楊偉宏，岳曉飛，徐珊珊，孟慶豐，李 斌

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076）

0 引 言

在以往評(píng)價(jià)航天裝備時(shí)，往往只著眼于常規(guī)的效能，即各種技術(shù)性能指標(biāo)，對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)特性，如成本、價(jià)格等未給予足夠的重視。在設(shè)計(jì)初期沒有系統(tǒng)開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和全壽命周期費(fèi)用論證，在后期發(fā)現(xiàn)問題時(shí)已錯(cuò)過了修正的最佳時(shí)機(jī)，經(jīng)費(fèi)使用效能不高，產(chǎn)品成本價(jià)格過高。

國(guó)內(nèi)外都在研究如何控制和節(jié)約航天裝備費(fèi)用，使其先進(jìn)性和采購(gòu)費(fèi)乃至全壽命周期費(fèi)用之間能有科學(xué)的平衡，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用效能的最佳組合。隨著高新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，在現(xiàn)代航天裝備中電子化、信息化、新材料、新工藝的選用越來(lái)越多，技術(shù)的集成度越來(lái)越高，研制過程中的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，超支和降低技術(shù)指標(biāo)的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了資金的使用效能。

運(yùn)載火箭從某種意義上也屬于航天裝備，由于采購(gòu)數(shù)量相對(duì)較少，對(duì)單發(fā)火箭效能依賴越來(lái)越高，因此，也亟需開展有效地控制研制和采購(gòu)經(jīng)費(fèi)的研究。

1 運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的主要內(nèi)涵

在對(duì)項(xiàng)目的分析論證中，最重要的就是技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，具體來(lái)說(shuō)，即在一個(gè)工程項(xiàng)目尚未實(shí)施之前依據(jù)相關(guān)的分析手段和方法估算它的經(jīng)濟(jì)效用，并通過在不同方案之間的比較，從中優(yōu)選出最經(jīng)濟(jì)、最有效的技術(shù)方案，從而使項(xiàng)目的投資決策建立在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，為投資決策的科學(xué)化提供方法。

運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析主要關(guān)注具體型號(hào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程中的經(jīng)濟(jì)效益和研制成本、價(jià)格等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)技術(shù)發(fā)展的影響規(guī)律。分析工作主要分成[1]：全壽命周期費(fèi)用的預(yù)測(cè)、成本費(fèi)用估算以及技術(shù)和費(fèi)用之間的關(guān)系協(xié)調(diào)與平衡。在具體工作內(nèi)容上，通過對(duì)技術(shù)內(nèi)容的總結(jié)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的收集、建立數(shù)學(xué)模型，并在實(shí)際工作中不斷修正，科學(xué)地指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)決策。

2 運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的特征與指導(dǎo)思想

運(yùn)載火箭是一類特殊的商品，同時(shí)也是全社會(huì)的公用產(chǎn)品，正是由于航天裝備具有這種雙重的屬性，其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特征具有特殊性，需要正確的把握技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[2]。

2.1 技術(shù)特征

a）計(jì)劃性強(qiáng)

航天裝備研制與生產(chǎn)受到嚴(yán)格需求計(jì)劃的限制，在不同的時(shí)間對(duì)不同裝備的需求具有明確的計(jì)劃安排，其生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)不完全以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為主導(dǎo)。當(dāng)遇到重大的外部威脅和政策調(diào)整時(shí)，企業(yè)必須絕對(duì)遵照要求開展研制和生產(chǎn)，經(jīng)費(fèi)下達(dá)也是以計(jì)劃為指導(dǎo)。

b）技術(shù)復(fù)雜，質(zhì)量要求高

航天裝備產(chǎn)品作為國(guó)家安全利益與經(jīng)濟(jì)利益的保障，不斷要求技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)領(lǐng)先，并保證擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因此航天裝備對(duì)新技術(shù)應(yīng)用要求高，專業(yè)領(lǐng)域涉及廣，質(zhì)量與可靠性要求苛刻。

c）研制周期長(zhǎng)

航天裝備產(chǎn)品研制過程中，為了確保研制的進(jìn)度質(zhì)量等各方面的要求，一般分為方案階段、初樣階段、試樣階段和定型（鑒定）階段，研制周期長(zhǎng)，跨度大。

2.2 經(jīng)濟(jì)特征

a）供需雙方存在信息不對(duì)稱。

作為承研單位，由于無(wú)法提前獲取航天裝備最終的使用情況信息，在研制生產(chǎn)前無(wú)法得到采購(gòu)的批量以及后續(xù)資金的支持情況，尤其完成初期論證和研發(fā)的項(xiàng)目能否立項(xiàng)對(duì)生產(chǎn)者而言都不確定。

