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从美国国防部2017财年科研预算看高超声速技术

2016-08-31

现代军事 2016年5期
关键词:超声速美国国防部飞行器

胡冬冬 杨依然

2016年2月9日以来,美国国防部、各军种以及国防部直属机构陆续公布了2017财年(2016年10月1日至2017年9月30日)预算申请文件。其中,美国空军、海军、国防高级研究计划局(DARPA)、国防部长办公厅(OSD)等公布的研究、开发、试验与鉴定(RDT&E)预算文件均公开披露了美国当前针对高超声速技术领域开展的科研项目以及预算经费投入情况,为外界了解美国高超声速技术领域的最新发展态势提供了_一个新的视角。

目前,美国高超声速技术的科研预算并未设置一个统一的计划科目,而是分散在不同军种/部门的多个预算科目To本文以项目为基本元素、通过关键词筛选了高超声速技术相关的科目、计划及项目。需要指出的是,从多个项目内容的描述上,美国国防部目前依然在延续使用21世纪初国家航空航天倡议(NAI)中的“高速/高超声速”(high speed/hypersomic)概念术语,其超声速和高超声速飞行器相关技术是结合在一起研究的,两者并未割裂开。另外,基础研究以及某些特别领域涵盖的应用范畴较为宽泛,高超声速飞行器只是应用方向之一,无法剥离,本文在项目统计时一并计入在内。

美国2017财年高超声速技术领域预算申请总体情况

预算申请经费总额比上两个财年有较大幅度增长

从2017财年预算文件编列的与高超声速技术领域相关的项目数量来看,空军的16个为最多,OSD有8个,DARPA则有6个,海军仅有1个。除个别项目外,绝大部分为上一财年的延续性项目。

从项目经费总计来看,2015财年实际经费总额为5.004亿美元,2016财年批复的预算经费总额5.219亿美元,2017财年预算申请总额7.158亿美元,比上一财年增长37%。

从军种部门经费分配结构来看,空军占据主导地位,OSD和DARPA占比达40%

从2017财年不同军种部门经费申请情况来看,空军、OSD和DARPA均有增加,OSD和DARPA的申请额比2016财年增加1倍左右。

从经费分配结构来看,2015、2016两个财年不同军种部门在高超声速技术领域的经费投入比例保持稳定。空军投入最高,年平均投入5.98亿美元(占比59%);其次是OSD,年平均投入2.39亿美元(占比23%);DARPA年平均投入1.78亿美元(占比17%);海军投入最少,不足0.1亿美元,占比仅为1%。

按科研活动类别经费配置结构来看,系统开发与演示验证(BA6.5)的预算申请占比大幅提升,经费绝对规模增长1倍

从美国国防部2015—2017财年高超声速技术领域科研活动类别的预算经费投入结构来看,2015与2016财年经费结构比例大致相当,2017财年申请经费结构有所变化。

从2015—2016财年经费结构来看,基础研究(BA6.1)经费投入稳定在9%,应用研究(BA6.2)经费投入占比31%~35%,先期技术发展(BA6.3)经费投入最高,占比39%~41%,系统开发与演示验证(BA6.5)占比17%~19%。

从2017财年预算申请情况来看,基础研究(BA6.1)与应用研究(BA6.2)经费投入占比均有所减少(分别为7%和26%),但经费的绝对规模比前两个财年略有增长;先期技术发展(BA6.3)经费投入比例与前两年基本相当,但经费的绝对规模比上一财年增长38%;系统开发与演示验证(BA6.5)经费占比大幅提升,从17%~19%增至26%,经费的绝对规模也比上一财年增长了近1亿美元(为2016财年的2倍)。造成BA6.5项经费大幅度增长的主要因素是AHW项目申请经费的猛增。

按细分技术领域经费配置结构来看,飞行器总体(含演示验证)的预算申请比例大幅增长,经费绝对规模增长1倍。

在进行不同技术领域经费投入统计时,除去了基础研究(2015-2016财年每年4400万~4500万美元,2017财年申请5115万美元)以及试验设施建设(CTEIP新申请1600万美元,CPGS靶场建设200万美元)这两类经费。

