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從聯邦研發資金投入看美國政府科技布局

2022-04-28 16:59:11 作者：戰略前沿技術來源：戰略前沿技術分享至：

近年來，科技領域成為國際競爭的主戰場之一，科技強國、大國紛紛出臺或更新國家科技創新戰略，以搶占未來制高點。2020年發生的新冠肺炎疫情大流行使得全球競爭格局加速調整，主要科技強國紛紛嘗試利用科技創新轉“危”為“機”。在此背景下，很多國家開始調整科技布局，以更好地利用科技創新來應對疫情帶來的挑戰，并為搶占未來主導權贏得先機。他們一是高度重視基礎研究并加強其與應用研究以及試驗發展的銜接，如歐盟地平線歐洲計劃（2021—2027）把卓越研究作為三大重點任務之一，韓國出臺了基礎研究振興綜合計劃，俄羅斯制定了基礎科學研究2021—2030年長期發展規劃，美國參議院2021年6月通過的《創新與競爭法案》提出，要在國家科學基金會下設立技術與創新局，聚焦關鍵技術領域的研究，并迅速將其推向市場；二是積極布局前沿尖端技術（如人工智能、量子計算等），關注生物技術領域，推進數字經濟發展，重視氣候環境。三是強化大學研究能力，同時注重對企業創新的支持。日本2021年3月提出新設10萬億日元的“大學基金”，為大學提供長期穩定支持；俄羅斯2021年6月啟動“優先2030”大學支持計劃，未來十年累計至少投入1000億盧布支持100所大學的發展。為推動企業創新，英國創新署2020—2021財年對處于早期階段的創新型企業給予總計近10億英鎊的資金支持；愛爾蘭2021年1月發布《國家中小企業和創業增長計劃》。

作為世界科技創新能力最強的國家，美國在科技布局方面積累了成功的做法和經驗。值得注意的是，美國政府的科技布局不是一成不變的，隨著時間的發展、科技前沿領域重大突破的不斷出現、國內各創新主體科技實力的不斷提升，其科技布局也在不斷變化。我國的規模和體量與美國相近，但在科技創新能力方面還有一定的差距。為此，本文將通過分析美國政府的科技布局及其變化趨勢，為我國提供一定借鑒。

一、數據與方法

研發資金是最重要的科技資源之一，其流向能夠較好地反映美國聯邦政府的科技布局。為此，我們基于美國國家科學基金會發布的美國聯邦政府歷年來的研發資金投入，對美國政府的科技布局進行分析。

科技布局主要涉及四方面的內容，包括領域布局、活動類型布局、執行主體布局以及國外布局。在領域布局方面，美國采取分散化的科技管理體制，本文將通過分析國防部、衛生部、能源部、國家航空航天局、國家科學基金會、商務部、農業部的研發資金情況來分析美國聯邦政府關注的重點領域；在活動類型布局方面，本文將分析美國聯邦研發資金在基礎研究、應用研究和試驗發展的分配情況，以了解美國聯邦政府在研發鏈條中的位置；在執行主體布局方面，本文將分析美國聯邦研發資金分配給政府研發機構、聯邦資助的研發中心（Federally Funded R&D Centers, FFRDC）、大學、企業、非營利機構等的數額及其比例；在國外布局方面，本文將分析美國聯邦政府的研發資金主要撥給了哪些國家以及每個國家重點領域，以了解美國與盟友國家以及發展中國家的科技關系。

二、分析結果

2.1 美國政府研發投入的歷史演變

美國聯邦政府一直高度重視研發工作，投入了大量研發資金。當前，美國聯邦政府研發預算金額位居世界第一，2020年（指財年，以下同。美國的財年采取跨年制，對應相應年份的10月1日到次年9月30日；中國的財年采取歷年制，從1月1日到12月31日）投入金額為1674億美元，比中國政府的研發資金投入（按匯率折算為近700億美元）高一倍以上，更是遠超其他國家的政府研發投入。

二戰結束后，美國聯邦政府的研發資金呈現總體上升趨勢，資金投入的增長態勢可以分為四個階段（圖1）。

第一階段（二戰后至1965年），由于二戰期間美國在科技上的巨額投入對美國及其盟軍贏得勝利發揮了重要作用，二戰結束后，羅斯福總統的科技顧問范內瓦·布什向其提交《科學：無盡的前沿》報告，提出美國政府的優先任務是創造新知識，以造福美國社會各界。在這一科技政策的指導下，美國先后成立了美國國家科學基金會、國家航空航天局等機構，并啟動了阿波羅計劃等，這些政策和措施大大促進了美國聯邦研發資金投入的增長，1951年，美國聯邦研發資金為15億美元，1965年增至146億美元，增加了近9倍。

