近年美国航天装备相关经费投入探析

呼凯凯 王雪刚 勾起跃 邓满琪 韩欣然（航天工程大学航天保障系）

2019年12月20日，时任美国总统特朗普签署法令，把美国军事航天力量升格为了一个新的军种，成立美国天军（USSF），直接将军事对抗引入了外层空间，招致其他主要航天国家纷纷效仿，在战略层面构建更加完备的航天装备体系，重点布局下一代航天装备转型发展，积极推进太空态势感知能力和在轨操作攻防对抗等装备技术的发展。

美国从称霸世界的全球战略出发，提出了以控制太空为核心的空间战略，投入大量经费研制了种类繁多的航天装备，企图增强慑战一体、攻防一体的空间作战能力。本文通过梳理2021－2023年美国航天领域经费投入情况，重点对美国“下一代过顶持续红外”（Next－Gen OPIR）系统、跟踪层和传输层星座、GPS全球定位系统、移动用户目标系统（MUOS）和军用全球定位系统用户设备5个重点装备项目的经费投入现状进行介绍，并对美国航天装备经费未来投入趋势进行分析预测，旨在为美国航天装备相关研究者提供参考。

1 美国航天装备相关经费近三年投入现状

美国2021财年经费投入情况

2021财年美国天军的整体预算约为154亿美元，用于天军研究、开发、测试和评估（RTD&E）的预算为103亿美元，其中24亿美元用于卫星采购、地面设备和发射服务等项目，26亿美元用于空间运行、部队训练和设备维护等项目，约1亿美元直接用于与战争有关的卫星服务和空间运行相关项目，其2021财年经费预算重点向卫星通信、GPS全球定位系统、导弹预警卫星、企业地面系统（ESG）和国家安全太空发射（NSSL）5个方面倾斜。一是卫星通信方面，持续推进新型战术通信系统开发，并对受保护战术服务（PTS）进行技术性能改进，增加其抗干扰特性，进而实现PTS项目在军事领域的应用，从而更加便捷地为全球作战的美军提供卫星通信服务。二是GPS全球定位系统方面，投入6.28亿美元用于开发全球定位系统，并从洛马公司（LM）购买另外两颗GPS－3F卫星，从第11颗GPS－3F卫星开始，进行性能升级改建，由L3－哈里斯公司（L3－Harris）提供更为先进的导航有效载荷，以提高系统整体导航定位能力。三是导弹预警卫星方面，投入23亿美元用于继续开发“下一代过顶持续红外”预警卫星，其主要作用是为美军以及盟军可能遭受到的弹道导弹攻击提供早期预警，根据计划，首颗下一代OPIR－GEO卫星和极地卫星将分别于2025年和2027年交付，5颗卫星组网将于2029年完成。四是企业地面系统方面，投入1.17亿美元用于企业地面服务系统软件的开发和测试，可以预见EGS将对美军卫星地面系统进行整合，进而成为美国军事卫星星座的主要地面指挥控制系统。五是国家安全太空发射方面，投入10.5亿美元用于国家安全太空发射项目，该项目主要是利用私营公司发射服务，发射美国军事和间谍卫星。2021年该项目将承担发射美空军太空司令部（AFSPC）3个代号为AFSPC－36、AFSPC－87和AFSPC－112的任务。

美国2022财年经费投入情况

2022财年，美国天军预算高达174亿美元，比国会2021年颁布的预算多出约20亿美元，同比增加了13.1%，其中用于天军研究、开发、测试和评估的预算投资为113亿美元，较2021财年增长了8亿美元，主要用于保护当前的太空资产，部署更具弹性和防御性的架构，并建立一种精益、敏捷、战斗力强的数字化服务体系。2022年，美国天军用于PTS、军用GPS用户设备（MGUE）、“下一代过顶持续红外”和企业地面服务（EGS）4个项目申请预算资金分别达到了2.43亿、4.34亿、24.51亿和1.92亿美元，相较于2021财年，企业地面服务项目预算资金涨幅最大，达到了64.1%。

