航天产业产能增长产业链延伸需求增长迅猛

航天产业产能增长，产业链延伸，需求增长迅猛

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。我国航空航天行业市场发展前景目前我国航空航天行业处于成长期阶段，经过半个多世纪的努力，基本建成了中国的航空航天工业体系，航空航天工业在国防和经济建设中发挥着越来越重要的作用。航空航天为科学研究的发展做出了重要贡献。航空技术为人类提供了从空中观察自然界的条件。航天技术开启了从太空观测、研究地球和整个宇宙的新时代。通过航天活动获得的有关地球空间、行星际空间、太阳系和宇宙天体的丰富信息，更新了人类对地球、行星和宇宙的认识，推动了天文学、空间物理学、高能物理学和生物学的发展，形成了一些新的学科分支。空间实验室的特殊环境，可以被用于开展许多在地球上无法完成的物理、化学、生物、医学、新材料和新工艺等方面的综合研究工作。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。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。航天行业发展历程1971年，前苏联发射了世界第一座空间站礼炮一号，在轨运行近半年后，礼炮一号空间站结束任务。辗转来到1986年，和平号空间站核心舱发射升空，由此开启了人类长时间驻留空间的历史。和平号空间站运行的15年间，共有31艘载人飞船、62艘货运飞船与其对接，28个长期考察组和16个短期考察组先后访问过和平号空间站，共进行了16500次科学试验，完成了23项国际科学考察计划。直到2001年和平号空间站坠落于南太平洋预定海域。1998年，至今还在运行的国际空间站曙光号功能仓发射升空，后续国际空间站的建成，延续了人类驻留太空继续完成科学实验的使命。预计2024年到2028年间，国际空间站也将退役。截至目前，尚无新的国际空间站建造计划发布。在此期间，中国天宫空间站核心舱预计2021年发生升空，整体空间站预计2022年投入使用，曾经将中国拒之门外的欧美排我性太空联盟进得以进一步瓦解。而此举也意味着，困扰中国多年的长时间空间环境问题得以解决，未来天宫空间站内的科研实验和相关技术验证，都将对中国未来空间技术和自然科学的进步提供巨大支撑。而且随着詹姆斯韦伯太空望远镜在今年大概率发射升空，美国X37B空天飞机及中国可复用航天器的重大突破，未来长期驻留空间的太空应用将成为国际航天的发展重点，这些都势必让中国航天的战略重心，由空间往返，向空间驻留转移。2020年全球共发射卫星1281颗，其中星链卫星占833颗，2021年疫情如能得到稳定，卫星发射数量将创下新高。如果排除星链卫星数量对数据的干扰，可以发现自2018年开始，全球对于空间应用的探索与开发迎来新高潮，各类科学、深空探测和技术验证类卫星和航天器发射占比显著提高，2019年达到峰值45．4%，2020年骤然降低亦是疫情影响。这背后得原因是：随着运载能力和科技能力的提高，卫星和航天器等载荷质量和能力都得到了有效提升，这使人类具备了在宇宙中实践更多新技术的能力，这些能力如果成为生产力，就需要大量试验卫星验证。量子通信、空间站、引力波探测以及新型太空望远镜等复杂应用都将享受卫星工业能力提升带来的支持，广义上看，星链卫星本身也是新的空间应用。并且，这个趋势伴随而来的问题是，新型材料和新技术需要在空间中得到可行性的验证，这亦会促进科学验证类卫星的发射规模。通常这类材料和技术验证卫星需要至少两年的在轨时间监测，可以预计2022到2024，科学验证类卫星的成果会集中显现。2016年6月25日，长征七号从海南文昌发射场顺利升空并完成任务。对标美国卡纳维拉尔角空军基地，这标志着我国也拥有了可最大限度利用地球自转惯性的优质发射场。经过四年的发展，长征五号，长征五号B，长征七号甲，长征八号等高性能新火箭，都从文昌顺利升空，并完成包括天问一号在内的深空探测任务的发射，基建保障能力得到完美验证。进入2020年，中国航天产业链上相关的民营机构加快基础设施的建设，在全球各地相继建好测控站，并与国际机构达成战略合作，提高了中国测控能力，并以商业化的方式，在一定程度上降低了成本。但相比于美国和俄罗斯这两个传统航天强国来说，我国基础设施还需要继续强化，美国不仅在发射场数量上有优势，仅卡纳维拉尔角空军基地一处发射场的发射工位，就比中国四个发射场发射工位的总和还要多。而且值得注意的有两点，第一是美国很多发射场是只供近地轨道发射的，第二是蓝色起源和SpaceX这两个商业航天公司均有属于自己的专用发射场。航天是一个需要实证和技术验证的系统工程，所以这些低轨发射场和专用发射场，对美国本土的航天技术发展大有裨益。2016年至2019年，美国探空火箭发射次数呈现上升趋势，探空火箭以及由常规火箭送入轨的试验卫星，都是为了下一代技术储备进行的必要实验，而中国在这方面却略显保守。实际上对于中国的商业航天来说，迅速积累大量实验数据，是有效降低航天整体成本，提升效率，研发新材料等科研任务的重要方法，随着中国整体航天能力的增强，未来实验验证体系也必然随之完善，由此会带来新市场和新需求。除此之外，基于星链计划带来的全球低轨星座热潮，也将为中国航天带来新的需求。除了低轨通信星座以外，低轨导航增强星座，低轨物联网星座都是基于低轨技术衍生出来的新生事物，这些星座在理论上可以对当下互联网公司、新能源汽车公司、智能装备公司和智慧城市等产业链相关方的建设提供助力，无论哪一个星座率先组网，都将引爆这个市场。火箭是目前人类往返宇宙空间的最主要手段，但是航天的需求、技术的难度以及空间里可做的事情三者制约着火箭的发射成本，而往往需求和成本之间又互为因果，所以产业内常常陷入一个死循环。这个死循环的逻辑对于中国航天的潜在伤害非常大，因为在元器件生产领域，规模效应起不来就不会有更多的商业机构涉猎其中，当竞争者固定，订单固定以后，所有的弊病就会逐渐爆发，随之而来的效能问题就会成为产业的慢性病。这是中国航天火箭产业链的基本环境。对于航天产业自身来说，其无法控制航天需求的多寡，只能从产业自身着手，破开上述死循环，所以降低火箭的发射成本就是制约全球航天产业发展最核心的问题。对于外界来说，火箭运输工具的属性与地表运输工具之间的近似性太大，以至于大家都会以制造业的思路去审视火箭，这样一来，制造工艺，原材成本等与物料息息相关的问题免不了成为最核心关注的问题。但实际上，火箭作为发射服务的一环，从立项设计到最终发射是一个庞大的系统工程，每一个分系统的制造环节，其问题源头都可以追溯到设计和系统工程理念方面的问题。火箭无论是哪一个分系统，其逻辑都是要从设计线，生产线，测试线依次思考，而显然在生产和测试端能解决的问题有限。一系