ZAJÍMAVOSTI O AMERICKÉ AGENTUŘE DARPA - 1. ČÁST

ZAJÍMAVOSTI O AMERICKÉ AGENTUŘE DARPA

1. ČÁST: DARPA - OPRAVDOVÝ AMERICKÝ HNACÍ MOTOR INOVACÍ

Tímto příspěvkem zahajujeme seriál článků věnovaný zajímavostem o vzniku a činnosti dosti známé americké agentury DARPA pracující pod přímým řízením ministerstva obrany USA pro americké ozbrojené síly. Význam a dosah její činnosti a výsledků, kterých dosahuje, však svým charakterem daleko přesahuje oblast ozbrojených sil a podstatným způsobem ovlivňuje rozvoj vědy, techniky a technologií nejen v USA, ale i za jejich hranicemi. Tento první příspěvek seriálu je svým obsahem vstupem do tématiky činnosti a přínosů jedné z nejzajímavějších vědecko-technických institucí ve světě.

Povšechná charakteristika

Ukazuje se, že opravdovou současnou americkou organizací, která vytváří skutečně převratné technologické inovace není společnost Apple nebo Google. Není to ani Boeing, Intel nebo Facebook. Skutečně mimořádným inovátorem je státní agentura USA, která je neziskovou organizací. Není nositelem tvrdého byznysu a neprodává svoje produkty na trhu. Touto organizací je Agentura pro pokročilé výzkumné projekty v obraně - DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) ministerstva obrany USA.

Agentura DARPA odpovídá za výzkum a vývoj nových technologií průlomového charakteru využitelných v ozbrojených silách USA. Cílem je zachování rozhodující technologické převahy ozbrojených sil v oblasti zbraní a vojenské techniky, zabránění možnosti, aby se nechaly Spojené státy překvapit náhlým objevením pro USA neznámých a neočekávaných prostředků s potenciálem ozbrojeného boje ve světě, které by se mohly stát hrozbou pro národní bezpečnost USA. Spolu s tím jde o podporu vzniku průlomových inovací a překlenutí propasti mezi základním výzkumem, a jeho rychlým a efektivním využitím ve vojenské oblasti. V zorném poli DARPA jsou samozřejmě perspektivní komerční inovace, a to především ty, které odrážejí vědecký a technologický význam pro národní bezpečnost USA. Přesto, ať chceme nebo nechceme, významným faktorem inspirace, intuice a invence pro oblasti vědy, techniky a technologií jsou poznatky z reálného vedení války, nebo významného ozbrojeného konfliktu. Ty vedou USA, v té či oné formě, prakticky kontinuálně. A DARPA toho umí využívat.

Agentura byla založena v roce 1958, v reakci na vypuštění první umělé družice Země v SSSR v říjnu 1957, které bylo pro USA překvapující. Taková překvapení se pro USA nadále neměla opakovat.

DARPA existuje a působí nezávisle na ostatních vojenských vědeckých výzkumných a vývojových institucích a je v USA přímo podřízena vedení resortu obrany. Zaměstnává zhruba přes 200 pracovníků, včetně necelé stovky programových manažerů. V dnes sedmi technologických branžích se pracuje průměrně asi na 250 programech. Řešené projekty jsou většinou krátkodobé (od dvou do čtyř let) a pracují na nich poměrně nevelké, speciálně vybírané týmy odborníků.  Přitom agentura obhospodařuje kolem 2000 kontraktů, grantů a dalších dohod s průmyslovými společnostmi, univerzitami a jinými výzkumnými pracovišti (laboratořemi), včetně těch, které podléhají ministerstvu obrany. Ve fiskálním roce 2013 měla DARPA plánovaný rozpočet 2,87 miliard USD (po snížení 2,66 miliard USD).

Pentagon vynakládá na oblast výzkumu a vývoje více než 75 miliard USD ročně, z toho na agenturu DARPA připadají většinou necelé tři miliardy. Pro srovnání společnosti Ford Motor Co., nebo General Motors Co. vynakládají na rozvoj výzkumu a vývoje daleko více než DARPA. Stejně tak společnosti "vysokých technologií" Intel Corp., Microsoft Corp. a Cisco Systems Inc. Nebo také farmaceutická společnost Merck & Co., Inc. Ovšem někdy méně může znamenat více, a to je případ agentury DARPA.

