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廖孟豪 ¦ 美军2020财年高超声速科研预算暴涨百分之九十四

廖孟豪 空天防务观察 2021-02-01

20193月,美国防部各军种和直属机构在官方网站上陆续公布了2020财年国防预算申请文件。美国防部公布的2020财年预算申请概要文件明确指出,美军2020财年在高超声速领域(含反高超)申请的科研经费预算总额高达26亿美元,并计划在2020-2024财年累计申请105亿美元。经统计(详见注释1),美国防部2020财在高超声速领域申请的科研预算总额为22.2亿美元(尚有约3.8亿美元预算无法精确统计,占比约14.6%),相比2019财年申请的11.45亿美元增长94%,相比2019财年获批的14.49亿美元增长53.1%,再次创下近十年来的历史新高,充分体现了美国防部研究与工程副部长将“高超声速”列为第一要务的重视地位。总体上,美军加速推动陆海空4型高超声速导弹型号研制和快速部署,是2020财年美军高超声速科研预算翻倍式暴涨的主要原因。

 

/*注释1关于统计口径的说明:美军国防预算按三个等级的科研活动来编制,从大到小分别是“计划”、“项目”和“课题”(分别对应预算文件中的“ProgramElement/PE”、 Project”和“Title”)。其中,“课题”作为最小的预算编制单元,会在预算文件中分别列出上一财年、本财年和下一财年的年度预算额,以及相应财年已完成或计划完成的科研内容条目,而科研内容条目则通常不会单独编制预算。本文只统计“课题”级及以上的高超声速技术科研活动预算。本文所述“统计”,均为该口径的统计。尽管这是一种不完全统计方法,但通过对比印证,该统计方法能够有效反映出美军高超声速科研预算的主体内容。*/

 

一、美军2020财年高超声速科研预算总体分布情况

美国防部2020财年申请预算总额约7180亿美元,其中科研预算总额约1042亿美元,分别比去年提交的2019财年申请额增加4.7%12.8%。在全军科研预算中,高超声速科研预算总额超过22.2亿美元,占2.1%,比去年(占比1.4%)扩大了0.7个百分点。

从主管机构来看,主要分布在空军、海军、陆军、国防高级研究计划局(DARPA)、国防部长办公厅(OSD)和导弹防御局(MDA),主要用于高超声速导弹、高超声速飞机动力和可重复使用航天运载器的关键技术攻关、演示验证和原型机研制等科研工作。其中空军占比最大,约7.07亿美元,占31.8%MDA占比最小,约1.57亿美元,占7.1%;海军、陆军、DARPAOSD分别为6.01亿美元、2.28亿美元、3.24亿美元和2.04亿美元。从2020财年开始,美海军和陆军的大力参与,意味着美军高超声速装备和技术研究工作已经在全军三大军种和三个直属科研机构全面展开。

美国防部2020财年高超声速领域申请预算总体分布概况(中国航空工业发展研究中心,廖孟豪制图)

按科研活动类型划分,2020财年申请的22.2亿美元预算总额中,占比最大的是“先进部件发展与原型机”类(6.4类)加“系统发展与演示验证”类(6.5类),总额约16.69亿美元,占75.2%同比去年提交的2019财年预算申请额增长211%全部用于支持陆海空三军立项开展的4型高超声速助推滑翔导弹型号研制工作。其次是“先进技术发展”类(6.3类)科研预算,总额约4.88亿,占22%,同比增长13%,主要由美空军和DARPA投向战术级高超声速导弹、高超声速飞机用涡轮基组合冲压发动机(TBCC)和火箭动力可重复使用空天运载飞行器等飞行演示验证或地面集成验证科研活动。最小的部分为“应用研究”类(6.2类)科研预算,总额约0.63亿,占5.5%,同比增长10.7%,主要由美空军投向高超飞行器总体与气动、热防护材料、高速/高超声速结构和超燃冲压发动机等共性技术的持续发展。

 美国国防部2020财年高超声速领域申请预算金额较大的型号研制和系统级演示验证项目

需要说明的是,在以上统计获得的22.2亿美元之外,美军在预算文件中还公开编列了大量“课题”级以下的高超声速技术科研工作,涵盖了面向高超声速导弹和飞机等应用背景的自适应制导与控制、高速涡轮发动机、导航、导引头、战斗部、数值仿真、试验等技术的研发以及高超声速地面风洞、特种环境试验、大气数据测量、试飞测控等设施的维护、升级和改造。这其中不乏投资数千万甚至上亿美元的科研活动,但由于预算编制等级不够,无法分离出其中投在相关高超声速技术上的预算的准确数额,因此未纳入本文统计范畴。这也是本文统计总额(即22.2亿美元)与美国防部公布的实际总额(即26亿美元)之间存在约3.8亿美元差额的主要原因。

