NASA开放式创新特点研究与思考

●文| 中国国防科技信息中心　 刘映国

NASA开放式创新特点研究与思考

●文| 中国国防科技信息中心 刘映国

白宫2009年9月发布《美国创新战略》后，美国国家航空航天局（NASA）根据其深空探索任务需要，大力推进有奖竞赛与众包等形式的开放式创新活动。文章研究了NASA开放式创新的内涵、主要创新挑战平台与设立的竞赛项目，分析了NASA组建高级管理机构推动挑战竞赛活动发展，紧紧围绕NASA深空探索任务提升未来航天活动能力，设立众多竞赛项目调动公众创新研究积极性，发挥现代网络平台作用，加快创新成果转化效率等特点。同时，论文就我国“万众创新”及地月空间载人航天活动要求，提出构建竞争创新平台激发全新科研活力，围绕地月载人空间探索任务开展创新研究提升国家整体航天能力，吸引高技术研发群体参与“万众创新”培育新的公众研究力量等思考建议。

引言

美国高调宣布“21世纪空间探索新战略”，将载人航天探索目的地确定为“近地轨道以远”后，NASA在原有创新机制基础上，提出“开放式创新”概念，组建相应机构并利用现代网络平台，设立多个“有奖竞赛”和“众包”挑战大赛项目，吸引广大公众参与NASA的创新研究。在我国载人航天活动向地月空间迈进过程中，技术与能力面临巨大挑战，创新研究是我国取得新辉煌夺取新胜利的必然选择。分析研究NASA开放式创新活动特点，对我国在航天领域推进“万众创新”，全面提升我国载人航天活动能力有着重要的现实意义。

一、NASA实施开放式创新概况

开放式创新是NASA应联邦政府在2009年发布的《美国创新战略：确保经济增长与繁荣》倡议，在保持既有创新活动基础上，针对新的环境与任务要求，探索推广的一种创新研究模式。经过几年实践，NASA开放式创新已取得初步成效，并引领其他联邦政府机构创新活动的开展。

1.开放式创新的内涵

NASA认为，公众研究人员足智多谋，有能力解决复杂的问题，利用“有奖竞赛”与“众包（crowdsourcing）”的方式开展“挑战大赛”，其价值在于引导更广泛的公众研究人员参与开放式创新活动。所谓开放式是指吸引特定研究组织与个人之外的不确定的研究力量，参与解决NASA技术问题方案研究活动。目前，“有奖竞赛”和“众包”是NASA实施开放式创新活动的两种基本方式。

“有奖竞赛”是通过提供竞赛奖金激发创新研究，以获得改进NASA任务的潜力。有奖竞赛主办方获得的效益不仅仅是一个简单的结论，还包括从更广阔和深度上挖掘解决方案的潜力，以实现在预期效果之外更为宏大的目标，并发现一些意想不到的高端人才，以及开创新的学科研究领域。

“众包”则通常是通过互联网平台向更多的研究者征求产品、服务、概念或其他内容的研究成果，在满足要求的情况下提供相应的奖金。众包不同于一般的外包模式，即将任务或问题外包给不确定的公众研究人员，而不是特定的和具体的研究团队或个人。

2.开放式创新活动平台

开放式创新活动由NASA首席技术专家办公室领导和协调，具体由“协同创新卓越技术中心”（CoECI） 负责实施。该中心是应白宫科学与技术政策办公室（OSTP）要求于2011年11月组建，目的是利用众包的潜在影响提升NASA的能力，以加速推进NASA的创新研究与持续发展。

CoECI 作为创新集成机构，负责“NASA创新展示”平台、“NASA锦标赛实验室”计划与NASA@work网站等平台的管理。

“NASA创新展示”平台是在InnoCentive公司网站上建立的创新研究者网上平台，为创新研究提供挑战赛事信息，若解决方案确实符合发起组织者的要求则提供相应的奖励经费。

“NASA锦标赛实验室”计划是由NASA、哈佛大学、TopCoder网站及Tongal公司等12个机构联合开发的一个竞赛平台，见图1，具有研究与数据分析、技术预警与支持NASA内部人员开展挑战大赛的功能。

图1　NASA锦标赛实验室计划平台

NASA@work是一个NASA内部协作平台，在InnoCentive官网上基于个人网络环境建立的NASA机构所有领域专业的个人知识交流平台。

此外，NASA还利用Challenge.gov网站发布“百年挑战大赛”、“NASA锦标赛实验室”计划及“小行星挑战大赛”等重要赛事公告。Challenge.gov网站由美国联邦勤务总署（GSA）监管的在线挑战大赛平台，准许美国政府机构与个人参与。该平台是美国政府通过有奖竞赛与挑战大赛推动创新活动开展的一个最具里程碑意义的网络平台。