Od vzniku agentury, který spadá do období konce 50. let minulého století, si DARPA zajistila své mimořádné postavení tím, že vsadila na zvládnutí široké škály technologických oblastí s vysokým potenciálem efektivního rozvoje a uplatnění. Nic se nevyplatilo více než vývoj dostatečně známé sítě ARPANET s architekturou, která byla původně zamýšlena jako nástroj pro ochranu amerických počítačových sítí před jejich možným sovětským napadením. Nakonec se vyvinutá architektura použila jako základ pro současný Internet (podrobně to popisuje příspěvek s názvem "Jak se dospělo k Internetu" v tomto blogu). Tehdejší agentura (ARPA) s pozdějším názvem (DARPA) zvýrazňujícím její vojenskou orientaci, se díky tomu stala legendární.

Během posledního desetiletí DARPA svoje kouzlo poněkud ztratila. V polovině dvoutisících let, pod vlivem válečných konfliktů vedených USA v Iráku a v Afghánistánu, byla DARPA nucena přijímat množství úkolů zaměřených na přímou podporu bojové činnosti, které si vyžádaly velké úsilí a zdroje. Tehdejší ředitel agentury Anthony Tether zdůraznil např. obtíže s nacházením technologií, které měly neutralizovat improvizovaná výbušná zařízení, kladená a zamaskovaná na silnicích a cestách v Iráku a v Afghánistánu. Vyzkoušeny byly tucty různých řešení. Docházelo však k tomu, že vždy, když útočníci provedli změny, ukázala se navržená řešení jako neúspěšná. Došlo k tomu, že v té době DARPA nebyla schopná vynakládat stamiliony USD z rozpočtových prostředků. Tehdejší aktuální kontrakty vyžadovaly stále více úsilí a času. Následkem toho bylo financování smělých perspektivních projektů a grantů pro přední americké univerzity dvakrát nižší.

Seznam velkých historických úspěchů agentury DARPA je mnoha odborníkům dobře znám. Zahrnuje již uvedenou globální síť Internet, "neviditelné" letouny Stealth, bezpilotní vzdušné i pozemní prostředky, a mnoho dalších. Zajímavý byl např. program zpravodajsky důležitých ("špionážních") družic fotografického průzkumu "Corona" z období kolem roku 1960, s návratem nasnímaných fotografických materiálů zpět na Zemi. Opakovaně neúspěšná vypuštění a navedení družice (12 pokusů ze 13), bez získání obrazových informací, přesto pokračovala a každé z nich bylo vždy využito pro zdokonalení systémů při dalším letu. Přes zdánlivou beznadějnost situace pak první úspěšný let v roce 1960 pokryl průzkumem 4,27 milionů kilometrů čtverečných sovětského území, což bylo více než rozloha pokrytá všemi dřívějšími průzkumnými letouny U-2 dohromady.

Pozdějším příkladem je program hypersonického kluzáku HTV-2 "Falcon", jako součásti aktivit ministerstva obrany USA – rychlého globálního úderu PGS (Prompt Global Strike), který má Spojeným státům umožnit do hodiny zasáhnout přesným úderem cíl kdekoli na Zemi a zničit jej kinetickou energií konvenční (nikoli jaderné) hlavice. Hypersonický nosný prostředek se vynese do výšky nosnou raketou (odpálenou ze země, ve vzduchu nebo na moři) z které se vypustí a dál letí rychlostí 20 Machů (Ma), jako manévrující kluzák s náporovými motory po vypočtené dráze. Program PGS má postupně snížit důraz na jaderné zbraně a do určité míry je i nahradit. O význačných současných a do budoucna plánovaných programech a projektech pojednáme dále a budou jim věnovány další příspěvky tímto zahajovaného seriálu v tomto blogu.

