近年美國航天裝備相關經費投入探析

呼凱凱 王雪剛 勾起躍 鄧滿琪 韓欣然（航天工程大學航天保障系）

2019年12月20日，時任美國總統特朗普簽署法令，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，在戰略層面構建更加完備的航天裝備體系，重點布局下一代航天裝備轉型發展，積極推進太空態勢感知能力和在軌操作攻防對抗等裝備技術的發展。

美國從稱霸世界的全球戰略出發，提出了以控制太空為核心的空間戰略，投入大量經費研制了種類繁多的航天裝備，企圖增強懾戰一體、攻防一體的空間作戰能力。本文通過梳理2021－2023年美國航天領域經費投入情況，重點對美國“下一代過頂持續紅外”（Next－Gen OPIR）系統、跟蹤層和傳輸層星座、GPS全球定位系統、移動用戶目標系統（MUOS）和軍用全球定位系統用戶設備5個重點裝備項目的經費投入現狀進行介紹，并對美國航天裝備經費未來投入趨勢進行分析預測，旨在為美國航天裝備相關研究者提供參考。

1 美國航天裝備相關經費近三年投入現狀

美國2021財年經費投入情況

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

美國2022財年經費投入情況

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

2021－2022年美國天軍重點項目預算對比表

美國2023財年經費投入情況

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

美國2023財年經費投入情況一覽表

2 美國重點投入航天裝備項目經費投入現狀

下一代過頂持續紅外系統

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

跟蹤層和傳輸層星座

美國太空發展局計劃在低地球軌道上建立一個大型衛星網狀網絡，以探測和跟蹤敵方導彈，并在全球范圍內傳輸數據。這個網絡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”網絡，將會形成一個護盾，用來防御彈道式和高超音速導彈，提供全球指示、警告、跟蹤和瞄準服務。傳輸層衛星主要負責信息的快速通信，探測到導彈威脅時，采集的數據會首先通過光學鏈路送往傳輸層，讓其位置和飛行路線數據能夠安全地下傳到軍事指揮中心。由于擔心現有的防御系統可能無法探測到高速飛行導彈，跟蹤層和傳輸層星座建設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算為9.87億美元，傳輸層星座預算4.61億美元。

GPS全球定位系統

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，主要負責采購22顆GPS－3后續衛星，其中第一顆GPS－3F衛星預計將于2026年發射。2021財年美國天軍申請了6.28億美元預算購買了兩顆GPS－3F衛星，3.9億美元預算用于購買GPS衛星導航和授時信息的用戶設備（接收機、天線、天線電子器件和其他相關設備），4.82億美元預算用于繼續開發OCX新一代運行控制系統。

移動用戶目標系統

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通信系統星座的壽命，并申請在2023財年投入資金建造和發射另外2顆特高頻（UHF）通信衛星。MUOS星座包括4顆工作衛星和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建造。美國天軍2023財年用于MUOS開發的預算為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年短期開支預期約為2.446億美元，這些資金主要用于解決MUOS地面段的設備陳舊問題和網絡安全漏洞問題，年度外資金還將用于軟硬件升級工作。

軍用全球定位系統用戶設備

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

3 美國航天裝備經費未來投入趨勢分析

建設彈性太空體系架構

美國在保持現有骨干裝備不斷改進的同時，通過結構分解、功能分散、有效載荷裝載、多軌道分散、多域分散，將天基任務、功能和傳感器分散到各個系統中。使用網絡技術將物理上分散的系統深度融合，從而構建天地一體的綜合體系，增強整體空間系統的靈活性和作戰能力，確保整體能夠成功抵御系統故障和威脅。

