航天仿真平台行业现状

航天仿真平台行业现状

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。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。商业航天器产业发展概况商业航天器产业是由市场配置技术、资金、人才等资源要素，以盈利为目的、企业为主体从事的航天器制造业，重视市场竞争及商业化的市场行为，主要包括运载火箭、人造卫星、载人航天、深空探测及空间站五大方向。目前，航天器企业主要集中于航天器产业的发射服务及卫星系统两大环节，以设备制造与卫星技术为主要业务，并逐渐形成了以航天科工集团、航天科技集团等为代表的国有企业和企业占据行业领先地位的发展格局。航空航天行业市场发展前景预测现代碳纤维材料始于，目前航空航天为重要应用领域。现代的碳纤维是一种含碳量在90%以上的无机高分子纤维，具有良好的柔软性，且纵轴方向的强度很高，具有超强的抗拉力，属于新一代增强纤维，且碳纤维化学性质稳定，对高温耐受能力强，不易被腐蚀，是大型整体化结构的理想材料。与常规材料相比，碳纤维复合材料可使飞机减重，并有能力克服金属材料容易出现疲劳和被腐蚀的缺点。我国碳纤维产业链企业主要有中航高科、光威复材、中简科技等，其中中航高科偏下游，主要为航空复材产品;光威复材实现全产业链布局，为碳纤维产业龙头;中简科技布局偏上游，产品技术含量相对更高。航天行业竞争格局随着航天事业快速发展，航天测控管理与航天工业设计将更加激烈，率先研判未来发展趋势并提前迭代技术适应改变有助于企业脱颖而出，行业竞争逐渐向智能化、多任务化方向转变，并与太空数据深度融合。（一）航天测控管理服务与太空数据深度融合传统航天卫星功能单一、轨道卫星数量少，因此测控任务可以重点依靠投入资源和增加人力模式完成需求，但是随着各类卫星星座等项目的持续推进，以及航天器的商业应用日趋普及，以平台载荷为核心的航天测控管理服务模式，正通过与各类太空数据深度融合的方式，进一步提升测控管理水平。（二）航天工业设计愈加复杂、需求增多随着我国及全球航天事业的发展，航天器在轨数量将愈来愈多、规模愈来愈大，应用与功能模式愈加复杂，如通信、导航和遥感卫星融合系统相互增强，突破单一种类卫星性能，其仿真、测控指令与难度将大幅增加。在传统单卫星仿真与测控任务之外，多星同时仿真、测控支持、星座在轨运行管控等需求对地面网络提出极高的要求，极大增加了航天工业设计与测控系统的操作复杂性和负担。（三）商业航天领域向虚拟现实与人工智能方向迈进人工智能领域的战略布局是近些年来各国发展热点，是提升国家竞争力的重要手段。我国虽起步较晚，但在政府与社会各界的支持下，取得迅速发展。我国在语音及图像识别、中文信息处理、机器翻译等方面已处于世界领先地位。未来随着航天卫星等数量以及功能的快速扩张，未来架构将会是多星、多中心、多站架构，整个智能化测控系统中、虚拟现实仿真系统将实现星上各种数据的直接处理及卫星的精准仿真与自主管控。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。航天行业基本风险特征（一）航天行业基础相对薄弱，受到西方技术封锁作为航天产业的新兴领域，我国航天测控管理和航天工业设计行业的配套产业正处于快速发展完善阶段、行业技术水平相对薄弱，且面临着西方的技术封锁。如果无法持续完成技术突破、突破技术瓶颈、更全面地实现，国内行业将难以实现可持续发展、更好地服务航天强国战略。（二）航天行业人才稀缺与流动风险行业从业人员不仅需要具备航天学科、力学以及软件开发等复合背景，还需要精通软件开发技术，熟练