2022年航天新材料产业深度研究 商业航天产业生态逐步建成

一、航天产业是大国国力的体现

商业航天：航天产业发展新引擎

商业航天是指以市场为主导，具有商业盈利模式的航天活动，并不限定主体，这也意味着无论国企或者民企，只要通过市场机制进 行资源配置，都可以认为是商业航天活动。商业航天产业涵盖了五大方向，主要包括：人造卫星、运输火箭、载人航天、空间站和深空探测。人造卫星的商业价值高，应用领 域广，市场已有一定的成熟度。运载火箭作为运输载体，搭载航天器入轨，有一定的成熟度。空间站和深空探测，由于需要大量资 金投入和技术限制，目前还是由政府主导，在商业领域暂无应用。

全球商业航天：明确定位，与传统航天优势互补

我国民营商业航天发展不到10年，而传统航天经历了60多年的探索，短期内在经费稳定性、技术积累、人才储备上无法相比 较。当前商业航天还是定位于传统航天的补充，聚焦在低成本的灵活发射。 商业航天企业需要面临充分的市场化竞争：在技术上找对路径，提升产品可靠性、降低成本；在生产模式上实现批量化，做 到对客户快速响应，才能取得商业成功。

全球商业航天：处于快速增长阶段

商业航天产业受下游需求影响较大，尤其与卫星产业相关，是商业航天收入的主要来源，可作为商业航天产业景气与否 的观测指标。 据美国卫星产业协会（SIA）数据，全球卫星产业规模在2010年前保持高速增长，10年间复合增长率10.1%。2011年后 增速有所放缓，截至2021年，10年间复合增长率为4.6%。

营收结构：地面设备和卫星服务营收各超千亿美元

商业航天业务领域大致可分为两大类，一是基础设施业务，二是卫星服务业务。就总营收而言，两类业务各占半壁江山，各 自的年收入规模在1000亿-1500亿美元左右。 基础设施业务类包括：地面站和设备、卫星制造、商业发射三大主体业务，保险费、研发专利收入、商业载人飞行等衍生业 务；卫星服务业务类包括：视频、定位导航与授时、卫星通信、音频广播、对地观测等五大业务。各板块营收呈现以下规律：1）地面设施设备的收入高于非地面。2）越接近终端用户和普通民众的业务收入越高。总结得出， 随着普通消费者（To C）渗透率的提高，营收的规模效益会愈发明显，能直接体现商业航天的价值。

中国商业航天：“政策+资本”双驱动，商业模式亟待革新

2015年是中国商业航天发展元年，中国航天产业从之前由国家主导（航天科技集团、航天科工集团），首次向民营资本打开了 大门。民营企业可以在商业模式创新、先进技术应用、降本增效等方面占得先机，有效地与国营集团形成互补。 近年来商业航天发展迅速：2016年“丽水一号”遥感卫星是中国首个全民营遥感卫星。2018年成功发射入轨的“嘉定一号”是 我国首颗由民营企业独立自主研发及制造的高性能微纳卫星。2020年银河航天成功发射5G互联网卫星入轨，拉开中国卫星互联 网发展序幕。2021年时空道宇采购多发长征系列运载火箭，宣布将完成“低轨未来出行星座”的组网。 虽然商业航天产业仍处于初级阶段，但我们认为中国商业航天未来会迎来高速增长，这其中离不开政策支持、资本投入以及能 够盈利闭环的商业模式。

商业模式：主要围绕卫星服务展开

当前商业模式主要围绕卫星运营与服务展开，通过卫星运营为地面上的终端用户提供多种增值服务来实现商业价值。最终盈利的 驱动来源于下游服务对于用户的渗透率和形式的多元化，中上游企业当前仍依靠传统制造业的“下单—生产”模式运行。 商业航天产业结构较为复杂，产业链从上游到下游的相关企业分别为：原材料和零部件供应商、卫星制造商、火箭制造与发射商、 地面设备制造商、卫星运营与服务商、终端消费者，我们认为一个好的商业模式，就是让产业链上各环节企业实现盈利。

二、商业航天产业生态逐步建成

产业链：生态逐渐完善，地面设备与卫星应用商业化领先

中国商业航天已逐步建立产业生态，在卫星制造、火箭研制和发射、地面测控、卫星服务等产业均培育了一定数量的企业。 据SIA数据统计，截至2021年底全球卫星产业各板块中，地面设备制造与卫星运营与服务市场规模占比达到93%，率先实现商业 化。我国产业链上游卫星和火箭的研制，尚处于起步阶段，现阶段是社会资本关注的热点。