2021－2022年美国天军重点项目预算对比表

美国2023财年经费投入情况

美国天军2023财年的预算总额高达245亿美元，比2022年财年预算增加了70亿美元，增幅高达40.8%，其中用于研究、开发、试验与鉴定的资金预算为158亿美元，比2022财年预算申请的113亿美元增加45亿美元，增幅39.8%。主要预算主要包括：一是太空发展局（SDA）负责的“太空技术开发和原型设计”和“太空科学和技术”两项开发计划，预算约14亿美元；二是“下一代过顶持续红外”计划预算，约35亿美元，比2022财年增加10亿美元预算，资金主要用于地面部分的建设和3颗地球同步轨道（GSO）卫星的建造；三是天军采购预算约36亿美元，比2022财年增加8亿美元预算，主要用于太空飞行器和终端的采购、地面控制系统采购、发射服务以及相关的通信安全和培训产品采购；四是卫星发射服务预算约14.14亿美元，其中，11亿美元用于3次国家安全发射任务，3.14亿美元用于太空发展局发射3次卫星；五是卫星采购预算约7.61亿美元，主要用于向洛马公司采购2颗GPS－3F卫星；六是运营与维护预算约为40亿美元，比2022财年的34亿美元高出17.6%，可以满足天军83%的战备需求，同比增长79%。

美国2023财年经费投入情况一览表

2 美国重点投入航天装备项目经费投入现状

下一代过顶持续红外系统

近年来，美国天军正在与太空作战司令部、导弹防御局、国家侦察局和太空发展局加紧合作，2021－2023年分别投入经费23.19亿、24.51亿、35亿美元，目的是设计出一个弹性导弹预警架构，即“下一代过顶持续红外”系统。首个下一代OPIR星座被称为Block0，由5颗卫星组成，其中3颗地球同步轨道卫星由洛马公司制造，两颗极地轨道卫星由诺格公司（NG）制造，Block0将现有天基红外系统卫星提供的覆盖范围进一步扩大，为弹道和战术导弹发射提供初步预警。

跟踪层和传输层星座

美国太空发展局计划在低地球轨道上建立一个大型卫星网状网络，以探测和跟踪敌方导弹，并在全球范围内传输数据。这个网络包含了跟踪层和传输层星座，其中跟踪层是一个覆盖全球的“天眼”网络，将会形成一个护盾，用来防御弹道式和高超音速导弹，提供全球指示、警告、跟踪和瞄准服务。传输层卫星主要负责信息的快速通信，探测到导弹威胁时，采集的数据会首先通过光学链路送往传输层，让其位置和飞行路线数据能够安全地下传到军事指挥中心。由于担心现有的防御系统可能无法探测到高速飞行导弹，跟踪层和传输层星座建设已成为美国防部的重点工作之一，2023财年，美国在跟踪层星座预算为9.87亿美元，传输层星座预算4.61亿美元。

GPS全球定位系统

2018年美国空军和洛马公司签订了价值72亿美元的采购合同，主要负责采购22颗GPS－3后续卫星，其中第一颗GPS－3F卫星预计将于2026年发射。2021财年美国天军申请了6.28亿美元预算购买了两颗GPS－3F卫星，3.9亿美元预算用于购买GPS卫星导航和授时信息的用户设备（接收机、天线、天线电子器件和其他相关设备），4.82亿美元预算用于继续开发OCX新一代运行控制系统。

移动用户目标系统

目前，美国天军正在推进一项计划，目的是延长移动用户目标通信系统星座的寿命，并申请在2023财年投入资金建造和发射另外2颗特高频（UHF）通信卫星。MUOS星座包括4颗工作卫星和1颗在轨备用星，由美国天军和主承包商洛马公司共同负责建造。美国天军2023财年用于MUOS开发的预算为1.659亿美元，并在未来5年分批提供总计约22亿美元。美国天军还申请了MUOS短期采购资金，其中2023财年为4680万美元，未来5年短期开支预期约为2.446亿美元，这些资金主要用于解决MUOS地面段的设备陈旧问题和网络安全漏洞问题，年度外资金还将用于软硬件升级工作。

军用全球定位系统用户设备

2022财年，美国天军计划将GPS全球定位系统功能用于固定翼和海上水面作战人员，以推进军用代码的开发和集成。2022财年，“军用全球定位系统用户设备”的研究与开发经费为4.341亿美元，比2021财年增加了9400万美元，增加的经费中，7800万美元将用于“军用全球定位系统用户设备”增量计划的开发工作，该计划旨在通过军用代码集成开发新型全球定位系统接收器，以应对“备用定位导航授时”（APNT）威胁。

3 美国航天装备经费未来投入趋势分析

建设弹性太空体系架构

美国在保持现有骨干装备不断改进的同时，通过结构分解、功能分散、有效载荷装载、多轨道分散、多域分散，将天基任务、功能和传感器分散到各个系统中。使用网络技术将物理上分散的系统深度融合，从而构建天地一体的综合体系，增强整体空间系统的灵活性和作战能力，确保整体能够成功抵御系统故障和威胁。

