2025年第51周中小盘周报：重视火箭核心环节的投资机会

本周专题：重视火箭核心环节的投资机会

1.1、 火箭制造成本集中在发动机、贮舱以及整流罩等

火箭作为一台精密的分级飞行器，需要分级推动载荷入轨。火箭底部作为第一 级，功率最高，负责最初的起飞和加速，待燃料耗尽后该空壳自动分离脱落，第二 级火箭再点火加速。以二级火箭为例，其结构可以拆分为整流罩、载荷、载荷支架、 仪器舱、液氢舱、液氧舱、二级发动机、一二级间段、一级氧化剂箱、一级箱间段、 一级燃料箱、一级发动机、助推器头锥以及助推器发动机。级间段的分离包括热分 离和冷分离两种状态。热分离是上面一级火箭先点火，然后两级之间再分开；冷分 离是两级之间先分开，然后上面一级火箭再点火。采用热分离的火箭，其级间段常 采用构架式结构，便于在分离前，上面级发动机的火焰可以从构架的空隙处顺畅排 出。固体火箭和液体火箭的结构有一定差异。固体火箭一般由前封头、外壳、装药、 喷管装置和后封头等部分组成；液体火箭一般由头部整流罩、氧化剂贮箱和燃料（燃 烧剂）贮箱、仪器舱、级间段、发动机架、尾舱等部分组成。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。

（1）整流罩——火箭成本约 10%

整流罩位于火箭顶部，作用包括保护卫星、载荷等。卫星整流罩的功能包括， 保护卫星不受气动力、不受气动加热、解锁分离系统保证卫星整流罩顺利分离等作 用。材料方面，整流罩的材料通常分为面板材料和夹层材料两大类，一般采用轻质、 高强度、耐高温且无线电透波性好的材料制成。纤维增强材料包括碳纤维、玻璃纤 维、石英玻璃纤维和芳纶纤维；树脂基体材料包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、 氰酸酯树脂。夹层材料包括 Nomex 纸蜂窝、铝蜂窝等。卫星整流罩一般为蚌壳式（两 半）结构，由端头、前锥段、圆筒段、倒锥段和纵向及横向分离机构等组成。在火 箭飞出大气层后，整流罩会分离并抛弃，但 SpaceX 针对整流罩也进行回收。

航天科技集团一院承担了长征系列火箭等国家重大型号任务，下属单位参与整 流罩的设计与制造。爱思达航天专注于航空航天碳纤维复合材料整流罩研发制造， 客户包括星际荣耀、星河动力、中科宇航、天兵科技、蓝箭航天、东方空间，以及 航天科技、航天科工、中国科学院体制内外企业。

（2）仪器舱

一般位于火箭的中上部，用于安装各种仪器设备，如导航系统、控制系统、遥 测系统、电源系统等。这些仪器负责监测火箭的飞行状态、控制飞行姿态、传输数 据以及为火箭各系统提供电力支持。在火箭飞行过程中，其机体结构表面与高速气 流摩擦会产生气动加热现象。气动加热环境对火箭的影响主要体现在两方面：一是 可能改变火箭结构本身的动力学特性；二是向内传热使结构内部的仪器或元器件升 温甚至受损失效，从而影响火箭的可靠性。

（3）推进剂贮舱——火箭成本约 15-25%

液氢舱和液氧舱是运载火箭用于储存液氢和液氧推进剂的专用舱室。液氢舱用 于储存液态氢，作为火箭发动机的燃料。液氢具有高能量密度，燃烧时能产生巨大 推力，是高性能火箭发动机的首选燃料。液氧舱用于储存液态氧，作为火箭发动机 的氧化剂。液氧与液氢或其他燃料混合燃烧，产生高温高压气体，推动火箭飞行。 贮箱是火箭的主体结构，累计长度占火箭总长度约三分之二，占据了箭体 60%的质 量。贮箱既是火箭推进剂的贮存结构，又是火箭飞行中的主要承力结构。贮箱材料 不仅需要具备一系列优异的性能，还要能够在恶劣条件下表现出高可靠性和高耐久 性。因此必须综合考虑材料的力学性能、加工制造性能和推进剂相容性等重要因素。 贮箱结构设计围绕轻量化和延长寿命两方面不断进行着优化和创新。材料方面，在 新型铝合金、不锈钢、钛合金、复合材料等金属材料上不断深入挖掘。贮箱结构制 造工艺主要包括箱底、筒段的成形、整体结构的组装和附件的连接等。目前国外大 型贮箱箱底采用瓜瓣拼接的焊接工艺，箱底主要由瓜瓣、顶盖和圆环等部件焊接而 成，筒段则由多块壁板连接而成；而中、小型贮箱箱底主要采用整体旋压技术成形。 贮箱制造的质量要求极高，涉及到多个性能考核指标。包括焊接、铆接、热处理、 表面处理、化学铣切、机械加工、检测等多种成形加工工艺。

