近年美國航天裝備相關(guān)經(jīng)費投入探析

呼凱凱 王雪剛 勾起躍 鄧滿琪 韓欣然（航天工程大學(xué)航天保障系）

2019年12月20日，時任美國總統(tǒng)特朗普簽署法令，把美國軍事航天力量升格為了一個新的軍種，成立美國天軍（USSF），直接將軍事對抗引入了外層空間，招致其他主要航天國家紛紛效仿，在戰(zhàn)略層面構(gòu)建更加完備的航天裝備體系，重點布局下一代航天裝備轉(zhuǎn)型發(fā)展，積極推進太空態(tài)勢感知能力和在軌操作攻防對抗等裝備技術(shù)的發(fā)展。

美國從稱霸世界的全球戰(zhàn)略出發(fā)，提出了以控制太空為核心的空間戰(zhàn)略，投入大量經(jīng)費研制了種類繁多的航天裝備，企圖增強懾戰(zhàn)一體、攻防一體的空間作戰(zhàn)能力。本文通過梳理2021－2023年美國航天領(lǐng)域經(jīng)費投入情況，重點對美國“下一代過頂持續(xù)紅外”（Next－Gen OPIR）系統(tǒng)、跟蹤層和傳輸層星座、GPS全球定位系統(tǒng)、移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)（MUOS）和軍用全球定位系統(tǒng)用戶設(shè)備5個重點裝備項目的經(jīng)費投入現(xiàn)狀進行介紹，并對美國航天裝備經(jīng)費未來投入趨勢進行分析預(yù)測，旨在為美國航天裝備相關(guān)研究者提供參考。

1 美國航天裝備相關(guān)經(jīng)費近三年投入現(xiàn)狀

美國2021財年經(jīng)費投入情況

2021財年美國天軍的整體預(yù)算約為154億美元，用于天軍研究、開發(fā)、測試和評估（RTD&E）的預(yù)算為103億美元，其中24億美元用于衛(wèi)星采購、地面設(shè)備和發(fā)射服務(wù)等項目，26億美元用于空間運行、部隊訓(xùn)練和設(shè)備維護等項目，約1億美元直接用于與戰(zhàn)爭有關(guān)的衛(wèi)星服務(wù)和空間運行相關(guān)項目，其2021財年經(jīng)費預(yù)算重點向衛(wèi)星通信、GPS全球定位系統(tǒng)、導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星、企業(yè)地面系統(tǒng)（ESG）和國家安全太空發(fā)射（NSSL）5個方面傾斜。一是衛(wèi)星通信方面，持續(xù)推進新型戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)開發(fā)，并對受保護戰(zhàn)術(shù)服務(wù)（PTS）進行技術(shù)性能改進，增加其抗干擾特性，進而實現(xiàn)PTS項目在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，從而更加便捷地為全球作戰(zhàn)的美軍提供衛(wèi)星通信服務(wù)。二是GPS全球定位系統(tǒng)方面，投入6.28億美元用于開發(fā)全球定位系統(tǒng)，并從洛馬公司（LM）購買另外兩顆GPS－3F衛(wèi)星，從第11顆GPS－3F衛(wèi)星開始，進行性能升級改建，由L3－哈里斯公司（L3－Harris）提供更為先進的導(dǎo)航有效載荷，以提高系統(tǒng)整體導(dǎo)航定位能力。三是導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星方面，投入23億美元用于繼續(xù)開發(fā)“下一代過頂持續(xù)紅外”預(yù)警衛(wèi)星，其主要作用是為美軍以及盟軍可能遭受到的彈道導(dǎo)彈攻擊提供早期預(yù)警，根據(jù)計劃，首顆下一代OPIR－GEO衛(wèi)星和極地衛(wèi)星將分別于2025年和2027年交付，5顆衛(wèi)星組網(wǎng)將于2029年完成。四是企業(yè)地面系統(tǒng)方面，投入1.17億美元用于企業(yè)地面服務(wù)系統(tǒng)軟件的開發(fā)和測試，可以預(yù)見EGS將對美軍衛(wèi)星地面系統(tǒng)進行整合，進而成為美國軍事衛(wèi)星星座的主要地面指揮控制系統(tǒng)。五是國家安全太空發(fā)射方面，投入10.5億美元用于國家安全太空發(fā)射項目，該項目主要是利用私營公司發(fā)射服務(wù)，發(fā)射美國軍事和間諜衛(wèi)星。2021年該項目將承擔(dān)發(fā)射美空軍太空司令部（AFSPC）3個代號為AFSPC－36、AFSPC－87和AFSPC－112的任務(wù)。

