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产业聚集|商业航天全产业链进入发展快车道,火箭发射市场即将井喷

来源:祥和启源发布时间:2022-05-27

中国商业航天产业已经初具规模,并且迈入产业发展的快车道。作为航天运输工具,运载火箭当前主要的下游应用市场是卫星发射。祥和启源认为,商业航天政策门槛逐渐被打破,商业航天全产业链逐渐发展。商业运载火箭行业具有较高的成长性和投资价值。2015-2021年,中国商业航天保持22.3%年均复合增长率,预计2022年突破1.5万亿元,2024 年有望达到2.3万亿元。根据已公布国内卫星发射数量超过3千颗,百余次发射,运力缺口大,低轨卫星组网时代来临,火箭发射市场即将井喷。

运载火箭技术发展现状

01

火箭是依靠火箭发动机喷射工质(工作介质)产生的反作用力而向前推进的飞行器。运载火箭是能够将人造卫星、载人飞船、空间站或空间探测器等有效载荷送入预定轨道的航天运输工具。


运载火箭组成主要由三大系统构成,包括结构系统(又称箭体结构)、推进系统和控制系统。


火箭发动机是火箭的动力装置,属于火箭的“心脏”,直接决定运载火箭的运载能力。


运载火箭技术指标包括运载能力、入轨精度、火箭对不同重量的有效载荷的适应能力和可靠性。


运载能力是运载火箭的核心指标,指火箭能送入预定轨道的有效载荷重量,代表进入空间的能力。根据有效载荷轨道的不同,所需能量不同,对运载火箭的运载能力需求不同,一般近地轨道需克服的重力小,运输成本低。常见的有效载荷轨道有:低轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)、地球同步轨道(GEO)、 太阳同步轨道(SSO)等。

商业航天的行业格局

02

一、政策开放打开商业航天门槛


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。


国务院 2014年首次提出鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设,至今国家多个部门共发布10余项政策,通过市场化手段完善基础设施配套建设,优化市场准入环境,加强军民融合,商业航天政策门槛逐渐被打破,商业航天全产业链逐渐发展。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。


二、商业航天市场需求爆发


2015-2021年,中国商业航天保持22.3%年均复合增长率, 预计2022年突破1.5万亿元,2024 年有望达到2.3万亿元。根据已公布国内卫星发射数量超过 3 千颗,百余次发射,运力缺口大,低轨卫星组网时代来临,火箭发射市场即将井喷。


1. 微小卫星密集组网带动火箭发射服务需求激增


根据已公开的星座计划,商业微小卫星数量需求达12820+,国外公司需求达53000+。2021-2027年是微小卫星组网的爆发期,成为发射市场的主力需求。

2. 单个星座需在7年内完成组网,加速发射服务需求 


根据 ITU 相关规定,卫星频率需要在卫星使用前 3-5 年区间内申请,申请后 7 年内必须启用。因而,星座需在7年内完成。考虑在轨卫星的寿命,星座一旦开启,需快速组齐。


3. 大运力商业运载火箭需求迫切


若以国内公开的微小卫星发射计划为例,假设所有计划内的微小卫星13820颗,在7年内完成组网,每年需完成1974颗卫星的发射任务。微小卫星重量一般为100-1000kg,若以单颗卫星100kg计算,每年需发射200吨的卫星。若以单发固体火箭有效载荷300kg计算,每年需完成667次发射任务。若以国家队现役中型火箭CZ-2C的单发近地轨道有效载荷4吨折算,对应年均49.3次发射需求,假设扣除国家队可供发射频次20次,仍有29.3次的发射缺口。而事实上国家队的运力均服务于军用或深空探测,远不足够支撑需要发射的商用卫星数量,迫切需求大运力火箭弥补发射缺口。


4. 全球商业发射市场规模巨大


根据公开的微小卫星计划,7年内全球将完成66820颗微小卫星的组网,以单发卫星100kg,以国际较低水平报价 2万美元/公斤测算,7年内市场规模为1336.4亿美元,全球商业发射市场规模巨大。

商业航天运载火箭前景

03

一、商业航天运载火箭商业模式


1)为客户提供低成本发射服务

目前,提供发射服务已成为国际商业火箭公司的主流商业模式。随着固体火箭、大中型液体火箭的逐渐推出和成熟,为客户提供低成本发射服务将是国内商业火箭公司未来的主要商业模式。


