劉開強， 王 江， 劉 彬

（1.蘇州大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇蘇州 215006；2.中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心科研管理處，上海 200032；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究院，武漢 430070）

0 引 言

在當(dāng)前國際科技發(fā)展格局中，美國依然是科技實力最強的國家，美國科技戰(zhàn)略構(gòu)建和科技發(fā)展模式仍對我國具有重要借鑒意義［1-2］，其戰(zhàn)略變化也對我國科技發(fā)展具有舉足輕重的影響［3］。緊密的中美科技合作是我國提升科技總體發(fā)展水平的重要路徑，但隨著中國科技實力不斷增強，中美科技合作關(guān)系受到了國家實力競爭這一現(xiàn)實問題的困擾，部分美國學(xué)者提出了中國科技發(fā)展挑戰(zhàn)美國科技競爭優(yōu)勢的論題［4］。近年美國也通過多種途徑企圖限制中國高科技發(fā)展，其中阻礙兩國科技合作是重要的政策取向。在認(rèn)識和理解美國宏觀科技政策的基礎(chǔ)上，從美國能源部國家實驗室科技論文的國際合作入手，分析美國科技政策運作的微觀機(jī)制，有助于深入認(rèn)識和了解美國科技政策的執(zhí)行方式和成效，為進(jìn)一步認(rèn)識中美科技合作關(guān)系、完善我國科技支持政策提供借鑒。

國家科研機(jī)構(gòu)是服務(wù)國家目標(biāo)和國家利益而在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和國防等重要領(lǐng)域建立的科研組織，是國家戰(zhàn)略科技力量的重要組成部分。其中，國家實驗室更是擔(dān)負(fù)著國家戰(zhàn)略創(chuàng)新使命，承擔(dān)國家任務(wù)，體現(xiàn)國家意志，代表該領(lǐng)域的最高科技水平，致力于從國家利益出發(fā)，完成從基礎(chǔ)到產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新［5］。作為世界頭號科技強國，美國擁有一個龐大的國家實驗室體系。美國國家實驗室主要隸屬美國聯(lián)邦部委，如能源部、國防部和國家航空航天局等11 個部門。其中，美國能源部下屬的17 個國家實驗室最為典型，也常常被稱為美國國家實驗室。作為國家實驗室體系的重要組成部分，美國能源部所屬國家實驗室為美國提供戰(zhàn)略性科技實力，其執(zhí)行的往往是長期具有挑戰(zhàn)性的科研任務(wù)，跨領(lǐng)域科學(xué)研究超越了普通學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)以及工業(yè)研究機(jī)構(gòu)的研究范圍。自成立以來，能源部國家實驗室獲得了118 項諾貝爾獎，發(fā)現(xiàn)了元素周期表中的22 種元素，除為國家提供長期貢獻(xiàn)外，也能靈活響應(yīng)國家迫切需求，應(yīng)對危機(jī)［6］?，F(xiàn)從中國與美國能源部國家實驗室之間的國際合作論文產(chǎn)出變化分析中美科技發(fā)展相對水平變化，及對中美合作趨勢的實質(zhì)性影響，并思考其對未來中美科技合作戰(zhàn)略和我國科技戰(zhàn)略實施的微觀機(jī)制啟示。

1 美國能源部國家實驗室基本情況

美國能源部國家實驗室分別由科學(xué)辦公室（見表1）、核安全辦公室、能源辦公室3 個機(jī)構(gòu)進(jìn)行管理和資助，其項目的絕大多數(shù)資金都來自聯(lián)邦政府［7］，2014 年美國聯(lián)邦對國家實驗室的資助經(jīng)費中，能源部資助經(jīng)費占比65.74%［8］，可見能源部國家實驗室從數(shù)量和國家資助強度上都具有一定的代表性。根據(jù)2017 年能源部國家實驗室報告數(shù)據(jù)，國家實驗室擁有57 600 個全職工作人員，其中有超過20 000 人的科學(xué)家和工程師。2015 年實驗室獲得138 億美元科研經(jīng)費資助，年均發(fā)表11 000 篇期刊論文，主持2 395 項戰(zhàn)略伙伴項目，產(chǎn)生577 項商業(yè)化技術(shù)，獲得6 310 項技術(shù)專利［9］。能源部將其所屬國家實驗室分為5 類，分別為多目標(biāo)科學(xué)實驗室、單目標(biāo)科學(xué)實驗室、能源技術(shù)實驗室、多目標(biāo)安全實驗室和多目標(biāo)環(huán)境實驗室。其中前2 類主要從事基礎(chǔ)科學(xué)研究，后3 類主要從事應(yīng)用技術(shù)研究（見表2）。