二、美军高超声速科研预算总额连续三年大幅增长,屡次刷新近十年来的总额纪录

统计发现(下图),20102016财年,美军全军高超预算总额保持在24亿美元区间浮动,2017财年增长到近5亿美元,2018-2020财年连续实现三级跳,依次暴涨至10亿美元、15美元和22美元规模。近三年呈现出快速大幅增长的态势。近十来年,空军和DARPA保持了稳步增长,主要用于高超声速导弹、飞机和航天运载器的技术攻关和演示验证。近三年来,随着高超声速导弹特别是高超声速助推滑翔导弹技术的逐步成熟,陆军、海军和空军均启动了高超声速助推滑翔导弹型号研制项目,相应科研预算也呈现出量级上的提升。

美国国防部主要部门20102020财年在高超声速领域的年度预算(中国航空工业发展研究中心,廖孟豪制图)

20102020财年,美军在高超声速技术领域的累计投资约71.7亿美元。其中美空军约23.3亿,主要用于高超声速导弹和飞机涉及的总体、气动、材料、结构、动力等技术攻关以及高超声速导弹飞行演示验证和型号研制。DARPA投入约12亿,主要用于高超声速导弹和火箭动力可重复使用空天运载飞行器等飞行验证和高超声速飞机用TBCC发动机地面集成验证。OSD、海军和陆军总共32.8亿美元,几乎全部用于战略战役级高超声速助推滑翔导弹的技术攻关、飞行验证和型号研制,曾支持HTV-2AHW等项目完成了5次飞行试验。

从近十年的数据上看,OSD是美军在高超声速科研领域投资最多的部门。但实际上,虽然美空军的投资总额并不是最多的,但却是投向最广泛的,涵盖了高超声速飞行器总体、气动、材料、结构、动力、制导、传感器以及试验设施等多个专业方向,且既有单项技术攻关,也有技术集成验证,是实际的投资主体。OSD虽投资数额巨大,但几乎只投给了CPGS项目,性质相当于专项专款,该项目耗资巨大主要是因为其研发的战略战役级高超声速助推滑翔导弹尺寸规模较大且优先级高。

三、美军未来五年高超声速科研预算总体仍将处于高位,但布局发生重大变化

美国防部预算申请文件会对“项目”(Project)级科研活动编制未来五年的预算计划。统计表明,美军高超声速科研“项目”预算总额在20202024财年仍将处于高位水平(见下图,该图统计数据不含“课题”级科研活动,如DARPA的全部高超声速科研活动),但空军和OSD的预算金额显著下降,海军、陆军和MDA围绕高超声速导弹攻防技术研发和型号研制,变成未来几年的投资大户。

美军全部高超声速科研“项目”20102024财年期间年度预算/万美元(其中20202024财年为计划申请的金额,其余为已划拨或批准金额)(中国航空工业发展研究中心,廖孟豪制图)

未来五年,美空军全部高超科研“项目”预算总额将呈现下降趋势,直接原因是“空射快速响应武器(ARRW)”和“高超声速常规打击武器(HCSW)”两个型号项目的预算在2022财年前结束。可以预见,ARRWHCSW极可能将在2022财年完成导弹原型机研制和试飞,并转阶段进入批量生产,届时相应预算很可能转入采购类预算,而不再在科研类预算中编列。两个型号项目结束后,空军高超声速科研预算水平重新回归到1亿美元量级,继续稳步推进高超声速飞行器特别是高超声速飞机技术的研发与成熟,为下一个高超声速科研投资高峰——高超声速飞机型号研制做好技术储备。

另外一个更加重要的变化是,OSD“常规快速全球打击”(CPGS)项目经过十余年的技术攻关与验证,相关技术已经成熟,从2020财年开始向导弹装备转化,相关科研经费也相应转移到陆海空三军的3个高超声速助推滑翔导弹型号(LBHMCPSHCSW)。统计显示,3型导弹型号项目未来五年投资总额高达67.1亿美元,其中以海军CPS项目研制的潜射型投资最大,未来五年投资高达52.5亿美元。CPS项目耗资过大,可能的原因包括1)潜射型比空射型和陆射型要求更高,条件保障投入大;2)潜射型要求全新研制一型导弹助推器,而空射型和陆射型则不需要新研。

此外,针对高超声速导弹威胁,MDA继续稳步发展高超声速导弹防御技术,从2018财年开始启动PE级“高超声速防御”项目,计划在20182024财年累计申请8.53亿美元,专项开展相关技术研究与验证工作。

四、结束语

2016年以来,美国国防部原副部长罗伯特·沃克、参联会副主席保罗·席尔瓦等多位高层领导都公开发表过美国已经丧失高超技术领先地位的言论,明确表达了美在高超领域的强烈危机感。2018年,新任美国防部研究与工程副部长格林芬将高超声速列为其任期的“第一要务”。美国防部在2020财年预算申请概要文件中明确提出了重点投资的四大战略性新兴技术:高超声速(26亿美元)、无人/自主(37亿美元)、人工智能/机器学习(9.27亿美元)、定向能(2.35亿美元);并计划在未来五年密集开展40余次飞行试验。高层领导的战略重视、多军种多部门的全面参与、数额巨大的资金投入、密集开展的飞行试验,美军高超声速武器装备发展已进入新一轮的黄金时代。

