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美国国防高级研究计划署背后的秘密

已有 2365 次阅读 2021-2-19 09:03 |个人分类:科学星辰|系统分类:观点评述

美国国防高级研究计划署背后的秘密


周 健

    

    现在是2021年的初春,对于未来中国科学技术的发展而言,历史的经验已经证明:这将会是一个十分曲折而漫长的进程。尤其是尖端科技的发展,更是需要耐心和自立与自强。说到尖端科技,毫无疑问美国依然是当今世界的老大。令人惊奇的是,美国的一些尖端科技成就与其数十年前建立的一个机构存在着或多或少的联系,这个机构就是国防高级研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)。那么该机构究竟是一个什么样的机构呢?其背后的秘密又有哪些?无论是我们基于拓展视野、借鉴经验,还是吸取教训的出发点,对于这方面的信息,都值得我们去梳理和分析。


DARPA的诞生及影响

    1957年10月4日,前苏联的一项壮举震惊了全世界,他们将人造卫星1号送上了地球轨道。第二天,美国的《纽约时报》刊登图片(见图1)报道了这一重大新闻。这一新闻确实也给当时的美国政府带来了一个“惊喜”,或者说是一个震惊。

为了追赶苏联人的脚步,美国政府加快了海军主管的先锋火箭计划的实施。1957年12月6日,数百名记者和好奇的旁观者聚集在佛罗里达州的卡纳维拉尔角,观看先锋火箭的发射。接下来人们看到海军的火箭升空了几英尺,然后在一个巨大的火球中爆炸,发射失败。1958年1月31日,终于获准参加太空竞赛的冯.布劳恩小组成功地帮助发射了基于其木星-C的探测器1号,将第一颗美国人造卫星送入了轨道。但是这一成功的影响,很快就被2月5日海军先锋火箭的第二次发射再次失败的噩耗所淹没。在此期间,美国新任国防部长麦塞罗伊(Neil McElroy)考虑建立一个新的机构来应对苏联在国防安全领域的科技竞争。他在五角大楼的头几周里,到处都有军事首长或总统顾问在向他建议谁应该来负责这个新的机构。空军方面想要负责一支新生的航天部队。海军方面凭借主管先锋火箭项目争辩说,太空是海洋的延伸。陆军方面却想要征服月球。然而,麦塞罗伊认为这些建议都没有提出一个特别令人信服的所有权理由。1958年2月7日,麦塞罗伊的提议得到了美国政府的支持,他发布指令正式在国防部组建“高级研究计划署”(Advanced Research Projects Agency,ARPA)。1972年3月23日, ARPA更名为“国防高级研究计划署” (Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA),总部设在阿灵顿(见图2)。

在建立ARPA的指令中没有提到任何项目。该指令写道:“该机构被授权指导国防部内的研究和开发项目,如国防部长可能指定的那样。” ARPA开始追求一系列规模较小、技术重点突出的项目,例如材料科学、信息技术和行为科学等。可以说,ARPA “发明”了这些作为热门追求的技术领域。60多年过去了,现在的DARPA发展成什么样子了?它是目前世界上最成功的尖端科技研发资助机构。现在的DARPA下设有6个办公室,有194位项目经理,承担着超过250项的前沿科学技术的探索、研究与开发。2021年年度财政预算为35亿美元(不到美国公共和私人研究和开发预算总额的1%)。DARPA没有设置任何实验室,所有实验工作都是在DARPA之外进行的。有资料显示,DARPA的项目成功率达到了5-10%,提前终止的项目也不超过10%。尽管DARPA的初衷是着眼于国防安全的需求,但是几十年的历史发展表明,他们的发明发现和一些技术成果也早已惠及了人类社会生活的许多方面。其中一些声名远播的成果包括:天气预报系统、无人驾驶航空系统、GPS全球定位系统、新型计算机芯片、语音识别软件、交互式和个人计算机系统、Arpanet及互联网、自驾驶车辆、机器人、类脑计算机系统、人工智能、脑机接口、量子技术等等。对于DARPA未来的研究与开发,可从其对下一代人工智能技术的探索、研究与开发,窥见一斑。其中包括90项应用AI技术、27项高级AI技术和18项AI前沿探索(见图3)。

美国建立DARPA所取得的成功,受到了国内外的广泛关注与好评。美国政府自己还在情报部门和能源部复制了类似DARPA的机构,英国政府已经正式建立了英国版的DARPA。


DARPA的角色和文化

    麦塞罗伊当初对ARPA“研究和开发机构”的设计,为后来的DARPA的角色和文化确立了基调。DARPA为整个部门提供技术选择,并被塑造成了一个专门的“技术引擎”来帮助国防部。它的组织结构是只有三级的扁平结构,组织单元较小,小到足以让一个人了解组织中的每个人。DARPA在2009年公布的一份《战略计划》中的一幅投资预算示意图(见图4)高度概括的说明了其角色问题。DARPA的任务涵盖了近期、中期和远期的国防科学与技术需求,融合了基础研究、前沿发现和概念发明等领域的成果。