从美国国防部2015—2017财年高超不同技术领域科研预算经费投入结构来看,2015—2016财年经费结构比例大致相当,2017财年申请经费结构有所变化。

从2015—2016财年经费结构来看,飞行器总体技术领域(含演示验证)经费投入占比最高,达48%~52%(包括气动与一体化集成),动力技术领域经费投入占比22%~23%(包括高速涡扇/涡喷发动机技术、超燃冲压发动机技术、碳氢燃料技术等),制导导航与控制(GNC)占比13%~15%,材料与结构占比7%~8%,试验技术占比5%,引信技术占比1%。

从2017财年预算申请情况来看,飞行器总体(含演示验证)的预算经费申请比例大幅增长,占比高达65%。经费绝对规模从前两个财年2.3亿美元的水平增至4.5亿美元(约为前两个财年的2倍)。其它领域经费申请规模相比前两个财年变化不大。

预算重点投入的项目内容和应用方向分析

从预算投入的重点项目及应用方向来看,高超声速打击武器是美国国防部当前经费分配中优先投入的重点。

面向高超声速打击武器总体集成与演示验证的项目经费申请额度大幅增长,相应关键技术支撑项目经费申请额保持稳定。

当前,美国在研的高超声速武器科研项目主要有两类,一类是空军/DARPA牵头的战术射程的高速打击武器(HSSW)项目;另一类是列入OSD预算文件纳入CPGS计划科目下的战略射程的AHW项目和HTV-2项目。空军高速打击武器(HSSW)项目(对应“634926/高速/高超声速集成与演示验证”计划下“高速/高超声速飞行器技术”项目)2017财年申请了近1亿美元(9280万美元)的预算,比2016财年批复额增加约83.3%。再加上DARPA为HSSW的两个子项目——高超声速吸气式武器方案(HAWC)和战术助推滑翔方案(TBG)申请的经费,HSSW项目在2017财年的预算申请总额高达1.651亿美元,超过上一财年批复总经费的2倍。

在支撑上述武器演示验证的关键技术项目上,动力、制导等关键分系统技术领域均有经费投入保障其持续开展。

“622068/先进制导技术”计划下“制导技术”项目近三个财年经费逐年增加,2017财年申请了1426万美元,比2016财年批复额增加约56.5%。开发制导子系统集成与评估技术(包括不依赖GPS的精确制导技术),以用于开环/闭环地面试验、飞行试验风险降低以及创新方案的数值模拟。

“635098/先进航空航天推进”计划下“超燃冲压发动机技术”项目,前两个财年平均每年经费2500万美元,2017年申请额延续了这一水平,持续用于支持高速打击武器(HSSW)超燃冲压发动机的开发和演示验证。

此外,63670A计划下的“先进弹药方案技术”项目也值得关注。该项目在2015财年完成了吸气式和助推滑翔武器方案的系统需求评估,更新了在高超声速飞行空域范围内制导控制和末段机动的建模仿真与分析工具,开发了用于高超声速机身和创新的战斗部方案,同时开始开发仿真试验台,验证开放系统架构接口和武器系统设计(包括数据链)。2016财年继续开展相关的远程打击武器技术演示验证,解决武器与载机集成以及末段高速碰撞等问题,为后续采办计划降低风险(2017财年,63670A被转为63670B“武器方案开发”计划下,编列预算4150万美元,旨在进一步集成引战技术和制导技术,对空射常规武器采办进行风险降低)。

面向高超声速飞机平台应用首次编列了AFRE项目,且中等尺寸超燃冲压发动机项目预算呈现较大幅度增长

DARPA在2017财年的RTD&E预算申请中首次编列了一个名为“先进全状态发动机”(AFRE)的项目,旨在确立高超声速飞机TBCC推进系统的可行性。该项目可能是2011财年被中止的支撑“黑雨燕”高超声速飞机平台TBCC发动机模态转换(MoTr)项目的延续。AFRE项目将利用商用涡轮发动机对TBCC发动机从涡轮转换到双模态冲压发动机(DMRJ)的过程进行演示验证。项目计划先分别开展TBCC发动机若干大尺度部组件的研制和试验验证工作,然后再集成开展全尺寸自由射流TBCC推进系统模态转捩地面试验。这些目标的达成将推动高超声速系统转化应用到未来远程打击、高速ISR和两级入轨等领域。