3.开放式创新项目

NASA设立的研究开发项目很多，其预算经费也十分庞大。其中，用于开放式创新研究的项目和经费，主要是激励具有彻底改变航天系统与活动的创新思想与变革性技术，并能够带动航天工业的革命。近年来，NASA在原有“百年挑战大赛”计划基础上，又设立了多个“有奖竞赛”与“众包”的挑战大赛项目。这些项目都纳入到《NASA年度预算计划》之中，按照近期、中期与长期3个阶段研究目标给予经费支持。

中心创新基金项目旨在激发和鼓励NASA各中心内部研究人员的创造性与创新活动，重点是满足NASA与联邦政府在技术方面的需求。

飞行机会项目是为航天技术在相应环境中演示验证提供机会，目标是培育亚轨道运输系统可重复使用商业化发展。

改变游戏规则研发项目旨在识别和加快发展具有重要影响的能力与技术的创新，通过对各种奇思妙想的评估，探寻对彻底变革未来航天任务具有巨大潜力的方法途径。

NASA创新先进概念（NIAC）项目旨在加快具有远见卓识思想的成熟，以使NASA未来任务出现突破性进展，即产生全新的航空航天结构、体系与任务，并吸引美国创新研究人员与企业参与到变革之中。该项目重点是规划对创新性可信技术与先进概念开展早期研究，以实现变革未来航空航天工业的梦想，其研究范围主要确定在技术成熟度1—2或3前期的技术。

小企业创新研究（SBIR）与小企业技术转让（STTR）项目是为小型高技术企业和研究团队提供参加由政府发起的研发机会，这些研发工作都是十分关键的技术领域。

小型航天器技术计划的主要目标是确认和支持新型分系统技术的研发，以提升和拓展小型航天器的技术与能力，并为其飞行演示验证提供支持。该项目还在寻求将小型航天器作为技术与能力试验与演示验证平台，以证明这些能力与技术在各种规格航天器与系统中应用的可行性。

航天技术研究助学金项目旨在加速“推动”技术的发展，以支持NASA未来航天科学与探索活动、其他联邦政府与商业航天部门的需求。

技术演示验证任务（TDM）旨在需求与可能、科学技术挑战与技术创新活动、实验室开发与空间演示验证等之间架起沟通桥梁，重点是在推进由实验室验证技术向飞行演示验证成熟发展。

此外，NASA首席技术专家办公室在2013年6月启动了“小行星挑战大赛”计划。小行星挑战大赛是配合NASA当前“小行星重定向”任务而设立，旨在探查对人类有威胁的所有小行星，并研究如何处置这些威胁。该项目旨在加强多学科协同，与其他政府机构、国际合作者、工业界、学术界、公众、科学家等各类研究人员，联合探测、跟踪、表征并形成潜在风险小行星减缓战略。

二、NASA开放式创新的主要特点

美国白宫科学技术政策办公室在2013年提交国会《政府有奖竞赛报告》中指出，“从‘百年挑战大赛’计划到NASA‘开放式创新展示’和‘锦标赛实验室’计划，NASA在有奖竞赛和众包等挑战大赛方面取得了丰富而深厚的经验。通过创建‘协同创新卓越技术中心’极大提升了NASA各中心与任务部的专业技能，并带动了其他联邦政府机构开放式创新工作。经过近几年实践，NASA开放式创新研究取得较大成效，其做法受到美国政府高层的重视，并为其未来深空探索任务提供了重要支撑。

1.组建高级管理机构，推动开放式创新研究深入发展

NASA的技术研发管理工作主要由为NASA总部服务的首席技术专家办公室负责。首席技术专家办公室是NASA管理层在技术政策与计划领域的重要咨询机构，为NASA技术研发与开放式创新活动制定战略规划，并指导各项活动的顺利开展。同时，该机构还在全局层面发挥着技术协调作用，通过与NASA各任务部和各中心的协调，以保证NASA的技术投资在满足任务需求的同时，填补各类技术空白，满足未来预期要求，以及最大限度减少重复研究。