第二階段（1965—1978年），美國聯邦研發資金不再增長。在此期間，美國預算面臨巨大壓力：在境外，美國在越南戰爭（1965—1972年）中花費了大約1680億美元；在境內，美國把社會保障和醫療保險作為強制性支出，從1962年占聯邦總支出的30%躍升至1975年的50%；此外，科技帶來的負面作用（如核爆炸致命的副作用、殺蟲劑過度使用對人類健康帶來的危害）引發美國社會各界的關注，人們對聯邦研發資金的增加開始不滿。在這兩方面因素的作用下，美國聯邦研發資金在1965—1975年間一直穩定在160億~200億美元之間，經過通貨膨脹調整，其資金數額實際呈下降趨勢。

第三階段（1978—2000年），美國聯邦研發資金開始恢復增長。20世紀70年代末，日本經濟和科技快速發展，對此，美國聯邦政府開始加大研發資金投入。1980年，里根當選美國總統后，支持開展更多的研發工作，啟動了“星球大戰”計劃。1978—1999年間，美國聯邦的研發經費穩步增加，從300億增至750多億。

第四階段（2000—2008年），美國聯邦研發資金快速增長。進入21世紀之后，主要國家都加大了政府研發投入的步伐。面對來自其他國家，尤其是中國的激烈競爭，美國政府加大研發投入，并于2006年提出了未來十年內聯邦對基礎研究的資金投入要翻一番的目標。到2008年，聯邦研發資金已經增至1270億美元。

第五階段（2008年至今），美國聯邦研發資金呈現先降后升的態勢。2008年，美國發生次貸危機，經濟遭到重創。然而，美國聯邦研發資金投入卻沒有馬上下降，因為奧巴馬經濟刺激計劃的關鍵部分集中在科技投資上，特別是在清潔能源領域。然而，從2011年開始，美國一些決策者（尤其是眾議院的共和黨人）極力阻止赤字支出，政府研發資金大幅降低，在2012—2017年間從1385億美元降至1190億美元。之后，又開始重拾上升勢頭，到2019年增至1400多億美元，2020年增至1674億美元。

2.2 美國聯邦政府的科技領域重點布局

2.2.1 現狀

從不同政府管理部門研發資金預算的數額可以看出，長期以來，美國最為重視的是國防領域的研發工作，之后為衛生健康、能源以及航空航天領域（圖2）。2020年，美國國防部的研發資金占聯邦研發資金的份額為41%，衛生部為28%，能源部為11%，航空航天局為9%。

國防部的資金主要由國防先進研究計劃署（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）、空軍、陸軍、海軍等負責執行和管理。衛生部的資金主要由國立衛生研究院（National Institute of Health, NIH）負責管理和執行（占94%），其他重要的資金管理部門包括生物醫學先進研究與開發署（Biomedical Advanced research and Development Agency, BARDA,負責研發疫苗和藥物）、食品與藥物管理局（Food and Drug Administration, FDA）、疾病控制與預防中心（Centers for Disease Control and Prevention, CDCP）以及健康保健研究與質量局（Agency for Healthcare Research and Quality, AHRQ）。能源部的資金主要由國家核安全管理局（40%）和科學辦公室（35%）負責管理和執行，前者主要用于防御計劃、海軍核動力計劃、防御性核不擴散辦公室；后者主要用于開展與能源相關的基礎研究。能源部其他重要的資金管理部門包括能效與可再生能源辦公室、核能辦公室以及能源先進研究計劃署（Advanced Research Projects Agency-Energy, ARPA-E）。

2.2.2 變化趨勢

過去20年間，美國主要部門的研發資金占聯邦總研發資金的份額一直在變動，其中國防部的研發資金所占份額整體呈下降趨勢，而衛生部、能源部的份額整體呈上升趨勢（圖2）。國防部的研發資金占聯邦研發總資金的份額在2011年達到55.5%的峰值之后就開始下降，到2016年降至不足40%；衛生部的研發資金占聯邦研發資金的份額在2000—2015年間一直穩定在23%~25%，之后提升并穩定在28%左右；能源部的研發資金所占份額在2000—2014年間一直穩定在6%~8%，從2015年開始穩步提升，到2020年已經增至10.7%。