Hypersonický kluzák HTV-2 “Falcon”

V červenci 2009 nastal dlouho očekávaný návrat DARPA ke svým kořenům, a to pod vedením Reginy Duganové, která se stala první ženou – ředitelkou agentury. Ta začala hned rychleji vybírat projekty pro získání grantů a organizovat konkurzy s vysokým užitným potenciálem pro celé Spojené státy, nejen pro ozbrojené síly. Byly příklady nových cílů DARPA, které zajišťovaly "řetězení" přínosů jednotlivých projektů, včetně technologií, které umožňovaly za jednu hodinu doletět na kterékoli místo planety (PGS), získat vakcínu chránící proti pandemii, a také např. vytvořit robota, který je při činnosti rychlejší než gepard. Ne všechny výsledky plánů Reginy Duganové se dostavily v nejbližších létech, ale svoje plány přesto ustála. Jako faktory, které zajistily její rychlý úspěch, viděla R. Duganová tyto přístupy:

• Orientace na svěží lidské zdroje (tzv. "cool-factor"). Nové průlomové projekty DARPA byly založené na principu nahromaděných "demokratizovaných" zdrojů inovací. Aby se o to probudil zájem, DARPA organizovala řadu konkurzů, které byly otevřené prakticky pro každého. Takové populární soutěžení vytvářelo kolem agentury pozoruhodné, které přitahovalo talenty. Agentura se opírala o pouhých 120 programových pracovníků, kteří měli na starosti projekty a ti podléhali každé tři roky rotaci. To vytvářelo stálý tlak a bylo zdrojem personálního doplňování. Podle R. Duganové to dalo dohromady tolik potřebnou "darpovskou" armádu technických nadšenců.
• Využívání toho, co je ověřeno praxí (označovalo se jako "test"). Jako odchylka od tradic DARPA bylo bráno prohlášení R. Duganové, že Pentagon musí opustit praxi "zaplatit a potom udělat", která vedla k překračování nákladů a řadě špatných systémů, k zásadě "nejdřív udělat a potom zaplatit", která poté, co nový systém již dokázal své přednosti, umožňovala operativně uskutečňovat jeho sériovou výrobu.
• Náležitý cíl ("target"). Regina Duganová ukázala, že byla v rozhodujících faktorech a správné volbě  kompetentnější a znalejší než její předchůdci. To umožnilo dosáhnout značné výhody a obecně, tolik očekávaný pokrok. Například v oblasti hypersonického letu vytyčila cíl dosáhnout rychlosti M20 (dvacetinásobku rychlosti zvuku, čili přes 6,6 km/s). Po čase agentura oznámila, že bezpilotní manévrující nosič dosáhl aerodynamického, plně řízeného letu rychlostí M20 po dobu tří minut, předtím než se ztratil. Ve stejné době, v únoru 2012, Kaigham J. Gabriel, zástupce ředitele DARPA dosvědčoval před americkým Kongresem, že neexistuje způsob jak dosáhnout rychlosti letu M20…

Samozřejmě, DARPA vůbec není neomylnou organizací. V době, kdy se v konkurujících státech soustřeďovaly nejlepší mozky na inovace pro komerční sféru, DARPA, která se stala symbolem americké vynalézavosti, sešla z cesty. Nebo, což je ještě horší, DARPA se může stát natolik úspěšnou, že soukromý sektor může odloudit její nejlepší mozky. Čím si lze například vysvětlit, že v březnu 2012 se Regina Duganová nechala najmout na práci pro společnost Google? Mimochodem, poté se R. Duganová stala starší viceprezidentkou Motorola Mobility jako součásti Google, kde převzala vedení skupiny pokročilých technologií a projektů (ATAP), a K. J. Gabriel se stal korporátním viceprezidentem a zastupujícím ředitelem tamtéž.

Činnost DARPA je trvale, v souladu se svým posláním, zaměřena na předvídání perspektivních potřeb vojenské sféry a urychlení výzkumných a vývojových prací ve vybraných směrech. Takže agentura nejen, že připravuje pro ozbrojené síly potřebné systémy, ale formuje nové pohledy na možné aplikace nových technologií pro účely vedení operací a boje.

Jak agentura funguje

Od samého vzniku je organizace svou formou unikátní. Jsa v přímé podřízenosti ministerstva obrany a maje svou takřka úplnou autonomii, působí v těsné součinnosti s dalšími vědecko-výzkumnými a vývojovým organizacemi resortu obrany (přitom si ovšem udržuje svoji nezávislost). Svojí strukturou a principy organizace se organizace DARPA jednoznačně liší od všech ostatních vědecko-výzkumných organizací resortu.