首席技术专家办公室在开放式创新方面的具体职责，是领导和协调NASA各级机构开展的有奖竞赛与挑战大赛活动，以激励创新并鼓励各类人员参与到创新活动中来。其中，“百年挑战大赛”和“小行星挑战大赛”由首席技术专家办公室直接领导。

NASA开展的其他开放式创新项目，由2011年组建的CoECI进行指导和管理。首先，CoECI应白宫科学技术政府办公室要求，持续为NASA和各联邦政府机构的团队提供指导，主要是对实施基于创新的挑战大赛活动，从问题定义、激励机制设计到分任务解决方案的评估提供支持。这种面对面的指导旨在帮助各政府机构尽快拥有使用“众包”挑战大赛的实践经验。其次，针对具体管理的开放式创新研究项目，CoECI的具体任务：一是利用公众研究力量形成新的思想、解决难题技术方案或进行技术预警；二是落实挑战大赛的计划与实施，包括范围、研发、费用与进度的管理，以及成果应用与奖金发放；三是训练与共享最好的实践经验；四是测定影响效果。

2.紧紧围绕NASA任务，着力提升未来航天活动能力

首席技术专家办公室担负着NASA层面的战略技术整合职责，组织拟制NASA的《航天技术路线图》与《战略航天技术投资规划》等文件，目的是指导与协调各任务部与各中心技术研发活动。按照NASA要求，航天技术路线图每四年更新一次，战略航天技术投资规划每两年更新一次，从而使技术研发活动与国家航天任务结合更加紧密。

从NASA开放式创新活动安排的项目看，主要是根据《航天技术路线图》确定的任务能力需求，针对技术成熟度较低（1—2和3早期）技术开展探索性研究。根据NASA的统计，2016年第一季度安排的400余项早期阶段技术研究项目都来自《航天技术路线图》15个技术领域（含航空领域）。其中，超过70%的项目属于航天技术可“推进”能力发展的8个领域。

在《NASA 2017财年预算申请》中明确要求，“航天技术研究与发展”类计划项目要开发和演示具有影响力的技术解决方案与提升措施，从而使NASA的任务具有更强能力、经济可承受性与可靠性。该类计划项目投资方向主要是空间机器人、自主技术、结构、材料、制造、通信与计算等，通过有奖竞赛与众包的创新研究模式，形成新的概念、技术与解决方案。

“协同创新卓越技术中心”要求所有挑战竞赛项目都必须面向NASA研究人员的现实任务需求，以形成更具创新、高效与优化的解决方案。其主导的“NASA锦标赛实验室”计划，作为NASA研究人员“预订”解决方案的在线实用设施，并能够提供实验环境与设备。

3.设立众多竞赛项目，充分调动公众创新研究积极性

目前，纳入《NASA年度预算计划》的开放式创新计划项目有10个类别，统一安排在“航天技术研究与发展”大类项目之下，每个类别又分解出多个具体的研究项目。每个类别的计划项目都有固定的预算经费，用于各个分解项目的奖励费用。在《2017财年预算申请报告》中，NASA为“航天技术研究与发展”项目申请预算经费5.79亿美元，加上单列的小企业创新研究与小企业技术转让（SBIR&STTR）计划与技术创新计划，航天技术研发总经费达到8.267亿美元。

值得关注的NASA“百年挑战大赛”计划始于2005年，一开始就本着引导公众参与到先进技术研发过程中的宗旨，为NASA未来任务涉及的问题提供革命性解决方案。该项目要求只奖励那些微小企业、学生团队和研究者个人等独立发明人。在《NASA年度预算计划》中有400万美元用于该计划的奖励经费，并允许随着竞赛范围与领域的扩大增加经费预算，并不断扩大公众发明人参加NASA研究与开发的机会。2016年第一季度，该计划下设立的竞赛项目包括：取样返回机器人挑战赛（150万美元）、3D打印居住舱挑战赛（225万美元）、火星下降飞行器有奖竞赛与立方体卫星征集挑战赛（500万美元）。

“航天技术研究助学金计划”旨在加速低技术成熟度（TRL）航天技术的研发，以支持NASA未来空间科学与探索任务的需要。该计划主要是通过NASA航天技术研究奖学金（NSTRF）、早期职业学院奖（ECF）和早期阶段创新（ESI）奖等3个竞赛项目，吸引各类研究层次的大学生参加。NSTRF项目要求其应用要满足《航天技术路线图》所列技术要求，而ECF与ESI的主题项目还必须与NASA各任务部和《战略航天技术投资规划》规定的优先发展技术要求相一致。同时，所有研究主题项目代表的领域在理论上要切实具有实现重大创新的预期。

