美国国防R&D对民用航空技术的外溢效应动态研究

何昉 杨晓维 曹冰雪

摘要：基于技术演化理论和计量统计方法研究了国防R&D对民用航空技术发展的外溢效应及其动态演变机制。在航空技术生命初期，由于国防与民用部门对飞行性能提升的共同需求，国防R&D对民用航空技术起到了重要的推动作用；随着技术逐步发展成熟，国防和民用部门的技术需求得到了更符合各自部门特性的专门化定义，国防部门对民用航空技术的推动作用逐步降低。基于知识生产函数的检验表明：1954～2010年间，美国国防R&D对民用航空技术产生了显著的正向外溢效应。但分段检验则显示这种正向效应主要体现在20世纪80年代之前，80年代至今美国国防R&D对民用航空技术的外溢效应已经不再显著。

关键词：国防R&D；民用航空技术发展；外溢效应；技术演化

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2016.04.03

中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1001-8409（2016）04-0013-04

Abstract：Based on the theory of technological evolution and statistics method， this paper investigates the dynamics of spillover effect of defense R&D on the development of civil aviation technology in the U.S. During the early stages of technology development， due to similar performanceenhancing demand of the defense and civilian sector， defense R&D promoted civil aviation technology to a large extent. As the technology matures， the technological demand of each sector becomes better defined and specialized， thus the benefit of defense R&D on the civil aviation technology waned compared to early phase. Empirical study based on knowledge production function shows that， from 1954 to 2010， Americas defense R&D has a significant positive spillover effect on civil aviation technology， but this positive effect has no longer significant since 1980s.

Key words：defense R&D； civil aviation technology development； spillover effect； technology evolution

2015年全國“两会”期间，习近平主席正式将军民融合发展提升为国家战略，中国军民融合发展历程由此迈入了打破军民科技体系分割、推进军民科技基础深度融合的发展阶段。推进军民科技基础融合，必须充分把握军民科技融合规律，明晰国防和民用部门在技术演化过程中扮演的角色以及部门间的互动关系。本文以美国航空技术为例，探究国防部门对民用航空技术发展的外溢效应及其动态变化特性。

1相关研究评述

国防R&D对技术进步的影响一直为学界所关注。Rutton认为国防R&D通过促进通用技术发展，对技术进步产生了重要推动作用[1]。Mowery认为国防R&D会对相关产业的创新绩效产生积极的外溢效应[2]。Chakrabarti和Anyanwu的实证研究验证了国防R&D对技术进步的正向影响[3]。质疑上述结论的学者则认为，国防R&D对科研资源的吸收会对民用研发部门产生“挤出效应”，进而阻碍民用技术创新[4，5]。总体上看，目前学者们对国防R&D作用的考察多着眼于宏观效应，而准确分析国防研发的宏观效应，必须以国防与民用技术创新的相互影响机制的认识为基础[6]。因此，有必要深入特定两用技术的演化进程，从微观视角研究国防研发对民用技术发展的影响。

航空技术是典型的两用技术，国防部门的航空技术转移是推动民用航空技术发展的有力支撑[7]，但学术界较少对民用航空技术发展中国防部门的作用以及这种作用的动态变化情况进行研究。目前涉及国防研发对民用航空技术影响的文献更多是将其作为国家创新体系和军民一体化过程中国防部门对民用技术发展影响的成例进行介绍[8，9]，没有结合技术演化理论解释国防R&D对民用技术创新外溢效应的动态演变，也没有利用统计方法进行经验验证。本文拟通过研究美国国防部门对民用航空技术进步外溢效应的动态演变，弥补上述研究的不足。

2国防研发对民用航空技术推动作用的动态演变

技术范式和技术轨道是描述技术演化的重要概念。技术范式是基于自然科学原理，为解决某种问题提供的解决模式。技术轨道则可以理解为基于某项技术范式的技术发展方向，主要体现为技术自身的技术维度和经济维度变化以及两者之间的权衡折衷[10]。只要给定技术和经济维度，技术演化广义上就体现为技术和经济维度的改善以及技术—经济维度权衡的变化[10]。