廖孟豪先生已为《空天防务观察》提供41篇专栏文章,如下表:

序号

篇名

发表日期

1

美空军高超声速飞机发展进展与展望

2015年3月2日

2

美军未来高超声速导弹武器体系初露端倪

3月16日

3

美空军SBIR/STTR计划透露未来高超声速飞机若干战技指标

6月29日

4

美国防高级研究计划局准备开展高超飞机全尺寸涡轮基组合发动机地面集成验证

2016年4月20日

5

“排空驭气奔如电,升天入地求之遍”——深度解读DARPA高超声速飞机及其动力发展构想

8月16日

6

印度是不是第四个完成超燃冲压发动机带飞点火试验的国家?

9月19日

7

美国防高级研究计划局选定洛马公司研制战术级高超声速助推滑翔弹演示验证弹

9月21日

8

英反作用发动机公司详细披露“佩刀”空天发动机1/4缩比验证机研制计划

9月23日

9

洛马再下一城——美国防高级研究计划局选定洛马公司研制战术级高超声速巡航导弹演示验证弹

9月25日

10

美空军正式公布基于“佩刀”空天发动机的水平起降两级入轨飞行器概念方案

9月27日

11

“三步走”变“六步走”——美空军高超声速飞机发展路线预测

12月2日

12

洛马还没笑到最后,波音已经痛失好局——美军高超声速巡航导弹最新动向

12月5日

13

2016年度国外高超声速飞行器发展动向综述

2017年2月17日

14

美国家科学院:美军应加速对等发展高超声速武器以应对中、俄威胁

2月20日

15

颠覆性创新:英国新兴企业推出马赫数5级混合动力高超声速飞机概念

2月27日

16

美国智库发布报告,呼吁美军将高超声速武器纳入“第三次抵消战略”并加大加快预算投入

4月21日

17

美空军装备采办部门启动高超声速ISR飞机基础科研项目,为装备采办奠定基础

4月26日

18

需求、技术、预算正在齐备,美军高超声速导弹将随时转入装备采办

7月21日

19

“只争朝夕”——美空军正式启动空射型高超声速导弹装备采办

7月23日

20

透视美军新型常规战略武器——美海军潜射型高超声速助推滑翔导弹

11月10日

21

一衣带水处,破浪又乘风——日本计划启动高速助推滑翔导弹关键技术开发及验证项目

11月29日

22

美国高超声速飞机技术在研项目布局概况

2018年1月11日

23

美国波音公司公布高超声速飞机计划,开启双雄争霸新局面

1月15日

24

2017年度国外高超声速飞行器发展综述

1月31日

25

美军2019财年高超声速科研预算暴涨63%,总额超过10亿美元

3月6日

26

美军高超声速导弹科研布局发生重大调整,将迎来井喷式发展

3月8日

27

俄罗斯“匕首”空射高超声速导弹综述及研判

3月23日

28

俄罗斯“先锋”高超声速助推滑翔导弹综述及研判

4月12日

29

美空军文件披露“高超声速常规打击武器”等项目更多信息

6月12日

30

高超攻防:美、俄着力发展和增强高超声速作战装备与能力

7月18日

31

高超攻防2:波音展望高超运输机;美军空射高超助推滑翔导弹编号AGM-183A,助推器地面热试车

8月15日

32

美空军ARRW和HCSW高超声速导弹项目最新动向

8月16日

33

美国企业公布高超声速飞行试验平台概念方案及研制计划

9月28日

34

高超攻防3:美国X-60A飞行研究机;美军打击武器的2020年和2028年节点;日本的进击;诺格公司的防御构想

10月8日

35

高超攻防4:美国海陆空高超声速助推滑翔导弹披露更多重要细节;DARPA顺利推进高超声速飞机TBCC发动机地面验证;MDA授出21份高超声速防御系统概念研究合同

10月24日

36

高超攻防5:DARPA在高超声速攻防两端同时发力,“作战火力”项目和“滑翔破坏者”项目取得新动向

11月20日

37

高超攻防6:美海军稳步快速推进潜射型中程高超声速助推滑翔导弹新型助推器技术验证项目,俄媒连续披露高超声速导弹研制进展

12月10日

38

高超攻防7:美授出两型高超声速助推滑翔导弹火箭助推器验证合同,俄成功完成“先锋”和“锆石”试射

2019年1月2日

39

 2018年度国外高超声速飞行器发展动向盘点

2月25日

40

高超攻防8:美军加速推动高超声速助推滑翔导弹研制,俄官方首次披露“锆石”高超声速导弹核心战技指标

3月19日

41

美军2020财年高超声速科研预算暴涨百分之九十四(即本篇)

4月8日

有兴趣的读者,可点击相关文章的“篇名”阅读原文。

(中国航空工业发展研究中心  廖孟豪)

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本篇供稿:系统工程研究所 

运 营:李沅栩



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