NASA设立这些具有竞争性研究项目的目的，重点在于发展高能太阳电子推进，生命保障与资源利用，进入、下降与着陆，空间无人系统，光学通信，深空导航，轻质材料结构与空间观测等未来航天活动的能力。通过开展这些领域低技术成熟度技术的开发研究，一方面是吸引和激励下一代发明人、科学家与工程师有机会进入航天技术研究领域，另一方面则是开发新思想、新技术途径与新的能力，为变革NASA未来航天任务提供技术支撑。

4.充分发挥现代网络平台作用，加快创新成果转化效率

为推动开放式创新研究活动的开展，协同创新卓越技术中心设立了“NASA锦标赛实验室”计划，旨在利用现代网络为研究活动的供需双方提供更为便利的交流平台，实现创新研究成果的快速转化。

“NASA锦标赛实验室”是一种在线的实用设施，旨在使用众包方式解决NASA挑战大赛问题。从2011年开始，NASA的研究人员、科学家与工程技术人员通过NASA锦标赛计划发布了大量的挑战大赛信息，征求各种奇思妙想或解决方案，以加速研究与开发工作，提高算法性能，以及寻求新的思想与方法来支持NASA的任务。NASA锦标赛实验室提供各种广泛的开放式创新平台，以引导众包团队在挑战大赛中产生更具创新性、更高效与更优化的解决方案，以满足NASA与联邦政府机构面临的现实挑战需求。

该计划下的“NASA创新展示”互动平台建立在InnoCentive公司的网站上，为研究团队或研究者个人参加挑战竞赛活动提供信息，并发布各种有奖竞赛与挑战大赛活动项目的进展，以及获得奖励研究团队与研究者个人的情况与获奖信息。InnoCentive公司是一个创新众包服务和奖励竞争领域的开拓者，让公司和组织通过获得包括客户、合作伙伴、疑难问题处理方案等多样化资源，来解决他们最关心的核心问题。InnoCentive是目前美国享誉最高的基于挑战的创新应用网站，由数百万疑难问题解决方案提供者组成的网络和基于云技术服务的平台，通过一系列解决方案提供和可持续创新项目的开发等方式，从根本上改变创新、研究与发展的模式。

同时，NASA还利用Challenge.gov平台发布“百年挑战大赛”、“NASA锦标赛实验室”计划与“小行星创新大赛”等重大挑战项目的赛事公告。Challenge.gov是美国政府2010年9月创建的一个创新竞赛网站，主要通过开展有奖竞赛与众包等挑战大赛活动推动公众创新研究，为联邦政府机构和科研单位的核心任务提供有创新性的技术解决方案。截至2015年9月，Challenge.gov网络平台共发布有奖竞赛与众包项目640多个，收到解决方案25万余条，有80个联邦政府机构提出竞赛项目，为竞赛获胜者发放奖金超过2.2亿美元。

三、几点思考

当前，我国创新驱动经济社会发展进入快车道。2015年6月，国务院颁布《关于大力推进大众创业万众创新若干措施的意见》，要求到2020年基本形成适应创新驱动发展的制度环境和政策法律体系，为进入创新型国家行列提供有力保障。推进大众创业、万众创新，是培育和催生经济社会发展新动力的必然选择，是激发全社会创新潜能和创业活力的有效途径。大众创业、万众创新反映了人类创新发展历史的一般规律，其在航天领域的落地与推进将为我国载人航天持续发展注入新的活力。

1.构建基于竞争创新平台，激发全新科研活力

广大公众具有无穷智慧与研究潜力，是实现大众创业、万众创新的主力军。良好的政策体系与网络平台，将为大众创业、万众创新提供重要的制度保障。

一是认真研究探索新时期航天创新发展的基本内涵与规律，把握世界载人航天持续发展与创新研究的内在要求。

二是深刻认识广大公众创新根本动因，构建有奖竞赛式的公开竞争机制，充分调动高技术研究团队与公众参与载人航天创新研发的基因。

三是依托“互联网+”平台，集众智搞创新，厚植载人航天持续发展社会土壤，打通创新成果向能力转化通道，塑造我国载人航天快速发展的竞争优势。

2.紧紧围绕任务开展创新，持续提升载人航天活动能力

我国载人航天活动在扩大近地轨道规模的同时，正在向地月空间拓展，在理念、技术、模式等领域都面临着诸多挑战。地月空间载人航天飞行，国外虽有成功案例，但由于受当时国际战略环境与技术条件制约，其经验仍缺乏借鉴价值与意义。大力开展概念创新、技术创新、途径创新研究，是提升我国载人航天月球探索的必然要求。

