NASA開放式創新特點研究與思考

●文| 中國國防科技信息中心　 劉映國

NASA開放式創新特點研究與思考

●文| 中國國防科技信息中心 劉映國

白宮2009年9月發布《美國創新戰略》后，美國國家航空航天局（NASA）根據其深空探索任務需要，大力推進有獎競賽與眾包等形式的開放式創新活動。文章研究了NASA開放式創新的內涵、主要創新挑戰平臺與設立的競賽項目，分析了NASA組建高級管理機構推動挑戰競賽活動發展，緊緊圍繞NASA深空探索任務提升未來航天活動能力，設立眾多競賽項目調動公眾創新研究積極性，發揮現代網絡平臺作用，加快創新成果轉化效率等特點。同時，論文就我國“萬眾創新”及地月空間載人航天活動要求，提出構建競爭創新平臺激發全新科研活力，圍繞地月載人空間探索任務開展創新研究提升國家整體航天能力，吸引高技術研發群體參與“萬眾創新”培育新的公眾研究力量等思考建議。

引言

美國高調宣布“21世紀空間探索新戰略”，將載人航天探索目的地確定為“近地軌道以遠”后，NASA在原有創新機制基礎上，提出“開放式創新”概念，組建相應機構并利用現代網絡平臺，設立多個“有獎競賽”和“眾包”挑戰大賽項目，吸引廣大公眾參與NASA的創新研究。在我國載人航天活動向地月空間邁進過程中，技術與能力面臨巨大挑戰，創新研究是我國取得新輝煌奪取新勝利的必然選擇。分析研究NASA開放式創新活動特點，對我國在航天領域推進“萬眾創新”，全面提升我國載人航天活動能力有著重要的現實意義。

一、NASA實施開放式創新概況

開放式創新是NASA應聯邦政府在2009年發布的《美國創新戰略：確保經濟增長與繁榮》倡議，在保持既有創新活動基礎上，針對新的環境與任務要求，探索推廣的一種創新研究模式。經過幾年實踐，NASA開放式創新已取得初步成效，并引領其他聯邦政府機構創新活動的開展。

1.開放式創新的內涵

NASA認為，公眾研究人員足智多謀，有能力解決復雜的問題，利用“有獎競賽”與“眾包（crowdsourcing）”的方式開展“挑戰大賽”，其價值在于引導更廣泛的公眾研究人員參與開放式創新活動。所謂開放式是指吸引特定研究組織與個人之外的不確定的研究力量，參與解決NASA技術問題方案研究活動。目前，“有獎競賽”和“眾包”是NASA實施開放式創新活動的兩種基本方式。

“有獎競賽”是通過提供競賽獎金激發創新研究，以獲得改進NASA任務的潛力。有獎競賽主辦方獲得的效益不僅僅是一個簡單的結論，還包括從更廣闊和深度上挖掘解決方案的潛力，以實現在預期效果之外更為宏大的目標，并發現一些意想不到的高端人才，以及開創新的學科研究領域。

“眾包”則通常是通過互聯網平臺向更多的研究者征求產品、服務、概念或其他內容的研究成果，在滿足要求的情況下提供相應的獎金。眾包不同于一般的外包模式，即將任務或問題外包給不確定的公眾研究人員，而不是特定的和具體的研究團隊或個人。

2.開放式創新活動平臺

開放式創新活動由NASA首席技術專家辦公室領導和協調，具體由“協同創新卓越技術中心”（CoECI） 負責實施。該中心是應白宮科學與技術政策辦公室（OSTP）要求于2011年11月組建，目的是利用眾包的潛在影響提升NASA的能力，以加速推進NASA的創新研究與持續發展。

CoECI 作為創新集成機構，負責“NASA創新展示”平臺、“NASA錦標賽實驗室”計劃與NASA@work網站等平臺的管理。

“NASA創新展示”平臺是在InnoCentive公司網站上建立的創新研究者網上平臺，為創新研究提供挑戰賽事信息，若解決方案確實符合發起組織者的要求則提供相應的獎勵經費。

“NASA錦標賽實驗室”計劃是由NASA、哈佛大學、TopCoder網站及Tongal公司等12個機構聯合開發的一個競賽平臺，見圖1，具有研究與數據分析、技術預警與支持NASA內部人員開展挑戰大賽的功能。

