俄烏戰爭對太空供應鏈「韌性」之啟示
2022.05.20
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壹、新聞重點
俄烏戰爭之情勢正重組太空產業供應鏈。俄國近期透過一系列太空技術的威逼手段反制美國因俄國入侵行為對俄的經濟制裁，包括禁止「美國國家航空暨太空總署」（NASA）繼續參與俄國主導的「金星探測計畫」（Venera-D），停止供售美國「聯合發射聯盟」（United Launch Alliance，以下簡稱ULA）與「國際太空站」 （International Space Station，以下簡稱ISS）俄製RD-180與RD-181火箭引擎。[1] 「俄羅斯聯邦太空總署」（Roscosmos）署長羅戈辛（Dmitry Rogozin）表示少了俄國引擎，美國太空人的太空任務將嚴重受阻。[2] 羅戈辛認為美國難以脫離對俄製火箭引擎之依賴。從1990年代至今，俄國已交付美國122具RD-180火箭引擎，其中98具引擎使用於美國ULA旗下的「阿特拉斯5號」（Atlas V）運載火箭系列。[3] 換言之，俄製火箭引擎過去20年在美國太空任務中扮演重要推進角色。然ULA執行長布魯諾（Tory Bruno）表示「亞馬遜公司」（Amazon）旗下航太公司「藍色起源」（Blue Origin）正在製造可取代 RD-180的 BE-4火箭引擎，且美國目前RD-180引擎庫存量足夠撐過過渡期。[4] 美國空軍部長肯達爾（Frank Kendall）表示俄國試圖透過太空供應鏈進行的威逼手段，對美國國家安全所需之太空發射任務不具影響。[5]
貳、安全意涵
一、美國對俄製RD-180引擎依賴之警醒與漸進式「分離」
美國對於依賴俄國火箭引擎技術之警醒，始於2014年俄國兼併「克里米亞（Crimea）事件」，因當時俄國就以暫停火箭引擎出口美國的手段反制美方對於俄國的經濟制裁。[6] 相較於俄國於2008年入侵喬治亞（Georgia）時亦引起美方對俄製火箭引擎依賴的擔憂，「克里米亞事件」讓華盛頓真正開始思考太空產業供應鏈的「韌性」問題，而美國國防部也下令對俄製RD-180的供給進行調查與評估。[7] 美國「列克星敦研究所」（Lexington Institute）副院長古雷（Daniel Goure）於2014年指出美國對俄製火箭引擎之依賴反映出空軍與NASA無法有效發展獨立自主的發射載具計畫，嚴重影響「洲際彈道飛彈」（ICBM）與「潛射彈道飛彈」（SLBM）現代化進程，阻礙美國研發能量與市場發展。[8] 美國引進俄製引擎之緣由係因冷戰結束後軍事經費大幅縮減與整併，美方為了維持外空的領先發射探索地位於1994年展開「漸進一次性運載火箭」（Evolved Expendable Launch Vehicle，以下簡稱EELV）發射計畫，導入俄製引擎，降低火箭發射成本。[9] 然古雷認為，「克里米亞事件」已揭開美俄新型冷戰序幕，不得不引進俄製引擎的歷史背景已改變，加上俄國明顯開始降低對西方關鍵產品之依賴，深化與中共在軍事與經濟上之合作，試圖創造出掣肘美國的第二前線（中共），美方需要立即結束對俄製RD-180引擎的依賴。[10]古雷最後建議，在有限經費下發展自主的火箭引擎技術需要靠更開放與競爭的市場，吸引民間資源與企業投入。[11]
美國逐步擺脫對俄國RD-180引擎的依賴，可從美國《2016財年綜合撥款法案》（FY2016 Consolidated Appropriations Act）調整《2015財年國防授權法》（FY2015 National Defense Authorization Act, FY2015 NDAA）當中撥款2.2億美元，希冀2019年時發展出可替代俄國RD-180引擎之條款看出端倪。[12] 簡言之，美方並非一次到位，採取漸進手段，一方面依舊使用俄製引擎，另一方面逐步培養自主供應鏈。