一般来说,DARPA办公室的性质和使命会随着美国国家安全和技术当时所面临的威胁变化而改变。项目组是流动的,并酌情创建和解散,以保持DARPA的组织前瞻性,相关性,并及时响应新的机遇。它的主要策略是不断在世界范围内寻找革命性的高回报想法,然后资助项目,弥合基本发现和新军事能力之间的差距。DARPA被批准的预算,几乎完全自主使用,且对外部不需透明。由于一批又一批的科学家、专家和专业技术人员参与其中工作,因而崇尚科学、独立自由、开放、承担风险、着眼未来、务实高效、灵活的组织文化,日久弥新,在组织中生根发芽。正如前DARPA主任克雷格(Craig Fields)博士所说的那样:“一种接受风险和失败,以追求伟大成就的文化。DARPA技术人员是不可抑制和强迫的-‘也是最好的和最聪明的’-DARPA管理人员致力于消除障碍,而不是建立障碍来完成工作。DARPA加速了时间,带来了未来。”


DARPA的领导者

    无论管理理念如何变化,领导者对于组织的绩效和发展的决定性影响是毋容置疑的。那么,我们来看看DARPA的领导者都是些什么人呢?他们的属性有何独特之处?笔者通过网络公开渠道收集到的有限资料表明,DARPA的领导者具有下面一些特征。DARPA成立至今已有过22位领导者(主任),笔者仅就近30年来的13位主任的情况收集分析于后。在这13位主任中,有女性主任3人(包括在任主任),其余10人均为男性。在他们中,有学士1人,硕士1人,博士11人,博士学位拥有者的比例达到85%。3位女性主任都具有博士学位。这些主任们分别毕业于斯坦福、加州理工、普林斯顿、加州大学、美国海军学院、弗吉尼亚理工学院等院校。在他们中间,有计算机科学家3人,航空航天工程师3人,电子电器工程师3人,机械工程师2人和海军航空专家2人。他们中有IEEE会员、美国科学院院士、美国工程院院士等。他们在自己的职业生涯中,尤其是在DARPA任职及其以后,为美国的国防安全和高端科技开发做出了积极的贡献。他们几乎人人都有获奖的经历,这些奖励包括:总统军衔奖、国家情报奖、国防部长奖、国防部杰出文官奖、国防部杰出公共服务奖、航空管理卓越奖、空军功勋文官奖、航空航天通信贡献奖、尤金•福比尼奖、荣誉军团奖等。从他们的职业经历看,他们中有的人是部门或系统的高层管理者,有的是专业技术领域的高层管理者,同时他们都对科学研究和技术创新充满热情。他们中有的人是以“项目经理”的身份开始在DARPA工作的,然后升任DARPA副主任,再升任DARPA主任。有的是从国家航空航天管理局(National Aeronautics and Space Administration,NASA) 升任DARPA主任的,也有从马丁公司(Lockheed Martin Space Systems Company)高层管理者升任DARPA主任的,还有从海军飞行员后来成为海军高官,最后升任DARPA主任的。从上面的资料可以发现:第一,这些主任们全部接受过系统的高等教育,且绝大多数人都获得了博士学位;第二,他们所学习的专业全部为自然科学(包括计算机科学),而且集中在航空航天、电子电器和机械工程专业;第三,他们中没有人出身于人文社会科学或管理科学专业;第四,他们的领导能力和管理能力主要来自于职业生涯前期的管理或领导实践的经验积累;第五,从这些主任们所获得的奖励和荣誉可知,他们都具有承担风险、迎接挑战、着眼未来、高度敬业和以贡献社会为荣的特质。


DARPA的项目经理

    目前,在DARPA工作的项目经理有近200名。在DARPA的历史中,有人将这些项目经理称为“无法无天”者。首先,他们是充满激情、希望在这个世界上创造出新事物的科学或专业技术人员。第二,他们的基本特征包括:(1)有远见的思考;(2)领导能力;(3)技术专长;(4)沟通技巧;(5)财务管理能力。第三,他们在某个适当的领域或跨学科方面,酝酿了出了希望改变世界现状和贡献社会的愿景,并愿为此不懈努力。第四,他们具有发现、找到和培养一个专业团队成员的能力。这个团队成员都具有共同或相关的创新的技术愿景和不断发展和实现该愿景的动机和能力。第五,他们能将自己改变世界的愿景与自己的团队的技术愿景整合于一体,并为此共同奋斗。