圖1　NASA錦標賽實驗室計劃平臺

NASA@work是一個NASA內部協作平臺，在InnoCentive官網上基于個人網絡環境建立的NASA機構所有領域專業的個人知識交流平臺。

此外，NASA還利用Challenge.gov網站發布“百年挑戰大賽”、“NASA錦標賽實驗室”計劃及“小行星挑戰大賽”等重要賽事公告。Challenge.gov網站由美國聯邦勤務總署（GSA）監管的在線挑戰大賽平臺，準許美國政府機構與個人參與。該平臺是美國政府通過有獎競賽與挑戰大賽推動創新活動開展的一個最具里程碑意義的網絡平臺。

3.開放式創新項目

NASA設立的研究開發項目很多，其預算經費也十分龐大。其中，用于開放式創新研究的項目和經費，主要是激勵具有徹底改變航天系統與活動的創新思想與變革性技術，并能夠帶動航天工業的革命。近年來，NASA在原有“百年挑戰大賽”計劃基礎上，又設立了多個“有獎競賽”與“眾包”的挑戰大賽項目。這些項目都納入到《NASA年度預算計劃》之中，按照近期、中期與長期3個階段研究目標給予經費支持。

中心創新基金項目旨在激發和鼓勵NASA各中心內部研究人員的創造性與創新活動，重點是滿足NASA與聯邦政府在技術方面的需求。

飛行機會項目是為航天技術在相應環境中演示驗證提供機會，目標是培育亞軌道運輸系統可重復使用商業化發展。

改變游戲規則研發項目旨在識別和加快發展具有重要影響的能力與技術的創新，通過對各種奇思妙想的評估，探尋對徹底變革未來航天任務具有巨大潛力的方法途徑。

NASA創新先進概念（NIAC）項目旨在加快具有遠見卓識思想的成熟，以使NASA未來任務出現突破性進展，即產生全新的航空航天結構、體系與任務，并吸引美國創新研究人員與企業參與到變革之中。該項目重點是規劃對創新性可信技術與先進概念開展早期研究，以實現變革未來航空航天工業的夢想，其研究范圍主要確定在技術成熟度1—2或3前期的技術。

小企業創新研究（SBIR）與小企業技術轉讓（STTR）項目是為小型高技術企業和研究團隊提供參加由政府發起的研發機會，這些研發工作都是十分關鍵的技術領域。

小型航天器技術計劃的主要目標是確認和支持新型分系統技術的研發，以提升和拓展小型航天器的技術與能力，并為其飛行演示驗證提供支持。該項目還在尋求將小型航天器作為技術與能力試驗與演示驗證平臺，以證明這些能力與技術在各種規格航天器與系統中應用的可行性。

航天技術研究助學金項目旨在加速“推動”技術的發展，以支持NASA未來航天科學與探索活動、其他聯邦政府與商業航天部門的需求。

技術演示驗證任務（TDM）旨在需求與可能、科學技術挑戰與技術創新活動、實驗室開發與空間演示驗證等之間架起溝通橋梁，重點是在推進由實驗室驗證技術向飛行演示驗證成熟發展。

此外，NASA首席技術專家辦公室在2013年6月啟動了“小行星挑戰大賽”計劃。小行星挑戰大賽是配合NASA當前“小行星重定向”任務而設立，旨在探查對人類有威脅的所有小行星，并研究如何處置這些威脅。該項目旨在加強多學科協同，與其他政府機構、國際合作者、工業界、學術界、公眾、科學家等各類研究人員，聯合探測、跟蹤、表征并形成潛在風險小行星減緩戰略。

二、NASA開放式創新的主要特點

美國白宮科學技術政策辦公室在2013年提交國會《政府有獎競賽報告》中指出，“從‘百年挑戰大賽’計劃到NASA‘開放式創新展示’和‘錦標賽實驗室’計劃，NASA在有獎競賽和眾包等挑戰大賽方面取得了豐富而深厚的經驗。通過創建‘協同創新卓越技術中心’極大提升了NASA各中心與任務部的專業技能，并帶動了其他聯邦政府機構開放式創新工作。經過近幾年實踐，NASA開放式創新研究取得較大成效，其做法受到美國政府高層的重視，并為其未來深空探索任務提供了重要支撐。