美國共和黨資深參議員馬侃（John McCain）認為此漸進「脫鉤」手法危及美國國家安全，於2016年1月27日在國會聽證時表示，持續購買俄國RD-180引擎不僅間接協助俄國與中國軍事化外空的行為，更忽視普欽（Vladimir Putin）政權與軍工企業之間不透明之連結、無視俄國兼併克里米亞、侵擾烏克蘭、支持敘利亞的阿薩德政權與違反《中程飛彈條約》（Intermediate-Range Nuclear Forces Treaty，INF Treaty）等行徑。 [13]
然時任美國空軍部長詹姆斯（Deborah Lee James）於同場的聽證會表示，美國軍方已認知依賴RD-180之威脅，但在短期內為了保持外空發射能力還須借助RD-180引擎與「漸進一次性運載火箭」計畫穩定的表現。[14] 詹姆斯表示美方將持續採「公私協力夥伴關係」（Public-Private Partnerships，以下簡稱PPP）的方式，吸引更多民間商用公司投入研發工作，縮短不再使用俄製火箭引擎的時程。[15]《2017財年國防授權法案》（FY2017 NDAA）亦保留持續使用RD-180的緩衝空間，也就是從2017年至2022年12月31日間與俄簽屬的RD-180合作計畫依然有效（包括18具俄製火箭引擎）。[16]
美國政府與俄製RD-180逐步分離的政策與2017財年的NDAA發展火箭推進系統的預算（3億2千萬美金）帶動美國國內航太引擎與推進器市場發展，奠基當前反制俄國利用RD-180進行威逼之手段。[17] 當時獲得美國政府投資與補助的四大火箭推進系統公司，如今俱備一定成果，未來將可取代俄製的RD-180引擎（表1）。
表 1、可能取代俄國RD-180的美國太空推進系統公司
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公司名稱 |
2017年獲得補助之計畫 |
最新發展 |
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「洛克達因航太控股」 （Aerojet Rocketdyne） |
AR-1引擎（液化氧與煤油混合發動） |
AR-1引擎於2021年已完成，將於2022下半年測試。 |
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「聯合發射聯盟」（ ULA）與「藍色起源」（Blue Origin） |
「火神火箭」（Vulcan rocket）計畫與「藍色起源」 BE-4 引擎 （液化天然氣推動） |
「火神火箭」與BE-4 引擎將於2022下半年進行測試。 |
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「美國太空探索技術公司」（Space X） |
「猛禽」（Raptor）火箭引擎 （液化氧與液化天然氣推動） |
「猛禽」引擎二版已完成，預計可降低發射成本，並於2022年五月後進行軌道飛行測試。 |
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「諾格太空系統」 （Northrop Grumman Space Systems） |
開發兩款固體推進器（SRB）與幫「藍色起源」研發的可延伸噴嘴（extendable nozzle） |
「諾格」（Northrop Grumman）於2018年收購Orbital ATK。美國防部與Northrop Grumman合作，於2021年10月成功測試高超音速推進器。 |
資料來源：楊一逵整理自公開資料與參考James Knauf, “Freedom from Russian Rocket Engines,” Aerospace America, September 2016, https://aerospaceamerica.aiaa.org/features/freedom-from-russian-rocket-engines/.
