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2022-09-30

隨著航天技術的不斷發展和航天產業規模的日益擴大,我國及全球的商業航天迅速發展,除目前主流的衛星發射外,以太空旅游、太空殯葬等為代表的商業火箭發射活動也是不斷取得新的進展。而那些我們最初覺得遙不可及的太空挖礦、洲際交通運輸等也逐步邁入大眾的視線,成為未來的發展方向。


1:什 么 是 商 業 火 箭

 

商業航天是指采用市場化機制以獲取商業利潤為首要目標而開展的航天活動。其中,商業火箭是我國當前展開商業航天活動的主要方式之一。

 

商業火箭發射的應用場景

資料來源:公開信息整理、《2021中國的航天》


 2:發展進程與相關政策指引

 

發展進程

 

中國商業火箭的發展進程

資料來源:公開信息整理

 

部分相關政策

 

部分促進商業火箭發展的相關政策

資料來源:公開信息整理

 

3:現階段商業火箭發射的底層路徑

 

發射的產業鏈構成(以發射衛星應用為主)

 

商業火箭發射的產業鏈條

資料來源:公開信息整理

注:

1. 火箭公司一方面需要與衛星客戶對接,承攬商業發射訂單;另一方面也需要同時對接供應商、發射場與保險公司;

2. 火箭上還有一些不直接影響飛行成敗并由箭上設備與地面設備共同組成的系統,例如遙測系統、外彈道測量系統、安全系統和瞄準系統等。

 

另外,當前我國商業火箭主要作為運輸工具為衛星公司等客戶提供發射服務,將其衛星等載荷送入預定軌道,并收取發射服務費(重量/單發計價)。發射過程中,同時可提供火箭冠名、箭體廣告、直播廣告等服務并收取廣告費。(太空旅行、太空殯葬、太空挖礦等新興應用場景在后續商業火箭持續發展中也會帶來新的盈利點)

 

燃料結構技術對比

 

現階段按照推進劑不同,我國主流運載火箭主要分為固體燃料火箭液體燃料火箭。從全球火箭型號來看,除中國外,其他世界各國主流火箭都為液體火箭。

 

固體火箭與液體火箭對比圖

資料來源:Britannica 官網

 

其中,固體火箭相較液體火箭的最大優勢在于結構簡單,可以長期儲存,快速響應,發射地點靈活,在軍用領域、自然災害等緊急情況下使用意義重大。但從商業航天發射的低成本競爭角度看,固體火箭競爭激烈,單位發射價格沒有絕對優勢。(無論在技術成熟度、發射市場價格、響應周期、制造成本等各方面對無法與國家隊相比,另外,我國的固體燃料由國家掌控,民營企業在此方向上還會有供應鏈風險

 

而液體火箭作為可回收重復使用技術的基本條件,相比于固體火箭其不僅推重比大、推力可調節,燃料成本也更低。

 

所以,若要快速推動我國商業火箭的發展進度,并在后續的競爭中以低成本的優勢脫穎而出,液體燃料火箭的選擇是毋庸置疑的,目前我國商業火箭企業競爭也正是聚焦于此。

 

固體火箭與液體火箭優劣勢對比

資料來源:公開資料整理

 

在此,基于液體火箭燃料的選擇也頗為講究。目前常見的推進劑有3種,分別為:液氧煤油、液氧甲烷液氧液氫。而前兩種則是目前全球的主流路徑,各有利弊,如何選取也是依據各家企業的戰略布局。

 

相對來說液氧煤油安全性最高、易保存,是當下運用最廣泛的燃料之一;而液氧甲烷則方便制取、比沖相對更高,且不易積碳,可重復次數更高(適合運用在后續星際飛行、載人旅游中);液氧液氫雖然比沖最高,但不穩定且造價相對更高。

 

常見液體燃料火箭的推進劑對比

7、常見液體燃料火箭的推進劑對比.png

資料來源:公開資料整理

 

回收技術路徑

 

