航天测控管理行业发展基本情况

航天测控管理行业发展基本情况

中国商业航天产业发展趋势在航天强国的发展思路下，中国航天进入创新发展的快车道。在航天技术的推动下，长征十一号、捷龙一号、谷神星一号等商业航天运输系统得到进一步发展，资源三号03星、高分多模综合成像卫星等商业空间基础设施，以及商业发射场与测控等技术与系统都得到蓬勃发展。在国家战略支持下，商业航天产业将在十四五期间进一步实现跨越式发展，满足经济建设、科技发展、国家安全和社会进步的发展需要。虽然近几年中国商业航天产业获得了长足发展，已经初步形成了商业航天新生态，但是商业航天仍处于产业发展的初级阶段。随着商业航天的应用范围及场景不断扩展，产业发展空间及潜力极大。2021年中国商业航天产业披露的融资金额达64．5亿元，融资事件共有35起，资本市场看中商业航天产业处于创新发展的快车道，予以高度关注并向商业航天持续投入资本。2018年是中国航天大放异彩的一年，全年发射39次。北斗建设提速，电磁监测试验卫星等国家项目上马，并且2018年中国商业航天公司在沉寂多年后开始崭露头角等要素，都为中国航天崛起提供了实质性的支撑。而这种进步也使得全球火箭每年发射次数突破100大关，并且基本能够维持在每年100箭的水平。根据目前市场公开的消息，单就中美俄三国在2021年规划发射的火箭就高达135枚，如果疫情能够得到控制，使计划顺利实施，那么2021年将创下人类火箭发射记录。在2018年中国航天明显提速后，2019年12月27日，具有决定性影响的长征五号火箭复飞成功，这代表中国在空间技术领域有了实质性的突破。运载能力的提高，很快会对深空探测，太空资源应用，自然科学等领域产生促进，这也将对固有的欧美排我性航天联盟形成冲击。恰逢科技成为全球竞争新格局的焦点，所以美国很快对航天领域展开进一步部署，太空军的成立，重返月球计划等都力求在航天领域对中国保持绝对优势。整体来看，未来依然充满艰险。目前，火箭推力与运载能力决定人类可以携带多少设备和资源进入太空，所以在发射频率提高之外，火箭能力的提升也是全球航天发力的关键要素。中国长征五号之后的新火箭，在起飞推力方面和过去有明显的提升，这也是中国航天产业未来想象空间的先决条件。中国的天宫空间站核心舱重量22吨，所以从全球现役火箭运载能力上看，能够负担近地轨道20吨以上重量这种任务的火箭只有六型。而这六型火箭在执行地球同步轨道以及更艰巨的深空探测任务时，可负担的载荷重量也非常有限，所以从全球视角来看，人类飞出地球摇篮的能力依然较弱。值得安慰的是，中国长征五号的运载能力已经达到国际顶尖水平，这也使在太空探索领域有了新的话语权。航空航天行上游材料碳纤维是由有机纤维（主要是聚丙烯腈纤维）经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料纤维。碳纤维的含碳量在90%以上，具有强度高、比模量高（强度为钢铁的10倍，质量仅有铝材的一半）、质量轻、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高低温等优越性能，是军民用重要基础材料，应用于航空航天、体育、汽车、建筑及其结构补强等领域。相比传统金属材料，树脂基碳纤维模量高于钛合金等传统工业材料，强度通过设计可达到高强钢水平、明显高于钛合金，在性能和轻量化两方面优势都非常明显。然而碳纤维成本也相对较高，虽然目前在航空航天等高精尖领域已部分取代传统材料，但对力学性能要求相对不高的传统行业则更看重经济效益，传统材料依然为主力军。根据测算，2021-2030年军机列装扩编是高温合金市场的主要增量点，总规模约为497亿元，2030年军机换代基本完成后，维修需求是高温合金市场的主要贡献点，年均市场规模达到295亿元。