二、「公私協力夥伴關係」之創新可強化「韌性」
美國太空供應鏈「韌性」之強化因其政策轉向與民間商用太空發射載具公司建立「公私協力夥伴關係」（PPP），並透過民間企業的競爭力、創新實驗、效率與彈性突破太空供應鏈自主的困境。鑒於太空產業緊扣國防安全，政府多半偏好掌控其方向與能力。然官僚決策體系對大膽創新實驗較為保守，加上太空產業本身的高風險、高成本與技術的時效性，政府對太空產業之壟斷反而阻礙發展進程。若透過「公私協力夥伴關係」引進民間合作，政府不僅可與民間企業一同分擔風險與成本，更可將技術研發交付自由度與靈活度更高的民營企業突破發展。
美方部署太空產業公私協力合作已數十年。最早起源於美國聯邦政府於2004年開始至2006年大幅刪減NASA近60%的研發預算，促使時任2005年的署長葛里芬（Mike Griffin）推動「商業軌道運輸服務計劃」（Commercial Orbital Transportation Services，以下簡稱COTS），與民間「太空探索技術公司」（SpaceX）與「天體軌道科學公司」（Orbital Sciences）合作，以五年五億美元為期，希冀開發出符合經濟效益的發射載具與技術。[18] 這係美國官方首次以「創投」（venture capital）方式與民間太空公司合作。
美國更於2010年6月公佈《美國國家太空政策》 （National Space Policy of the United States of America）並同年12月修訂1958年的《美國國家航空暨太空法案》（National Aeronautics and Space Act），指示政府應擴充在教育訓練、技術實驗與商業化轉型等太空產業面向上的公私協力合作。[19] 目標係達成安全、低成本、可靠的發射能力，服務「國際太空站」的需要。[20] 修訂文亦規定，美國政府於2022年4月12日開始將尋求各種能充分商業化太空產業之機會，與鼓勵政府部門使用民營商業太空產業之設備與服務。[21]
NASA於2020年投入近四億美元開發「臨界點」（Tipping Point）計畫，挑選14家具前瞻性與可商業化的民營太空產業技術公司進行投資（表2）。SpaceX亦榜上有名，獲得5,320萬美金之補助，發展新世代的星艦載具（表2）。觀察「臨界點」計畫補助之額度，主導「漸進一次性運載火箭」計畫（使用俄製引擎）的「聯合發射聯盟」（ULA）與洛克希德馬汀公司（Lockheed Martin）獲得最多補助，SpaceX排名第三。這也再次驗證美方以「公私協力夥伴關係」促進創新與強化太空產業鏈韌性之同時，持續保有務實手段，維持美國火箭可以發射至太空的基本能力。
即便當前面對俄國以太空技術進行威逼，「漸進一次性運載火箭」的庫存量不僅足夠，SpaceX與Blue Origin引擎的發射技術已日益成熟。馬斯克（Elon Musk）於2019年2月11日表示「猛禽」（Raptor）火箭引擎測試結果，其發動機的汽缸壓力為3900psi （約26.89Mpa），已高於RD-180的汽缸壓力（3870psi，約26.7Mpa）。[22] 換言之，「猛禽」引擎的推力已勝過 RD-180。「聯合發射聯盟」合作的「藍色起源」也表示，可取代 RD-180的 BE-4引擎將於2022年中交付，預計年底測試「火神」火箭的發射。[23]
表2、2020年美國太空總署「臨界點」計畫入選名單
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入選公司名稱 |
獲補助金額 (百萬美金) |
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「阿爾發太空測試與研究聯盟」 （Alpha Space Test and Research Alliance） |
22.1 |
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「宇宙機器人技術公司」 （Astrobotic Technology） |
5.8 |
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「埃塔太空公司」（Eta Space） |
27 |
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Intuitive Machines |
41.6 |
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「洛克希德馬汀公司」（Lockheed Martin） |
89.7 |
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「馬斯騰太空系統」 （Masten Space Systems） |
2.8 |
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「諾基亞美國」 （Nokia of America Corporation） |
14.1 |
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pH Matter |
3.4 |
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Precision Combustion Inc. |
2.4 |
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「內華達山脈公司」 （Sierra Nevada Corporation） |
2.4 |
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「太空探索技術公司」（SpaceX） |
53.2 |
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SSL Robotics （Maxar Technologies） |
8.7 |
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「德立台能源系統公司」（Teledyne Energy Systems） |
2.8 |
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「聯合發射聯盟」（United Launch Alliance） |
86.2 |
資料來源：楊一逵整理自“NASA Announces Partners to Advance ‘Tipping Point’ Technologies for the Moon, Mars,” NASA, October 14, 2020, https://www.nasa.gov/press-release/nasa-announces-partners-to-advance-tipping-point-technologies-for-the-moon-mars.
