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美军2021财年高超声速科研预算分析
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来源：战术导弹技术
作者：张灿，郭杰
摘要：基于2021财年美国国防部直属机构和各军种公布的研究、开发、试验与鉴定（RDT&E）预算文件，结合2017—2020财年国防预算文件，对美国当前高超声速技术科研领域的经费投入情况进行了全面的梳理，并从整体科研布局、军兵种经费配置结构、科研活动类目、细分技术领域等多个维度进行了统计分析。在此基础上，结合具体的科研项目经费规划和研究进展情况，分别对美国当前高超声速导弹、高超声速可重复使用平台以及高超声速防御的发展态势进行了分析。
关键词：高超声速 国防预算 导弹 可重复使用平台 防御
2020年2月，美国公布2021财年国防预算申请文件，其中研发预算申请总额高达1066亿美元，创下历史最高记录。美军2021财年研发预算重点支持新兴技术的开发，包括高超声速、人工智能、5G/微电子和自主平台技术四大关键技术领域。基于各机构公布的RDT&E预算文件，本文按照关键词搜索，对课题级别及以上高超声速科研活动进行筛选和统计分析。因部分科研活动的研究内容涉及高超声速技术，但无法剥离出高超声速研究专项预算，故仅能作不完全统计。
1.1 美国高超声速技术科研布局
美国国防部在2021财年预算申请概要文件中明确指出，2021财年高超声速科研预算申请总额高达32亿美元（包括高超声速防御方面），相比上一财年的申请额增长23.1%。而按照本文统计口径，美军2021财年高超声速预算申请总额为30.66亿美元，相比2020财年申请的24.97亿美元增长22.8%，相比2020财年批复的30.27亿美元增长1.3%。与官方公布的数据相比，有约1.3亿美元无法精确统计，主要原因是预算编列的课题项目存在无法准确剥离出高超声速科研经费的情况。例如OSD的重大试验与评估投资计划（CTEIP）试验项目涵盖高超声速、赛博/电子战等多个领域，在2021财年申请了4.22亿美元预算，但未给出针对高超声速领域的经费，因此无法将此类项目纳入统计。
如图1所示，美国高超声速科研经费投入总额在2016—2020财年期间持续大幅提升，2021财年与2020财年基本持平。美军2015—2019财年高超声速科研执行经费总额分别为5.00亿美元、4.79亿美元、7.19亿美元、11.85亿美元及19.39亿美元。
图1 美军2015—2021财年高超声速领域科研预算经费投入
具体到高超声速科研项目数量，经统计，美国空军在2021财年编列20个项目，海军编列3个项目，陆军编列5个项目，OSD编列9个项目，DARPA编列6个项目，MDA编列9个项目。其中，有30个项目为上一财年的延续性项目。除海军之外，各机构均有项目调整。
1.2 军种部门经费配置结构分析
从2021财年不同军种部门经费申请情况来看，海军和陆军经费申请总额均明显上升；空军有所下滑，打破了其自2015财年以来占据经费申请主导地位的局面。与此同时，DARPA和OSD申请的经费明显减少，MDA经费呈上涨趋势，如图2所示。
究其原因，空军在2020年正式取消高超声速常规打击武器（HCSW）项目，直接导致其经费需求大幅减少。海军正式从OSD手中接管常规快速打击计划（CPS）项目，陆军的远程高超声速武器（LRHW）项目同步推进滑翔弹头量产和发射装置设计开发，这使得海军和陆军在高超声速武器研发领域的经费投入暴涨。高超声速和弹道跟踪天基传感器（HBTSS）项目以及多个高超防御项目的推进也使得MDA经费需求大增。
图2 美国国防部各机构2015—2021财年高超声速领域科研预算经费投入
从经费分配结构来看，空军、海军和陆军等直接用户占据了一半以上的经费投入，而OSD、DARPA等预研部门经费呈现逐渐萎缩态势。如图3所示，在2015—2021财年，空军投入总经费最多，年平均投入5.56亿美元，占比35.6%；其次是OSD，年平均投入2.80亿美元，占比18.0%；海军年平均投入2.25亿美元，占比14.4%；DARPA年平均投入1.85亿美元，占比11.9%；陆军年平均投入1.83亿美元，占比11.7%；MDA投入最少，为1.31亿美元，占比8.4%。但值得一提的是，以2020财年为起点，陆军和海军均规划在未来5年继续保持高昂的经费投入，年投入占比将会大幅提升。
图3 美国国防部各机构在2015—2021财年的高超声速领域科研经费投入年平均值
1.3 科研活动类目经费配置结构分析
从2015—2021财年高超声速科研活动类目的预算结构来看，经费配置重心向先期部件研制与样机开发（BA6.4）以上科研活动倾斜。