這種趨勢反映了美國聯邦政府在過去20年間重點研發領域布局的變化：國防領域的受關注程度隨著時間的推移正在降低，衛生健康領域和能源領域的受關注程度正在增加。21世紀初，美國對伊拉克發動軍事行動，國防開支從2001年的2800億美元驟增至2011年的7100億左右，在此期間，美國國防部的研發資金投入也相應增長；2012年，美國政府發表《維持美國的全球領導：21世紀防務優先秩序》報告，宣告美國軍事進入收縮階段，國防部的研發資金投入開始下降。與此同時，傳染病、癌癥、心腦血管等疾病給人們的生命健康帶來了巨大威脅，加速變暖的氣候變化使得對清潔能源、高能效技術的需求快速增加，為此，美國衛生部和能源部增加了研發資金投入，并啟動了多個研發計劃，如在衛生領域啟動了腦科學計劃、癌癥計劃、精準醫療計劃、應對抗生素計劃等，以更好地解決相關問題。

2.3 美國聯邦政府的研發活動布局

從研發鏈條中所處的位置來看，基礎研究處于最前端，應用研究處于中間位置，而試驗發展處于相對后端。盡管三者在科技鏈條中所處位置不同，但它們之間存在非線性互動和交融關系。一般來說，一個國家科技創新能力越強，政府研發資金中用于基礎研究和應用研究中的比例越高。美國作為頭號科技強國，擁有大批創新型企業，這些企業在研發尤其是試驗發展活動上投入大量資金。在此形勢下，美國政府的研發資金主要用于資助研究活動而不是試驗發展活動。2020財年，美國聯邦研發資金的56.5%用于資助研究（基礎研究占27.7%，應用研究占28.8%，試驗發展占43.5%）。

盡管美國聯邦研發資金當前主要資助研究活動，但幾十年前，其絕大部分資金卻用于資助試驗發展活動（圖3）。1956年，美國聯邦研發資金的70%以上用于試驗發展，當時用于資助基礎研究的份額不足7%，應用研究所占份額不足22%。隨著美國科技能力和水平的不斷提升，企業的科技創新能力和研發投資不斷增加，美國聯邦政府研發資助的側重點逐漸從試驗發展向基礎研究和應用研究傾斜，基礎研究所占份額穩步提升，試驗發展所占的份額穩步下降。到2015年，美國聯邦研發資金中用于研究（包括基礎研究和應用研究）的份額追上試驗發展所占的份額，到2020年，此數值超過了55%。

美國不同部門所資助的研發活動類型差異很大。2020財年，國防部主要資助試驗發展（86%），國家科學基金會主要資助基礎研究（87%）；衛生部主要資助基礎研究（49%）和應用研究（49%），能源部和航空航天局則資助研發的全鏈條，其中能源部更側重鏈條的研究端：34%的資金用于資助基礎研究，45%用于資助應用研究，21%用于資助試驗發展；航空航天局39%的資金用于資助基礎研究，18%用于應用研究，43%用于試驗發展。

值得注意的是，為支持顛覆性技術的研發，美國在多個領域都設立了顛覆性技術資助機構（如國防領域的DARPA，能源領域的ARPA-E，以及生物醫學領域的BARDA等），并給予研發經費開展相關研究。顛覆性技術資助機構因采用獨特的項目資助、管理機制，能夠明確并遴選出高風險高回報的項目，因此越來越受到美國政府的重視。2020財年，DARPA的研發資金為36.7億美元，ARPA-E的研發資金為4.3億美元，BARDA的研發資金為7.5億美元。當前，美國府院提出要設立新的顛覆性技術資助機構并增加其研發資金：2021年參議院通過的《創新與競爭法案》提出未來五年要使DARPA的資金翻一番，拜登提出要新建健康先進研究計劃署（APAR-H）和氣候先進研究計劃署（APAR-C）。從DARPA、ARPA-E和BARDA支持的研發活動類型來看（表1），顛覆性技術資助機構支持的研發活動主要涉及應用研究和試驗發展，對基礎研究的資助較少。

2.4 美國聯邦研發的主要執行主體

2.4.1 概況

為完成政府確定的國家科技發展任務和目標，美國聯邦政府除了把研發資金撥付給政府研發機構讓其完成相應的研發任務外，還充分利用政府之外的研發力量，撥付大量資金，由其基于自己原有的基礎和優勢來完成政府研發任務。