1.組建高級管理機構，推動開放式創新研究深入發展

NASA的技術研發管理工作主要由為NASA總部服務的首席技術專家辦公室負責。首席技術專家辦公室是NASA管理層在技術政策與計劃領域的重要咨詢機構，為NASA技術研發與開放式創新活動制定戰略規劃，并指導各項活動的順利開展。同時，該機構還在全局層面發揮著技術協調作用，通過與NASA各任務部和各中心的協調，以保證NASA的技術投資在滿足任務需求的同時，填補各類技術空白，滿足未來預期要求，以及最大限度減少重復研究。

首席技術專家辦公室在開放式創新方面的具體職責，是領導和協調NASA各級機構開展的有獎競賽與挑戰大賽活動，以激勵創新并鼓勵各類人員參與到創新活動中來。其中，“百年挑戰大賽”和“小行星挑戰大賽”由首席技術專家辦公室直接領導。

NASA開展的其他開放式創新項目，由2011年組建的CoECI進行指導和管理。首先，CoECI應白宮科學技術政府辦公室要求，持續為NASA和各聯邦政府機構的團隊提供指導，主要是對實施基于創新的挑戰大賽活動，從問題定義、激勵機制設計到分任務解決方案的評估提供支持。這種面對面的指導旨在幫助各政府機構盡快擁有使用“眾包”挑戰大賽的實踐經驗。其次，針對具體管理的開放式創新研究項目，CoECI的具體任務：一是利用公眾研究力量形成新的思想、解決難題技術方案或進行技術預警；二是落實挑戰大賽的計劃與實施，包括范圍、研發、費用與進度的管理，以及成果應用與獎金發放；三是訓練與共享最好的實踐經驗；四是測定影響效果。

2.緊緊圍繞NASA任務，著力提升未來航天活動能力

首席技術專家辦公室擔負著NASA層面的戰略技術整合職責，組織擬制NASA的《航天技術路線圖》與《戰略航天技術投資規劃》等文件，目的是指導與協調各任務部與各中心技術研發活動。按照NASA要求，航天技術路線圖每四年更新一次，戰略航天技術投資規劃每兩年更新一次，從而使技術研發活動與國家航天任務結合更加緊密。

從NASA開放式創新活動安排的項目看，主要是根據《航天技術路線圖》確定的任務能力需求，針對技術成熟度較低（1—2和3早期）技術開展探索性研究。根據NASA的統計，2016年第一季度安排的400余項早期階段技術研究項目都來自《航天技術路線圖》15個技術領域（含航空領域）。其中，超過70%的項目屬于航天技術可“推進”能力發展的8個領域。

在《NASA 2017財年預算申請》中明確要求，“航天技術研究與發展”類計劃項目要開發和演示具有影響力的技術解決方案與提升措施，從而使NASA的任務具有更強能力、經濟可承受性與可靠性。該類計劃項目投資方向主要是空間機器人、自主技術、結構、材料、制造、通信與計算等，通過有獎競賽與眾包的創新研究模式，形成新的概念、技術與解決方案。

“協同創新卓越技術中心”要求所有挑戰競賽項目都必須面向NASA研究人員的現實任務需求，以形成更具創新、高效與優化的解決方案。其主導的“NASA錦標賽實驗室”計劃，作為NASA研究人員“預訂”解決方案的在線實用設施，并能夠提供實驗環境與設備。

3.設立眾多競賽項目，充分調動公眾創新研究積極性

目前，納入《NASA年度預算計劃》的開放式創新計劃項目有10個類別，統一安排在“航天技術研究與發展”大類項目之下，每個類別又分解出多個具體的研究項目。每個類別的計劃項目都有固定的預算經費，用于各個分解項目的獎勵費用。在《2017財年預算申請報告》中，NASA為“航天技術研究與發展”項目申請預算經費5.79億美元，加上單列的小企業創新研究與小企業技術轉讓（SBIR&STTR）計劃與技術創新計劃，航天技術研發總經費達到8.267億美元。