為進一步降低成本,回收的路徑顯得尤為重要。一般來說,運載火箭的回收復用方式可以分為傘降回收、帶翼飛回垂直回收三種。傘降回收是一級火箭完成級間段分離后使用降落傘進行回收的方式,成熟度高,但其對著陸地形要求高,落地即報廢,并不能達到回收降本的作用;帶翼飛回則是配備機翼結構的一級火箭利用空氣動力滑翔降落的回收方式,落地精度高,但對運載力的損失大且目前只是停留在設計概念。

 

垂直回收則是全球火箭回收方式的主流,該方式是通過重啟一級火箭發動機以減速并調整成和地面垂直的姿勢回到指定地點的回收方式。主要分為 3 個階段:1)陸上回收;2)海上回收;3)“超級筷子”,不僅精準落地且運力損失小,還能縮短發射周期。

 

(例如以 SpaceX 獵鷹 9 號為例,初步測算垂直回收復用后的火箭成本約為初始成本的 44%。同時,以 SpaceX公司所有可回收利用的型號與全球主流火箭成本進行對比,也能進一步感知到回收技術在后續競爭中的重要性)

 

運載火箭回收復用技術分類與發展

8、運載火箭回收復用技術分類與發展.png

資料來源:Space 官網,中國運載火箭技術研究院

 

獵鷹9號一級回收飛行剖面圖

9、獵鷹9號一級回收飛行剖面圖_副本.png

資料來源:公開信息

 

全球主流火箭成本對比

10、全球主流火箭成本對比.png

資料來源:Visual Capitalist 官網

 

4:市 場 規 模

 

中國商業航天的產業鏈結構

 

我國商業航天產業鏈總體可分為上中下游三個環節

 

產業鏈上游參與者為衛星制造企業,人造衛星整星一般由衛星保障系統和衛星載荷構成,占整個產業規模的 7%左右;

 

產業鏈中游主體為衛星發射服務企業及地面設備制造企業,其中運載火箭是商業衛星發射的主要提供方,箭體結構、動力裝置、控制系統中的制導系統及其附加系統中的電氣系統是運載火箭主要構成,占整個市場規模的 3%,2021 年此細分市場規模達到 379 億元;預計 2024 年將達到 701 億元;而地面設備包括衛星測控設備和衛星終端技術設備,與下游的衛星應用與運營企業端占比相同,兩者相加占到整個市場的 90%。

 

中國商業航天產業鏈結構

11、中國商業航天產業鏈結構.png

資料來源:AET-電子技術應用網

 

中國商業航天的市場規模

 

在政策和資本等多方加持下,2015-2021 年中國商業航天產業保持著 22.3%的年均復合增長率。根據艾媒咨詢數據顯示,2020 年中國商業航天市場規模已經突破 1 萬億元;預計未來 3 年,產業將繼續以超 20%的增長率進行擴張,預計 2022 年將突破 1.5 萬億元,2024 年有望達到 2.3 萬億元。

 

2015-2024年中國商業航天市場規模及預測

12、2015-2024年中國商業航天市場規模及預測.png

 

中國商業火箭主流發射衛星市場規模預測

(未包含補網)

 

假設條件:

2022-2028 年

1、根據現有組網計劃(如下表),因星網工程構建的還存在不穩定性,假設 2028 年之前先不考慮星網計劃的發射,大約尚有 3000 顆衛星尚未發射,計劃在 2028 年發完。所以設定 2022年發射增長率為 25%,2023-2028 則每年再前一年的基礎上再增加 5%的增速,到 2028 年基本發射完成;

 

2、目前市場上的組網計劃以小衛星為主,假設占比為 90%,平均重量為 200kg;大衛星占比為 10%,平均質量為 1000kg;單價 2025 年之前為 6w/kg,后續隨著可發射公司增多,將降為 5.5w/kg;3.2021 年實際發射衛星 102 顆。

 

根據現有假設條件,每 7 年為一個組網周期,預計 2022-2028 年商業火箭純發射市場規模將達到 163.27 億元。

 

我國已公布現有星座組網計劃表

14、我國已公布現有星座組網計劃表.png

資料來源:公開信息整理

 

2022-2028年商業火箭純發射市場規模預測表

13、2022-2028年商業火箭純發射市場規模預測表.png

 

2029-2035 年

1、星網計劃發射開始,每年在 2028-2034 年基礎上以 10%增速上升,到 2035 年組網完畢;