美國的研發力量包括政府研發機構、FFRDC、大學、企業、非營利機構、州政府的研究機構。其中政府研發機構包括政府運營管理的國家實驗室和政府部門下設的研究機構；FFRDC是指政府擁有、以合同方式委托外部機構（企業、大學或非營利機構）運行管理的國家實驗室，其規模一般比較大，研發資金也比較多；大學包括公立大學和私立大學，美國擁有眾多卓越的高水平大學；非營利機構是指民間設立的非營利機構，主要包括德拉波爾實驗室、SRI國際研究所、巴特爾紀念研究所、蘭德公司、國家科學院以及協會學會等。需要說明的是，私立大學原本也屬于非營利機構，但美國在研發資金統計中將其歸為大學的類別。此外，美國聯邦政府出于需要，也會將少部分資金撥付給州政府或國外的研發機構來執行。

美國聯邦政府的研發資金大部分都撥付給政府研發機構之外的研發實體。2020年，據初步統計，美國聯邦政府撥付給外部研究實體的資金所占比例為72%，其中撥給給企業的所占比例為31%，撥付給大學的占24%，撥付給FFRDC的占10%，撥付給非營利機構的占6%，撥付給外國機構的占1%。

2.4.2 主要部門的情況

不同部門的定位和職責差異很大，其資助的執行主體也差異很大。國防部主要負責國防和武器技術的研發，主要資助試驗發展工作，資金主要撥付給國防部的研究機構（63家國防實驗室和研發中心，23家試驗中心）和企業（包括洛-馬公司、波音公司、雷聲公司、格魯門公司、美國通用動力公司和聯合技術公司等傳統的軍工企業，亞馬遜、IBM、微軟、谷歌、IBM、臉書等新興科技巨頭以及很多初創企業）；衛生部的資金主要用于基礎研究和應用研究，其資金主要撥付給大學、內部研究機構（如國立衛生研究院及其下屬研究機構）、非營利機構以及企業，其中大學主要負責基礎研究工作，其他機構負責應用研究工作；能源部的資金主要用于資助基礎研究和應用研究，其資金主要撥付給能源部的FFRDC（能源部擁有的17家國家實驗室中有16家屬于FFRDC），此外還有一些資金撥付給了企業、大學以及能源部內部的研究機構；國家航空航天局的大部分資金用于內部研發（其下設的埃姆斯研究中心、德萊頓飛行研究中心、格倫研究中心、戈達德空間研究所等十幾家研究機構）以及資助企業開展研發，少部分資金用于國家航空航天局下屬的FFRDC、大學和非營利機構；國家科學基金主要資助基礎研究，其資金絕大部分撥付給了大學，還有少部分用于大學運營管理的FFRDC以及非營利機構。

2.4.3 變化趨勢

實際上，美國聯邦資金在不同執行主體間的分配一直在變化（圖4）。給予企業的資金占美國聯邦研發資金的比例逐年降低，從1967年的60%降至2019年的30%左右；給予大學的資金所占比例不斷增加，從1967年的不足10%增至近25%；用于政府研發機構的研發資金所占比例一直在25%上下浮動；給予FFRDC的資金所占比例一直在10%上下浮動；給予非營利機構的資金略有增加，從1967年的2.4%增至2019年的6%左右。這種變化趨勢與美國聯邦資金所資助的研發活動類型的變化趨勢一致：隨著基礎研究在聯邦研發資金中所占份額的不斷增加，基礎研究的主要執行者——大學所獲得的聯邦研發資金所占份額不斷增加；與此同時，隨著試驗發展在聯邦研發資金中所占份額的不斷降低，試驗發展的主要執行者——企業所獲得的聯邦研發資金所占份額也在不斷減少。

2.5 美國政府在國外的科技布局

美國聯邦研發資金的絕大部分都在美國境內執行，但出于聯合研發、獲取資源、科技外交等多方面的原因，也有少部分資金給予了外國機構，由其來執行。2015—2019年間，美國聯邦研發資金授予外國機構并由其執行的數額共計42.7億美元，其中給予歐洲和亞洲的最多，所占比例均超過了30%，其后是北美其他國家（13.8%）、大洋洲（8.6%）、非洲（8.2%）和南美（2%）。

按照國別來看，美國給予研發資金最多的國家為以色列，其所占比例達到了美國聯邦對外研發資金總額的四分之一，之后依次為英國、加拿大、澳大利亞、南非、比利時、德國、瑞士、挪威、荷蘭。這10個國家所獲資金占了美國聯邦對外研發資金總額的72.4%（圖5）。

美國把聯邦研發資金給予外國機構來執行主要分為三種情況：

第一種情況是把資金給予防御技術能力強且與美國關系緊密的發達國家，與其聯合開展防御技術方面的研發工作，這部分資金由美國國防部負責對外撥付。美國與以色列的合作就屬于這種情況。兩國主要在國防技術領域開展合作，資金主要由美國國防部負責提供，重點合作領域包括導彈防御以及無人機系統等，已在防御技術方面取得了很多突破，如成功開發了“箭”和“大衛投石索”反導系統、“鐵穹”導彈防御系統、可保護部隊免受各種入境空中威脅的“雀鷹”（Sparrowhawk）無人機系統。