如图4所示，2015与2016财年经费结构比例大致相同，重点投入应用研究（BA6.2）与先期技术发展（BA6.3），约占总投入比的72%—78%。2017与2018财年经费结构出现明显的过渡变化，BA6.4的经费投入占比由2.4%增加至14%。
如图5所示，2015—2021财年期间，美国防部在持续稳定BA6.3以下项目经费投入的同时，大力推进先期部件研制与样机开发项目，并且持续将少量经费投入管理支持与作战系统开发项目中。其中，BA6.4经费总量显著提升，短期内出现呈指数增长趋势，其经费占比从0%升至80%，主要原因是美军将高超声速武器化视为当前工作重心，同步推动多个高超声速导弹研制项目，并加大对高超声速防御的投入。
表1 美国防部2015—2021财年高超领域科研预算经费投入 （单位/百万美元）
预算活动（BA）类目 | FY2015 | FY2016 | FY2017 | FY2018 | FY2019 | FY2020 | FY2021 |
BA6.1 基础研究 | 44.086 | 30.152 | 30.090 | 29.527 | 29.17 | 32.397 | 28.32 |
BA6.2 应用研究 | 156.890 | 181.454 | 167.651 | 156.333 | 155.148 | 180.976 | 195.926 |
BA6.3 先期技术发展 | 203.792 | 190.911 | 346.936 | 469.522 | 563.341 | 619.812 | 388.418 |
BA6.4 先期部件研制与样机开发 | - | - | 16.953 | 161.573 | 637.906 | 2036.430 | 2443.486 |
BA6.5 系统开发与演示验证 | 95.588 | 76.317 | 155.810 | 360.860 | 525.670 | 151.000 | 0.000 |
BA6.6 RDT＆E管理支持 | - | - | - | 3.030 | 25.400 | 1.000 | 1.647 |
BA6.7 作战系统开发 | - | - | - | - | 2.662 | 6.084 | 8.559 |
图4 美国2015—2021财年高超声速领域科研预算经费投入结构
图5 美国2015—2021财年高超声速领域科研预算经费占比趋势
1.4 细分技术领域经费配置结构分析
美国2015—2021财年高超声速细分技术领域科研经费投入结构大致可划分为2015—2016财年、2017—2018财年、2019—2021财年三个阶段。各阶段经费结构比例大致相同，不同阶段之间存在较明显差异，主要体现在因演示验证和型号研制相关项目的开展造成飞行器总体技术领域经费的上涨。历年总体（包括飞行器总体方案预研、论证研发、演示验证、气动与集成等）与动力（燃气涡轮发动机技术、冲压发动机技术、燃料技术等）领域始终为最大支出，总投入占比67%~88%。
从2015—2016财年执行的经费结构来看，总体技术领域经费投入占比可达到43%~53%；其次是动力，占比约为23%；制导、导航与控制（GNC）占比约14%；其余技术占比均不足10%。
从2017—2018财年执行的经费结构来看，总体技术领域的经费投入占比提高至60%~70%；其次是动力技术领域，其经费占比虽有下降趋势，但投入规模增加超过4700万美元，较前年涨幅达到59%，该涨幅主要源于先进全速域发动机（AFRE）项目；其它领域经费批复规模相比前两个财年变化不大。
从2019财年预算执行与2020财年批复经费情况来看，两者经费结构高度相似。总体技术领域的预算经费占比提升至约80%。引战技术领域因新增一个弹药项目有明显增长，其它技术领域变化相对较小。
从2021财年的申请经费来看，总体技术领域的预算经费占比提升至87%，投入规模增加超过4.6亿美元。这主要源于陆军LRHW项目与海军CPS项目的经费暴涨。其它技术中，动力、试验技术以及引战领域的经费申请均有所下滑，GNC与材料结构经费则小幅上升。
图6 美国2015—2021财年不同高超声速技术领域科研预算经费
注释：1）统计时未考虑BA6.1基础研究和试验设施建设经费投入，也未将高超声速防御纳入统计；2）由于高超声速技术领域的高耦合性特点，某些技术领域投入会有交叉情况（如气动既与总体交叉、又与GNC交叉），很难进行剥离。
图7 美国2015—2021财年不同高超声速技术领域预算经费投入结构
2.1 高超声速打击武器领域经费分析