假设2021-2030军机列装数量平均分布，年均49．7亿元，那么2030年高温合金总市场规模约为345亿元。2020年我国高温合金市场规模达到231亿元，其中航空航天部分占比55%，约为127亿元。2021-2030年我国高温合金市场规模CAGR约为10．5%。航空航天制造工程是航空航天高科技产业的重要组成部分。航空航天工业就其行业性质来说，是属于制造业范畴的。现代航空航天制造技术是集现代科学技术成果之大成的制造技术，远远高于一般机械制造技术，日益由一般机械制造向高技术和提供技术密集型产品的高精尖先进制造技术的方向发展。航空航天是人类拓展大气层和宇宙空间的产物。经过百余年的快速发展，航空航天已经成为21世纪最活跃和最有影响的科学技术领域之一，该领域取得的重大成就标志着人类文明的最新发展，也表征着一个国家科学技术的先进水平。航空航天材料的发展对航空航天技术起到强有力的支撑和保障作用;反过来，航空航天技术的发展需求又极大地引领和促进航空航天材料的发展。21世纪以来，航空航天事业的发展进入新的阶段，将会推动航空航天材料朝着质量更高、品类更新、功能更强和更具经济实效的方向发展。航空航天行业发展前景广阔进入21世纪，航空航天已展现出更加广阔的发展前景，高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁，其作用将远远超出科学技术领域本身，对经济以至人类社会生活都会产生更广泛和更深远的影响。应该指出，航空航天事业所取得的巨大成就，与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的。材料是现代高新技术和产业的基础与先导，很大程度上是高新技术取得突破的前提条件。例如20世纪60年代高纯硅半导体材料的突破，使人类进入信息化时代。中国航天产业发展现状分析近年来，国家陆续发布政策，支持产业发展。大力推进以卫星导航、卫星通信、卫星遥感为核心的卫星应用业相关建设，促进卫星制造、卫星发射、卫星应用等产业规范化发展。2021年，十四五规划指出打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系，建设商业航天发射场，进一步促进商业航天的发展。卫星导航和位置服务系统作为信息时代的基础设施，随着北斗系统的逐渐完善，一个千亿级市场正待爆发。导航天线的常用形式有交叉偶极子天线、微带贴片天线、四臂螺旋天线、缝隙天线等，各个类型的天线都有其独特的优点也有相应的局限性，根据其不同的结构特点和电特性，其应用范围也相应改变;微带贴片天线由于其结构简单，重量轻便，剖面较低等特点，在通信、遥感、雷达系统中都得到很广泛的运用，自从微带天线被提出以来，一直是学术界研究的热点。回望十三五，在外部风险与挑战增加、经济全球化遭遇逆流、新冠肺炎疫情冲击的大背景下，中国经济依旧稳健前行。从2016年到2019年，年均经济增长率达到6．7%，高于世界经济平均水平3．9个百分点，我国对世界经济增长的贡献率在30%左右，持续成为推动世界经济增长的主要动力源。十四五规划时处重要战略机遇期和两个一百年历史交汇期，具有继往开来的里程碑意义。从外部环境看，当前世界处于百年未有之大变局，和平与发展仍然是时代主题。当前，中国政府积极制定实施发展航空航天工业发展的政策与措施，提供有力政策保障，营造良好发展环境，推动航空航天事业持续健康快速发展。航天产业行业趋势（一）太空竞争加剧，推动航天产业特种领域快速发展太空作为人类发展的第四空间，太空开发国际竞争愈演愈烈、已成为大国博弈的焦点。航天卫星等作为各国太空战略布局的重要载体，直接关系到气象、通信、经济、科技等领域。