值得關注的NASA“百年挑戰大賽”計劃始于2005年，一開始就本著引導公眾參與到先進技術研發過程中的宗旨，為NASA未來任務涉及的問題提供革命性解決方案。該項目要求只獎勵那些微小企業、學生團隊和研究者個人等獨立發明人。在《NASA年度預算計劃》中有400萬美元用于該計劃的獎勵經費，并允許隨著競賽范圍與領域的擴大增加經費預算，并不斷擴大公眾發明人參加NASA研究與開發的機會。2016年第一季度，該計劃下設立的競賽項目包括：取樣返回機器人挑戰賽（150萬美元）、3D打印居住艙挑戰賽（225萬美元）、火星下降飛行器有獎競賽與立方體衛星征集挑戰賽（500萬美元）。

“航天技術研究助學金計劃”旨在加速低技術成熟度（TRL）航天技術的研發，以支持NASA未來空間科學與探索任務的需要。該計劃主要是通過NASA航天技術研究獎學金（NSTRF）、早期職業學院獎（ECF）和早期階段創新（ESI）獎等3個競賽項目，吸引各類研究層次的大學生參加。NSTRF項目要求其應用要滿足《航天技術路線圖》所列技術要求，而ECF與ESI的主題項目還必須與NASA各任務部和《戰略航天技術投資規劃》規定的優先發展技術要求相一致。同時，所有研究主題項目代表的領域在理論上要切實具有實現重大創新的預期。

NASA設立這些具有競爭性研究項目的目的，重點在于發展高能太陽電子推進，生命保障與資源利用，進入、下降與著陸，空間無人系統，光學通信，深空導航，輕質材料結構與空間觀測等未來航天活動的能力。通過開展這些領域低技術成熟度技術的開發研究，一方面是吸引和激勵下一代發明人、科學家與工程師有機會進入航天技術研究領域，另一方面則是開發新思想、新技術途徑與新的能力，為變革NASA未來航天任務提供技術支撐。

4.充分發揮現代網絡平臺作用，加快創新成果轉化效率

為推動開放式創新研究活動的開展，協同創新卓越技術中心設立了“NASA錦標賽實驗室”計劃，旨在利用現代網絡為研究活動的供需雙方提供更為便利的交流平臺，實現創新研究成果的快速轉化。

“NASA錦標賽實驗室”是一種在線的實用設施，旨在使用眾包方式解決NASA挑戰大賽問題。從2011年開始，NASA的研究人員、科學家與工程技術人員通過NASA錦標賽計劃發布了大量的挑戰大賽信息，征求各種奇思妙想或解決方案，以加速研究與開發工作，提高算法性能，以及尋求新的思想與方法來支持NASA的任務。NASA錦標賽實驗室提供各種廣泛的開放式創新平臺，以引導眾包團隊在挑戰大賽中產生更具創新性、更高效與更優化的解決方案，以滿足NASA與聯邦政府機構面臨的現實挑戰需求。

該計劃下的“NASA創新展示”互動平臺建立在InnoCentive公司的網站上，為研究團隊或研究者個人參加挑戰競賽活動提供信息，并發布各種有獎競賽與挑戰大賽活動項目的進展，以及獲得獎勵研究團隊與研究者個人的情況與獲獎信息。InnoCentive公司是一個創新眾包服務和獎勵競爭領域的開拓者，讓公司和組織通過獲得包括客戶、合作伙伴、疑難問題處理方案等多樣化資源，來解決他們最關心的核心問題。InnoCentive是目前美國享譽最高的基于挑戰的創新應用網站，由數百萬疑難問題解決方案提供者組成的網絡和基于云技術服務的平臺，通過一系列解決方案提供和可持續創新項目的開發等方式，從根本上改變創新、研究與發展的模式。

同時，NASA還利用Challenge.gov平臺發布“百年挑戰大賽”、“NASA錦標賽實驗室”計劃與“小行星創新大賽”等重大挑戰項目的賽事公告。Challenge.gov是美國政府2010年9月創建的一個創新競賽網站，主要通過開展有獎競賽與眾包等挑戰大賽活動推動公眾創新研究，為聯邦政府機構和科研單位的核心任務提供有創新性的技術解決方案。截至2015年9月，Challenge.gov網絡平臺共發布有獎競賽與眾包項目640多個，收到解決方案25萬余條，有80個聯邦政府機構提出競賽項目，為競賽獲勝者發放獎金超過2.2億美元。