国防部门往往希望本国军事技术领先于潜在对手，因此热衷于技术性能的提升，愿意为技术前沿的微小推进支付高额代价，所以在技术—经济维度权衡中对技术维度赋予更大权重；民用用户的技术需求则主要出自利润动机，从而赋予经济维度更大的权重。这意味着国防与民用部门对技术的需求存在着本质差异，这种差异在需求牵引的航空技术发展中会形成两部门中不同的技术轨道。

飞行速度是航空器的重要技术指标。图1展示了美国厂商研制的战斗机、大中型轰炸机、大中型军用运输机和大中型民用运输机代表性机型的最大速度数据及各类飞机速度的对数趋势线。其中，民用运输机数据来自各飞机制造商网站，军用飞机数据取自环球网军事兵器数据库。本文主要关注各类飞机最大飞行速度的总体变化趋势。从图1可以看到，军用飞机的速度指标高于民用客机，两者速度的差距随着技术发展逐步扩大。

从莱特兄弟的飞行到二战前，是航空技术的生命初期。此时，航空技术在科学原理、工程研制等方面均存在较大不确定性，国防与民用部门对技术发展的主要诉求是获取有关信息。由于国防部门有更大的风险承受意愿去消除新技术的不确定性，国防R&D的活动不仅使得航空技术在技术维度上不断取得突破，也带动了民用部门对新技术的认识和应用。该时期民用部门引入新技术以改善飞机性能的速度并不亚于军事部门[7]，国防和民用部门均偏重航空技术在技术维度上的提高，航空技术轨道在两部门中的演化也呈现重合状态。

军方在二战中对高性能的追求使得作战飞机迅速进入了喷气时代。此阶段的喷气战机不断打破速度记录，轰炸机也不断刷新航程记录 [7]。1958年入役的F-104战机的时速达到2330千米，而此时民用客机的最大时速为960千米。这表明，在军备竞赛需求牵引之下，战斗机和民用客机的技术轨道已经产生分化。该时期的民用客机可以说是轰炸机和军用运输机的衍生型号[1]，二者的技术轨道基本重合。

1961～1979年期间的军用航空技术发展受到越战经验的极大影响。美军三代战斗机的技术发展重点转向了机动性等方面[11]，轰炸机则强调高超音速突防能力。作战飞机的这些发展总体来说对民用客机意义不大，因而作战飞机与民用飞机的技术轨道分化逐步扩大。1970年服役的C-5运输机为波音747等宽体客机奠定了技术基础，但随着公众对喷气发动机巨大噪声与污染批评的涌动，美国民用客机的技术发展重点转向了商业效率和降噪减排，军用和民用运输机的技术需求差异初步显现。

1980年至今是军民部门航空技术轨道分化程度日渐加大的时期。美国四代作战飞机主要提高隐身性能，军用运输机则强调运输能力和效率的提高。美国航空产业界推出的新客机多为老型号的升级改进型，民用和军用运输机的设计目标也产生了较大分化。这意味着随着航空技术的成熟，军民部门间对技术—经济维度权衡的本质差异使得两部门的技术发展需求得到了符合部门特性的专门化定义，这使得运输机技术在军民部门中的发展轨道呈现分化趋势，未来国防部门对民用航空技术的外溢作用将会逐渐减弱。

3经验研究方法和数据

基于以上分析，提出两个待检验命题：

命题1：虽然美国国防部门研发支出主要着眼于军事需求，但这些研发支出整体上对民用航空技术发展产生了积极的外溢效应。

命题2：随着航空技术的发展，国防与民用部门的技术需求逐渐分化，因此国防部门对民用航空技术的外溢效应随着技术成熟而逐渐降低。

本文将基于知识生产函数来验证上述命题。

31模型设定

将时期t的知识生产函数设定为学者们常用的柯布—道格拉斯形式[12，13，14]：

Y（t）=δ（t）Rm（t）αRc（t）βRi（t）γA（t）θ （1）

其中，Y表示航空技术知识产出，Rm、Rc、Ri分别表示联邦政府国防与民用航空R&D支出以及航空产业界的私人R&D支出，A表示航空技术知识存量，δ表示其他影响航空知识生产因素的综合作用。

