探索“星辰大海”:中国商业航天行业及其研究分析

360影视 动漫周边 2025-03-21 15:53 4

摘要:商业航天是人类探索星辰大海的起点,也是新一代通信技术的基石。近年来,商业航天相关产业受到各级政府的高度重视,党中央及各部委陆续出台了《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》,《关于“十四五”民用航天技术预先研究项目指南(第二批)发布的通告》。上海政府也发布了

商业航天是人类探索星辰大海的起点,也是新一代通信技术的基石。近年来,商业航天相关产业受到各级政府的高度重视,党中央及各部委陆续出台了《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》,《关于“十四五”民用航天技术预先研究项目指南(第二批)发布的通告》。上海政府也发布了《上海市促进商业航天发展打造空间信息产业高地行动计划(2023-2025年)》等,鼓励商业航天产业发展。浦东资本持续关注商业航天领域,亦在相关领域进行积极布局,本文将围绕商业航天发展概况、产业链及其主要竞争格局进行分享。

行业概况

(一)世界商业航天发展概况

低轨空间的发射由国家主导逐步转向民营企业运营如2022年美国一共进行75次LEO类型的火箭发射,全部由民营企业完成;得益于火箭材料、燃料、结构的不断精进,企业能够以更低的成本将卫星发射入近地轨道,为商业火箭开拓了更宽广的市场。根据Center for Strategic and International Studies Aerospace Security Proiect数据,2008年Falcon1发射成本达12600美元每千克(以2021年价格水平计算),而2018年的Falcon Heavy就成功将成本降到1500美元每千克。(二)中国商业航天发展历程

其中,商业运载火箭领域是商业航天中技术门槛最高、技术难度最大的一个环节。商业火箭公司各自技术路线、发展思路均有差异,但总的来说发展节奏与国外相比较快。中国商业发射次数显著增多,民营企业共助商业火箭蓬勃发展。从2019年星际荣耀成功发射“双曲线一号”遥一运载火箭开始,中国民营公司在商业发射领域也迅速崭露头角。根据《中国航天科技活动蓝皮书(2022)》数据,2022年中国成功实施了21次商业发射服务,占中国总航天发射次数的32.81%,航天科技集团、航天科工集团、中科宇航、星河动力等各类机构均参与其中;根据我们的太空官方微信公众号,截至2023年9月11日,我国完成的42次火箭发射中,商业发射次数达到13次。

2023年11月20日,上海市印发《上海市促进商业航天发展打造空间信息产业高地行动计划(2023-2025年)》。计划提出,到2025年,形成从火箭、卫星、地面站到终端的全覆盖产业链。发展新一代中大型运载火箭、低成本高集成卫星、智能应用终端三大拳头产品。形成年产50发商业火箭、600颗商业卫星的批量化制造能力。新引进和培育10家商业航天重点企业,培育5家具备科创板上市条件的硬核企业,扶持一批民营“专精特新”优势企业,实现空间信息产业规模超2000亿元。这将进一步加强行业集聚效应。

商业航天产业链分析航天产业构成

商业航天覆盖产业及商业航天产业链

卫星卫星产业链包括卫星制造、卫星发射、卫星运营服务和地面设备制造四个部分。其中,卫星制造和发射服务处于产业链上游,为卫星应用提供空间基础设施。地面设备制造和卫星运营服务则处于产业链中下游,面向系统支持与终端应用。卫星制造业:卫星制造业包括卫星制造以及部组件和分系统制造。卫星发射业:发射服务业包括发射服务和运载火箭服务。卫星运营服务业:卫星服务业包括大众消费通信服务、卫星固定通信服务、卫星移动通信服务、遥感服务和航天飞行管理服务。

其中,大众消费通信服务包括卫星电视业务、卫星音频广播业务和卫星宽带业务;卫星固定通信服务包括转发器租赁协议和管理网络服务;卫星移动通信服务包括移动数据业务和移动话音业务。地面设备制造业:地面设备制造业包括网络设备和大众消费设备。其中,网络设备主要包括信关站、控制站和甚小孔径终端(VSAT);大众消费设备主要包括卫星直播业务(DBS)接收天线、卫星移动终端(包括卫星电话)、数字音频广播服务(DARS)设备和GPS终端设备的芯片及其组合件。