第六,他们具有较高的自主决策权力。例如他们可以自主招募或解聘团队成员,甚至允许团队成员招聘其他成员。对于50万美元以下的初始项目经费应用,他们可以自主确定,不用向上级申请批准。他们全权评估项目进展,并决定项目的进退。第七,他们的任期只有4-5年,这种强制流动性促进了这些项目经理们形成了高效、灵活、团队协作、用良好的沟通节省时间、始终关注于解决具体问题、积极推进项目进展的工作风格。同时,这种流动也带来了新的思想和理念的不断循环,给DARPA带来了巨大的活力。第八,他们的工作报酬较低,据莱因哈特介绍,2017年的项目经理的工资也没有超过10万美元。这显然会影响到项目经理的招聘。然而DARPA的人员解释说,低工资也有优点,那就是排除了那些以赚钱为根本目的的应聘对象。一般来说,局限于赚钱的应聘对象,通常缺乏远见、承担风险、创造新事物的潜能。反过来,低工资可能会吸引那些具有脑洞大开、创新或叛逆理念,强烈地被某些可能改变世界的科学或技术难题所深深吸引的应聘对象,加入到DARPA中来。尽管DARPA的项目经理工资低,但是作为一个DARPA项目经理所拥有的极高的社会声望(这种声望的确立得力于多年来的DARPR的声名大噪),对于应聘对象而言却具有极大的诱惑力。从历史的发展情况来看,过去有的项目经理成为了某个专业技术领域的创始人,其声名远扬;也有的人后来成为了DARPA的领导者;还有人成为马丁公司的高层主管;还有一些人后来成为科技公司的创业者或合伙人;第九,那么在什么地方能够找到这些应聘对象呢?DARPA的资料显示,应聘对象大多来自公司、大学、国家实验室、非营利和联邦资助的研究中心以及军事部门。前DARPA主任加里(Gary Denman)说:“我在DARPA一起工作过的人,是我曾经有幸与之共事过的、最聪明、最有活力的人。与项目经理的互动非常活跃,因为大多数人都有很好的想法,而且大多数人认为我桌子下面有一桶钱。有些人有离谱的想法,但对他们充满热情。在我看来,DARPA是一个国宝,对保持我们在军事能力方面的技术优势至关重要。”


DARPA的工作机制

     DARPA的工作机制是一个规范的系统,这里仅就一些特色鲜明的机制加以介绍。第一,DARPA的项目驱动力来自于项目经理的使命感,而不是好奇心。正如瓦贝尔(Alex Waibel)教授所说:“组织的项目是使命和问题驱动的,而不是好奇心驱动的。”无独有偶,新中国成立后所创造的“两弹一星”的历史壮举,也正好印证了个人和组织的“使命感”是科学发现、发明和技术创新的重要驱动力,这种使命感和好奇心一样,绝对不能被忽视。第二,DARPA是一个小型和独立的机构,几乎没有行政职能,也没有实验室或基础设施需要维护。但是它有效地将最好的科学头脑与最高层次的决策联系起来,以创造有爆炸性影响的愿景,并在足够预算的支持下高效、有力地执行这些愿景。第三,DARPA对项目的选择十分重视其前瞻性、破坏性和革命性。正如DARPA 的解释:“我们专注于军事指挥官未来可能想要的能力,而不是他们今天所知道的东西。” 前DARPA主任海尔迈耶(Heilmeier Catechism)博士对于一个可能被DARPA接受的新项目必须要回答的问题做出了明确的界定:你想做什么?它今天的状况如何?目前的局限性是什么?你的思路或方法有什么新的地方?你为什么认为它会成功?谁在乎你的成果?如果你成功了,它会有什么新的变革?风险和收益是什么?要多少钱?需要多长时间?用什么来检查期中和期末的“考试”是否成功?

第四,DARPA的业务流程以一种直截了当的方式反映了其特点:引进专家、创业项目经理;赋予他们权力;保护他们免受繁文缛节的影响;并迅速做出关于开始、继续或停止研究项目的决定。DARPA的管理理念是追求快速、灵活和非正式的“思考、提出、讨论、决定和修改”循环。第五,对于DARPA来说,项目经理的聘任和使用十分重要。对于项目经理的招聘,无论是对他们的资历、个性的要求,还是招聘方式都是不寻常的。DARPA甚至可以从其它机构借调某个科学家或技术专家来担任项目经理。DARPA赋予项目经理的权力包括:计划的定义,参与者的选择,自由支配预算,评估项目进展、建议项目的终止或继续。第六,对于DARPA的项目实施而言,离不开适宜的财政预算的支撑。


结语

    DARPA的成功确实引来了不少的赞誉,但是,它的成功离不开美国国防与科学技术研究资助与管理的历史和现实环境。尽管DARPA的影响日益高涨,然而正如本(Ben Reinhardt)所说:“要完全复制DARPA是不现实的。”虽然复制是不现实的,但是对依旧充满生命活力的DARPA领导者和项目经理特质、管理机制、运作方式和策略的深入认知和选择借鉴,对于正处于发展中国家的中国的尖端科学技术研究与开发来说,却是很有必要的。


参考资料

1. Sharon Weinberger: The Imagineers of War

2. Ben Reinhardt:Why does DARPA work?

3. DARPA:DARPA 60 years 1958-2018

4. Alex Waibel:What is DARPA?


联络:zhoujian.china@aliyun.com

二0二一年二月十九日




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