因此，無(wú)論承研單位還是用戶，在航天裝備研制生產(chǎn)過程中都會(huì)面臨不確定因素帶來(lái)的大量風(fēng)險(xiǎn)，供需雙方在識(shí)別、處置自身面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)還要提防對(duì)方應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)處置不當(dāng)時(shí)對(duì)己方的影響。

b）產(chǎn)品的專用性強(qiáng)

航天裝備產(chǎn)品無(wú)論是在投資還是在用途上，都具有極強(qiáng)的專用屬性。為了保護(hù)這種專用性，國(guó)家和單位內(nèi)部制定了一系列規(guī)章制度，保障研制資金?？顚Ｓ茫ＷC產(chǎn)品只能流通到指定的部門，不能向其它非用戶部門轉(zhuǎn)移，造成了產(chǎn)品替代性低，使得一些常規(guī)的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析工具在分析航天裝備時(shí)難以奏效。

c）市場(chǎng)調(diào)節(jié)手段有限

航天裝備的商品特殊性使得市場(chǎng)調(diào)節(jié)的手段有限，估算十分復(fù)雜和困難。即使研究分析得出的結(jié)論對(duì)采辦效果的影響并不起關(guān)鍵作用，沒有真正進(jìn)入市場(chǎng)環(huán)節(jié)，沒有起到國(guó)防資源配置的杠桿作用。由于供需雙方相對(duì)壟斷的特點(diǎn)，即使引進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，也因國(guó)家需求有限及軍工單位分工壁壘，市場(chǎng)調(diào)節(jié)能力有限。

2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征綜合影響分析

開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的目的是在全壽命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)使用效能的最大化和使用費(fèi)用的最小化，需要將技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)整合在一起，進(jìn)行最優(yōu)的決策。

在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析中，技術(shù)是引領(lǐng)。技術(shù)進(jìn)步所引發(fā)的設(shè)計(jì)思想和理念的進(jìn)步非常迅速，使得航天裝備的技術(shù)含量越來(lái)越高，作戰(zhàn)使用效能越來(lái)越高。從經(jīng)濟(jì)角度分析，設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、驗(yàn)證手段的提高，極大提高了設(shè)計(jì)效率，同時(shí)也使設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)與技術(shù)參數(shù)之間的配合越來(lái)越精準(zhǔn)。

因此開展運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，必須站在全局高度分析研究技術(shù)與經(jīng)濟(jì)問題，既要考慮技術(shù)引領(lǐng)，又要認(rèn)識(shí)到新技術(shù)的采用是通過各個(gè)專業(yè)和產(chǎn)品之間的配合關(guān)系，經(jīng)過復(fù)雜變換后才能體現(xiàn)出來(lái)，脫離應(yīng)用環(huán)境和總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，力圖簡(jiǎn)單得出某項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值是不現(xiàn)實(shí)的。

2.4 運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的指導(dǎo)思想

現(xiàn)階段技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析需要在明確技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析需求和重要意義的前提下，捋清思路，總結(jié)方法，積累經(jīng)驗(yàn)，按照當(dāng)前運(yùn)載火箭研制規(guī)律進(jìn)行嘗試、探索，最終形成相對(duì)固定的、可操作的分析模式。

由此在現(xiàn)階段開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析工作的指導(dǎo)思想為：以系統(tǒng)工程思想為指導(dǎo)，按照全壽命的范圍要求，嘗試建立技術(shù)與經(jīng)濟(jì)雙向影響的關(guān)系，并能夠?qū)Υ岁P(guān)系進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，為運(yùn)載火箭的技術(shù)經(jīng)濟(jì)決策提供依據(jù)。

3 運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的思路與方法

通過近幾年的探索，在開展航天裝備技術(shù)經(jīng)濟(jì)工作中形成了一定的方法和經(jīng)驗(yàn)。主要方法有類比估算法、工程估算法、參數(shù)估算法等[3]。

3.1 類比估算法

類比估算法是利用被預(yù)測(cè)的運(yùn)載火箭與已完成研制任務(wù)運(yùn)載火箭的特征進(jìn)行類比，在已完成研制運(yùn)載火箭費(fèi)用的基礎(chǔ)上得出新型運(yùn)載火箭的費(fèi)用數(shù)據(jù)。其主要思想是深入分析典型產(chǎn)品，以點(diǎn)帶面，縱向類比分析新舊運(yùn)載火箭技術(shù)特征和特性，橫向類比分析新舊運(yùn)載火箭選用的同類產(chǎn)品。這種方法應(yīng)用比較廣泛，要求費(fèi)用分析和估算人員基本了解產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程。通常用于對(duì)已有運(yùn)載火箭改進(jìn)費(fèi)用估算和對(duì)已完成運(yùn)載火箭繼承性較大的運(yùn)載火箭研制費(fèi)用估算。