贮舱的材料体系包括铝合金（铝镁合金/铝铜合金/铝锂合金）、复合材料、不锈 钢等。铝合金具有优良的低温韧性、力学性能、承载性能和制造性能，并且成本适 中，在低温推进剂贮箱的制造中应用广泛，长征五号运载火箭采用 Al-Cu 合金作为 贮箱材料，长征八号采用 Al-Mg 合金作为贮箱材料，长征九号计划将轻质高强度的 Al-Li 合金贮箱应用于箭体上。与传统铝合金材料相比，复合材料具有通过保持强度 和安全性能来降低结构成本与质量的优势，采用复合材料能够降低航天主体结构质 量的 20%-30%。奥氏不锈钢具有良好的加工硬化性能，优异的耐腐蚀性且无磁性， 同时在常温或低温下具有优良的韧性和焊接性能。马斯克在 SpaceX“星舰”的设计 过程中，宣布改用 301 系列不锈钢材料来取代原计划的先进碳纤维。

（4）箱间段

箱间段位于运载火箭氧化剂箱与燃烧剂箱之间，是在两个贮箱箱底所占空间外 壁连接两个贮箱，实现载荷传递的结构。箱间段成为推进剂加注、溢出以及导管进 出的通道，一部分控制、遥测、外测仪器、增压气瓶等也大多安放在箱间段。在火 箭飞行过程中，箱间段主要承受轴向压力、弯矩、横向剪力和轴向冲击载荷。

（5）固体发动机和液体发动机——可复用火箭成本 40-60%

液体火箭结构复杂，但具备运载能力强等优势。液体推进剂平时储存在贮箱内， 工作时再输送进发动机燃烧室；而固体推进剂原本就贮存在燃烧室，无需贮箱和输 送系统。尽管液体火箭技术复杂、成本较高，但其具备推力大、运载能力强、可控 性高、可回收前景等优点,更适用于航天运载火箭领域。固体火箭则凭借储存时间长、 准备周期短、结构简单/成本低等优点，普遍应用在小卫星运载和导弹军事火箭领域。

固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成，结构简单，推 进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧室中，直径越大推力越大，具有常备待用和操 纵方便可靠等优点，主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。燃烧室既是贮存推进剂主装药的容器，又是推进剂主装 药燃烧的场所，燃烧室内高温高压燃气的出口叫喷管，其控制高温燃气的流出以保 证燃烧室内有足够的压强，使推进剂主装药正常燃烧。固体火箭发动机的工作过程 由点火器工作工作点燃主装药，在喷出反作用力。点火器工作点燃主装药，主装药 燃烧产生高温高压的燃气，高温高压燃气在喷管中膨胀加速，再由燃气喷出产生反 作用推力。性能参数是衡量固体发动机整体性能的技术指标。具体包括质量、推力、 比冲、工作时间。固体发动机推进剂包括聚丁二烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚醚等。

液体发动机的组件包括一个或多个推力室，一个或多个贮存推进剂的贮箱，一 套用于把推进利从贮箱压入推力室的输送机构，为输送机构提供能量的动力源，用 于输送液体的管路，传递推力的结构，启动和调节推进剂流动(以及推力)的控制装置 等。推力室是发动机的燃烧装置。在推力室内，推进剂经过喷射、雾化、混合和燃 烧，形成高温气态反应产物，该气态产物随后加速、高速喷出而形成推力。推力室 有三个主要部件，包括喷注器、燃烧室和喷管。在有冷却的推力室中，推进剂之一 （一般是燃料）流过冷却夹套或一专门的冷却通道，吸收从高温反应气体传给推力 室壁的热量。辐射冷却推力室采用了一种特殊的高温材料，如金属铌，该材料可将 过度热量辐射掉。液体火箭发动机有两类供应系统，一种采用泵把推进剂从飞行器 贮箱输送到推力室，另一种采用高压气体把推进剂从贮箱排出。推进剂被贮存在一 个或多个氧化剂贮箱和一个或多个燃料贮箱内。贮箱一般为圆筒形，前后有两个箱 底，中间为圆柱形的壳段，用焊接方法把两个箱底与壳段焊成一个圆筒形容器。有 的运载火箭为缩短整个火箭的长度，把氧化剂箱与燃料箱连成一个整体，中间用一 个共用的箱底隔开。在两个独立的圆筒形贮箱之间有一个连接段，它叫做箱间段。 贮箱承担着储存推进剂并维持箭体刚度的关键任务，其重量占比超过全箭的一半。 2025 年 4 月 7 日，中国航天科技集团一院宣布我国首个采用不锈钢材质的 5 米大直 径火箭贮箱正式完成研制并下线。液体推进剂包括氧化剂（液氧、硝酸）、燃料（汽 油、酒精、液氧）等。双组元推进剂火箭发动机有两种独立的液体推进剂，一种为 氧化剂，另一种为燃料。两种推进剂分开贮存，在燃烧室外不混合，大多数液体火 箭发动机采用双组元推进剂。