表1 美國能源部國家實驗室資助單位和財政經(jīng)費支持情況

表2 美國能源部國家實驗室分類*

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

數(shù)據(jù)來自科睿唯安Web of Science 平臺，搜集美國能源部所屬17 個國家實驗室的英文全稱和簡稱，編輯檢索式，檢索相應(yīng)年份各實驗室2001 ～2020 年發(fā)表的SCI期刊收錄論文，下載相應(yīng)論文建立數(shù)據(jù)集，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗后分析各實驗室產(chǎn)出論文的國際合作情況。

論文的計量分析根據(jù)國際慣例采用全計數(shù)法進(jìn)行。通過統(tǒng)計分析，分年度和分階段考察了美國能源部17 個國家實驗室發(fā)文數(shù)量、分國別的雙邊合作發(fā)文數(shù)、多邊合作發(fā)文數(shù)，以考察其論文的國際合作變化趨勢和主要特征。采用Eta 和斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)，分析了實驗室類型、人均發(fā)文數(shù)量與國際合作論文占比之間的關(guān)聯(lián)度，以探討實驗室類型和論文國際合作之間的內(nèi)在聯(lián)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 美國能源部國家實驗室論文國際合作整體情況

美國能源部17 個國家實驗室2001 ～2020 年國際合作論文數(shù)量和比例變化情況見圖1。總體來看，實驗室的國際合作論文數(shù)以及與中國合作論文數(shù)整體呈現(xiàn)增長趨勢，而且中美合作論文比例增長速度高于總體合作論文增長比例，說明中國與美國在其能源部國家實驗室層面的高水平國際科技合作中變得更加重要。但這種科技合作關(guān)系也有階段性變化，其中2005～2009 年期間實驗室論文產(chǎn)出總量還是國際合作論文數(shù)量呈現(xiàn)出下降趨勢，2010 年開始合作強度逐步回升。研究表明美國聯(lián)邦政府研發(fā)經(jīng)費從2002 ～2008年期間維持在同一水平，其中研究經(jīng)費在2003 ～2008年期間甚至出現(xiàn)了小幅度削減。2007 年，美國開始的金融危機(jī)席卷世界各國，世界主要經(jīng)濟(jì)體為了通過政府投入刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以及強化科技在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的推動作用，紛紛加大科技領(lǐng)域財政投入。美國2010 年聯(lián)邦政府科技投入超過了GDP的3%，達(dá)到了歷史最高水平［10-11］。由于研究投入轉(zhuǎn)化為研究成果有3 ～4年的滯后期，國際合作論文發(fā)表數(shù)量呈現(xiàn)出先下降后回升的變化。

圖1 美國能源部國家實驗室國際合作論文變化

2008 年之前能源部國家實驗室國際合作論文占比增長相對緩慢，隨后經(jīng)過多年的穩(wěn)步上升后，從2019年開始，國際合作論文占比例呈現(xiàn)下降趨勢。其中，中美合作論文受影響較大，數(shù)量占比也從2019 年開始呈現(xiàn)較大比例的下降趨勢［圖1（b）］。美國從2018 年開始對中國發(fā)動貿(mào)易戰(zhàn)，特別加強了在高科技領(lǐng)域的貿(mào)易限制，并直接出臺政策阻礙中美科技交流，在較大程度上影響了中美科技合作水平［12］，Nature 雜志最新研究數(shù)據(jù)顯示，中美科研合作在最近遭遇斷崖式下跌超20%［13］，這與我們的研究數(shù)據(jù)變化趨勢一致。綜合比較可見，國家財政資助力度、國家科技政策等是國際科技合作的重要基礎(chǔ)，中美科技合作也體現(xiàn)出相應(yīng)特征。

3.2 美國能源部國家實驗室論文國際合作國別比較

圖2 和圖3 分別為美國能源部下屬國家實驗室分階段（2001 ～2010 年和2011 ～2020 年）及分國別的合作論文數(shù)量和比例變化。每個階段選取了合作論文數(shù)量排名前10 的國家。其中，中國、德國、英國、法國、日本、俄羅斯、加拿大、意大利、韓國、西班牙9 個國家在兩個階段都排在合作論文數(shù)量前10 的國家之內(nèi)。說明在一定時間段內(nèi)，美國與主要科技發(fā)展水平較高國家的國際科技合作關(guān)系相對穩(wěn)定。這種合作呈現(xiàn)出一定共同特征，主要表現(xiàn)為多邊合作成為國際科技合作的主流趨勢，越來越多的國家加入與美國的科技合作中。后一階段（2011 ～2020 年）與前一個階段（2001 ～