3.2 工程估算法

工程估算法主要思路是將運(yùn)載火箭總工作量分成更小的工作單元，對(duì)每個(gè)工作單元的重復(fù)性勞動(dòng)和材料等作累計(jì)并估算其費(fèi)用，再把各個(gè)部分相加進(jìn)而得出該項(xiàng)任務(wù)總的費(fèi)用估算值。這種方法要求費(fèi)用分析和估算人員對(duì)產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過程具有一定的了解。如果采集的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，就可以得出準(zhǔn)確的結(jié)果。

層次分析法是工程估算法中使用較多的方法。其基本思路[4]是把一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中具有共同屬性的因素組成同一層次，不同類型的因素形成不同的層次；并且上層因素與其下層全部或部分因素相關(guān)聯(lián)，形成按層次自上而下的逐層關(guān)聯(lián)關(guān)系；通過各因素兩兩對(duì)比，通過層次結(jié)構(gòu)逐級(jí)向上完成復(fù)雜系統(tǒng)分析評(píng)估。

層次分析法能統(tǒng)一處理決策中的定性與定量因素，把簡(jiǎn)單的表現(xiàn)形式與深刻的理論內(nèi)容結(jié)合在一起，具有系統(tǒng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)潔性顯著、主觀客觀結(jié)合性好等特點(diǎn)，可以提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

3.3 參數(shù)估算法

參數(shù)估算法是當(dāng)前費(fèi)用估算中應(yīng)用最為廣泛的方法。該方法的指導(dǎo)思想是以具有特殊含義，能夠表達(dá)工程系統(tǒng)特性的參數(shù)組成費(fèi)用方程或方程組，通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算等方法建立費(fèi)用和工程系統(tǒng)特征量級(jí)技術(shù)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，也就是費(fèi)用數(shù)學(xué)模型[5]。參數(shù)估算法需要對(duì)已建立的數(shù)學(xué)模型的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)后才能用于實(shí)際的估算工作。如果采用的是統(tǒng)計(jì)計(jì)算則需要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的樣本容量必須達(dá)到一定的計(jì)算要求，使用的樣本與估算的產(chǎn)品或系統(tǒng)的時(shí)間距離越近越好，參數(shù)指標(biāo)越近似越好。

隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了大量新的參數(shù)估算方法，比如偏最小二乘法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法等。

3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與運(yùn)載火箭研制階段的配合關(guān)系

進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析工作具體方法可根據(jù)實(shí)際情況，特別是掌握的數(shù)據(jù)情況確定。在有效數(shù)據(jù)充足的情況下可以選用精確計(jì)算的量化方法，如果可用數(shù)據(jù)不足或者可靠性不高可采用主觀和客觀相結(jié)合的方法。

由于不同階段開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的重點(diǎn)不一樣，因此選用方法也不完全一樣，國(guó)內(nèi)外開展類似工作成果中各種方法的具體使用情況如表1[6]所示。

表1 估算方法使用情況Tab.1 Usage of Estimation Method

4 運(yùn)載火箭經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析工作實(shí)踐

技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析要作為研制轉(zhuǎn)段的必要條件，在研制之初，必須確定以總體技術(shù)為基礎(chǔ)，逐步分解各個(gè)主要分系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，按照性能對(duì)比、經(jīng)費(fèi)與效能評(píng)估、單價(jià)分析的工作思路開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。圖1[7]是以某型號(hào)為例的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析工作模塊示意。

圖1 某型號(hào)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析工作模塊示意Fig.1 Diagrammatic Sketch of a Certain Project’s Technical and Economic Analysis Work Module

4.1 性能對(duì)比

對(duì)該型號(hào)的主要技術(shù)指標(biāo)分解情況、主要技術(shù)構(gòu)成等進(jìn)行分析和描述，按照主要分系統(tǒng)構(gòu)成情況，分析分系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)和主要技術(shù)手段，以及具體技術(shù)指標(biāo)的數(shù)值范圍等，為后續(xù)進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比奠定基礎(chǔ)。

以表2國(guó)際商業(yè)發(fā)射服務(wù)報(bào)價(jià)的發(fā)射價(jià)格、單位有效載荷發(fā)射價(jià)格、GTO運(yùn)載能力為輸入數(shù)據(jù)，采用基于輸入的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型（DEA模型），對(duì)比分析了國(guó)際上主流運(yùn)載火箭的投入產(chǎn)出效率，如表3所示[5]，表中CRS是基于投入不變的效率、S1是投入改進(jìn)的效率、RTS規(guī)模效益?？梢钥闯?，效率最高的是宇宙神5重型、德爾它4H，中國(guó)的長(zhǎng)征三號(hào)В處于第3的位置，歐空局的運(yùn)載火箭位于中間靠前的位置，而俄羅斯的火箭處于中間靠后的位置，研發(fā)時(shí)間較早的運(yùn)載火箭和日本的H2運(yùn)載火箭整體效率較為落后。