美國2022財年經(jīng)費投入情況

2022財年，美國天軍預(yù)算高達174億美元，比國會2021年頒布的預(yù)算多出約20億美元，同比增加了13.1%，其中用于天軍研究、開發(fā)、測試和評估的預(yù)算投資為113億美元，較2021財年增長了8億美元，主要用于保護當(dāng)前的太空資產(chǎn)，部署更具彈性和防御性的架構(gòu)，并建立一種精益、敏捷、戰(zhàn)斗力強的數(shù)字化服務(wù)體系。2022年，美國天軍用于PTS、軍用GPS用戶設(shè)備（MGUE）、“下一代過頂持續(xù)紅外”和企業(yè)地面服務(wù)（EGS）4個項目申請預(yù)算資金分別達到了2.43億、4.34億、24.51億和1.92億美元，相較于2021財年，企業(yè)地面服務(wù)項目預(yù)算資金漲幅最大，達到了64.1%。

2021－2022年美國天軍重點項目預(yù)算對比表

美國2023財年經(jīng)費投入情況

美國天軍2023財年的預(yù)算總額高達245億美元，比2022年財年預(yù)算增加了70億美元，增幅高達40.8%，其中用于研究、開發(fā)、試驗與鑒定的資金預(yù)算為158億美元，比2022財年預(yù)算申請的113億美元增加45億美元，增幅39.8%。主要預(yù)算主要包括：一是太空發(fā)展局（SDA）負責(zé)的“太空技術(shù)開發(fā)和原型設(shè)計”和“太空科學(xué)和技術(shù)”兩項開發(fā)計劃，預(yù)算約14億美元；二是“下一代過頂持續(xù)紅外”計劃預(yù)算，約35億美元，比2022財年增加10億美元預(yù)算，資金主要用于地面部分的建設(shè)和3顆地球同步軌道（GSO）衛(wèi)星的建造；三是天軍采購預(yù)算約36億美元，比2022財年增加8億美元預(yù)算，主要用于太空飛行器和終端的采購、地面控制系統(tǒng)采購、發(fā)射服務(wù)以及相關(guān)的通信安全和培訓(xùn)產(chǎn)品采購；四是衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)預(yù)算約14.14億美元，其中，11億美元用于3次國家安全發(fā)射任務(wù)，3.14億美元用于太空發(fā)展局發(fā)射3次衛(wèi)星；五是衛(wèi)星采購預(yù)算約7.61億美元，主要用于向洛馬公司采購2顆GPS－3F衛(wèi)星；六是運營與維護預(yù)算約為40億美元，比2022財年的34億美元高出17.6%，可以滿足天軍83%的戰(zhàn)備需求，同比增長79%。

美國2023財年經(jīng)費投入情況一覽表

2 美國重點投入航天裝備項目經(jīng)費投入現(xiàn)狀

下一代過頂持續(xù)紅外系統(tǒng)

近年來，美國天軍正在與太空作戰(zhàn)司令部、導(dǎo)彈防御局、國家偵察局和太空發(fā)展局加緊合作，2021－2023年分別投入經(jīng)費23.19億、24.51億、35億美元，目的是設(shè)計出一個彈性導(dǎo)彈預(yù)警架構(gòu)，即“下一代過頂持續(xù)紅外”系統(tǒng)。首個下一代OPIR星座被稱為Block0，由5顆衛(wèi)星組成，其中3顆地球同步軌道衛(wèi)星由洛馬公司制造，兩顆極地軌道衛(wèi)星由諾格公司（NG）制造，Block0將現(xiàn)有天基紅外系統(tǒng)衛(wèi)星提供的覆蓋范圍進一步擴大，為彈道和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)射提供初步預(yù)警。

跟蹤層和傳輸層星座

美國太空發(fā)展局計劃在低地球軌道上建立一個大型衛(wèi)星網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，以探測和跟蹤敵方導(dǎo)彈，并在全球范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。這個網(wǎng)絡(luò)包含了跟蹤層和傳輸層星座，其中跟蹤層是一個覆蓋全球的“天眼”網(wǎng)絡(luò)，將會形成一個護盾，用來防御彈道式和高超音速導(dǎo)彈，提供全球指示、警告、跟蹤和瞄準(zhǔn)服務(wù)。傳輸層衛(wèi)星主要負責(zé)信息的快速通信，探測到導(dǎo)彈威脅時，采集的數(shù)據(jù)會首先通過光學(xué)鏈路送往傳輸層，讓其位置和飛行路線數(shù)據(jù)能夠安全地下傳到軍事指揮中心。由于擔(dān)心現(xiàn)有的防御系統(tǒng)可能無法探測到高速飛行導(dǎo)彈，跟蹤層和傳輸層星座建設(shè)已成為美國防部的重點工作之一，2023財年，美國在跟蹤層星座預(yù)算為9.87億美元，傳輸層星座預(yù)算4.61億美元。