參、趨勢研判
太空產業之「韌性」已成國防供應鏈之前線
從能源、金融到資通技術與工業零件，大國透過「武器化」（weaponize）經貿連結與供應鏈互賴獲取戰略目標已成常態。[24] 航太產業供應鏈「韌性」隨著商用低軌通訊衛星技術的發展與太空經濟之前景日顯重要。美國衛星產業協會（Satellite Industry Association，以下簡稱SIA）指出，2020年全球太空經濟之獲利為3,710億美元，其中商用衛星產業獲利2,710億美元，占比73%。[25] 國防產業承包商更可利用航太技術研發軍用無人機、高超音速武器、預警系統等先進技術。在此前提下，航太產業技術的供應鏈已成為與國家安全相關供應鏈「韌性」之前線，面對無預期或突然的破壞或干擾時需及時調適與恢復既有表現能力，維持國防相關產業之穩定表現。 [26]
觀察美方政策，太空產業供應鏈的部署可分為原物料與技術來源之穩定、嚇阻能力發展與頂層戰略目標等三大面向。拜登政府於2021年6月提出的《建立韌性供應鏈，振興美國製造業，促進廣泛增長》（Building Resilient Supply Chains, Revitalizing American Manufacturing, And Fostering Broad-Based Growth）報告指出，航太產業鏈的穩定取決於美國廠商在半導體晶片、電池與礦物等供給上不受外界影響。[27] 美方於2022年2月發佈的《保護國防關鍵供應鏈》報告（Securing Defense-Critical Supply Chains）中預告投入270億美元建造整合太空與太空系統的「綜合嚇阻」（integrated deterrence），包括新世代飛彈預警、全球定位系統、發射載具與衛星通訊等系統開發（表3）。[28] 美國國防部「2023財年預算申請」（Fiscal Year 2023 Budget Request）裡表示將優先發展可對抗中共與俄國在太空、核三角（nuclear triad）與網路中的能力。 未來美方將提高太空能力在「綜合嚇阻」中的比例，而強權之間的太空能力分配與競爭也將進一步激化。
表3、2022年美國太空「綜合嚇阻」能力之建構
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焦點項目 |
經費投入 （億美元） |
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飛彈預警: 新型韌性飛彈預警、飛彈追蹤系統、「高空持續性紅外線系統」（Overhead Persistent Infrared，OPIR）。 |
47 |
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全球定位系統：定位、導航與定時（positioning、navigation、timing，PNT）系統、軍用GPS設備。 |
18 |
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太空發射載具: 預計開發6座發射載具。 |
16 |
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衛星通訊: 受保護的戰術寬頻、窄頻與抗干擾能力。 |
16 |
資料來源: 楊一逵整理自Office of the Under Secretary of Defense, “Defense Budget Overview,” United States Department of Defense, March 2022, https://comptroller.defense.gov/Portals/45/Documents/defbudget/FY2023/FY2023_Budget_Request.pdf.
[1]Nitin J Ticku, “Russia Suspends Pact With NASA On Venera-D Venus Exploration Mission Amid New US Sanctions: Roscosmos,” EurAsian Times, February 26, 2022, https://eurasiantimes.com/russia-suspends-cooperation-with-nasa-on-venus-exploration/; Nitin J Ticku, “Russia Suspends Pact With NASA On Venera-D Venus Exploration Mission Amid New US Sanctions: Roscosmos,” EurAsian Times, February 26, 2022, https://eurasiantimes.com/russia-suspends-cooperation-with-nasa-on-venus-exploration/; “Russia Suspends Cooperation with Europe on Space Launches from French Guiana,” Reuters, February 27, 2022, https://www.reuters.com/world/europe/russia-suspends-cooperation-with-europe-space-launches-french-guiana-2022-02-26/; Fabrizio Bensch, “Russia Halts Deliveries of Rocket Engines to the U.S.” Reuters, March 3, 2022, https://www.reuters.com/world/russia-halts-deliveries-rocket-engines-us-2022-03-03/; Christian Davenport, “Russia Cuts Off Rocket Engine Supply and Threatens Space Station Partnership,” The Washington Post, March 3, 2022, https://www.washingtonpost.com/technology/2022/03/03/russia-nasa-rocket-engines-rogozin-ukraine/.