圖2 美國能源部國家實驗室國際合作論文分國別數(shù)量變化①本圖數(shù)據(jù)包含美國能源部所屬17 個國家實驗室2001—2010 年及2011—2020 年前后兩個10 年間國際合作論文數(shù)量排名前10 的國家，瑞士和俄羅斯分別在第一和第二階段沒有進(jìn)入前10，圖中相應(yīng)數(shù)據(jù)顯示為缺失。

圖3 美國能源部國家實驗室國際合作論文分國別比例變化②同上。

2010 年）相比，美國與這些國家的國際合作論文數(shù)量都有較大幅度增大，其中國際合作論文數(shù)量增長，要顯著多于雙邊合作數(shù)量的增長（見圖3）。從合作論文比例看，除中國之外，美國與其他國家的合作論文以及雙邊合作論文在論文總量中的比例都出現(xiàn)了降低（見圖4）。同時，后一階段與美國能源部國家實驗室合作發(fā)文的國家數(shù)量有了顯著增長，合作國家數(shù)幾乎都達(dá)到前一階段的2 倍（見圖3）。

圖4 美國能源部國家實驗室分階段國際合作論文數(shù)量及其占比

中美合作在眾多國家中具有獨特之處，合作發(fā)文總量及中美雙邊合作發(fā)文數(shù)量上都有大幅提升，合作論文從前一階段（2001 ～2010 年）的3 287 篇增加到后一階段（2011 ～2020 年）的19 310 篇，增加接近5倍；雙邊合作論文從1 624 篇增加到9 976 篇，增加了5 倍多。這表明以美國能源部國家實驗室為代表的中美科技合作快速提升，中國成為美國重要的科技合作對象，而且兩國雙邊合作關(guān)系發(fā)展水平要高于美國與其他國家的雙邊合作，這從一個側(cè)面反映出中國在加強與美國的科技合作方面取得了較大成效，與世界最大的科技創(chuàng)新主體建立了緊密合作關(guān)系，也體現(xiàn)出中國科技實力的總體提升。

俄羅斯和瑞士與美國國際科技合作關(guān)系變化較大。其中俄羅斯在前一階段位于與美國能源部國家實驗室合作發(fā)文數(shù)量第5 的位置，到后一階段則跌出了前10；而瑞士在后一階段則進(jìn)入與美國國家實驗室合作發(fā)文數(shù)量前10。這一現(xiàn)象也有較強的警示意義：雖然美國與其他國家科技合作關(guān)系總體穩(wěn)定，但是不排除與部分國家在較短時間內(nèi)出現(xiàn)科技合作水平大幅度變化的情況。

就俄美科技合作關(guān)系而言，1991 年蘇聯(lián)解體，1992 年白宮宣布它“已在著手取消冷戰(zhàn)期間妨礙正常貿(mào)易的限制”，并尋求從俄羅斯購買“他們從前不樂意向我們提供的高技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)品”，美國開始著手加強與俄羅斯在空間技術(shù)、核材料等一些領(lǐng)域的技術(shù)合作［14］。美國在《南恩—盧格法》的推動下與俄羅斯等前蘇聯(lián)建立了“合作消減威脅計劃”，具體項目包含了大量科技合作內(nèi)容。從1994 年開始，美國通過國際科技中心（International Science and Technology Center，ISTC）與蘇聯(lián)開展了大量合作研究，其目標(biāo)是“通過支持民用科學(xué)技術(shù)合作關(guān)系減少化學(xué)、生物、核輻射和核危機(jī)”。從1994 ～2014 年期間，通過ISTC為支撐的美俄國家雙邊合作為俄羅斯科學(xué)家與美國、歐洲、日本等開展科技合作提供了大量競爭性經(jīng)費支持。2010 年俄羅斯總統(tǒng)表示美國單方面援助俄羅斯科技的時代即將結(jié)束，俄羅斯將在2015 年退出ISTC合作協(xié)議，并試圖建立新的平等合作關(guān)系。到2013 年美國與俄羅斯形成了一系列新的國家層面科技合作雙邊協(xié)議，比如2013 年9 月俄羅斯原子能公司與美國能源部簽訂了“核能與能源相關(guān)研發(fā)合作協(xié)議”。但2014 年俄羅斯在東烏克蘭的軍事行動，俄美關(guān)系日趨緊張，國家層面科技合作被大量擱置，由于地緣政治、財政投入和合作路徑等影響，合作規(guī)模顯著縮?。?5］。