中國(guó)新型運(yùn)載火箭既要滿足中國(guó)航天服務(wù)，也要參與國(guó)際商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。因此，必須瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，研發(fā)性能先進(jìn)、可靠性高、成本底、滿足產(chǎn)品化系列化需求的新型運(yùn)載火箭。

4.2 類比分析與單價(jià)分析

在火箭單價(jià)預(yù)測(cè)中，按照結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、性能、技術(shù)水平等方面對(duì)總體關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，比如火箭直徑、整流罩直徑、火箭高度、起飛質(zhì)量、運(yùn)載能力、技術(shù)水平進(jìn)行層次建模，如圖2所示。

圖2 運(yùn)載火箭單發(fā)價(jià)格的層次分析結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchical Analysis Structure Diagram of Launch Vehicle Single Launch Price

然后就各指標(biāo)對(duì)火箭單價(jià)的影響，按照層次分析法的要求進(jìn)行兩兩對(duì)比，最后匯總結(jié)果如表4所示。

表4 技術(shù)指標(biāo)對(duì)比Tab.4 Technical Index Comрarison

根據(jù)層次模型計(jì)算性能指標(biāo)對(duì)單發(fā)價(jià)格的影響權(quán)重，見表5。

表5 計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculation Results

從表5可知，將得到的各性能指標(biāo)的最終權(quán)重與性能增加值相乘后得到初步的評(píng)價(jià)值3.081[4]。由于參考型號(hào)的研制時(shí)間較為久遠(yuǎn)，考慮到貨幣的時(shí)間價(jià)值和一定的通脹率，評(píng)價(jià)值進(jìn)一步修正為4.391。按照參考型號(hào)單發(fā)價(jià)格按照不同的載荷技術(shù)要求為18000～23000萬(wàn)元計(jì)算，新型號(hào)單發(fā)價(jià)格為 7.9038～10.0993億元。

按照新型號(hào)GTO有效載荷為14 000 kg，人民幣對(duì)美元的匯率為 7.0，發(fā)射費(fèi)用為單發(fā)價(jià)格的 10%計(jì)算，新型號(hào)單位有效載荷發(fā)射價(jià)格為 8871.61～11335.95美元/kg。

4.3 研制費(fèi)用的估算

從中國(guó)和國(guó)際上的數(shù)據(jù)分析，研制經(jīng)費(fèi)可以按照產(chǎn)品單價(jià)的9～15倍的數(shù)值進(jìn)行預(yù)計(jì)。該型火箭具有較大的技術(shù)領(lǐng)先性、創(chuàng)新性和一定的繼承性，技術(shù)性能基本處于國(guó)際水平，因此可初步按照12倍單價(jià)進(jìn)行預(yù)測(cè)，也就是該型火箭研制費(fèi)用在94.8 ～121.2億元之間，均值為108億元。

通過已有型號(hào)的經(jīng)費(fèi)使用規(guī)律，參考?xì)v史型號(hào)的經(jīng)費(fèi)使用情況，可以對(duì)主要分系統(tǒng)的經(jīng)費(fèi)使用情況進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)和分解，如表6所示。從表6看出，總體和箭體結(jié)構(gòu)的所占經(jīng)費(fèi)比重最大，為研制經(jīng)費(fèi)總額的40%，其次為動(dòng)力系統(tǒng)。

表6 運(yùn)載火箭各系統(tǒng)經(jīng)費(fèi)比例關(guān)系Tab.6 Proрortion of Funds for Each System of Launch Vehicle

通過對(duì)某運(yùn)載火箭的分析計(jì)算，可得出其研制經(jīng)費(fèi)、單發(fā)價(jià)格的估算值，完成從技術(shù)指標(biāo)到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的轉(zhuǎn)換。由此可以看出，該型號(hào)技術(shù)性能已經(jīng)接近或達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，研制經(jīng)費(fèi)投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國(guó)外同類型號(hào)，單位有效載荷發(fā)射價(jià)格接近國(guó)際水平，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié) 論

開展運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，具有重要的理論和實(shí)踐意義。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，可以建立技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的匹配關(guān)系，合理制定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確保運(yùn)載火箭的研制生產(chǎn)更加符合國(guó)家和企業(yè)自身需要。同時(shí)，通過本文的運(yùn)載火箭技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析研究與實(shí)踐，初步構(gòu)建了較完整的運(yùn)載火箭全系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析架構(gòu)，可為后續(xù)運(yùn)載火箭研制開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)提供了有益的探索和的借鑒。