NASA航天技术转移发展概况

转自太阳谷高端装备发展研究中心2019年6月3日

导读:目前,美国已经形成了较为成熟的军转民、民转军、军民两用技术发展的体制机制,成为世界军民一体化的典范。美国在航天技术转移政策、管理和促进措施等方面都积累了丰富而有价值的经验,在军民两用技术转移转化方面也取得了令世界瞩目的成就。作为推进航天技术转移发展的典型机构代表,美国国家航空航天局(NASA)是美国乃至全球军民两用技术产业化推进机构的标杆,在政策、法律和管理等方面都拥有着丰富的经验。美国的航天技术转移工作主要是以NASA牵头,此外,各联邦机构参与的“小企业创新研究计划”(SBIR)和“小企业技术转让计划”(STTR)也发挥着极其重要的作用。

根据NASA技术转移团队的定义,为了潜在的应用目的将科学与工程知识从某一实体转移到另一实体的过程,即为技术转移(Technology Transfer)。目前,NASA技术转移团队通过研究,将技术转移分为三类:

 

根据《NASA航天副产品报告》,NASA将航天副产品(spinoff)定义为:应用了NASA技术或专业知识的、使公众受益的商业化产品。包括:

 

NASA在成立初期,其工作主要集中在推动航天技术的研发和进步上,此时技术研发中产生的知识产权几乎完全归美国政府所有。由于NASA还肩负着通过技术发展来推动美国经济增长的责任,后来,NASA通过了一系列法律,以促进合作关系,推进非航空航天领域的技术和经济发展。

1973年,NASA开始尝试将航空航天技术向民用领域转移,成为美国最早开展军民技术转移的政府部门之一。同年,NASA发布了《技术应用项目报告》(《Technology Utilization Program Report》)。由于社会各界对该报告兴趣浓厚,NASA决定每年发布此报告。自此,发布成果报告成为NASA开展技术转移的特色之一。1976年,NASA将《技术应用项目报告》更名为《美国国家航空航天局军转民技术》(《NASA Spinoff》),每年选取约50项军转民技术编入报告,介绍这些技术的研发背景、应用前景、技术转移方式,以及与小企业合作将新技术引入民用领域等情况。

 

2011年10月,美国面临国内失业率高企、经济复苏乏力的境况,时任总统奥巴马签署了题为《加速联邦研究成果技术转移和商业化,为企业高增长提供支持》的总统备忘录。在此框架下,NASA在2012年底发布了自2013年开始实行的技术转移五年规划,旨在支撑基础性的技术转移项目,并通过内部研究和外部反馈从而逐步规范、改进和完善技术转移流程。

NASA创立了Spinoff机制(技术转让计划),即每年出版一份《技术应用项目报告》,但NASA能够执行“技术转让计划”,切实推进航天技术转移不仅仅是靠发布一些文件就实现的,还需要提供一系列开放性的政策配套,包括用人机制、转让规范等。随着《空间行动协议》(SAA)《竞争性技术转移法》《史蒂文森•怀德勒技术创新法》和《国防授权法》,及商业化领航计划等法律和计划的出台,美国不断完善航天技术转移的途径和机制,大力提倡私营企业加入技术创新,为航天工业注入新活力。这些政策法律为航天技术转移提供坚实的法律保障和政策支持,切实推动了航天技术转移转化,提高了社会综合效益。

在“技术转让计划”之外,NASA还在联邦的SBIR和STTR机制下向中小企业转移航天技术。在NASA的实际运行中,这两个机制是由同一个办公室负责的。区别在于,“技术转让计划”属于NASA,而SBIR/STTR要受到联邦政府的监督和管理,参与SBIR/STTR的除了NASA,还有国防部、能源部、卫生部、国家海洋和大气管理局等多个机构。在NASA航天技术民用的实际运行中,SBIR/STTR的受重视程度低于“技术转让计划”,但也取得了很好的社会经济效益。航天技术的转移过程可分为五个阶段,分别是:

 

五个阶段交叉重叠,相互影响。在此过程中,NASA采用正式和非正式的方式进行技术转移。其中,非正式的技术转移方式包括科学知识的传播、无正式协议的合作研发、将设备和装置用于非NASA项目的试验,出版与科学实际应用相关的技术等。在2012年以前,NASA集中于非正式的技术转移模式,但是自2013年开始,NASA开始强调正式的技术转移模式,包括建立规范的分支机构技术转移流程、技术转移年度工作计划和技术转移过程考核的关键点。