Základ organizace se opírá o tři hlavní principy, kterými jsou:

• Omezený rozsah, pružná struktura a jednoduchost organizace.
• Velký stupeň autonomie a osvobození od byrokratických postupů.
• Složení vědeckého a technického personálu agentury z vůdčích osobností vědy a techniky, které dosáhly světové úrovně, spolu se stálou rotací zajišťující plynulou obměnu personálního složení agentury.

Dnes, po 56 letech existence DARPA je možné říci, že struktura a principy fungování agentury nedoznaly nijakých převratných změn. Snad jen s jednou výjimkou, kterou je posílená odpovědnost a výkaznictví. Neméně důležitou roli hraje stálá podpora agentury ze strany vedení resortu obrany USA. Vedení Pentagonu vidí, jakou cenu mají operativní týmy výzkumných a vývojových pracovníků schopných pohlížet daleko dopředu a předbíhat dobu, umně vyhodnocovat situaci, hledat a nacházet rychlá a efektivní řešení úkolů, na které jsou často jiné výzkumné organizace slabé. Proto ta silná podpora agentury a maximální ochrana nezávislosti DARPA před byrokratickými překážkami a zvyky.

Bezpilotní prostředek “Odysseus”
(DARPA se vždy vyznačovala nestandardním technickým řešením)

Při výzkumu a vývoji nových technických prostředků a technologií pracuje DARPA v těsném kontaktu s druhy vojsk a služeb ozbrojených sil USA. Kompenzuje se tím nepříjemná realita spočívající v tom, že útvary ozbrojených sil musejí soustřeďovat svoji pozornost a úsilí na řešení svých aktuálních a prvořadých problémů a opatření pro další rozvoj odkládají až "na někdy". DARPA se ovšem dívá dál a klade důraz na to, co je za horizontem současných problémů. Právě v tom spočívá radikální inovační charakter činnosti agentury. Poskytuje také příslušníkům ozbrojených sil možnost porozumět tomu, co se děje na přední linii vědecké fronty a čím mohou být nové objevy pro ně prospěšné.

Stručně o struktuře agentury

Jak bylo zmíněno výše, agentura DARPA si udržuje ve stavu řádově 200 až 250 státních zaměstnanců, z toho asi 140 odborníků na vybrané obory, zpravidla pocházejících ze špičkových amerických univerzit a výzkumných pracovišť předních firem a průmyslových společností. Disponuje rozpočtovými prostředky ve výši kolem dvou až dvou a půl miliard USD. Organizační struktura agentury je velmi jednoduchá, prakticky bez hierarchické struktury, pouze s dvěma úrovněmi vedení. To je podstatné pro vysokou efektivnost rozhodovacího procesu, rovný přístup a rychlý přenos informací oběma směry. V současné době DARPA sestává ze sedmi odborných výzkumných útvarů v oborech:

• Technologie, adaptivního řízení a transferu poznatků (AEO) – výzkum v oblasti tvorby adaptivních platforem a architektur, včetně univerzálních programovacích platforem, modulárních hardwarových prostředků, multifunkčních informačních systémů, prostředků pro vývoj a projektování. Zaměření na předávání technologií, podporu bojujících jednotek a vojáků, demonstraci a ověřování technologií v polních podmínkách, a technologii tzv. "rychlé odezvy".
• Biologické technologie s komplexním přístupem (BTO) – výzkum v oblasti technicky pojímané biologie, včetně omixové biologie, syntetické biologie, metabolických technik, genové terapie (vč. umělých chromosomů člověka) a aplikačních aspektů neurověd (zejména v oblasti elektronického nahrazování funkcí lidského mozku). Zaměření na obnovu a udržování schopností bojujících vojáků, využití energie biologických systémů a aplikací biologické složitosti v různém měřítku.
• Vyhledávání, modelování, návrhu a stavby (DSO) – výzkum v oblasti základní fyziky, nových technologií a přístrojů pracujících na nových technických principech, energetiky, nových materiálů a vazby na biotechnologie, aplikované a výpočtové matematiky, medicínsko-biologických prostředků ochrany a biomedicínských technologií. Zaměření na vybrané oblasti fyzikálních věd a matematiky, transformativní materiály, dohledovou autonomii, nové metody vnímání a detekce, a rovněž složitost zavádění nových poznatků do praxe.
• Inovace v informačních technologiích a kybernetice (I2O) – informační systémy pro velení a řízení vč. monitorování, technologie pro výpočetní operace vysoce náročné na výkon a produktivitu, inteligentní analýzu dat, systémy pro rozpoznávání obrazců a kognitivní systémy pro strojový překlad. Zaměření na kybernetickou obranu vojenských informačních systémů, analýzu informací s velkými objemy dat a informační aspekty zpravodajské činnosti, průzkumu a pozorování jako součásti C4ISR.
• Technologie elektroniky, mikro-elektromechanických systémů a fotoniky (MTO) – perspektivní architektury integrovaných obvodů, algoritmy pro rozložené ukládání dat a fotonické aplikace. Zaměření na výpočetní operace, elektronický boj, biologické platformy, fotoniku, polohové a navigační systémy vč. časového řízení (synchronizace), neobvyklé koncepce a způsoby výroby.
• Strategické technologie pro oblast tvorby sítí, adaptivnost a působení cenových mechanizmů (STO). Zaměření na automatizované systémy velení a řízení, systémy přímého řízení bojové činnosti, komunikace a sítě pro různé úrovně, prostředky pro automatizaci zpravodajské činnosti, průzkumu a pozorování, elektronického boje a kybernetické obrany, systémy pro zjišťování zamaskovaných cílů využívající nové fyzikální principy, úspornou spotřebu energií a alternativní zdroje energie.
• Zbraňové technologie a platformy (TTO) – vzdušné, pozemní, námořní a kosmické systémy. Zaměření na perspektivní zbraňové systémy s vysokou přesností zásahu (úderu), bezpilotní zbraňové prostředky na bázi kosmických, vzdušných, pozemních a námořních platforem, perspektivní kosmické systémy pro řízení a monitorování.

Bezpilotní prostředek A-160 realizovaný s účastí DARPA

Typickým projektem z těch, které se v agentuře řeší, je zpravidla projekt s náklady 10 až 40 milionů USD, jehož realizace je naplánována v průměru na tři až pět roků. Projekt řídí manažer projektu. Jde jak o přímé řízení odborných prací, tak i o plnou možnost disponování finančními prostředky. K práci na projektu se zpravidla přibírají kooperující organizace (až deset) nebo externí pracovníci, a také obvykle jedna až dvě univerzity. Jde samozřejmě o jakýsi "zprůměrovaný" projekt. V některých případech mohou být náklady na projekt méně než jeden milion USD, v jiných mohou činit až stamiliony USD. Paradigma managementu projektů se však v žádném případě nemění. Dokonce i při práci na projektech s vysokým rozpočtem se počty řešitelů nenafukují a sází se především na vysoce kvalifikované účastníky projektu.

Zásady personální politiky agentury

DARPA se v porovnání s jinými výzkumnými organizacemi vyznačuje zásadními odlišnostmi. Jednou z nejvýznamnějších je personální management. Pro zajištění jeho vysoké pružnosti se potřebný odborný a zabezpečující (zejména administrativní) personál zaměstnává na principu dočasnosti. Aby se zajistil příliv nových svěžích idejí, sází DARPA na čerstvé síly a stále vyhledává experty pro potřebné směry činnosti.  Manažeři řídí projekty po dobu čtyř až šesti let. Má se za to, že nejlepším způsobem jak zajistit pro agenturu příliv nových idejí je vlít novou krev do žil tím, že se na práci přizvou noví lidé se svěžími myšlenkami a názory, kteří jsou schopni zkorigovat používané pracovní postupy, nebo je dokonce zcela přeorientovat.

Manažeři projektů musejí být nejen vynikajícími vědeckými a technickými odborníky v příslušném oboru, ale musejí také mít značný podnikatelský talent, aby mohli zajistit efektivní vynakládání rozpočtových prostředků projektu. V agentuře však nemohou udělat kariéru. Zdálo by se, že je to nedostatek, vědomě se nevyužije jeden z důležitých motivujících faktorů. V praxi se však ukazuje, že tato okolnost uvolňuje manažerům projektů ruce tím, že nespojují svoje působení v agentuře s ohledy na vzdálenější osobní perspektivy. Jak zkušenosti ukázaly, v podobném postavení pracují manažeři projektů účinněji s vysoce riskantními projekty. A právě takové projekty jsou "firemním koněm" agentury DARPA.