一是针对当前和未来载人航天活动目标，开展发展思路、技术解决方案与能力稳步提升等内容的创新研究。由载人航天工程主管部门发起月球探索概念、思路与策略等方面的竞赛式研究活动，向全国广大公众征集创新理念。

二是针对载人航天活动面临的技术难题，开展有奖竞赛与众包的技术创新研发。由载人航天工程各系统根据各自任务目标，采用由易到难设置相应的挑战竞赛项目。把握好公众创新研究与既有创新研究机构的关系，公众有奖竞赛式创新主要是征询思路与方法，既有创新研究机构重点在于技术攻关与能力实现。

三是建立创新研发综合指导机构，通过制定国家长远目标下的载人航天技术路线图，认真评估对能力建设有制约影响的技术领域，按照技术优先发展次序与具体能力需求，指导高技术研发团队与公众创新研究活动的开展。

3.充分调动高技术研发群体积极性，大力培育创新研究力量

航天系统是集现代高技术于一体的复杂系统。与近地轨道相比，地月空间距离更远，空间环境更严酷，载人航天活动技术更复杂，航天系统对现代高技术创新发展要求更高。目前，以高技术创业园为核心的一大批研发团队已经形成，其研发成果具有很强的创新性、前瞻性与战略性，是我国载人航天地月空间探索技术发展的动力源泉。

一是瞄准高技术研发团队。这类研发机构通常具有国际视野，运行机制灵活，创新氛围浓厚，成果转化速度快。吸纳其参与地月空间技术创新研究，既可提升我国地月空间探索技术研究起点，又可实现技术成果快速转化，并形成新的载人航天活动能力。

二是瞄准高校研发人员。载人航天活动涉及学科多，技术领域广泛，符合高等院校学科与专业建设特点。同时，高校研究人员层次多，研究力量雄厚，且思维活跃，容易形成创新理念与解决方案。建立载人航天工程与各专业高校的沟通渠道，更有利于扩大载人航天影响力，并能为其持续发展吸引和储备研究力量。

三是瞄准广大公众。当前，网络、大数据与云技术快速发展，使发明家、科学家与工程技术人员以个体为单位的科研活动得以顺利开展，成为创新思路与技术研发的一支重要力量。引导这类研究人才进入地月空间技术初始阶段研究工作，在概念、思路、方法与途径等方面都可能取得突破性进展。

［1］ NASA Open lnnovation. ［EB/OL］.http: //NASA.gov. organization.OCT/

［2］ The CoECl Story on April 30， 2015 Credits: NASA ［EB/ OL］. http: //NASA.gov.CoECl/

［3］ NASA Tournament Lab Capabilities Credits ［EB/OL］. http: //NASA.gov.CoECl/

［4］ What is the Asteroid Grand Challenge？ ［EB/OL］.http: //NASA.gov.News/

［5］ NASA Uses Crowdsourcing for Open lnnovation Contracts ［EB/OL］. http: //NASA.gov.News/

［6］ NASA Announces Asteroid Grand Challenge : NASA/Bill lngalls ［EB/OL］. http: //NASA.gov.News/

［7］ NASA’s Centennial Challenges Overview. ［EB/OL］.http: //NASA.gov.organization.OCT/

［8］ The Chief Technologist at NASA ［EB/OL］. http: // NASA.gov.organization.OCT/

［9］ NASA technology Executive Council ［EB/OL］. http: // NASA.gov.organization.OCT/

［10］ Space Technology Research and Development: NASA’s FY 2017 BUDGET ESTlMATES

［11］ Space Technology Grows Capabilities， Reduces Costs，and Drives Exploration: NASA’s FY 2017 BUDGET ESTlMATES. ［EB/OL］.http: //NASA.gov.organization.OCT/

［12］ NASA’s Technology Roadmaps. ［EB/OL］.http: //NASA. gov.organization.OCT/

［13］ NASA’s Strategic Technology lnvestment Plan. ［EB/ OL］.http: //NASA.gov.organization.OCT/

［14］ lnnovate With lnnoCentive. lntroduction to lnnoCentive ［EB/OL］.http: //lnnoCentive.com/

［15］ Government challenge， Your Solutions.lntroduction to Challenge.gov ［EB/OL］.http: //listing Challenge.gov