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因此,我們強調,不同于民用無人機主要是對人工作業的替代,軍用無人機是對有人機的補充,即是一種裝備對另一種裝備的補充,具有典型的“裝備特性”,而非民用無人機的“載體特性”。此外,軍用無人機系統較軍用有人機,全壽命周期內的成本優勢較為突出。
1. 軍用有人機的運營和維護成本占全壽命周期成本70%以上
國防部每年花費數百億美元對武器系統進行維護保障,以確保這些系統 能夠支持當前軍事行動,同時滿足國防需要。其中,從武器系統總壽命周期劃分,運 營和支持(O&S)成本約占武器系統總壽命周期成本的70%,因此僅比較單機采購成本意義相對有限。
2. 美空軍希望利用無人機特點,降低采辦和使用成本
據“航空工業發展研究中心”公眾號2019年推送《美空軍低成本可消耗無人作戰飛機分析》,美空軍認為當前空中戰場的威脅日趨多變,高性能作戰飛機的價格不斷攀升,國防預算壓力日益增大。美空軍難以通過大規模更新換代解決作戰能力與預 算壓力的矛盾,必須創新裝備解決方案,在保證性能可接受前提下,顯著降低采辦和使用成本,重塑美空軍的數量優勢。為解決上述挑戰,美空軍希望利用無人機的 特點,創新飛機設計概念和流程,在保證一定性能前提下,顯著降低采辦和使用成 本。美空軍認為,可執行打擊、情報監視偵察等任務的遠程、高性能、低成本無人作戰飛機將帶來改變游戲規則的能力,在未來空中對抗中將同時形成規模和成本優勢。XQ-58A項目軍方主管認為,未來美空軍機隊很可能由相比現在更少的高端作戰飛機 和大量的低成本可消耗無人機構成。
3. 軍用無人機系統的使用保障費占全壽命周期比重,相較有人機有所降低
在權衡無人機與有人機成本效益時還需考慮作戰因素,即在執行同等作戰任務、達到同等作戰效能的前提下,對比全壽命周期成本。該報告基于一定假設,以3架RQ-4無人機和6架P-8海上巡邏機執行同等ISR任務為條件,以2020年不變美元計算,認為RQ-4和P-8相比,RQ-4每飛行小時全壽命周期成本比P-8低17%,每飛行小時直接使用成本低38%,全壽命周期成本的差距小于直接使用成本差距,主要是由于RQ-4的預期壽命比有人機P-8更短,即使RQ-4的采購成本低于P-8。
(四)本質:高性能、高可靠與低成本的不可能三角,牽引軍民格局
以民用當前市場空間較大的農業植保領域為例,無人機規模放量的前提在于低成本。植保無人機的需求基礎包括農村人口用工成本上升、相比人工具有安全高效等多方 優勢。植保無人機,是用于農林植物保護作業的無人駕駛飛機,該型無人飛機有飛行平臺、GPS飛控、噴灑結構三部分組成,通過地面遙控或GPS飛控,來實現噴灑作業,可以噴灑藥劑等。需求本身存在,但作為行業工具,核心在于成本是否可以足 夠低到替代人工。我們以1000畝地單次噴灑農藥為基礎,考慮無人機的全壽命周期, 基于一定假設條件下,我們計算1000畝地單次噴灑農藥,人力植保、極飛P80、大疆 T30的成本分別為7.52、3.51、3.7萬元,即相對于人工,無人機植保確實具有顯著的低成本特征,而若相關無人機成本在7.52萬元以上,則相對用戶則缺乏替換動力。
無人機系統具有高度復雜性,全壽命周期的可靠性是其持續應用的前提。以軍機為例,前期無人機的較低可靠性使其在全壽命周期成本優勢上,低于有人機,限制了初期的行業大規模應用。根據美國空軍現行標準,飛機事故根據直接損失金額的大 小劃分為不同等級,如A級指直接損失在200萬美元以上,飛機事故率被定義為飛行10萬小時所發生的累計事故,而無人機事故率較高。根據美國政府機構CRS于2022 年4月發布報告《Unmanned Aircraft Systems: Current and Potential Programs》, 1998~2021年財年間,無人機系統的10萬飛行小時A級事故率為3.97次,其中MQ-1為6.26次,有人機系統的A級事故率為2.06次。而在無人機發展初期,據美國蘭德智 庫2020年報告《Trends in U.S. Air Force Aircraft Mishap Rates(1950-2018)》, PRA(遠程控制飛機)在1990年代的A級事故率為61.8次,遠高于同期其他有人機型。而在民用領域,類似情況也相對較多,如常見的“炸機”事件,無人機的可靠性成為 其持續應用的前提。
我們認為,無人機作為執行各種任務的行業基礎工具,存在產品大規模滲透的矛盾, 即高性能、高可靠與低成本的“不可能三角”。無人機主機廠作為系統集成商,主要部件如發動機、任務載荷、機體等方向逐漸成為引導無人機系統升級的主要方向, 在此背景下,想要實現代際的升級,中上游分系統的性能便需要同步創新與升級, 而由于創新環節逐步由中上游主導,大概率會使得無人機的總成本上升。而作為行 業的基礎工具,尤其是民用領域,大規模的應用基礎是低成本,從而會使得主機廠 主動或被動降低可靠性基礎。但是,較低的可靠性基礎,使得無人機的損失率或者 維修率較高。對于主機廠而言,低可靠性意味著在維保期內所承擔的維修成本過高, 進而帶來高成本,降低或攤薄主機廠利潤,同時會降低后續客戶的復購意愿,形成惡性循環;對于客戶而言,低可靠性意味著無人機作為基礎的行業工具,其全壽命周期的相對成本優勢降低,缺乏替代人工作業的動力。