图:卫星及应用产业链

资料来源:智研咨询商业运载火箭研制及发射处于商业航天产业链中游,是连接上游卫星制造和下游卫星应用的桥梁,是卫星进入空间、形成在轨服务能力的基础。商业运载火箭公司在卫星发射中地位至关重要,主要负责商业发射任务承揽、发射任务分析、火箭研制生产、运载火箭技术接口协调、发射场任务协调等工作。

运载火箭简介

目前我国承担航天运输服务的大型火箭为长征五号系列,用于探月工程的长征九号尚未实现首飞,现阶段的发射任务仍然以中小型火箭为主。作为一种进入太空的主要运载工具,运载火箭是各国家保持太空优势的关键环节之一,其技术水平代表了一个国家自主进入太空的能力。运载火箭的组成主要是三大系统,包括结构系统(又称箭体结构)、动力系统(又称推进系统)和控制系统。无论固体运载火箭还是液体运载火箭,无论单级运载火箭还是多级运载火箭,主系统的可靠与否,将直接影响运载火箭飞行的成败。

火箭箭体功能是将箭上各分系统,如有效载荷、控制系统、动力系统和测量系统等连成一个整体,并容纳推进剂,为其提供可靠工作的环境。箭体结构是将运载火箭各系统组合在一起形成一个完整的整体。液体运载火箭的箭体主要由推进剂贮箱、仪器舱、推力结构、尾段和尾翼、有效载荷整流罩等组件组成。对固体运载火箭而言,其箭体结构除了没有推进剂贮箱、箱间段和发动机架外,其他与液体运载火箭的箭体结构基本相同。其中,固体燃料火箭发动机的壳体常常作为箭体承力结构的一部分。在箭体结构的组成中,还包括一些机构,最常见的机构是分离机构。动力装置系统是推动运载火箭飞行、并获得一定速度的装置。对液体火箭来说,动力装置系统由推进剂输送、增压系统和液体火箭发动机两大部分组成。固体火箭的动力装置系统主要部分就是固体火箭发动机推进剂直接装在发动机的燃烧室壳体内。运载火箭主发动机是运载火箭的核心部件,技术复杂,成本高昂,根据《商业运载火箭主发动机技术发展现状分析与展望》(朱仰招),发动机占火箭整体成本的30%~50%。制导与控制系统是用来控制运载火箭沿预定轨道正常可靠飞行的部分,是火箭在飞向目标过程中,导引和控制火箭按选定的导引规律调整飞行路线,导向目标所需全部装置(包括硬件和软件)。控制系统由制导和导航系统、姿态控制系统、电源供配电和时序控制系统三大部分组成。(三)市场规模

整体运力方面,根据航天科技集团发布的《中国航天科技活动蓝皮书》统计,2022年我国研制发射188个航天器,总质量197.21吨,而美国研制发射了2067个航天器,总质量716.44吨。中国需要依靠民营火箭公司的灵活发展优势,以及整体火箭数量的补偿式发展,来满足未来大规模星座建设需求。除卫星发射外,商业火箭还有空间站货运、亚轨道飞行及太空旅游等市场需求。

空间站补给2022年我国空间站全面建成,空间站建造完成后,进入常态化运营阶段。随着空间站进入常态化运营阶段,未来上下行的空间站载人、货运任务需求将显著增加。类似NASA的COTS计划,国内的商业轨道载人或货物运输服务需求将逐步释放,中国商业发射企业将大概率获得相应订单,并从中获取商业价值。2023年5月16日,中国载人航天办公室面向全社会发布公告,征集空间站低成本货物运输系统总体方案,代表我国空间站货运任务向民营企业正式开放。亚轨道飞行、太空旅游马斯克称,SpaceX的新型火箭星舰(Starship)时速最高可达2.9万公里,可以利用它在一个小时内到达地球上的任何一个地方。按这个速度计算,从美国纽约到上海大概只需要39分钟。此外,还有Blue Origin、Masten Space、Virgin Galactic等公司先后发布载人/非载人的亚轨道飞行计划。载人票价约在7.5-25万美元不等。Virgin Galactic、Blue Origin以及SpaceX均已开展了多次载人飞行,Blue Origin已经开展多次亚轨道载人飞行,SpaceX则已经开展了商业的轨道载人飞行。亚轨道旅行、轨道飞行已经不算遥远。目前能够提供亚轨道飞行服务的美国公司如下表:(四)行业发展趋势低成本、大运力是商业运载火箭的主要追求商业航天是以盈利为主要目的、遵循市场机制的商业活动。冷战时代美苏两超级大国取得的航天成就完全是不计代价的,其政治意义大于经济意义,故而这样的航天活动也是不可持续的。随着冷战结束,大规模的航天竞赛也随之销声匿迹,通过商业化令航天行为实现可持续性发展将是未来人类航天活动进一步发展的关键,因此当前商业化航天的发展就是降低火箭发射成本的过程。