美军高超声速导弹演示验证与型号研制项目在2021财年的总经费高达23.72亿美元，相比2020财年的批复额增长30.7%，相比2019财年的执行额增长79.7%。从表2可以看出，2017财年是转折点，美军从2017财年起连续大幅提升高超声速导弹研发经费。在研发主管机构方面，美军高超声速导弹研发的主导权正从DARPA和OSD等国防部直属机构向陆、海、空三军等直接使用方转移，其中，尽管空军一直以来都是追求高超声速技术最为积极的军种，但陆军和海军明显正在加大经费投入和占比。
陆军的远程高超声速武器（LRHW）项目于2019年启动，在2021财年申请8亿美元，相比2020财年的批准额增长近100%，相比2020财年的申请额（2.28亿美元）增长近251%。该项目是美陆军在远程精确火力现代化优先事项下的重点投资项目，计划在2021财年完成第一套全弹系统的制造和组装，并从2021财年第三季度开始进行飞行试验，将共开展6次飞行试验，预计在2023年实现高超声速导弹部署。
由OSD启动、现由海军主管的常规快速打击（CPS）项目预算经费继续大幅增加。海军从2019财年开始投资，2020财年批准5.12亿美元，2021财年申请10.08亿美元，增长近100%。OSD在2019财年前累计为CPS项目投入21.3亿美元，2020财年批准5100万美元，从2021财年起终止投资。在研发进度上，海军计划在2020年进行第二次飞行试验，代号为CPS FE-2，将对全尺寸的通用滑翔体（C-HGB）进行飞行演示验证。
空军在2017年同时启动了两个高超声速导弹快速原型化项目，其中高超声速常规打击武器（HCSW）项目将在2020年3月完成关键设计评审后终止，转而继续推进空射快速响应武器（ARRW）项目。ARRW项目总估算约11亿美元，空军计划在2020财年完成ARRW试验飞行器的制造，在2021完成第二次和第三次飞行试验，并开始制造和测试ARRW导弹。
空军与DARPA联合开展的高超声速打击武器（HSSW）演示验证项目仍在持续推进。空军和DARPA在2021财年为HSSW项目共申请了1.4亿美元，相比2020财年的批准额降低36.4%，但国会批准DARPA在2019财年为HSSW项目追加3000万美元拨款，以促进技术开发和转化。HSSW项目包括吸气式高超声速武器概念（HAWC）和战术助推滑翔（TBG）两个子项目。预算文件显示，HAWC项目将在2020财年进行飞行试验，在2021财年完成飞行试验数据评估和项目评估，这也是HAWC项目经费逐渐减少的原因；TBG项目自2019财年增加海基方案后经费显著增加，计划在2020财年进行首次飞行试验，在2021财年完成舰载改型方案的关键设计评审。
DARPA主导的作战火力（OpFires）陆基高超声速武器系统演示验证项目在2021财年申请4000万美元，相比上一财年略有减少，计划在2021财年完成集成武器系统初始设计评审，为后续飞行演示验证奠定基础。
表2 美国防部2015—2021财年高超声速打击武器科研项目经费投入 （单位/百万美元）
序号 | 部门 | 项目名称 | 预算科目类别 | FY2015 | FY2016 | FY2017 | FY2018 | FY2019 | FY2020 | FY2021 |
1 | 陆军 | LRHW | BA6.4 | - | - | - | - | - | 404 | 801.417 |
2 | 空军 | HSSW | BA 6.3 | 63.496 | 47.994 | 82.097 | 68.376 | 77.479 | 48.959 | 16.533 |
3 | HCSW | BA 6.4 | - | - | 2 | 45 | 281.186 | 290.0 | 0 | |
4 | ARRW | - | - | 8 | 45 | 213.299 | 286.0 | 381.862 | ||
5 | 海军 | CPS | BA6.4 | - | - | - | - | 10.809 | 512.226 | 1008.375 |
6 | OSD | CPGS | BA6.5 | 67.739 | 73.7 | 153.81 | 360.86 | 525.67 | 51 | 0 |
7 | DARPA | HAWC | BA 6.3 | 5.5 | 13.5 | 49.5 | 30.0 | 20.598 | 19.9 | 7 |
8 | TBG | 15.1 | 11.2 | 22.8 | 68.126 | 140.568 | 152.1 | 116.508 | ||
- | - | - | - | 30 | - | - | ||||
9 | OpFires | - | - | - | 6 | 20.099 | 50 | 40 | ||
合计 | 151.835 | 146.394 | 318.207 | 623.362 | 1319.708 | 1814.185 | 2371.695 |
备注：2015—2019财年是根据预算文件统计的执行经费，2020财年是批复经费，2021财年是申请经费。