据美国忧思科学家联盟（TheUnionofConcernedScientists）统计，截至2022年5月，全球在轨卫星5，465颗，其中美国在卫星数量和种类上具有绝对优势。虽然美国在轨卫星数量、卫星功能等方面代表的航天实力大幅领先世界其他国家，但其仍在大力争占、维持航天制霸权。例如，美国太空发展局计划2021-2025财年投资110亿美元，用以部署大型星座，其中106亿美元用于卫星层建设，用于研究、设计、开发与测试大型卫星星座。此外，世界其他国家和地区也加速推进太空开发，如2022年2月欧盟推出了一项新太空计划，旨在能够尽快出台太空交通规则，是近年来欧盟在太空领域采取的又一重大举措。整体来看，太空开发国际竞争愈发激烈，太空程度持续加深。在太空竞争加速的背景下，当前各主要国家聚焦航天器长周期运行动力、长在轨时间以及数字智能化等核心需求，围绕全域态势感知、自动规避威胁、损伤自动修复、快速溯源反击等加强技术攻关。为满足航天器长时间运行的动力需求，相关国家大力开发核动力与推进技术。如美国政府发布《国家太空核动力与推进战略》，提出推动美太空核动力与推进技术的发展目标；Roscosmos（俄罗斯航天国家集团）则大力发展宙斯核动力太空拖船，将其定位为未来空间站之间的主要接驳载具，并具备执行深空复杂科学任务的能力。为满足航天器更长在轨时间的需求，在轨服务与制造技术得到长足发展，用于延长航天器在轨时间、提升遂行任务能力。如美国太空军提出建立天基后勤在轨服务系统计划，平时提供在轨维修维护等服务，战时则执行抵近、抓捕、操控对方航天器等太空作战任务；英国加快推进主动碎片清除与在轨服务计划；日本正在研究建造具备在太空实现警戒、监视和补给等功能的宇宙巡逻船。为满足多任务负荷需求、提升航天器数字智能化水平，各国加大了数字技术和智能技术在特种领域的应用推广力度。其中，美国太空军重点关注数字工程、数字人才、数字总部及数字作战，谋求通过技术变革打造真正的数字军种。综合来看，随着太空竞争加剧、各国加大太空竞争投入，航天产业特种领域发展迎来重大契机，全域态势感知、自动规避威胁等技术将成为特种领域的重要技术发展方向。（二）航天产业产能增长，产业链延伸，需求增长迅猛近年来全球商业航天的产能增长、市场竞争加剧。随着资金投入增加，全球商业航天以卫星研制、卫星互联网及发射服务能力为代表的产能持续增长。卫星研制方面，随着地球静止轨道卫星趋于饱和，小卫星研制能力迅速提升。卫星互联网方面，全球现已提出的互联网卫星星座计划已达十余个，规划的拟发射卫星数量已超五万颗。发射服务能力方面，发射服务企业大力研发、推广火箭重复使用技术，并通过新建火箭工厂、配套发射设施，以及扩充在研在役小运载数量等多种方式提升发射服务能力。随着商业航天企业服务能力向上下游产业链延伸，商业航天向各经济领域的渗透强度也在逐步提升，当前以制造为主的航天发展模式将变革为以服务应用端需求为主。在新的发展模式下，航天将进一步与各行业融合发展，探索形成新的应用领域和应用场景，尤其是互联网、物联网与航天技术的深度融合将持续推动商业航天的行业变革。在商业航天对各经济领域的持续渗透、综合服务能力的持续增强的背景下，政府和特种领域用户对商业航天产品及服务的采购需求持续增长。以美国为例，政府和特种领域用户为降低发射成本、构建多元化的航天能力，已开始采购商业航天产品和服务。商业航天服务的引入可以降低发射费用、打破传统的垄断局面，并形成对特种领域用户能力的有益补充。2016年9月，《中国科学报》发表中国科学院魏奉思院士文章《数字空间是空间科技战略新高地》，在全世界范围内率先提出数字空间（也称数字太空）概念，即指地球之上空间的认知与应用通过数字化构建的空间，是由天基、地基观测数据驱动，以科学认知为依据，空间通信网络、大数据、云计算等现代信息技术为手段，以天人合一为根本，牵一发动全身为灵魂的空间信息大数据库，是集空间科学、空间技术、空间应用与空间服务为一体的重大空间基础设施。