商业航天需要在成本和性能之间获取平衡,液氧甲烷发动机将是商业趋势。居高不下的发射成本,是制约航天工业发展的重要因素。可回收火箭可将一级火箭包括发动机在内的大部分高价值设备回收,经过维修后重新加注燃料即可再次使用,大大降低了火箭发射成本。此外,由于一级火箭可回收再利用,无需重新制造,且其回收过程中损耗较小,修复速度较快,使得可回收一级火箭能够快速再次发射,提升发射频率。

商业航天目前竞争格局全球火箭发射市场格局各国主要商业航天企业情况

美国在卫星制造、火箭发射领域的技术研发实力与服务能力领先全球,以Spacex、蓝色起源、轨道科学为代表的公司具有从设计、制造验证到发射、运营的能力,使得政府、军方、科研机构等用户从市场购买发射服务的成本显著降低。

2023年SpaceX发射任务

资料来源:SPACE.COM,SpaceX,国海证券研究院

SpaceX各版本发动机迭代情况及技术指标

Blue Origin:从“亚轨道”向“轨道”进军,在发动机领域较为领先Blue Origin由亚马逊公司创始人杰夫·贝佐斯Jeff Bezos)于2000年9月创立。目前,公司主要产品包括亚轨道火箭New Shepard、火箭(New Glenn)及火箭发动机BE4 2014年开始向近地轨道空间发展。2015年公司成功完成发射并回收New Shepard亚轨道火箭。目前公司正在研制推力更大的New Glenn运载火箭,并与欧洲通信卫星公司等签署了多项商业卫星发射合同。Rocket Lab:快速发展的小型运载火箭公司Rocket Lab在2006年成立于新西兰,2013年公司注册地及总部改至美国。目前公司拥有小型运载火箭Electron,于2017年实现首飞2018年完成3次发射任务、2019年完成6次发射任务。根据官网披露,下游客户除了商业卫星公司之外,还包括美国NASA、NRO、DARPA等机构。ULA:美国传统火箭发射公司美国联合发射联盟(United Launch Alliance,ULA)由洛克希德·马丁公司和波音公司各出资50%成立于2006年12月,主要客户有NASA、美国军方、商业卫星公司等。成立初期,联合发射联盟是美国政府及国防唯一的航天发射服务商,平均每个月执行一次发射任务。2014年,公司开始进行人员及架构调整,以降低发射成本,应对商业市场竞争。Virgin Orbit:小型运载火箭公司Virgin Group(维珍集团)下拥有专注小型火箭的Virgin Orbit,该公司于2017年从Virgin Galactic维珍银河分离出来,专注于开发自己的商业运载火箭。Arianespace:欧洲老牌发射服务提供商Arianespace成立于1980年,总部位于法国,是世界上首家商业发射服务提供商,在全球运载火箭市场占据主导优势。专门从事火箭生产、经营及发射业务,拥有世界领先的发射火箭阿里安5号(Ariane5)。阿里安5号定位于商业发射市场和近地轨道开发利用。中国航天国家队及商业航天企业情况

商业航天百花齐放,多元竟争格局形成。当前我国商业航天格局呈现出国家队主导民营企业相继进入的行业格局。国家队以航天科技、航天科工两大集团为主,在固体燃料发射场、客户资源等方面具有明显优势。民营公司凭借自身灵活优势近年来取得不断进展其中星际荣耀、蓝箭航天、星河动力、天兵科技、东方空间等以整箭生产为主,而九州云箭等专注于生产火箭发动机。中科宇航和科工火箭采用混合制,其中中科宇航依托中科科学院,科工火箭依托航天科工集团,均实现固体火箭技术完善且多次发射。