融资热点：围绕“星+箭”研发制造的初创型企业

2021年中国商业航天的投融资，主要集中在卫星制造和运载火箭两大板块。从各轮次的融资分布来看，主要以早期轮次为主，集中在天使轮到B轮之间，说明目前大量商业航天民营企业仍在发展的早期，处 于技术积累和商业模式探索阶段。

三、“星箭”成果显著，未来可期

人造卫星：卫星分类

人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器，发射数量约占航天器发射总数的90%以上。截至2021年底，全球在 轨卫星共有4852颗，美国2944颗，中国499颗，俄罗斯169颗。 按重量可划分为大卫星、小卫星、微小卫星、微卫星、纳卫星、皮卫星还有飞卫星，当前商业航天多采用小卫星和微纳卫星。

按用途分类，人造卫星可分为科学卫星、技术卫星和应用卫星。其中应用卫星供地面实际业务应用，变现能力强，所具备的 商业价值高。应用卫星主要分为通信卫星、导航卫星、遥感卫星三类。

人造卫星：组成结构

不论是通信卫星、导航卫星或是遥感卫星，基本结构都由以下部分组成：机械结构、推进系统、热控结构、电源结构、测运 控系统、姿控系统、天线系统、载荷系统。

人造卫星：研制现状

我国卫星总装与相关元器件的制造主要是以中国航天科技集团、中国航天科工集团、中国卫星等代表的国营企业完成，需按照宇航级标 准生产制造，导致研制周期长、生产成本高。2021年我国发射卫星117颗，其中商业卫星36颗，截至2021年底共计在轨卫星499颗。 截至2019年，我国发布的星座计划达到20多项，预期单星制造成本为429万美元，而马斯克表示星链的单颗卫星成本可以低于50万美元， 成本差距较大，因此更加需要民营企业参与商业航天产业，发挥其效率优势，重塑产业生态。 当前卫星研制企业发展十分迅速，如长光卫星、微纳星空、时空道宇、银河航天等，率先做到了商业卫星的批量制造与成本控制。

卫星研制企业进展

当前在卫星研制领域企业进展非常迅速，如长光卫星、微纳星空、时空道宇、银河航天等，率先做到了商业卫星的批 量制造与成本控制。

运载火箭：追求极致轻量化与耐候性

运载火箭主要由三大系统组成：包括结构系统（又称箭体结构）、动力系统和电控系统，其中结构系统对新材料和工艺 要求较高。

动力系统：载荷有多大，航天舞台就有多大

运载火箭动力系统的核心是发动机，发动机直接影响到推力和有效负载的大小，相当于火箭的“心脏”，发动机燃料可分 为液态燃料和固态燃料。

固液之争：关于技术路线的选择

民营企业由于初期资金有限，用小型固体火箭来作为入门级业务具有合理性，但这并不应当成为最终的目标。我们认为用小 型火箭来证明自己的发射能力和可靠性，争取资本的支持来开发大运力重型液体可回收火箭，进入主流市场才是正确的考虑。

SpaceX：稳坐“链主”地位，引领商业航天革命

提到运载火箭，就一定绕不过SpaceX公司。SpaceX由Elon Musk在2002年6月建立，主要覆盖运载火箭研制、卫星通信、载人往返旅行、 深空探测等领域。 在运载火箭业务中，SpaceX开发了猎鹰系列运载火箭（猎鹰1号、猎鹰9号、猎鹰重型）、龙飞船、星舰，以及“梅林”、“猛禽”火箭 发动机。2021年美国完成51次火箭发射任务，其中SpaceX作为主力军发射32次，占总发射次数的63%。

国内发射现状：国营集团为主，民营企业进展迅速

我国运载火箭制造企业有两类：一类是以航天科技集团、航天科工集团为首的国营企业，另一类是蓝箭航天、星际荣耀、星河动力 为代表的民营火箭公司。随着卫星产业的规模化增长，传统国营企业发射成本高，频次低，无法充分满足发射需求，需要更简单、 廉价、灵活的民营商业航天补充。2015-2021年，中国运载火箭商业发射次数共计84次，其中国营企业承担发射任务77次，占比为92%，是我国商业发射的主力军。 民营企业发展十分迅速，星际荣耀实现了国内民营火箭首次发射入轨，星河动力连续三次发射入轨成功，目前保持100%的成功率， 创造了中国民营火箭发展的新纪录。

国内产业环境：迈向商业化，进一步降低成本

根据艾瑞研究院统计，在液体火箭制造测试链中， 以“有限公司”形式存在的仅占30%，且大多是中国航天集团的子公司，本身市场 化存在问题。当前国内商业航天核心部件主要是依托体制内研究所和航天集团子公司供应，研制模式和供应链还未实现完全商业化。 这会导致两个弊端：一是体制内的核心部件成本定价普遍较高，二是会优先供应传统航天，不符合商业航天低成本、大批量的诉求。

