太空竞争加剧,推动航天产业特种领域快速发展一、 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三、 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四、 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五、 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六、 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七、 中国商业航天市场规模在政策和资本等多方加持下,2015-2021年中国商业航天产业保持着22.3%的年均复合增长率。
iiMediaResearch(艾媒咨询)数据显示,2020年中国商业航天市场规模已经突破1万亿元;预计未来3年,产业将继续以超20%的增长率进行扩张,预计2022年将突破1.5万亿元,2024年有望达到2.3万亿元。