3.3 美國能源部國家實驗室論文國際合作國別比較

美國能源部國家實驗室在研究方向定位和具體研究領(lǐng)域上進(jìn)行了清晰定位，不同機(jī)構(gòu)規(guī)模上差別較大，表3 為各實驗室國際合作論文占比、機(jī)構(gòu)規(guī)模、人均發(fā)文數(shù)量情況。圖4 展示了在2001 ～2010 年、2011 ～2020 年兩個階段各實驗室的國際合作論文數(shù)量和所占比例。以實驗室類型作為因變量，實驗室類型和人均發(fā)文數(shù)量的Eta相關(guān)系數(shù)為1，說明實驗室類型在很大程度上決定了實驗室人均論文發(fā)表數(shù)量，科學(xué)類實驗室人均發(fā)文量顯著高于技術(shù)類實驗室，可見兩類實驗室由于其使命差異，最終科技成果表現(xiàn)形式也存在較大差異。

表3 美國能源部國家實驗室發(fā)表國際合作論文占比及機(jī)構(gòu)規(guī)模情況

實驗室“2011 ～2020 國際合作論文占比”與“人均發(fā)文數(shù)量”之間的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)為0.593，對應(yīng)p值為0.012，說明兩者之間存在高度相關(guān)性。因此可以認(rèn)為實驗室類型在較大程度上決定了國際合作論文占比，具體體現(xiàn)為科學(xué)類實驗室國際合作論文數(shù)量占比較高。在技術(shù)類實驗室內(nèi)部比較，安全實驗室國際合作論文比例較高。

為進(jìn)一步分析各實驗室合作國別差異，統(tǒng)計并列出每個實驗室在2001 ～2010 年和2011 ～2020 年期間合作發(fā)表論文數(shù)及和合作排名前5 的國家。各實驗室合作發(fā)文的國家數(shù)在后一階段都有較為明顯增加，后一階段合作國家數(shù)最多的為西北太平洋國家實驗室，達(dá)到130 個，接近前一階段的2 倍。從實驗室類別和規(guī)模來看，科學(xué)類多目標(biāo)實驗室和技術(shù)類安全實驗室合作國家數(shù)量較多，普遍在100 個以上。前者合作對象主要是研究領(lǐng)域多樣化，后者是研究機(jī)構(gòu)規(guī)模較大。

在前一階段進(jìn)入各實驗室合作前5 的國家包括中國、德國，英國、法國、日本、意大利、加拿大、俄羅斯、韓國、澳大利亞、波蘭、亞美尼亞，共11 個國家。其中德國在17 個實驗室的合作對象中排名第1，中國在2 個實驗室的合作對象中排名第1、2 個實驗室排名第2、3個實驗室排名第3。從排名看，中國在各實驗室合作對象重要性上，排在德國、英國和法國之后。

后一階段進(jìn)入各實驗室合作前5 的國家有中國、德國、英國、意大利、法國、加拿大、日本、西班牙、希臘、烏克蘭、俄羅斯、韓國、瑞士、澳大利亞和亞美尼亞，共15 個，國家數(shù)量有一定增加。中國在各實驗室國際合作對象上的重要性得到明顯提升。其中，中國與8 個實驗室合作發(fā)文數(shù)排名第1、2 個排名第2、2 個排名第3、2 個排名第4、1 個排名第5。中國取代德國成為美國能源部國家實驗室最重要的合作對象。但是在費米國立加速器實驗室和杰斐遜實驗室的國際合作對象中，中國仍然沒進(jìn)入前5 位，他們的主要研究方向為高能物理和核物理，屬于比較敏感的領(lǐng)域。

圖5 進(jìn)一步展示了兩個階段，美國能源部各國家實驗室與合作發(fā)文數(shù)排名前五的國家合作發(fā)文數(shù)在該實驗室國際合作論文中的比例。其中，紅色為中美合作論文所占比例。由于存在大量多邊合作論文，前5國家比例加起來超過100%。在后一階段（2011 ～2020 年），中國排在合作對象第1 的實驗室有5 個科學(xué)類多目標(biāo)實驗室、2 個技術(shù)類能源實驗室、1 個科學(xué)類單目標(biāo)實驗室（主要研究方向為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)）。