美國太空作戰部長雷蒙德將軍在2022年4月5日第37屆太空研討會的主題演講中表示，鑒于當前太空環境的復雜性，美國太空部隊希望太空架構由單一系統向混合多樣化過渡，即轉向更具彈性、生存能力和防御能力的太空架構。美國2023財年預算提案中太空部隊預算增幅高達40.8%，其中大部分將用于投資提升太空作戰能力，這為太空架構向混合、多樣化過渡提供了資金保障。建設彈性架構的目標是為了擺脫對少數大型、較為昂貴的衛星的依賴，轉而采辦大量、廉價、分散的衛星星座，以建設更具彈性的力量態勢，這也是創建天軍的關鍵驅動力之一。

重點投資導彈預警與跟蹤衛星星座

美國空軍部長肯德爾認為，提升天基導彈的預警和跟蹤能力是天軍“轉型”的重點任務，創建一個新的導彈預警和跟蹤衛星網絡可以實現高超音速武器的預警。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費建立天基導彈預警與跟蹤網絡“混合架構”，大部分衛星星座將部署在近地軌道、中地球軌道和地球同步軌道。

持續部署低地球軌道星座

目前，美國太空架構中每個星座都由少量大型精密衛星組成，盡管大型精密衛星功能強大，但生存能力不足，任意一顆衛星的毀壞或者故障都可能導致整個系統崩潰，因此美國太空發展局致力于在近地軌道建立一個數量較大、彈性較強的太空架構，其中包含數百顆承載多種有效載荷的小型衛星，這就是美國太空探索技術公司（SpaceX）的“星鏈”（Starlink）計劃。截至2022年5月，“星鏈”計劃已經在低地球軌道部署了2400多顆小衛星，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，可以看出，不管是軍用領域還是商業領域，美國均搶先布局，投入大量經費部署低地球軌道，建立以組網分布式小衛星為主的太空系統。

重視商業航天

美國發布《2021年太空工業基礎狀況》報告指出，將繼續加大對發展商業航天技術的支持，并擴大采購商業航天服務范圍。美國維珍軌道公司（Virgin Orbit）發射器－1（LauncherOne）完成首次空中發射任務，成為全球首個成功發射的空射液體火箭；美國自旋發射公司（SpinLaunch）利用巨型離心機成功完成太空發射試驗，實現了航天發射方式創新；美國SpaceX公司研制的獵鷹－9（Falcon－9）火箭創造了可復用火箭“十飛十收”的新紀錄；美國阿斯特拉航天公司（AstraSpace）首次完成小火箭入軌任務，成為全球又一家具備發射能力的商業航天公司。可以看出，美國太空領域建設突出軍民兩用的特點，商業托管軍用載荷、商業發射活動、商業數據獲取將成為美軍太空體系彈性發展的重要途徑，可以預見商業航天將成為未來經費投入的重點領域。

4 總結與啟示

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，構建軍事衛星星座已成為許多國家必然的戰略選擇。從美國當前航天裝備經費投入情況來看，全球航天裝備未來發展主要有以下趨勢：一是建設全方位、多層次的空間架構，建立全天候全覆蓋的太空態勢感知體系，與此同時利用人工智能、大數據等前沿技術，不斷增強跟蹤、通信、導航以及指揮控制能力，提高太空態勢感知能力；二是建立靈活分散的太空體系架構，采用高低軌相結合的部署方式，在地球靜止軌道（GEO）和高地球軌道（HEO）部署大衛星，并充分利用商業衛星發展成果，在低軌道建設規模大、成本低的小衛星星座；三是重點發展大面陣有效載荷搜索跟蹤一體化技術，研究廣域任務數據的高性能處理算法，構建高質量、可拓展的目標紅外圖像數據集，提高星載數據強對抗條件下處理的時效性，實現發現跟蹤同步；四是發展近距離感知和緊急機動規避等技術，有效規避太空碎片和其他國家航天器碰撞，最大限度提升戰時條件下高軌衛星的生存能力；五是充分利用民營企業的投資和成熟的配套技術，采取靈活敏捷的開發模式，有效降低系統開發和維護成本，提高整體開發效率。