研究背景
数据与方法
发布会透露：为进一步降低中国空间站上行货物运输成本，增强上行货物运输灵活性，探索发展商业航天模式，去年我们（载人航天办公室）发布了空间站低成本货物运输系统总体方案征集公告，并从10家方案中优选出4家进入方案详细设计阶段。
根据美国防部《成本估算指南》（2022年），军用装备通用的成本指标主要包括以下几项：
1. 出厂成本（Flyaway Cost）：与生产可用的军事硬件有关的成本，最初与飞机有关。包括创建基本单元的成本，即主要任务设备（如推进设备、电子设备、武器等）的工作分解结构元素、系统工程、项目管理、系统测试与评估、售后服务、工程变更、一次性启动生产成本和其他安装的政府提供设备。“滚转成本”（Rollaway Cost）和“启航成本”（Sailaway cost）分别类似于车辆和船舶的“出厂成本”。
2. 武器系统成本（Weapon System Cost）：主要任务设备的采购成本加上保障设备的采购成本。
3. 采购成本（Procurement Cost）：主要任务设备、保障设备和初始备件的采购成本。
4. 采办成本（Acquisition Cost）：主要任务设备和保障设备的研制成本加上主要任务设备、保障设备、初始备件和系统专用设施（军事建设）的采购成本之和。
5. 全寿命周期成本（Life Cycle Cost）：研制成本、采购成本、军事建设成本、使用与保障成本和处置成本之和。
6. 总拥有成本（Total Ownership Cost）：全寿命周期成本加上不直接相关的基础设施或业务流程成本。其中，基础设施包括对装备的支持（采办和后勤活动）、对军事人员的支持（培训）、人事管理与福利、医疗保健，以及对军事基地的支持（设施和通信/信息基础设施）。
图1 总拥有成本构成（本文作者制图）
由于飞机生产的单位成本往往随着累计产量的下降而下降，因此在比较飞机平台的成本时，兰德公司对生产数量进行了归一化。下表中的平均单位出厂成本代表了对生产每个平台前100架的估算。成本估算是从学习曲线推断出来的，该曲线是从选择性采办报告和其他来源为每个项目编制的年度成本和数量信息中估算出来的。
研究表明，军用飞机采购成本与空机重量之间存在比例关系。下图绘制了上表中30种军用飞机在应用对数缩放后的这种关系。兰德公司通过对数据集中的25中有人驾驶飞机系统进行回归分析，获得了拟合曲线和90%置信区间。
图表展示了空机重量与出厂成本的对数关系，结果显示，尽管无人驾驶飞机的空机重量普遍较低，但其出厂成本依然遵循与有人驾驶飞机类似的成本曲线。尽管无人驾驶飞机的空机重量较低，但其出厂成本与有人驾驶飞机呈现出相似的关系，即出厂成本与飞机的空机重量密切相关。无人驾驶飞机因为不需要搭载机组人员，设计可以更紧凑，尤其是对于那些承载轻型有效载荷的机型，这可以显著降低生产成本和出厂成本。
图表显示了一些值得注意的结果。首先，空机重量和成本之间的比例关系似乎是成立的。对有人驾驶飞机的回归方程表明，出厂成本相对于空机重量的点弹性（Point Elasticity）是0.75，表明空机重量每增加10%，前100架飞机的平均单位出厂成本将增加约7%。第二，尽管在样本中，无人驾驶飞机的空机重量比有人驾驶飞机低得多，但空机重量和出厂成本之间的关系也适用于无人驾驶飞机。MQ-1B、MQ-9A和MQ-1C的结果都非常接近于从有人驾驶飞机数据得到的拟合曲线。RQ-4和MQ-4C估算值略高于拟合曲线，但在90%置信区间内。从图表中可以得出结论，无人驾驶飞机和有人驾驶飞机在成本上的差异主要归因于飞机的空机重量。由于没有机载机组人员，因此无人驾驶飞机可以建造得比有人驾驶飞机更小更轻，特别是对于紧凑和轻型有效载荷而言，这可以通过降低出厂成本的方式节省成本，还可以降低飞机使用年限内的燃料成本。
图2 飞机空机重量与平均单位出厂成本的关系（本文作者汉化）
兰德公司进行了进一步的分析，控制影响出厂成本的其他因素，例如飞机是否具备隐身能力、每年采购的飞机数量、首次交付的年份以及飞机任务类型。统计结果表明，在控制了其他因素后，无人驾驶飞机的单位出厂成本与有人驾驶飞机差异不大。除了空机重量之外，与出厂成本密切相关的因素还包括将隐身技术纳入飞机设计以及每年生产的飞机数量。
兰德公司采用的多元回归方法基础公式如下：
这种回归形式也被称为参数成本模型或成本估算关系式，其中成本是因变量，飞机采购或设计的空机重量和其他特性参数是自变量。
为了进行额外的敏感性分析，兰德公司使用前100架飞机的平均采购单位成本（Average Procurement Unit Cost，APUC）作为因变量进行了相同的回归分析。平均单位出厂成本通常低于平均采购单位成本，因为平均单位出厂成本中不包括与备件或初始保障服务有关的成本，这些成本是用采购经费支付的。出厂成本分析比平均采购单位成本更能准确地反映飞机的固有成本，因为初始备件和保障成本可能随着平台所采用的维持方法而变化。
在这些回归中，无人驾驶飞机变量是正的，但在任何回归方程的90%水平上都没有统计学意义。
主要结论
军用有人及无人驾驶飞机的成本估算是一个复杂且多变的过程，需要综合考虑飞机的任务类型、技术水平、数量、周期等多个因素。兰德公司自20世纪70年开始研究飞机成本估算关系式，来源于军方提供的多种军用飞机的成本、计划、性能、技术和进度等数据，基于空机重量、最大平飞速度、生产数量等参数，通过数据回归分析，提出了能够预测飞机飞行成本的参数化估算关系。由于技术的不断进步和任务的多样化需求，兰德公司成本估算考虑的因素也在不断变化，包括是否采用隐身技术、生产速率以及有人／无人驾驶等。因此，在进行成本估算时，应充分考虑当前的技术水平、任务需求以及未来可能的发展趋势。
作者 | 中国航空工业发展研究中心 张海涛，刘邓欢
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