圖5 美國能源部國家實驗室分階段分國家國際合作論文占比

4 研究結(jié)論與啟示

4.1 結(jié) 論

從美國能源部下屬17 個國家實驗室的國際合作論文產(chǎn)出情況，分析美國國家科技合作特點及變化趨勢，以及中美科技合作發(fā)展趨勢和特點。分析發(fā)現(xiàn)美國國際科技合作特點包括：合作強度整體增強，合作發(fā)表論文數(shù)量和所占比例均持續(xù)增加，但存在短期波動。多邊合作在國家合作中的重要性增加，表現(xiàn)為多邊合作論文數(shù)量和占比的增加。不同類型研究機(jī)構(gòu)的科技成果產(chǎn)出形式和國際合作論文發(fā)表情況存在較大差異，科學(xué)類實驗室論文發(fā)表是重要的成果產(chǎn)出形式，而且國際合作論文占比較高，技術(shù)類實驗室論文發(fā)表形式成果相對較少，而且國際論文占比相對較低。影響美國與其他國家科技合作水平的因素可能包括國家財政科技投入強度變化、美國針對不同國家的科技戰(zhàn)略，以及美國與合作國家科技合作目標(biāo)的相互定位。從中美、俄美科技合作歷史經(jīng)驗看，國家層面有規(guī)劃的雙邊合作在推動兩國科技合作的強度和廣度上有重大幫助。

以上分析體現(xiàn)出中美科技合作特點為合作強度整體增強，而且中國成為美國科技合作的最重要對象。但是合作關(guān)系在2019 年之后受到中美關(guān)系變化影響較大。中美雙邊合作水平提升要強于中國、美國與其他國家多邊合作水平。中美在一些敏感的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域合作（比如高能物理與核物理）強度相對較低。

4.2 啟 示

（1）科技探索持續(xù)向更深、更廣領(lǐng)域推進(jìn)，特別是對于解決當(dāng)前人類面臨的重大共性挑戰(zhàn)如環(huán)境、能源、健康等，單靠一國科技力量往往難以實現(xiàn)，通過國際合作，發(fā)揮全球智力資源，才有望取得重大突破。過去的10 年，是全球也是我國經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展的階段。中國作為正在崛起的發(fā)展中科技大國，中美科技交流與合作日益緊密，在多個領(lǐng)域均互相成為重要的科技合作伙伴，在科技中的務(wù)實、深入合作，為全球經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展起到了積極推動作用。

（2）當(dāng)前國際局勢紛繁復(fù)雜，中美間“貿(mào)易沖突”“科技壁壘”為當(dāng)前及以后中美科技合作帶來了很多不確定因素。但即便如此，在各領(lǐng)域內(nèi)繼續(xù)保持實質(zhì)性的科技合作，有助于增強聯(lián)系，為當(dāng)前沖突降溫，也有利于通過加強科技互信消除兩國隔閡，實現(xiàn)合作共贏。但是通過上述分析可以看出，美國在關(guān)乎國家安全（特別是一些涉及軍事等領(lǐng)域）的敏感領(lǐng)域，仍然采取了非常謹(jǐn)慎和保守合作方式，這也提示我國在國家實驗室建設(shè)和運行中，對于涉及國家安全和重大關(guān)切的領(lǐng)域仍要保持警惕。

（3）堅持開放共享與合作交流，建立多邊科技合作機(jī)制。當(dāng)前發(fā)展態(tài)勢也為我國開展對外科技合作敲響了警鐘?？萍己献髋c經(jīng)濟(jì)合作一樣，存在著脫鉤和被打斷的風(fēng)險。因此，積極拓展多元化、多邊化的國際合作具有重要意義。隨著綜合國力持續(xù)提升，我國具備了領(lǐng)導(dǎo)和整合全球科技資源，發(fā)起“以我為主”的重大科技攻關(guān)計劃的實力，應(yīng)通過主動謀劃、科學(xué)設(shè)計，將未來國際科技合作聚焦于服務(wù)我國戰(zhàn)略目標(biāo)和需求。

（4）美國技術(shù)類實驗室規(guī)模、科技成果形式和國際合作狀況給予我國科技發(fā)展重要啟示，中國應(yīng)加強技術(shù)領(lǐng)域研究投入，增強技術(shù)領(lǐng)域獨立自主發(fā)展意識；同時應(yīng)切實改變以科技論文為關(guān)鍵指標(biāo)的評價方式和資助導(dǎo)向，建立起區(qū)別于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的資金投入、研究隊伍和科技評價機(jī)制。

（5）新國際關(guān)系背景下，我國全國重點實驗室重組和國家實驗室體系建設(shè)應(yīng)重視通過高水平科研基地與其他國家加強高水平的國際合作并根據(jù)國家戰(zhàn)略需求建立不同目標(biāo)和定位的實驗室及評價體系。