GPS全球定位系統(tǒng)

2018年美國空軍和洛馬公司簽訂了價值72億美元的采購合同，主要負責(zé)采購22顆GPS－3后續(xù)衛(wèi)星，其中第一顆GPS－3F衛(wèi)星預(yù)計將于2026年發(fā)射。2021財年美國天軍申請了6.28億美元預(yù)算購買了兩顆GPS－3F衛(wèi)星，3.9億美元預(yù)算用于購買GPS衛(wèi)星導(dǎo)航和授時信息的用戶設(shè)備（接收機、天線、天線電子器件和其他相關(guān)設(shè)備），4.82億美元預(yù)算用于繼續(xù)開發(fā)OCX新一代運行控制系統(tǒng)。

移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)

目前，美國天軍正在推進一項計劃，目的是延長移動用戶目標(biāo)通信系統(tǒng)星座的壽命，并申請在2023財年投入資金建造和發(fā)射另外2顆特高頻（UHF）通信衛(wèi)星。MUOS星座包括4顆工作衛(wèi)星和1顆在軌備用星，由美國天軍和主承包商洛馬公司共同負責(zé)建造。美國天軍2023財年用于MUOS開發(fā)的預(yù)算為1.659億美元，并在未來5年分批提供總計約22億美元。美國天軍還申請了MUOS短期采購資金，其中2023財年為4680萬美元，未來5年短期開支預(yù)期約為2.446億美元，這些資金主要用于解決MUOS地面段的設(shè)備陳舊問題和網(wǎng)絡(luò)安全漏洞問題，年度外資金還將用于軟硬件升級工作。

軍用全球定位系統(tǒng)用戶設(shè)備

2022財年，美國天軍計劃將GPS全球定位系統(tǒng)功能用于固定翼和海上水面作戰(zhàn)人員，以推進軍用代碼的開發(fā)和集成。2022財年，“軍用全球定位系統(tǒng)用戶設(shè)備”的研究與開發(fā)經(jīng)費為4.341億美元，比2021財年增加了9400萬美元，增加的經(jīng)費中，7800萬美元將用于“軍用全球定位系統(tǒng)用戶設(shè)備”增量計劃的開發(fā)工作，該計劃旨在通過軍用代碼集成開發(fā)新型全球定位系統(tǒng)接收器，以應(yīng)對“備用定位導(dǎo)航授時”（APNT）威脅。

3 美國航天裝備經(jīng)費未來投入趨勢分析

建設(shè)彈性太空體系架構(gòu)

美國在保持現(xiàn)有骨干裝備不斷改進的同時，通過結(jié)構(gòu)分解、功能分散、有效載荷裝載、多軌道分散、多域分散，將天基任務(wù)、功能和傳感器分散到各個系統(tǒng)中。使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將物理上分散的系統(tǒng)深度融合，從而構(gòu)建天地一體的綜合體系，增強整體空間系統(tǒng)的靈活性和作戰(zhàn)能力，確保整體能夠成功抵御系統(tǒng)故障和威脅。

美國太空作戰(zhàn)部長雷蒙德將軍在2022年4月5日第37屆太空研討會的主題演講中表示，鑒于當(dāng)前太空環(huán)境的復(fù)雜性，美國太空部隊希望太空架構(gòu)由單一系統(tǒng)向混合多樣化過渡，即轉(zhuǎn)向更具彈性、生存能力和防御能力的太空架構(gòu)。美國2023財年預(yù)算提案中太空部隊預(yù)算增幅高達40.8%，其中大部分將用于投資提升太空作戰(zhàn)能力，這為太空架構(gòu)向混合、多樣化過渡提供了資金保障。建設(shè)彈性架構(gòu)的目標(biāo)是為了擺脫對少數(shù)大型、較為昂貴的衛(wèi)星的依賴，轉(zhuǎn)而采辦大量、廉價、分散的衛(wèi)星星座，以建設(shè)更具彈性的力量態(tài)勢，這也是創(chuàng)建天軍的關(guān)鍵驅(qū)動力之一。