 

2、假設到 2029 年國內企業在可回收上已取得成功,發射成本將進一步下降至 4w/kg;3.星網計劃中小衛星平均重量為 300kg,占比依舊為 90%左右。

 

根據現有假設條件,2029 年后,市場步入快速發射時期,預計到 2035 年規模將達到 591.04億元。

 

2029-2035年商業火箭純發射市場規模預測表

15、2029-2035年商業火箭純發射市場規模預測表.png

注:

1. 小衛星大多數都是形狀、體積的差異很大,不好大批量的裝載,使用小火箭更適配;

2. 沒有特定的軌道面, 需要到達的地方不一樣,小火箭更方便、易控。

 

5:市 場 競 爭 格 局

 

當前我國商業航天行業呈現出主體多元、模式多樣的競爭格局。而商業火箭企業在經歷了一段時間的“洗滌、沉淀及發展”后在相關的發展上也存在一定的差異。

 

國內外部分商業火箭企業情況對比圖

16、國內外部分商業火箭企業情況對比圖.png

資料來源:各公司官網、公開信息整理

注:

國家隊以航天科技、航天科工兩大央企集團參與者為代表,大多具有國家科研院所和國資背景,在需要大量資金投入和技術支撐的衛星發射、衛星制造以及重大航天工程相關的衛星應用領域承擔主力軍和頂梁柱的作用。國家隊在發射所需資源上有明顯優勢(例如:固體燃料、發射場、客戶資源等)。

 

國內外部分商業火箭企業具體發展進程圖

17、國內外部分商業火箭企業具體發展進程圖.png

資料來源:各公司官網

 

除目前現有情況及進展外,對于我國商業火箭企業的競爭來說,在明確液體火箭的方向后,競爭則更多的較為直觀的體現在了發動機的制造上。

 

因為從成本占比看,火箭發動機占到火箭成本的一半以上,是火箭的心臟。根據美國聯合發射聯盟 ULA 數據,一個中型液體運載火箭成本構成由發動機、結構、電子設備三大部分,其中,第一級火箭發動機成本占比達 55%,結構占比為 23%,電子設備占比為 8%; 第二級發動機、 結構、電子設備成本占比都約在 28%。

 

18、火箭一二級結構成本.png

資料來源:ULA

 

國內外部分商業火箭發動機與火箭參數對比圖

19、國內外部分商業火箭發動機與火箭參數對比圖.png

資料來源:各公司官網

注:

1.除了 Space X 能確實實現近地軌道可回收外,列表所述可回收是指在未來可能實現,當前無法做到;

2. Rocket Lab 是在之前 100 多個小火箭制造商中存活下來的,目前每個月能生產制造 1 個火箭,最大的困難是無法擴大利潤,建設能力也還不夠(NASA 不想讓 Space X 一家獨大扶持起來的)。

 

總的來說,我國商業火箭的發射仍處于快速發展的階段,仍以國家隊為代表的固體火箭為主。對于主流應用衛星的發射來說,固體火箭實際載荷發射數量較低且發射成本較高;同時這也對其他尚在早期的新興應用的場景難以適用。所以盡管各大商業火箭企業在策略上會稍有不同,但方向明確,紛紛加碼液體火箭,試圖在后期以可回收的低成本競爭打開市場,搶占先機。

 

目前我國各企業的液體火箭與可回收的研制正在如火如荼的進行中,與國外的差距也逐漸縮小。盡管現在來看競爭格局還未明朗,但隨著政策和資本的推動,我國商業火箭企業在不久的將來也一定能創造出可進入商業應用階段的可重復使用火箭,那時我國也將真正進入商業航天高速發展時代,對此未來可期。

 

6:行 業 發 展 主 要 風 險

 

? 火箭研發進度不及預期(壁壘高+投入周期長)

? 火箭試驗+發射失?。ǔ翛]成本高+火箭發射仍受國家管控,發射失利后需按照要求開展嚴格、復雜、徹底的歸零工作)

? 衛星星座建設不達預期

? 供應鏈及規?;ㄔO能力

? 行業競爭加劇

 

文稿說明|本文為金龍投資公司團隊原創文章


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