2.2 高超声速可重复使用平台应用领域经费分析
在面向高超声速飞机平台应用方向，DARPA负责的先进全速域发动机（AFRE）项目按计划稳步推进。该项目旨在研究高超声速飞机涡轮基组合循环发动机（TBCC）的可行性，在2021财年申请1370万美元，相比2020财年的批复额（4074万美元）减少66.3%，主要原因是项目即将完成研究。按照预算文件，AFRE项目将在2020财年完成涡轮基组合循环发动机（TBCC）的集成和安装，在2021财年完成自由射流试验并形成项目最终报告。
在空天往返方面，继波音公司在2020年1月宣布退出试验性太空飞机（XSP）项目后，DARPA在2021财年预算文件中终止对XSP项目的投资。该项目于2013年启动，计划采用基于火箭动力的垂直起飞/水平降落航天运载飞行器技术方案，以实现可重复使用的廉价快速入轨能力。
值得关注的是，美国空军在2021财年将原先的超燃冲压发动机技术、空对地方案开发等多个关键技术研究项目整合到新设立的“下一代平台开发与验证”预算计划中，同时计划在DARPA结束AFRE项目后接手相关转化成果，明确表示出未来发展高超声速平台的意图。
2.3 高超声速防御领域经费分析
美国从2018财年起开始专门编列高超声速防御预算，形成以MDA为主导，DARPA、太空发展局（SDA）、陆军等各个机构参与的科研布局。美国国防部高层在2019年表示，高超声速防御将在国防部未来5年的经费投资蓝图中获得更多重视。从2021财年预算文件的统计情况来看，高超声速防御在美国整个导弹防御体系建设中的科研投入占比确实在逐渐提升。
MDA目前共编列了9个专门针对高超声速防御的子项目，其中既包括高超声速防御武器概念研究、针对高超声速武器的防御体系杀伤链技术、滑翔阶段拦截武器，也有对弹道导弹防御塔体系（BMDS）的改造和升级，以及天基传感器等研究项目。如表3所示，MDA在2021财年为高超声速防御申请2.07亿美元，2020财年批复4.98亿美元，2019财年拨付1.46亿美元，2018财年拨付6303万美元。
DARPA在2019财年启动滑翔破坏者项目，旨在研发关键部件级技术，以支持从远距离精确拦截高超声速目标的轻质飞行器设计。根据预算文件，DARPA在2020财年将完成该项关键技术的初始设计评审，评估系统性能；在2021财年将完成关键设计评审，进行关键技术验证。
表3 美国防部2018—2021财年高超声速防御科研经费投入 （单位/百万美元）
序号 | 部门 | 项目名称 | 预算科目类别 | FY2018 | FY2019 | FY2020 | FY2021 |
MDA | 高超声速武器系统概念定义 | BA 6.3 | 13.4 | 0 | 0 | ||
高超声速防御 | BA 6.4 | 63.032 | 127.222 | 0 | 0 | ||
针对未来架构的颠覆性技术 | 0 | 35.543 | 13.252 | ||||
工程推动者 | 0 | 68.672 | 44.901 | ||||
利用和优化现有系统 | 0 | 86.627 | 21.212 | ||||
滑翔阶段击败武器系统 | 0 | 88.585 | 117.384 | ||||
合作飞行试验 | 0 | 104.079 | 0 | ||||
广泛机构支持 | 5.39 | 6.698 | 10.083 | ||||
高超声速和弹道跟踪天基传感器（HBTSS） | 0 | 0 | 108 | 0 | |||
DARPA | 滑翔破坏者 | BA 6.3 | 26.546 | 10 | 3 | ||
合计 | 63.032 | 172.558 | 508.204 | 209.832 |
备注：本表格中为不完全统计，SDA申请的天基低轨传感器层和天基拦截器评估等项目，陆军的导弹防御系统集成项目，均包括高超声速防御部分，因无法剥离专项经费而无法纳入统计。
从美军2021财年国防预算文件来看，美军高超声速领域科研经费连续4年再创新高，其中高超声速导弹研发经费占比超过77%，加速发展的意图非常明显。目前，空军和陆军均将2022~2023年作为高超声速导弹早期装备的时间节点，尽管空军一直以来非常积极，但陆军凭借充足的经费保障实现“后来居上”也未尝不可能。美国军方高层在2019年宣布未来5年将投入112亿美元，并计划未来4年安排40次飞行试验（其中约10次是采用超燃冲压发动机的吸气式高超声速飞行试验），试验结果无疑会对后续的采办决策和发展路线图制定产生重要的影响。另一方面，从预算项目的调整也可以看出空军已经在提前开展高超声速可重复使用平台技术布局，相关动向需要继续密切关注。
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