文章 | 竞泰资本行业研究员 王志筱

航天产业

航天产业具体可以细分为导弹、火箭、卫星、空间飞船以及空间探测器五个细分产业，当前全球市场规模达数千亿美元，远期市场规模达数万亿美元，发展潜力和想象空间巨大。

图表1：全球及我国航天产业各细分市场市场规模

资料来源：美国航天基金会《航天报告》、《2018World missile Briefing》、美国卫星工业协会、中航证券金融研究所，竞泰资本整理

航天产业具有高技术、高投入、高风险、高效益和长周期“四高一长”的特点，且我国航天产业在政策背景以及市场需求上与国外航天产业存在较大差异。当前我国航天产业商业化应用主要集中在卫星产业和火箭产业，参与主体仍以国资为主，民营企业进入较晚但发展迅速。

运载火箭系统概述

按照火箭用途分类主要包含运载火箭及探空火箭两种，在航天产业中得到较多应用的是运载火箭。运载火箭组成部件主要包括箭体结构、推进系统、控制系统、飞行测量及安全系统、附加系统等。

图表2：运载火箭系统基本构成

资料来源：《运载火箭工程》

运载火箭产业链

商业运载火箭产业链分为工程研制/整机制造/试验发射三部分。产业链上游主要为工程研制，具体涉及到运载火箭的总体论证、设计（包括运载火箭总体设计与分系统设计）、仿真测试、试验部分。产业链中游主要以运载火箭研制定型后的试样设计、生产制造及模型总装为主，其可按照元器件配套加工生产、分系统（部组件）集成、模型集成进行产业链的再次细分。产业链下游主要为运载火箭的飞行试验及应用发射。

图表3：运载火箭产业链及相关上市公司

资料来源：Wind，中航证券金融研究所

产业链各部分几乎均主要由航天科技、航天科工集团所属企事业单位参与，民营商业火箭企业参与比例仍较低。

运载火箭产业市场现状

应用场景一：卫星发射。运载火箭当前主要的下游应用市场是卫星发射。虽然卫星发射量受到组网、星座化的影响而快速增长，但受到微小卫星或小卫星占比的提高，以及运载火箭“一箭多星”的发展趋势，预计短中期内发射次数和市场规模将维持稳定，全球市场45-65亿美元，中国市场15-20亿美元。

图表4：全球及我国卫星发射市场规模（亿美元）

数据来源：SIA，中航证券金融研究所

短期内火箭运力缺口较大，商业火箭市场存在机会。随着卫星互联网被列入国家“新基建”发展范畴，未来5-10年我国卫星发射数量将超过10,000颗。以星座规模12,000颗卫星、单星质量200kg、轨道高度700km、组网周期7年为例，对组网发射需求进行测算，未来平均每年国内市场对火箭运力需求约为343t/700km。而根据火箭运力统计表进行估算，2021年国内发射卫星的火箭总运力约为140.4t/700km，存在较大缺口。

图表5：2021年国内发射卫星的火箭运力统计表

资料来源：卫星与网络，国家航天局，华泰研究

国内商业火箭发射产业成本偏高、技术稳定性较差。我国商业航天发射产业目前主要以航天科工集团所属火箭公司的“快舟”系列以及航天科技集团的“长征”系列为主，尚未有进入应用阶段的可重复使用火箭型号，发射成本较高。目前国内公司成本目标1万美元/公斤尚未实现，而SpaceX成本目标已经低于0.3万美元/公斤；发射稳定性、回收技术等都尚未成熟。

图表6：海内外商业火箭企业公司对比

资料来源：各公司官网

应用场景二：洲际飞船和太空旅行。根据马斯克介绍，随着SpaceX火箭BFR的商用成熟，火箭可以被用于洲际交通。跨洲交通从10小时的水平下降至1小时以内，大大方便了全球的交通市场。而美国维珍银河（VirginGalactic）等公司正在推动太空旅行服务，单次价格在25万美元水平，目前有约600人预定了服务，并有近万人愿意体验相关产品。

应用场景三：月球基地与火星移民等。根据马斯克介绍，随着SpaceX火箭BFR的商用成熟，火箭可以被用于洲际交通。跨洲交通从10小时的水平下降至1小时以内，大大方便了全球的交通市场。而美国维珍银河（VirginGalactic）等公司正在推动太空旅行服务，同时也面向微重力实验应用和宇航员训练应用，单次价格在25万美元水平，目前有约600人预定了服务，并有近万人愿意体验相关产品。目前该公司仍在测试其飞船，并已完成了4次测试。2023年将有五架飞机投入使用。

运载火箭技术分析

运载火箭整机的主要技术指标为运载能力、入轨精度和可靠性等，其中，运载能力代表了可以送入预定轨道的有效载荷的重量；入轨精度代表了有效载荷实际运行轨道与预定轨道的偏差，是运载火箭控制系统的重要指标；可靠性是衡量火箭系统工作过程中可能出现故障概率的重要指标。而在当前商业航天发展过程中，成本特性以及快速响应特性（发射准备时间）也成为了重要的核心指标。

1、箭体结构分系统（材料制造及加工）向材料轻质化发展。运载火箭的箭体结构是火箭的主体。主要包括整流罩、级间段、尾段等部段，而液体运载火箭还包括推进剂贮箱等。目前，普通高性能金属材料仍是航天结构材料的重要组成部分，但其应用已基本接近技术的极限，随着航天飞行器迫切的减重需求，具有优异力学性能的轻质结构材料，尤其是以铝合金、镁合金、钛合金及复合材料等材料为代表的轻质结构材料成为航空航天研究的热点。

2、推进系统向大推力、低成本、高可靠和使用维护方便发展，其中高可靠和低成本是商业火箭发展的重中之重。火箭推进系统主要包括主动力系统、辅助动力系统及增压输送系统三部分，此处主要分析主动力系统即发动机系统，目前火箭发动机可分为固体火箭发动机以及液体火箭发动机。

固定火箭发射周期短，响应速度快，更适用于军事现代化对快速响应和卫星补网发射。固体火箭在发射成本上不具备优势，且国家队在固体火箭上的技术储备遥遥领先，中大型固体商业火箭在短期内技术难以突破，液体火箭是商业航天主流箭型。

液体火箭具有更高比冲，运力优势更大。因为运输环节卡车和公路的承载能力限制了固体火箭总体重量，从而限制了固体火箭的运载能力，此外中大型固体火箭还面临大型分段对接等诸多难以突破的技术难关，相较而言液体火箭更容易实现大推力。

图表7：固体和液体燃料火箭对比

资料来源：头豹研究院

液体火箭发动机可重复使用技术大大降低成本，火箭垂直回收与发动机重复使用有望将发射成本降至三分之一。在一次性使用运载火箭成本构成中，发动机约占总成本的54.3%，箭体结构约占总成本的23.6%，电气系统约占8%，阀门管路及执行机构约占8.1%，点火、级间分离等火工品约占5.3%，推进剂成本约占0.7%。

作为火箭中价值最高的部分，火箭回收是商业航天降低成本的必由之路。液氧液氢、液氧甲烷、液氧煤油3种低温推进剂均满足发动机重复使用基本需求，其中液氧甲烷综合优势突出成为发展趋势，但目前国际上对于液氧甲烷发动机还没有研制成功入轨飞行的先例。

图表8：主要商业火箭推进剂

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