《NASA Spinoff》由NASA宇航信息中心下属的出版与制图部编写。其结构基本固定,包括封面、目录、序言、简介、重点项目专题、概要和正文等部分。在概要部分,《NASA Spinoff》采用图标方式注明每项技术的技术来源,包括国际空间站、太空望远镜与深空探测、卫星与成像技术、航天运输、航天员生命补给及宇航研究等6个NASA研究领域,以及健康与医疗、运输、公共安全、生活消费品、能源与环境、信息技术、生产制造技术等民用领域,并将两者联系起来,更加直观地向读者展示了同一项技术既可以推动航天发展又能造福人类生活的奇妙联系。在重点型号专题部分,《NASA Spinoff》每年挑选1~2个NASA负责研制的重点项目,并对该项目涉及的军转民技术进行整体概述。

 

在目录部分,《NASA Spinoff》除了明确各项技术的名称、所在页码及所属技术领域以外,还对获得《R&D》杂志颁发的“R&D100”奖项、列入航天基金会太空技术荣誉堂,以及获得NASA“年度创新奖”的技术进行了特别标注,体现了NASA通过军转民项目转化技术的先进水平。

除了转化先进航空航天技术外,领导层对NASA技术转移项目的关注也体现了NASA对军技民用的重视。《NASA Spinoff》序言部分以NASA时任最高领导人的名义题写,内容主要包括2个方面:第一,结合当年NASA纪念活动(如2009年的“阿波罗”登月计划40周年)或美国航天政策及发展重点情况等,概述NASA当年度的主要工作、责任和成果等;第二,挑选当年报告中最为突出的5~6项军转民技术作简要介绍,最后重申NASA探索太空、造福社会的责任和目标。此外,《NASA Spinoff》序言部分还配有该领导人的照片、职务、签名,以及历年报告的封面集锦。

 

简介类似于序言,每年邀请NASA军转民项目相关部门主管题写,作为对序言的补充。简介配有该主管的照片、职务及签名。

《NASA Spinoff》的概要部分列出了参与转化航空航天技术的小企业所在的行政区,并在地图上进行了标注。此外,自2011年起,《NASA Spinoff》的概要部分增加了对军技民用产生的社会与经济效益的量化研究,通过一组组数据突出NASA在挽救生命、降低成本、提升就业和拉动经济等4个方面的作用,迎合了经济危机下美国急需创造就业机会和促进经济增长的需求,体现了NASA在推动美国技术和经济发展方面的广度和深度。在经济危机的背景下,《NASA Spinoff》对摘要部分做出调整,强调航空航天技术向民用领域转化对帮助美国走出危机的积极意义,有助于NASA在当前美国经济形势下继续获得政府和民众的支持。

 

2019《NASA Spin off》报告中健康与医学领域的成果如下:

在心脏设备中广泛使用的独特聚合物

 

兰利研究中心科学家在20世纪90年代初偶然发现的一种材料,有助于治疗患者心脏受到伤害。自2009年以来,医疗技术巨头美敦力公司一直在使用现在称为LaRC-SI的物质,以便更容易地将新型起搏器植入更多患者体内。许多可能继续遭受充血性心力衰竭症状的患者能够得到治疗。

 

火星材料救生缝线

 

Techno Planet Inc.利用喷气推进实验室的SBIR资金研发了挤压材料的多种用途,包括柔韧、强力的就剩缝合线。

 

荧光涂料检测基因编辑中的DNA损伤

 

在太空中,宇航员暴露于能够导致DNA损伤的辐射中。总部位于科罗拉多州柯林斯堡的KromaTiD公司开发了一项技术,该技术由约翰逊航天中心提供SBIR资金,使用染色涂料来突出以前无法察觉的DNA变异情况。应用包括帮助医生根据识别突变、诊断遗传条件以及发现潜在地基因意外损害情况来选择癌症治疗。

 

3D 图像分析软件以分析癌症

 

Image IQ公司利用NASA技术开发的软件可以帮助计算和识别染色血管的边缘。该软件已被用于许多临床研究,它可能帮助医生更好地诊断和消除肿瘤。

 