近年来，随着各国太空开发加速、卫星等飞行器数量的增加，太空环境越发复杂，太空碎片数量增加、飞行器轨道间隔变小等问题愈发严重。据有关数据与CNKI文献，过去20年间，太空发生了已确认的、非故意的、系统相关的在轨碎片事件566次，产生了数以百万计的潜在有害碎片，导致凯斯勒综合症（Kesslersyndrome）正在逐渐由理论设想变为现实困境。同时，随着各类飞行器设计功能复杂化、承担任务多样化，商业航天快速发展的背景下对于飞行器设计及运行的成本考核、提升飞行器运行效率、实现全生命周期管控等需求不断攀升，建设数字航天、智能航天已成为太空探索亟待解决的行业问题。2020年8月，中国科学院《关于实施建设‘数字空间’、打造‘空间大脑’重大科技工程的建议》（科发学部〔2020〕55号，以下简称《建议》）。《建议》提出近二十年信息科技飞速发展，一切都可以数据化、一切均可编程、数字经济成为经济增长新引擎的数字时代已经到来，人类正进入空间大航天时代与数字时代融合发展的历史交汇期，数字航天、智能航天正成为第四次全球工业革命竞争的焦点。然而，《建议》指出我国尚未建立能够为空间硬实力提供全过程及全周期服务的空间软实力支撑体系、缺乏数字化及智能化的空间安全倍增器，导致我国航天向数字化及智能化的高质量发展受空间软实力落后的制约。此外，我国在开拓人类空间新知识体系的竞争中落后西方国家甚远，空间硬实力的产出/投入比远不及美国一半，空间应用的广度、深度和效益亟待提升。在此背景下，《建议》提出数字太空主要用以提升、增强和扩展卫星、火箭、导弹等空间硬实力实体进出空间、探索空间、利用空间、开发空间的能力与效益。数字太空建设已成为加速空间强国建设最紧迫的战略需求。数字太空建设系统通过航天测控管理和航天工业设计，将涵盖致动致动器、传感器的物理世界和包括数据、仿真及缝隙的数字孪生串联起来，形成了一个完备的架构。通过智能数据处理与评估，航天工业设计的技术成果广泛应用于航天测控管理，促进数字太空建设的稳步发展。航天测控管理行业趋势（一）航天测控管理是掌控未来航天发展的关键太空轨道资源有限，在地球同步轨道带能够部署的同步卫星轨道位置不足一万个。由于国际社会对太空轨道分配采取先到先得的原则，各航天大国都加快了抢占太空轨道资源的步伐、资源争夺激烈。为掌握太空资源开发主动权、提升太空竞争实力，各航天大国纷纷加大了太空开发力度，航天器发射数量和频率快速增长、在轨运行任务越发复杂和繁重。通过充分发挥航天测控管理效能、提升太空开发经济效益和航天器在轨运营效率，越发成为掌控未来航天发展的关键。（二）航天测控管理行业联合发展，形成庞大成熟的管理网络航天测控管理涵盖轨道动力学、姿态动力学、新一代信息技术等多学科，并与航天任务全生命周期规划、调度等技术高度融合，专业性强，对于数据、平台及各类基础设施要求较高。在商业航天全力发展之前，我国航天测控管理主要集中在特种领域及民用卫星的运维管控，主要由西安卫星测控中心负责执行，民营企业在该行业的技术积累相对有限。同时，依靠少数站网难以实现高时效管理，在市场上不具备竞争力。为实现包括超千颗卫星在内的各类航天器高效管理，除统一的测控中心之外，必须要有足够多的地面站网等相关资源配套。通过形成规模化管理网络，才能确保提供充分资源、能力储备，以提升整体服务能力、服务效率。因此，为满足业务发展要求，多家优势企业联合开发、互相借鉴，进而快速完成技术积累、形成较为成熟的管理网络预计将成为行业发展的趋势。航天行业壁垒（一）航天行业经验壁垒商业航天是一个系统工程，涉及的专业领域较多、技术复杂，且下游客户需求的定制化程度较高。因此，行业企业需要拥有较丰富的航天任务全生命周期管理、星座运营经验，对客户所处行业、需求和应用场景