程师和数学家提供为期两年的资助。三是青年学者奖（YFA），在美国学术机构的初级教职员工中识别和吸引新兴研究明星，向其介绍国防部需求以及DARPA项目制定流程，长期目标是培养将职业生涯奉献在国防部和国家安全问题上的下一代科学家、工程师和数学家，截至目前，来自40个州的447名研究人员得到过青年学者奖的资助。