Dvouúčelový bezpilotní prostředek “Cormorant”

Při rozhodování o zahájení jednotlivých projektů existuje od počátků agentury DARPA pevná zásada, že výsledek projektu musí být realizován ve stanoveném termínu. Když se v průběhu prací na projektu začnou náklady na jeho řešení příliš zvyšovat, pak to automaticky vyvolá jeho redukci, aby se odvrátilo neopodstatněné plýtvání vynakládanými prostředky. Při vyhledávání lidí s idejemi pro vzdálenou perspektivu, si agentura klade za úkol vybrat takové lidi, kteří jsou schopni proces realizace svých idejí urychlit a dosáhnout jejich praktického řešení v nejkratších možných termínech. Takové práce často vyžadují vykonávat v relevantních oblastech nejen aplikovaný, ale i základní výzkum. Pak se kardinálně zkracuje doba mezi pracemi základního výzkumu a brzkým získáním třeba i nikoli nových technologií, ale provozuschopných systémů vhodných pro rychlé praktické nasazení a používání v ozbrojených silách USA. Je pravda, že v Americe se často pracuje na projektech, které v sobě nesou značná rizika. Avšak v případě jejich úspěšné realizace, je přínos mimořádně vysoký a to opravňuje jejich zahajování.

Mezi minulostí a budoucností

Je vhodné uvést změny, které za 56 let existence DARPA nastaly a týkají se tří směrů – součinnosti s komerčním trhem, podnikatelských aktivit a systémů pro společné využívání. Tyto změny lze charakterizovat takto:

1. Ministerstvo obrany USA ustoupilo od dominance na trhu v určitých oblastech, jako je mikroelektronika, počítačová technika, komunikační systémy a sítě i některých dalších. Tato okolnost způsobila to, že ministerstvo obrany získalo jako významný zákazník vliv na trhu, který je mnohem větší, než trh pouhých vojenských systémů. Jde o vliv, který předpokládá určování směrů perspektivního rozvoje. V tomto procesu hraje DARPA klíčovou roli.
2. Co se týká podnikatelských aktivit, v posledních letech DARPA provedla kardinální změny v praktickém provádění výzkumných a vývojových prací. S podporou Kongresu a ministerstva obrany uplatňuje DARPA ve své technické politice operativní přejímání a přizpůsobování metod praktického provádění vědecko-výzkumných prací z komerční sféry.
3. Agentura DARPA zaměřuje své úsilí na mezioborové systémy, tj. takové, které mohou být potenciálně využívány více uživateli z různých struktur ozbrojených sil USA.

Dalším přístupem využívaným DARPA, který si zaslouží pozornost je intenzivní stimulování rozvoje, zejména skutečně revolučních, projektů v průmyslových společnostech a na univerzitách tím, že na ně vyčleňuje odpovídající finanční prostředky.

Pokud jde o přitáhnutí zájmu amerického průmyslu, organizuje DARPA pravidelné brífinky pro odhalování a specifikování problémů v různých technologických oblastech a pro nacházení možných způsobů jejich řešení. Kromě toho DARPA, také pravidelně (s periodou zhruba jeden a půl roku) uskutečňuje ve vybraných oblastech techniky a technologií vědecká a technická symposia. Uvedená opatření směřují k intenzivnějšímu rozvíjení styků s průmyslem a k přisouzení priorit jak celkovému rozvoji, tak i jednotlivým konkrétním programům. Čas od času organizuje agentura konference, na kterých se setkávají a dávají dohromady představitelé akademické vědy a aplikovaného výzkumu z oblastí, na kterých agentuře záleží.

Podívejme se, jaké pohledy se ohledně perspektiv agentury DARPA pro blízká a vzdálenější období mohou projevovat. Z jednoho pohledu by se dalo předpokládat to, že charakter činnosti agentury se v čase musí měnit s ohledem na proměnný charakter hrozeb pro národní bezpečnost Spojených států. Z jiného pohledu, je zde skutečnost ukazující, že za dobu existence agentury ji změny poznamenaly jen v nepatrné míře, což zjevně svědčí o tom, že ideologie výstavby a směrů činnosti této organizace byla zvolena velmi dobře a v základě bude moci v dalším přetrvávat.

(Pokračování dané tématiky bude následovat v dalších příspěvcích tohoto blogu věnovaných zajímavostem o agentuře DARPA)