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DARPA故事(8) 精选

已有 3367 次阅读 2016-7-15 23:25 |个人分类:学习笔记|系统分类:科研笔记

DARPA多位局长均提到过其颠覆性技术创新过程中有很多“机缘巧合”。所谓“机缘巧合”就是创新过程不是沿着某条固定或计划的路径,而是在充满不确定的环境里,多种偶然的或必然的复杂因素构成的条件相互作用促成的。尽管不能说这些条件缺一不可,但是至少会导致技术出现的延迟。以全球定位系统(GPS)的前身,TRANSIT Navigation Satellite项目为例,可以看看其“机缘巧合”。TRANSIT项目DARPA第一任首席科学家赫伯特约克(Herbert York认为是DARPA成立后真正意义上的第一个项目,由约翰·霍普金斯大学的应用物理实验室(APL)提出项目建议。其需求最早可追溯到1956年美国海军的舰载弹道导弹武器系统(Polaris)项目,下图给出了TRANSIT项目的主要时间节点和关键事件

1950年代,美国“大规模报复”战略所倚重的是核武器及其投送体系,潜射弹道导弹(SLBM)即为其投送体系之一。为此,美国海军建立专项工程办公室负责Polaris项目。该项目是一个完全新的武器系统,包括以下新技术:核动力潜艇、全球导航与通信系统、导弹系统、发射系统、火力控制系统与维护、以及支持与训练项目。因此,在TRANSIT项目之前海军就已经开始研究全球导航问题。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室主任弗兰克·麦克卢尔(Frank McClure)参与了Polaris项目。这为麦克卢尔后来提出导航问题提供了基础。

1957104日,苏联发射了第一颗人造卫星Sputnik号,应用物理实验室的研究人员乔治·韦芬邦奇(George Weiffenbach)和威廉·盖伊尔(William Guier发现,通过分析来自Sputnik无线信号多普勒(Doppler频移,他们可以确定其轨道。在这个阶段,有几个巧合值得一提:应用物理实验室距离美国国家标准与技术研究院(NIST)的无线电台(WWV)只有12英里,使得他们通过简易天线就能清晰接收到卫星信号;他们正好有一台20MHz的信号接收器,而苏联方面将卫星发射信号设置成只要有20MHz的接收器,就能够收到卫星信号;他们也是当时全世界唯一的分析多普勒数据应用于该问题。

1958317号,应用物理实验室主任弗兰克·麦克卢尔(Frank McClure将他俩叫到办公室,问他们是否能够研究此问题的逆问题,即假设知道卫星的精确轨道,能否确定地面接收机的位置。随后的几天时间,他们产生了该逆问题的可行性研究,这个逆问题即是后来著名的“导航问题”。

在此基础上,麦克卢尔请理查德·克什纳(Richard Kershner)负责设计了TRANSIT导航系统的基本构架。17天后,项目建议书被提交给美国海军军备局。但是,该项目建议并没有得到海军的足够重视。其原因有二:一是海军不愿意承认当时他们的导航能力需要提升;二是当时Polaris项目庞大且经费有限。实际上,1956年,Polaris项目经费只占海军预算的0.19%,到1958年上升为4.87%。而在1960-1963年间,该比例分别为8.96%14.06%13.41%11.51%。于是,应用物理实验室将项目建议书提交给DARPA,并于195810月获得DARPA资助。为实现可行性演示,DARPA仅在1960-1961年间即投入4200万美元(注:1961DARPA经费下降至2亿余美元)。1962TRANSIT项目转移给海军接管。

值得一提的是,乔治·韦芬邦奇和威廉·盖伊尔在其1998年回顾文章中特别提到应用物理实验室的利于年轻人成长的环境。1957年,乔治·韦芬邦奇还是一位博士生,直到1959年才获得国天主教大学(The Catholic Universityof America)物理学博士。他们在短短几个月的时间里能有所突破,还得到实验室很多同事的主动帮助,包括改善信号接收天线,检查方程求解过程等。正如他们所说:“It was not organized; we all just did it.

通过该案例可以看出“机缘巧合”在颠覆性技术创新过程中起到的作用。虽然不能断定没有这些“机缘巧合”,GPS技术就不会出现,但是可以肯定地是该技术的出现会延迟,甚至技术路径也会不同,因为当时Polaris项目中潜艇导航的思路是通过海底声纳成像。




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