（6）推进剂——发射成本占比 1-3%

运载火箭推进剂主要有三种类型：固体推进剂、液体推进剂和混合型推进剂。 液体推进剂即燃烧剂和氧化剂均以液体的形式分别存储在火箭的贮箱里，工作时由 输送系统将它们送入发动机的燃烧室。特点是具有比冲高（即单位质量的燃料所能 产生的推力）、推力可调节、发动机可多次启动及脉冲工作等优势，但由于液体推进 剂本身具有易燃、易爆、易泄漏的特性，不易长期存储，一般在临近发射时才向火 箭贮箱进行加注。适用于需要精确控制的任务（如入轨与变轨、姿态控制、着陆回 收等）。固体推进剂类似于烟花中所需的火药，在出厂前就已经填充于火箭之中。特 点是推力大、结构简单、易于储存、发射准备时间短，但推进剂自身质量大、比冲 小、工作时间短、推力不易调节、发动机难以多次启动。多用于小型快速发射的火 箭以及大型运载火箭的助推级中。

（7）尾段——火箭成本约 5%

尾段在箭体的最后部位，不仅是个发动机舱，而且在整个火箭竖立在发射台上 时起支撑作用。尾段壳体位于火箭的尾部，将发动机及其喷管全部包覆，是发动机 的保护罩，同时发动机点火产生的燃气流使得火箭底部温度较高，尾段壳体底部需 要增加热防护材料避免火箭尾段壳体被燃气流毁伤；现有技术中多数为采取垂直发 射方式的火箭，火箭竖立时尾段壳体起到支撑箭体的作用。为了增加火箭气动稳定 性，一些火箭在尾段壳体上装有尾翼、空气舵等。

马斯克猎鹰 9 号的发射成本具体可以拆分为火箭制造成本、火箭回收后的修复 成本、组装运送发射台成本、燃料成本、重复使用成本。（1）火箭制造成本大约为 5000-6000 万美元。建造一个新的助推器 B1067 成本为 3000-4000 万美元。火箭助推 器主要包括头锥、氧化剂箱、整流罩、箱间段、燃料箱、尾段尾翼等，提供全箭 90% 以上的起飞推力。其中发动机 9 台梅林 1D，单台发动机成本 100 万美元；四个可伸 缩的碳纤维腿部支架，每条造假在 5 万-10 万美元之间；二级火箭作为消耗品位于火 箭的上部，每次发射后重新建造，成本为 1200-1400 万美元，采用了一个圆柱形金属 壳体，壳体内部装有 1 台梅林真空发动机，其负责将有效载荷从约 70 公里的高度送 入目标轨道；二级火箭使用整流罩回收技术，整流罩成本 600 万美元；（2）火箭回 收后的修复成本大约在 25-200 万美元。通常在两次飞行之间更换密封件、垫圈和涡 轮叶片，但如果发生严重损坏，可能需要更换整个发动机。燃料箱需要减压，排出 残留燃料，然后进行清洁以去除任何污染物。检查着陆支架是否有裂纹或液压问题， 检查栅格翼是否有凹痕或热变形，同时用高压清洗机冲洗火箭外部，以清除重返大 气层时产生的松散烟灰和焦炭。（3）组装并运送到发射台：3 周 & 100 万美元。如 果将 50 至 100 名技术人员、工程师和支持人员的人工成本、支付给 NASA 的机库和 洁净室的租金、起重机和运输车辆的设备成本以及与固定有效载荷相关的所有一次 性硬件计算在内，则组装一枚火箭并将其放到发射台上的平均成本约为 100 万美元。 （4）燃料成本约为 35 万美元。猎鹰 9 号助推器需要大约 410 公吨推进剂，比例约 为 75%的氧气和 25%的煤油。上面级需要大约 95 公吨推进剂，所以单次火箭发射需 要 500 多公吨推进剂。（5）其他成本包括人员成本、设施设备等。SpaceX 平均每次 发射的人员成本约为 200 万美元。设备、设施以及研发工作，每次发射大约需要 350 万美元。加上硬件运输、燃料费用、火箭集成、水电费，以及获得发射许可证和提 交环境报告的行政成本 25 万美元。如果使用重复回收的猎鹰 9 号，则节省了助推器和整流罩成本，火箭制造平均成本下降到 2150 万美元，整体发射成本约 2890 万美 元。

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