目前学者们度量知识产出的最好指标是专利。本文将美国航空技术授权专利按申请年份进行归并，得到每年最终被授权航空技术发明专利的申请数序列，以之代表各年航空技术知识产出。专利申请人申请专利的主要动机在于获取技术垄断地位以得到商业回报，但美国专利审查程序禁止向公开后可能危害国家安全的发明进行授权。航空技术对国家安全意义重大，其研发大部分由政府支持，因而航空技术的专利申请倾向较低[15]，所以本文将航空技术专利解读为民用航空技术发展的度量。因此，估计式（1）得到的国防R&D系数，理论上反映的是国防R&D对民用航空技術的外溢效应。

由于缺乏细分技术领域的长期R&D数据，本文用各部门总R&D支出作为各部门航空研发支出的代理变量。由于产出与投入统计口径不一致，直接估计式（1）得到的弹性系数可能没有太大意义，因此选择用各投入变量的变化率进行估计，以期在一定程度上消除统计口径差异的影响。由于国防R&D支出在军种间竞争下基本呈现稳定分配格局，故其整体支出的变化大致能够反映单一军种支出的变化，国防R&D变量的估计系数可以满足研究目的。

此外，专利申请还与宏观经济环境相关，并且从R&D投入到专利申请还存在时滞[15]。因此，还要控制影响专利申请的其他因素并考虑投入的滞后效应。根据Griliches的研究，本文控制的变量为GDP和联邦政府其他支出[15]。据此对式（1）两边取对数并对时间求导，再加入控制变量及滞后解释变量，本文的回归方程为：

Y=δ+α·mRm+β·cRc+γ·iRi+θ·A+λ·Q+μ·oOo+ζj∑nj=1Xt-j（2）

其中，Q和Oo分别表示GDP和联邦政府其他支出，λ和μ分别为Q和Oo的估计参数。最后一项表示各投入变量的滞后值及其参数。

32数据说明

基于INCOPAT平台得到每年最终获得授权的航空技术（国际分类号：B64）发明专利申请数量序列。投入数据方面，受到私人部门数据的限制，只能使用1953～2010年的全国分部门R&D支出数据。联邦总支出、国防支出、国防R&D支出数据取自美国2016财年预算案。私人部门R&D数据取自美国国家科学与工程统计中心发布的产业R&D数据。联邦民用R&D支出为总联邦研发支出减去国防R&D支出。联邦其他支出则为联邦总支出减去国防支出和民用研发支出。最后，为了取得实际值，根据美国国防价格指数将国防支出、国防R&D支出调整为以2009年价格为基准的实际值；联邦民用研发与其他支出、私人R&D支出和GDP根据GDP平减指数进行调整。知识存量A则根据相关研究，以15%为知识折旧率，利用永续盘存法构建出来[13]。各变量的描述性统计如表1所示。

4估计过程和结果分析

41平稳性检验

基于ADF方法检验变量的平稳性，检验的滞后期根據AIC准则确定，检验结果如表2所示。大部分变量均在1%的显著性水平下平稳，变量A和NDRD亦能以较大概率拒绝非平稳性。

42结果分析

由于方程中的变量均是平稳的，可以直接使用OLS方法进行估计，方程中各投入变量滞后阶数根据估计系数显著性和AIC准则确定。1954～2010年时间段的估计结果如表3所示：其中，方程（1）只包含各R&D支出变量的当期值，并选择变量A和GDP的滞后阶数；方程（2）在方程（1）基础上考虑研发支出的滞后效应，并剔除不显著变量；方程（3）加入可能会对专利申请产生影响的变量NDGO。方程（4）剔除了方程（3）中的不显著变量。