微型定位器精确聚焦镜头

 

设计用于研究日本地面斯巴鲁望远镜的暗物质和暗能仪器需要数千个微型定位器,这些定位器由微型压电马达驱动。加州理工学院和喷气推进实验室的工程师与总部位于纽约的Victor New Scale Technologies合作完善了旋转电机,这些低压模块现在被用于各种环境,包括医疗器械。

 

生物识别传感器追踪健康指标

 

为帮助监测在轨宇航员而开发的技术推动了地球上的可穿戴技术的发展,能够提供心脏病的预警等等。由约翰逊航天中心的SBIR合同资助,研究员Lino Velo开发了一种微型传感器,可跟踪心率变化。现在位于加利福尼亚州纽瓦克的Salutron将传感器销售给可穿戴设备制造商。

 

2019《NASA Spin off》报告中交通运输领域的成果如下:

为全电动飞机提供动力的创新电池

 

总部位于加利福尼亚州的电力系统公司利用阿姆斯特朗飞行研究中心的资金开发出一种新技术,将数千个现成的锂离子电池安全地封装成一个轻巧、功能强大的电池组。该公司现在提供类似的电池组产品,为全电动培训飞机提供动力。

 

轮胎传感器警告平轮胎驱动器

 

轮胎漏气可能会让驾驶员发生意外。肯尼迪航天中心的航天飞机工程师在硅芯片上封装一个微型压力传感器,由一个小电池供电,如果压力很低,它会向飞行员发出警报。Amphenol Advanced Sensors将其改装为汽车轮胎传感器,销售了数百万美元,其中大部分用于美国乘用车。

 

新型气凝胶

 

NASA发现了一些方法,可以使不同的气凝胶更灵活、并能够承受高温。在获得Glenn研究中心的内部研发和许可专利后,Airgel Technologies正在向各种行业销售这种材料,包括飞机和汽车制造商。

 

可以辅助导航,通信的超精确原子钟

 

AOSense公司正在开发一种便携式原子钟。核心技术主要来自戈达德太空飞行中心,该公司已经研制出相关组件(包括激光冷却原子源)。

 

飞机,游艇上的空气和水流探测器

 

陶氏系统公司于1992年首次与兰利研究中心签订了两份SBIR合同,开发了恒压风速计,并将其作为商业产品推出。如今,该设备终于在飞机设计行业甚至游艇制造中得以应用。

 

2019《NASA Spin off》报告中公共安全领域的成果如下:

NASA提升全球定位系统准确性

 

NASA算法主要是提升了该系统对飞机引导能力,确保自动驾驶农场设备和指挥急救人员等安全。原始GPS数据的误差达到30英尺或更长,因此喷气推进实验室开发了软件来纠正这些误差,实现实时精确GPS定位。

 

确保飞行员保持呼吸的气体调节器

 

Orchard Park的公司采用其为约翰逊航天中心开发的创新弹簧设计及其在飞行员氧气系统中的氧气安全专业知识,经期应用于废水处理和海上钻井等领域。

 

危险任务机器人RoboMantis

 

Motiv Space Systems公司与喷气推进实验室(JPL)合作建造了一个坚固耐用的机器人,可以接管灾区或危险区域的危险工作。JPL的版本基于数十年的火星探测器机器人,为模块化机器人提供准确的视觉系统并实现半自动导航。

 

甲烷探测器嗅出泄漏

 

甲烷可以成为细菌生命的标志,这就是好奇号火星车上安装甲烷探测器的原因,为此任务设计了一种全新的可调谐激光光谱仪。喷气推进实验室的另一个团队使在地球上应用的甲烷嗅探更小,而位于加利福尼亚州帕萨迪纳的SeekOps被授权利用该技术检测石油和天然气井的气体泄漏等。

NASA认为,在每年发布《NASA Spinoff》军转民技术报告的基础上,还应满足公众随时随地检索全部军转民技术及产品相关信息的需求。因此,NASA建立了军转民技术数据库。该数据库包含了NASA从1967年至今所有入选报告的军转民技术。每项技术均包含标题、NASA部门名称、转化技术的企业名称、企业所在行政区、技术所属民用领域,以及入选报告年份等6项检索条件。该数据库还提供多项为检索结果排序的选项。