[2]Ewan Palmer, “Russia Says NASA Can Use 'Broomsticks' After Stopping Rocket Engine Sales,” Newsweek, March 3, 2022, https://www.newsweek.com/russia-nasa-broomstick-rocket-engines-ukraine-1684522.
[3]同註2。
[4]Devin Coldewey, “Russia Halts Rocket Engine Sales to US, Suggests Flying to Space on Their Broomsticks,” Techcrunch, March 4, 2022, https://techcrunch.com/2022/03/03/russia-halts-rocket-engine-sales-to-u-s-suggests-flying-to-space-on-their-broomsticks/.
[5]Harsh Vardhan, “We Have All The Engines We Need': US After Russia Decides To Halt Rocket Engine Supply,” Republic World, March 4, 2022, https://www.republicworld.com/science/space/we-have-all-the-engines-we-need-us-after-russia-decides-to-halt-rocket-engine-supply-articleshow.html.
[6]Stuart Clark, “Russia Halts Rocket Exports to US, Hitting Space and Military Programmes,” The Guardian, May 15, 2014, https://www.theguardian.com/science/2014/may/15/us-space-military-programme-russia-sanctions.
[7]Greg Avery, “ULA’s Use of Russian Rocket Engines is Under Review Amid Crimea Crisis,” Denver Business Journal, Mar 24, 2014, https://www.bizjournals.com/denver/blog/boosters_bits/2014/03/ulas-use-of-russian-rocket-engines-is-under-review.html.
[8]Daniel Goure, “The RD-180 Replacement and the Future of the U.S. Rocket Motor Industrial Base,” Lexington Institute, November 2014, https://www.lexingtoninstitute.org/wp-content/uploads/2014/11/The-RD180-Replacement.pdf.
[9]同註8。
[10]同註8。
[11]同註8。
[12]Marcia Smith, “House Passes Final FY2015 NDAA, Including RD-180 Cutoff, Money for New Engine,” Space Policy Online, December 4, 2014, https://spacepolicyonline.com/news/house-passes-final-fy2015-ndaa-including-rd-180-cutoff-money-for-new-engine/; Marcia Smith, “McCain, McCarthy Try to Repeal RD-180 Provision in FY2016 Appropriations Bill,” Space Policy Online, January 27, 2016, https://spacepolicyonline.com/news/mccain-mccarthy-try-to-repeal-rd-180-provision-in-fy2016-appropriations-bill/.
[13]“Military Space Launch and the Use of Russian-Made Rocket Engines,” Federation of American Scientists, 2016, https://irp.fas.org/congress/2016_hr/engines.pdf.
[14]同註13。
[15]同註13。
[16] “National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2017,” Congress Report, 114th Congress 2nd Session, https://www.congress.gov/114/crpt/hrpt840/CRPT-114hrpt840.pdf.