此外,“623012/先进推进技术”计划下“超燃冲压发动机技术”项目(面向中等尺寸超燃冲压发动机)2015财年和2016财年的经费分别为1725万美元和1967万美元,2017财年申请了2710万美元,增加约38%。这一动向也预示着美国正欲加大高超声速飞行平台的科研力度。

面向空间进入应用方向的高超声速项目申请额大幅增长

2017财年,DARPA负责的以火箭为动力的可重复使用实验型空天飞机计划(XS-1)预算申请额大幅增长,从前两个财年2500万~3000万美元的经费水平增长至5050万美元,以支撑其低成本太空进入能力。

与此同时,支撑空天飞行器应用方向的结构材料、动力等关键技术领域基础科研项目仍在持续滚动进行,经费投入基本保持稳定。

CTEIP首次为高超声速试验设施建设编列了1600万美元

OSD在其2017财年预算文件中首次在国防部核心试验与鉴定设施投资计划(CTEIP)下专门为高超声速飞行器试验设施建设编列了1600万美元的预算经费,以提升高超声速飞行器地面试验能力。该经费将主要用于扩展阿诺德工程发展中心(AEDC)的H2高超声速试验设施的中压电弧加热器能力,以确保满足快速全球打击机动再入飞行器(MARV)以及超燃冲压发动机部件的地面试验条件,解决高超声速巡航导弹和助推滑翔武器研发和作战试验中的关键能力缺陷。

情报评述

美国2017财年国防经费的资源分配比例以及重点投入方向是依据2014年新版四年一度防务评审报告以及2015年7月发布的新版《军事战略》等战略文件为指导而编制的。在外部威胁和挑战更加多元复杂、财政紧缩形势依然严峻的大背景下,对重点装备技术领域经费资源的优先保障尤为重要。

从对手的发展态势来看,俄罗斯等国近两年来频繁披露的高超声速项目试飞动态从一定程度上给美国带来了军备竞赛的压力。早在2014年,美国国防部主管研究与工程的国防部部长助理阿兰·沙费尔声称,“美国不愿成为‘高超声速领域的第二,但如果俄罗斯持续投资的话,这可能就会成为事实”。

当前,高超声速技术研究与发展已被美国国防部列为2017财年美军武器装备现代化投资重点的7大领域之一,也是美国第三次抵消战略下支撑其常规威慑能力的技术群中首次被国防部部长级的高层官员重点提及的技术领域之一。对高超领域科研预算经费的统计结果表明,2017财年高超声速技术领域系统开发与演示验证(BA6.5)以及飞行器总体集成的预算申请经费比例均呈现大幅增长态势,经费绝对规模均增长1倍,很好地反映了国防部欲加大该技术领域投资力度、领先对手快速形成装备能力的强烈诉求。

在具体项目上,战略射程的高超声速助推滑翔武器(AHW)和战术射程的高速打击武器(HSSW)在2017财年的申请预算经费均大幅度增长,国防部核心试验与鉴定设施投资计划(CTEIP)首次为高超声速飞行器试验设施建设编列了预算经费,开始着手提升高韶声速飞行器地面试验能力,解决高超声速巡航导弹和助推滑翔武器研发和作战试验中的关键能力缺陷,均表明美国正在紧锣密鼓地推动其高超声速技术武器化进程。

伴随着国防预算申请文件的编制和发布过程,2016年1月到3月份左右,军方、国会议员、军工企业、智库等频繁针对高超声速技术发展进行造势,强调高超声速技术发展对美国军事安全的重要性,美国应立即开始慎重而稳定地推进高超声速飞行器实用化。

需要指出的是,每年2月美国国防部向国会提交下一个财年的预算申请后,后续将提交国会审议、总统批准并实施(一般在9月末总统签署年度授权法案和拨款法案后,可确认预算批复经费),通常申请额与批复额之间会有一些差异。2017财年美国高超声速技术领域究竟能够批复多少预算经费,取决于国防部(军方)、国会和军工企业之间的复杂博弈过程,有待进一步观察。

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