根据表3得到以下结论：首先，当期国防R&D的系数在不同估计中均显著大于0，系数显著性与稳健性均较高。该结果表明1954～2010年期间，国防R&D对美国民用航空技术发展产生了正向外溢效应。其次，滞后三期的联邦民用R&D与滞后一期知识存量对民用航空技术发展均具有显著影响。前者反映了国家航空航天局民用航空研发对民用航空技术的正向作用；后者的负值令人惊讶，但基于其较高的稳健性，可能与航空技术研发以联邦政府支持下的大型研发项目为主，从而导致专利申请出现“集聚”现象有关。最后，刻画技术需求效应的变量GDP的系数显著大于0，表明专利申请确实受到经济增长的同向影响。因此学者们在估计以专利为产出指标的知识生产函数时，不仅要考虑R&D的滞后效应，还要控制宏观经济等外部影响因素。总体上看，上述回归结果支持命题1。

为了检验命题2，依据上节区分的航空技术发展阶段，再次估计式（2）。考虑到20世纪80年代初是军用运输机与民用客机的明显分化期，同时为了保证最低样本数要求，选择以1981年作为分段点进行分段估计（敏感性检验显示，以1980年之后的任意一年为断点的检验都能够得到相同的估计结果）。限于篇幅，在表4中只报告主要方程的估计结果。

表4显示，1954～1981年时段，国防R&D变量的系数显著为正，联邦民用R&D、知识存量和GDP的影响也与全时段的估计类似。与之相反的是，在1982～2010年时段的估计中，没有发现国防与民用R&D对民用航空技术产生显著外溢效应的证据，GDP与知识存量的影响仍然显著。总体来看，分段回归结果对命题2提供了经验支持。

5研究结论

本文检验了美国航空技术演化过程中国防部门R&D对民用航空技术发展溢出效应的动态演变情况。研究结果显示，国防R&D对民用航空技术发展总体上产生了显著的正向溢出效应，但这种正向溢出效应随着国防与民用部门对航空技术需求的分化而逐渐降低。对现有研究的主要贡献在于：（1）在现有文献脉络中首次利用计量统计方法检验了国防R&D对民用航空技术溢出效应的动态演变情况，并基于技术演化理论对其进行了理论解释，为学界进一步总结军民科技融合发展规律增添了微观层次案例基础；（2）通过选择适当变量、控制外部因素等方式，完善了知识生产函数的估计方法。

考虑技术发展的路径依赖性，本文对美国国防部门在民用航空技术发展中的作用及其动态变化的研究，对我国处于初创期的民用航空制造业的发展规划有着一定的指导意义。目前，我国军用航空部门已经具备了良好的科研与生产能力，而民用航空制造业则正处于发展起步阶段。本文的经验分析表明，在这样的条件下，军用部门对民用技术发展的潜在外溢效应将十分显著。在我国推进增长方式转型和军民深度融合的背景下，充分发挥军用部门对民用航空技术进步的外溢效应，能够有效促进民用航空技术的跨越式发展。为此提出以下建议：

（1）加大成熟军用技术向民用航空制造部门的转移力度，最大限度地实现军用与民用航空研发部门在基础知识、测试场所等方面的互通共享，充分发挥军用部门对民用航空技术发展的外溢效应，促进民用航空技术发展。

（2）利用军用部门对新技术不确定性较高的承受意愿，弥补市场主体对早期技术研发激励的不足，促使航空科技发展融入国家创新发展战略，积极培育零部件等配套产业的军民融合型市场主体，为未来民用航空产业发展奠定物质技术基础。

本研究的局限性以及未来研究方向。首先，以总R&D数据为投入变量估计单类技术知识生产函数会引致误差，未来研究应该尝试发掘美国各部门的航空技术R&D投资数据。此外，对航空技术专利进行细分也是未来研究的必要方向，比如将专利分类方法匹配到标准行业分类，这样会使计量检验结果更有意义。

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（责任编辑：辜萍）