美国太空作战部长雷蒙德将军在2022年4月5日第37届太空研讨会的主题演讲中表示，鉴于当前太空环境的复杂性，美国太空部队希望太空架构由单一系统向混合多样化过渡，即转向更具弹性、生存能力和防御能力的太空架构。美国2023财年预算提案中太空部队预算增幅高达40.8%，其中大部分将用于投资提升太空作战能力，这为太空架构向混合、多样化过渡提供了资金保障。建设弹性架构的目标是为了摆脱对少数大型、较为昂贵的卫星的依赖，转而采办大量、廉价、分散的卫星星座，以建设更具弹性的力量态势，这也是创建天军的关键驱动力之一。

重点投资导弹预警与跟踪卫星星座

美国空军部长肯德尔认为，提升天基导弹的预警和跟踪能力是天军“转型”的重点任务，创建一个新的导弹预警和跟踪卫星网络可以实现高超音速武器的预警。美国太空部队太空行动中心的绝密“部队草案”表明，在未来，美国太空部队将投入大量经费建立天基导弹预警与跟踪网络“混合架构”，大部分卫星星座将部署在近地轨道、中地球轨道和地球同步轨道。

持续部署低地球轨道星座

目前，美国太空架构中每个星座都由少量大型精密卫星组成，尽管大型精密卫星功能强大，但生存能力不足，任意一颗卫星的毁坏或者故障都可能导致整个系统崩溃，因此美国太空发展局致力于在近地轨道建立一个数量较大、弹性较强的太空架构，其中包含数百颗承载多种有效载荷的小型卫星，这就是美国太空探索技术公司（SpaceX）的“星链”（Starlink）计划。截至2022年5月，“星链”计划已经在低地球轨道部署了2400多颗小卫星，尽管SpaceX公司官方称“星链”计划主要是民用，但其与美军密切相关，可以看出，不管是军用领域还是商业领域，美国均抢先布局，投入大量经费部署低地球轨道，建立以组网分布式小卫星为主的太空系统。

重视商业航天

美国发布《2021年太空工业基础状况》报告指出，将继续加大对发展商业航天技术的支持，并扩大采购商业航天服务范围。美国维珍轨道公司（Virgin Orbit）发射器－1（LauncherOne）完成首次空中发射任务，成为全球首个成功发射的空射液体火箭；美国自旋发射公司（SpinLaunch）利用巨型离心机成功完成太空发射试验，实现了航天发射方式创新；美国SpaceX公司研制的猎鹰－9（Falcon－9）火箭创造了可复用火箭“十飞十收”的新纪录；美国阿斯特拉航天公司（AstraSpace）首次完成小火箭入轨任务，成为全球又一家具备发射能力的商业航天公司。可以看出，美国太空领域建设突出军民两用的特点，商业托管军用载荷、商业发射活动、商业数据获取将成为美军太空体系弹性发展的重要途径，可以预见商业航天将成为未来经费投入的重点领域。

4 总结与启示

随着世界太空竞争的加剧，世界主要航天国家都在效仿美国积极完善航天装备体系，构建军事卫星星座已成为许多国家必然的战略选择。从美国当前航天装备经费投入情况来看，全球航天装备未来发展主要有以下趋势：一是建设全方位、多层次的空间架构，建立全天候全覆盖的太空态势感知体系，与此同时利用人工智能、大数据等前沿技术，不断增强跟踪、通信、导航以及指挥控制能力，提高太空态势感知能力；二是建立灵活分散的太空体系架构，采用高低轨相结合的部署方式，在地球静止轨道（GEO）和高地球轨道（HEO）部署大卫星，并充分利用商业卫星发展成果，在低轨道建设规模大、成本低的小卫星星座；三是重点发展大面阵有效载荷搜索跟踪一体化技术，研究广域任务数据的高性能处理算法，构建高质量、可拓展的目标红外图像数据集，提高星载数据强对抗条件下处理的时效性，实现发现跟踪同步；四是发展近距离感知和紧急机动规避等技术，有效规避太空碎片和其他国家航天器碰撞，最大限度提升战时条件下高轨卫星的生存能力；五是充分利用民营企业的投资和成熟的配套技术，采取灵活敏捷的开发模式，有效降低系统开发和维护成本，提高整体开发效率。