国家队 航天科技中国航天科技集团有限公司是我国航天科技工业的主导力量,国家首批创新型企业,辖有1个创新院、8个大型科研生产联合体、9家专业公司及若干直属单位,拥有15家境内外上市公司。主要从事运载火箭、各类卫星、载人飞船、货运飞船、深空探测器、空间站等宇航产品和战略、战术导弹武器系统的研究、设计、生产、试验和发射服务。科研生产基地遍及北京、上海、天津、西安、成都、香港、深圳等地。航天科技是拥有“神舟”、“长征”等著名品牌和自主知识产权、主业突出、自主创新能力强、核心竞争力强的特大型国有企业。中国长征火箭有限公司的前身是成立于1998年的中国亚太移动通信卫星有限责任公司,是中国航天科技集团公司旗下中国运载火箭技术研究院的子公司。2016年5月,“中国亚太移动通信卫星有限责任公司”更名为“中国长征火箭有限公司”。2016年10月19日,中国长征火箭有限公司(以下简称“中国长征火箭公司”)在北京正式揭牌,并举行战略发布会。中国长征火箭公司将推出面向商业市场的空间发射服务,并提供从搭载发射到卫星组网的全套系统解决方案。 航天科工中国航天科工集团有限公司(简称中国航天科工)是我国航天事业和国防科技工业的中坚力量,航天强国建设和国防武器装备建设的主力军,中国工业信息化发展的领军企业。中国航天科工集团有限公司总部位于北京,现辖属23家二级企业,控股7家上市公司,企事业单位500余户。中国航天科工构建了固体运载火箭及空间技术产品等航天产业自主开发与研制生产体系。自主创新研制的数十项技术产品护航“神舟”飞天、“天宫”对接、“嫦娥”探月、“北斗”组网、“天问”探火、“空间站”建造,有力保障了一系列国家重大工程任务的圆满完成。大力推进实施民用航天、商业航天项目,促进快舟火箭系列化、型谱化发展;成功发射天鲲一号卫星、低轨宽带通信技术验证星、行云二号01/02星并实现在轨稳定运行,航天器平台研制、星座系统建设能力逐步增强,积极拓展以北斗应用为代表的卫星通信、导航、遥感应用,卫星应用产业规模持续壮大。混合制 科工火箭:科工火箭成立于2016年2月,是航天科工四院为顺应国家军民融合战略,抢抓市场发展机遇而成立的国内首家专业提供商业航天发射服务的公司,填补了中国固体运载火箭商业化的空白。2023年3月,快舟一号甲周体运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空以“一箭四星”方式,将中国航天科工所属系统公司研制的遥感探测卫星天目一号气象星座03-06星送入预定轨道,并于同年7月将天目一号气象星座07-10星送入预定轨道。(2) 中科宇航:中科宇航于2018年创立,是国内首家混合所有制商业航天火箭企业,覆盖了系列化运载火箭研发、定制化宇航发射、亚轨道太空旅游等业务范围。公司下属公司有北京中和宇航技术有限公司、中科宇航(广州》装备工业有限公司、西安中科宇航动力技术有限公司等三家全资子公司。2023年6月,中科宇航成功发射力箭一号遥二运载火箭,将26颗卫星送入轨道,创下了我国一箭多星发射的新纪录:2023年10月,中科宇航中型液体运载火箭力箭二号使用的80L碳纤维复合高压气瓶完成了验收级和鉴定级振动试验。3.民营商业航天

信息来源:星际荣耀宣传资料

(6) 九州云箭:九州云箭成立于2017年10月,是集液体动力系统设计研发、装配测试、配套飞行全流程服务为一体的国家高新技术企业。公司在液体火箭发动机领域,拥有整建制的、经验丰富而具有创造力的一流人才队伍,为客户提供安全、可靠、低成本的液体火箭发动机产品,火箭动力系统整体解决方案,以及基于低温液体火箭发动机技术衍生出的超低温、高压泵阀产品。2023年7月,公司自主研发的龙云发动机完成首轮可靠性热试车考核。

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来源:万创投行

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