三、幾點思考

當前，我國創新驅動經濟社會發展進入快車道。2015年6月，國務院頒布《關于大力推進大眾創業萬眾創新若干措施的意見》，要求到2020年基本形成適應創新驅動發展的制度環境和政策法律體系，為進入創新型國家行列提供有力保障。推進大眾創業、萬眾創新，是培育和催生經濟社會發展新動力的必然選擇，是激發全社會創新潛能和創業活力的有效途徑。大眾創業、萬眾創新反映了人類創新發展歷史的一般規律，其在航天領域的落地與推進將為我國載人航天持續發展注入新的活力。

1.構建基于競爭創新平臺，激發全新科研活力

廣大公眾具有無窮智慧與研究潛力，是實現大眾創業、萬眾創新的主力軍。良好的政策體系與網絡平臺，將為大眾創業、萬眾創新提供重要的制度保障。

一是認真研究探索新時期航天創新發展的基本內涵與規律，把握世界載人航天持續發展與創新研究的內在要求。

二是深刻認識廣大公眾創新根本動因，構建有獎競賽式的公開競爭機制，充分調動高技術研究團隊與公眾參與載人航天創新研發的基因。

三是依托“互聯網+”平臺，集眾智搞創新，厚植載人航天持續發展社會土壤，打通創新成果向能力轉化通道，塑造我國載人航天快速發展的競爭優勢。

2.緊緊圍繞任務開展創新，持續提升載人航天活動能力

我國載人航天活動在擴大近地軌道規模的同時，正在向地月空間拓展，在理念、技術、模式等領域都面臨著諸多挑戰。地月空間載人航天飛行，國外雖有成功案例，但由于受當時國際戰略環境與技術條件制約，其經驗仍缺乏借鑒價值與意義。大力開展概念創新、技術創新、途徑創新研究，是提升我國載人航天月球探索的必然要求。

一是針對當前和未來載人航天活動目標，開展發展思路、技術解決方案與能力穩步提升等內容的創新研究。由載人航天工程主管部門發起月球探索概念、思路與策略等方面的競賽式研究活動，向全國廣大公眾征集創新理念。

二是針對載人航天活動面臨的技術難題，開展有獎競賽與眾包的技術創新研發。由載人航天工程各系統根據各自任務目標，采用由易到難設置相應的挑戰競賽項目。把握好公眾創新研究與既有創新研究機構的關系，公眾有獎競賽式創新主要是征詢思路與方法，既有創新研究機構重點在于技術攻關與能力實現。

三是建立創新研發綜合指導機構，通過制定國家長遠目標下的載人航天技術路線圖，認真評估對能力建設有制約影響的技術領域，按照技術優先發展次序與具體能力需求，指導高技術研發團隊與公眾創新研究活動的開展。

3.充分調動高技術研發群體積極性，大力培育創新研究力量

航天系統是集現代高技術于一體的復雜系統。與近地軌道相比，地月空間距離更遠，空間環境更嚴酷，載人航天活動技術更復雜，航天系統對現代高技術創新發展要求更高。目前，以高技術創業園為核心的一大批研發團隊已經形成，其研發成果具有很強的創新性、前瞻性與戰略性，是我國載人航天地月空間探索技術發展的動力源泉。

一是瞄準高技術研發團隊。這類研發機構通常具有國際視野，運行機制靈活，創新氛圍濃厚，成果轉化速度快。吸納其參與地月空間技術創新研究，既可提升我國地月空間探索技術研究起點，又可實現技術成果快速轉化，并形成新的載人航天活動能力。

二是瞄準高校研發人員。載人航天活動涉及學科多，技術領域廣泛，符合高等院校學科與專業建設特點。同時，高校研究人員層次多，研究力量雄厚，且思維活躍，容易形成創新理念與解決方案。建立載人航天工程與各專業高校的溝通渠道，更有利于擴大載人航天影響力，并能為其持續發展吸引和儲備研究力量。

三是瞄準廣大公眾。當前，網絡、大數據與云技術快速發展，使發明家、科學家與工程技術人員以個體為單位的科研活動得以順利開展，成為創新思路與技術研發的一支重要力量。引導這類研究人才進入地月空間技術初始階段研究工作，在概念、思路、方法與途徑等方面都可能取得突破性進展。

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