第二種情況是把資金給予盟友國家，與其聯合開展多方面的研發工作，涉及領域以防御技術和健康科技為主，同時也開展一些基礎研究、航空航天以及農業領域等的工作。經費外撥部門除了國防部和衛生部之外，還包括航空航天局、國家科學基金會等。美國與英國、加拿大、澳大利亞等五眼聯盟國家以及德國、瑞士、挪威、荷蘭、法國等歐盟發達國家的合作就屬于這種情況。

第三種情況是把資金給予發展中國家，與其聯合開展衛生領域的研發工作，這部分資金由美國衛生部負責對外撥付。美國與南非、泰國、尼日利亞、烏干達、秘魯、巴西等發展中國家開展的合作屬于這種情況。這些國家的機構科技實力和水平相對較弱，美國把研發資金外撥給它們主要是為了獲取這些國家獨特的人口、疾病、生物等相關資源。

美國聯邦給予我國機構執行的研發資金很少，五年合計1.49億美元，僅占美國聯邦外撥國外研發資金的0.3%，低于很多發展中國家，都是由美國衛生部提供的。

三、啟示與建議

作為科技最強的發達國家，美國政府的科技布局經過多年調整不斷完善，已經形成比較成熟的體系。經過分析，本文認為其成功的經驗主要包括以下幾個方面：一是科技布局隨著時間的推移不斷調整和完善；二是隨著企業科技實力的增強，聯邦資金逐漸從研發鏈條的后端轉向前端，即從試驗發展轉向基礎研究和應用研究，并注重加強三者之間的銜接；三是對大學的研發資助越來越多，而對企業的研發資助越來越少；四是高度重視國外布局，在盟友國家主要開展防御技術、基礎研究、航空航天等領域的合作，與發展中國家主要開展衛生健康領域的合作。

借鑒美國的成功經驗，我國在科技布局上應注意以下幾點：

1）在研發投入上要平衡好政府和市場的關系

在研發資金的投入上，美國把事關國家長遠發展的研發交由政府來資助，能夠帶來經濟價值的研發工作則主要交由企業資助。借鑒美國的經驗，我國在研發投入上要平衡好政府和市場的關系，政府主要負責資助基礎性、戰略性和公益性的研究工作，企業主要負責能夠帶來經濟效益的產業技術研發工作。與此同時，政府還需要資助研發驗證和示范階段的工作，以提升技術成熟度，推動成果的商業化和產業化，企業和社會資本在技術成熟度較低和風險較大時通常不敢對其進行投資。

2）增加對硬科技的研發投資

硬科技具有高技術門檻，需要長期研發投入和持續積累才能形成原創技術。由于短期內難以見到經濟效益，企業大都沒有動力對其進行投資，因此，美國政府的研發資金大都投入了硬科技。借鑒美國的經驗，我國政府要加大對硬科技的投資，重點投入人工智能、生物技術、半導體、新材料、新能源、智能制造以及航空航天等，為確保國家長遠發展、經濟繁榮、安全穩定以及人民健康奠定堅實的根基。

3）加大對顛覆性技術的支持力度

為加快顛覆性技術的產生，美國在國防、能源領域設立了先進研究計劃署之后，正在謀劃在健康、氣候變化等領域設立新的先進研究計劃署。日本、德國、法國、英國等也都已經或正在設立顛覆性技術專門資助機構或計劃。當前，我國研究資助機制缺乏類似的機構設置，建議借鑒這些國家的經驗，研究設立顛覆性技術資助機構，采用適當的項目產生、遴選、管理、評估機制，促進顛覆性技術的產生和突破。

4）利用公共資金在國外進行研發布局

美國政府根據本國需求，與盟國就國防、航空航天、衛生健康等開展合作，與發展中國家就衛生健康領域開展合作，這種做法既提升了美國的科技實力，利用了外國科技資源，也達到了科技外交的目的。當前，我國提出要設立面向全球的科學研究基金，聚焦氣候變化、能源資源、公共衛生等全球性問題，與各國科研人員聯合開展研究。然而，我國當前政策尚不允許公共資金出國，這極大地影響了我國在國外的研發布局。為此，我們要研究制定研發資金出國的辦法，分析不同國家的科技優勢和需求，有針對性、互利共贏地開展合作研究，在提升兩國科技水平的同時，為解決全球挑戰做出中國貢獻。

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