2)提供地对地运载服务

为客户提供地对地运载服务,也是一种商业模式。尤其在运载火箭回收和复用技术成熟后,成本优势将更突出。国内运载火箭回收和复用技术尚不成熟,短期内不会有地对地的运载服务模式。


二、固体燃料火箭竞争激烈,大中型液体火箭是决胜关键


1)长征系列火箭无法满足中小卫星组网的运力缺口


国家队大多是液体大中运载火箭,追求高性能指标,以满足国家任务为主,产能有限。一部分中型的液体燃料火箭是有毒推进剂火箭,面临退役,无法满足未来中小商业卫星组网的巨大需求。


2)固体燃料火箭竞争激烈


国家队固体运载火箭产品非常成熟,无论在技术成熟度、发射市场价格、响应周期、制造成本等各方面,比做固体燃料火箭的民营公司更有市场订单优势。


3)固体燃料火箭可占有的市场天花板不高


随着卫星小型化、发射组网批量化的趋势,固体燃料火箭有效载荷有限,多定位为满足300kg以下的卫星发射需求,少数固体火箭的低轨运力可达1500kg,但尚处于在研阶段,且有卫星环境差的问题。大多以满足应急发射、补网发射需求为主,可占有的市场天花板不高。


4)及早推出大推力液体火箭发动机/火箭是关键


中大型液体火箭具有运载能力大、发射场资源占用少和卫星载荷发射环境稳定等优点,已成为商业火箭公司的一致发展方向。加速液体发动机的研制,卡位大中型液体火箭,及早攻占市场,建立先发优势,并迅速迭代是决胜关键。


三、基础制造能力、研发能力、人才优势是民营火箭公司护城河


1)制造能力是商业火箭的基础


碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料、钛合金等先进材料是当下主流箭体重要材料,管路、发动机等关键零部件是箭体制造难点。无论是先进材料还是核心零部件制造,从立项、研制、试验验证需要3-5年的时间,其技术水平、生产能力直接决定商业火箭的技术领先性。


2)“试车台+关键零部件制造厂+总装厂”是民营火箭公司研发和生产能力的基础


拥有自主可控的试车台是发动机研制、发动机技术保密的必要条件。拥有关键零部件的制造厂和总装厂,是民营火箭公司设计理念落地的前提,也是技术迭代、成本优化、批生产的基础保障。配合优质和创新性的供应链体系,民营火箭公司才可能真正从初创阶段走向产业化、商业化。


3)人才优势是民营火箭公司的源发优势


运载火箭研制所需的人才及专业配置要求非常高,从设计、研发、测试到总装全流程超20个子系统。航天核心人才基本都聚集在国家队的航天产业链中,国内民营火箭公司的人才大多从国家队扩散而来。在人才配置上具有先发优势的公司会进一步作用于研制进度、技术水平和内部组织,形成良好的内循环机制,成为民营火箭公司的源发优势。

资本动向

04

商业航天产业是一种新兴产业,需要按照市场化机制配置技术、资金、人才等航天资源要素,主要分为近地空间航天、宇宙空间航天和宇宙深空航天三种模式。商业航天不仅带来了经济效益,还产生了巨大的社会效益 ,解决着国家战略、民生需求等领域对通信、出行、生产、生活的多重需求 。艾媒咨询分析师认为,环境、海洋、气象等生产端,以及网约车、快递、外卖等生活端,都极大地释放了商业航天的市场潜力,商业航天技术在提高社会运转效率的同时,还优化着人民的生活体验感。


从市场规模看,中国商业航天产业已经初具规模,并且迈入产业发展的快车道。从应用场景看,虽然商业航天仍处于产业发展的初级阶段,但发展空间及潜力极大,这种发展潜能吸引了资本市场的持续投入。2019年以来,商业航天企业的融资热度依旧不减,但大多投向民营火箭的第一梯队。随着资本逐步向优秀企业集中,商业航天企业需要加速商业化应用落地,形成先发优势。


祥和启源认为,商业运载火箭行业具有较高的成长性和投资价值。根据目前国内公开的卫星发射计划来看,对火箭的发射需求呈爆发式增长。民营火箭公司的护城河主要包括:1)发动机、核心零部件研发、批生产交付能力;2)首枚火箭进展(运载能力、固液、是否入轨等),大中型液体火箭的推出时间,及技术迭代的速度;3)研发团队配置合理且内部稳定;4)后续订单有大客户背书、有稳定的市场拓展能力。