[17]同註16。
[18]Orbital Sciences爾後成為現今的「諾格太空系統」（Northrop Grumman Space Systems）。Orbital Sciences於2015年與「軌道ATK」（Orbital ATK）合併改名為「軌道ATK」（Orbital ATK）。「內華達山脈公司」（Sierra Nevada Corp）於2016年加入SpaceX與Orbital ATK的NASA延展計畫。「諾格」（Northrop Grumman）則於2018年收購Orbital ATK。Northrop Grumman於2020年改名為「諾格太空系統」。請參閱“Commercial Orbital Transportation Services (COTS),” NASA, April 14, 2022, https://www.nasa.gov/commercial-orbital-transportation-services-cots; “The Commercial Orbital Transportation Services Program,” Space Legal Issues, June 2, 2019, https://www.spacelegalissues.com/the-commercial-orbital-transportation-services-program/; “Orbital Stockholders Approve Merger With ATK’s Aerospace and Defense Groups,” Business Wire, May 18, 2022, https://www.businesswire.com/news/home/20150127005856/en/Orbital-Stockholders-Approve-Merger-With-ATK%E2%80%99s-Aerospace-and-Defense-Groups; Christian Davenport and Brian Fung, “Sierra Nevada Corp. Joins SpaceX and Orbital ATK in Winning NASA Resupply Contracts,” The Washington Post, January 14, 2016, https://www.washingtonpost.com/news/the-switch/wp/2016/01/14/nasa-expected-to-soon-announce-contracts-to-resupply-the-international-space-station/; “Northrop Grumman Completes Orbital ATK Acquisition, Blake Larson Elected to Lead New Innovation Systems Sector,” Northrop Grumman, June 06, 2018, https://news.northropgrumman.com/news/releases/northrop-grumman-completes-orbital-atk-acquisition-blake-larson-elected-to-lead-new-innovation-systems-sector; Elizabeth Howell, “Northrop Grumman Space Systems: One of NASA's Top Contractors,” Space.Com, May 27, 2020, https://www.space.com/northrop-grumman-space-systems.html.
[19]“National Space Policy of the United States of America,” NASA, June 28, 2010, https://history.nasa.gov/national_space_policy_6-28-10.pdf; “Title 51—National and Commercial Space Programs,” U.S. Government Publishing Office, May 18, 2022, https://www.govinfo.gov/content/pkg/USCODE-2011-title51/html/USCODE-2011-title51.htm.
[20]同註19。
[21]“51 USC 20112: Functions of the Administration,” Office of the Law Revision Counsel, April 14, 2022, https://uscode.house.gov/view.xhtml?req=granuleid:USC-prelim-title51-section20112&num=0&edition=prelim.
[22]Matt Williams, “New SpaceX Raptor Engine Beats the Chamber Pressure of Russia’s RD-180 Engine, According to Elon Musk,” Universe Today, February 11, 2019, https://www.universetoday.com/141462/new-spacex-raptor-engine-beats-the-chamber-pressure-of-russias-rd-180-engine-according-to-elon-musk/.
[23]Sandra Erwin, “Space and National Security: What to Expect in 2022,” Space News, January 19, 2022, https://spacenews.com/space-and-national-security-what-to-expect-in-2022/.
[24]Henry Farrell and Abraham L. Newman, “Weaponized Interdependence: How Global Economic Networks Shape State Coercion,” International Security, Vol. 44 No. 1 (2019), pp. 42-79.
[25]SIA, “Commercial Satellite Industry Continues To Dominate Growing Global Space Business Despite COVID – SIA Releases State of the Satellite Industry Report,” SIA, April 8, 2022, https://sia.org/commercial-satellite-industry-continues-to-dominate-growing-global-space-business-despite-covid-sia-releases-state-industry-report/.
[26]João Pires Ribeiro, Ana Barbosa-Povoa, “Supply Chain Resilience: Definitions and quantitative modelling approaches-A literature review,” Computers & Industrial Engineering, Vol. 115 (2018), 109-122.
[27]White House, “Building Resilient Supply Chains, Revitalizing American Manufacturing and Fostering Broad-Based Growth,” The White House, June 27, 2021, https://www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2021/06/100-day-supply-chain-review-report.pdf.
[28]“Securing Defense-Critical Supply Chains,” Department of Defense, February 24, 2022, https://media.defense.gov/2022/Feb/24/2002944158/-1/-1/1/DOD-EO-14017-REPORT-SECURING-DEFENSE-CRITICAL-SUPPLY-CHAINS.PDF.