重點投資導(dǎo)彈預(yù)警與跟蹤衛(wèi)星星座

美國空軍部長肯德爾認為，提升天基導(dǎo)彈的預(yù)警和跟蹤能力是天軍“轉(zhuǎn)型”的重點任務(wù)，創(chuàng)建一個新的導(dǎo)彈預(yù)警和跟蹤衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)高超音速武器的預(yù)警。美國太空部隊太空行動中心的絕密“部隊草案”表明，在未來，美國太空部隊將投入大量經(jīng)費建立天基導(dǎo)彈預(yù)警與跟蹤網(wǎng)絡(luò)“混合架構(gòu)”，大部分衛(wèi)星星座將部署在近地軌道、中地球軌道和地球同步軌道。

持續(xù)部署低地球軌道星座

目前，美國太空架構(gòu)中每個星座都由少量大型精密衛(wèi)星組成，盡管大型精密衛(wèi)星功能強大，但生存能力不足，任意一顆衛(wèi)星的毀壞或者故障都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰，因此美國太空發(fā)展局致力于在近地軌道建立一個數(shù)量較大、彈性較強的太空架構(gòu)，其中包含數(shù)百顆承載多種有效載荷的小型衛(wèi)星，這就是美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的“星鏈”（Starlink）計劃。截至2022年5月，“星鏈”計劃已經(jīng)在低地球軌道部署了2400多顆小衛(wèi)星，盡管SpaceX公司官方稱“星鏈”計劃主要是民用，但其與美軍密切相關(guān)，可以看出，不管是軍用領(lǐng)域還是商業(yè)領(lǐng)域，美國均搶先布局，投入大量經(jīng)費部署低地球軌道，建立以組網(wǎng)分布式小衛(wèi)星為主的太空系統(tǒng)。

重視商業(yè)航天

美國發(fā)布《2021年太空工業(yè)基礎(chǔ)狀況》報告指出，將繼續(xù)加大對發(fā)展商業(yè)航天技術(shù)的支持，并擴大采購商業(yè)航天服務(wù)范圍。美國維珍軌道公司（Virgin Orbit）發(fā)射器－1（LauncherOne）完成首次空中發(fā)射任務(wù)，成為全球首個成功發(fā)射的空射液體火箭；美國自旋發(fā)射公司（SpinLaunch）利用巨型離心機成功完成太空發(fā)射試驗，實現(xiàn)了航天發(fā)射方式創(chuàng)新；美國SpaceX公司研制的獵鷹－9（Falcon－9）火箭創(chuàng)造了可復(fù)用火箭“十飛十收”的新紀(jì)錄；美國阿斯特拉航天公司（AstraSpace）首次完成小火箭入軌任務(wù)，成為全球又一家具備發(fā)射能力的商業(yè)航天公司?？梢钥闯?，美國太空領(lǐng)域建設(shè)突出軍民兩用的特點，商業(yè)托管軍用載荷、商業(yè)發(fā)射活動、商業(yè)數(shù)據(jù)獲取將成為美軍太空體系彈性發(fā)展的重要途徑，可以預(yù)見商業(yè)航天將成為未來經(jīng)費投入的重點領(lǐng)域。

4 總結(jié)與啟示

隨著世界太空競爭的加劇，世界主要航天國家都在效仿美國積極完善航天裝備體系，構(gòu)建軍事衛(wèi)星星座已成為許多國家必然的戰(zhàn)略選擇。從美國當(dāng)前航天裝備經(jīng)費投入情況來看，全球航天裝備未來發(fā)展主要有以下趨勢：一是建設(shè)全方位、多層次的空間架構(gòu)，建立全天候全覆蓋的太空態(tài)勢感知體系，與此同時利用人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，不斷增強跟蹤、通信、導(dǎo)航以及指揮控制能力，提高太空態(tài)勢感知能力；二是建立靈活分散的太空體系架構(gòu)，采用高低軌相結(jié)合的部署方式，在地球靜止軌道（GEO）和高地球軌道（HEO）部署大衛(wèi)星，并充分利用商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展成果，在低軌道建設(shè)規(guī)模大、成本低的小衛(wèi)星星座；三是重點發(fā)展大面陣有效載荷搜索跟蹤一體化技術(shù)，研究廣域任務(wù)數(shù)據(jù)的高性能處理算法，構(gòu)建高質(zhì)量、可拓展的目標(biāo)紅外圖像數(shù)據(jù)集，提高星載數(shù)據(jù)強對抗條件下處理的時效性，實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)跟蹤同步；四是發(fā)展近距離感知和緊急機動規(guī)避等技術(shù)，有效規(guī)避太空碎片和其他國家航天器碰撞，最大限度提升戰(zhàn)時條件下高軌衛(wèi)星的生存能力；五是充分利用民營企業(yè)的投資和成熟的配套技術(shù)，采取靈活敏捷的開發(fā)模式，有效降低系統(tǒng)開發(fā)和維護成本，提高整體開發(fā)效率。