在可回收液体火箭技术路径已被SpaceX验证降本有效的基础上，如何进一步降低成本？针对国内现状，我们认为关键点之一在于布局 配套供应链产业，降低上游原材料和零部件的成本，实现全制造链商业化。

四、新材料助力探索浩瀚宇宙

航天服：保护航天员的最后一道防线

航天服是保障航天员的生活和工作的个人密闭装备，可有效防护真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危 害。由于太空环境非常复杂，所以许多新组件和新材料被应用到了航天服中。

我国自主研发的“飞天”舱外航天服每套总重量120公斤，造价约3000万元人民币, 可在太空环境下工作4小时，具有环境控 制、生命保障和舱外通信功能，各项技术指标经测试满足出舱任务需要。

探月工程：“嫦娥”连地月，千里共婵娟

中国月球探测工程（“嫦娥工程”）是继人造卫星和载人航天后，中国航天活动的第三个里程碑，也是深空探测任务的起点。 2020年12月17日，嫦娥五号成功携带月球样品并成功返回地面，标志着我国三期探月工程“绕、落、回”完美收官。

探月工程第四期已于2022年正式启动，计划发射嫦娥六号（月球南极采样返回）、七号（对月球地形地貌、物质成分、空间环 境综合探测）、八号（2030年前，为建设月球基地进行关键技术验证）三个大型月球探测器。

深空探测：新材料助力火星登陆

火星作为太阳系内唯一适合登陆的类地行星，是开展深空探测的首要目标。火星直径6792千米，大约为地球一半，表面温度为-143℃至35℃， 平均温度为-62℃。虽然火星整体较为寒冷，但探测器在高速穿越大气层过程中，表面温度会急剧升高，容易出现设备故障，这要求探测器 的各个部件具有良好的耐候性，其中新材料起了关键作用。

天问一号是由航天科技集团下属中国空间技术研究院（五院）研制，负责执行中国首次自主火星探测任务，于2021年5月15日正式着陆火星。

五、开启大航天时代

未来展望：地月空间经济区

月球是地球唯一的天然卫星，是距离地球最近的天体，自古以来一直都是人类观察研究的对象。由于月球上具有可供人类开发和利 用的各种独特资源，可作为人类开展深空探测的理想基地和前哨站。 2019年航天科技集团科技委表示，未来中国地月空间经济总产值可达到10万亿美元以上规模。中国力争在2030年完成基础问题研究 和突破关键技术，2040年建成高可靠、低成本、航班化的航天运输系统，2050年左右建成地月空间经济区。 2021年中国科学院学部设立了地月空间探索与开发战略研究项目组，包含总体组与六个专题组，涵盖了航天科技集团一院、五院、 八院、十二院，以及北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、西安电子科技大学、重庆大学等高校。

未来展望：卫星互联网

卫星互联网可理解为将地面基站搬入空中的卫星平台，通过一定数量的卫星形成规模组网，从而构建具备实时信息处理的卫星系统。 由于卫星不受地理地貌环境影响，具有全覆盖、高带宽、低时延、低成本等优势，与地面5G网络实现深度融合互补。

低地球轨道（LEO，距地面300-2000km）仅可容纳约6万颗卫星， 而且卫星所需的通信频段资源采用先到先得的原则。空间轨道和 频段作为满足通信卫星运行的先决条件，已然成为各国抢占的重 点资源，所以“保频占轨”具有重要战略意义。

未来展望：太空发电站

太空发电站是指把安装有光伏电池板的卫星输送至地球同步轨道，将太阳能直接转化成电能，再把电能转化为微波束发回地 面，地面设备接收微波并重新转化成电能输送给电网。这样一来既可以避免大气层对阳光的损耗，也不会受到外界环境影响， 发电效率高。据测算，太空中光伏电池可产生10-14kw/m²的电力，是地面的几十倍（0.1-0.4kw/m² ）。

面临的技术难题有：1)火箭的运载能力不足，我国目前运载能力最强的长征9号运力为140吨，而建成后的太阳能发电站的重 量将达到数千吨，运力缺口很大。2)虽然空间太阳能电站功率很大，但由于太空中没有电缆，只能微波传输，传输效率有待 提高。 3)太空环境辐射强烈，温度变化剧烈，光伏板在太空中的老化速度会远远高于地球（约7倍），需要开发相应的新材 料来保护。

未来展望：太空采矿

太空采矿是指从太空中获得丰富的矿产资源并带回地球使用，以缓解地球资源短缺。目前太阳系内共有70万颗以上的小行星， 其中90%以上分布在火星和木星轨道之间称为“小行星主带”的区域。

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