中国航天行业简报：市场简报，“天问一号”成功着陆火星对中国航天行业的影响分析

1报告标签：行星探测、探月工程、深空探测系统、载人航天、重型运载火箭主笔人：彭琪瑶报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。www.leadleo.com中国航天行业简报| 2021/06 4航天行业头豹调研简报 | 2021/06Q1：“祝融号”火星车传回与“天问一号”着陆器的火星自拍，“天问一号”火星探测器如何完成火星“环绕、着陆及巡视”三大任务？来源：国家航天局，头豹研究院编辑整理2021年6月11日，国家航天局发布“祝融号”火星车传回的火星首批科学影像图，标志着中国首次自主火星探测任务取得圆满成功“天问一号”火星探测任务集“绕”、“着”、“巡”于一体，实现了中国航天史上的跨越式成就：火星距地球最近距离约为5,600万公里，地球控制室接收“天问一号”探测器信号后再将指令传送回探测器，往返需约40分钟，叠加远距离通信存在的信号衰减等因素，火星探测任务对通信及控制技术要求极高。“天问一号”探测器于2020年7月23日成功发射后，沿地火转移轨道飞行近7个月，于2021年2月到达火星附近，并在完成第4次中途轨道修正后被火星引力成功捕获。随后探测器制动进入火星环绕轨道，采用自身搭载的雷达及光学相机对火星表面进行基础观测以确认最优着陆点及着陆窗口受限于地球控制室难以实时监察及操控，“天问一号”探测器完全独立自主完成火星着陆全过程：2021年5月15日，环绕器与着陆器及巡视器分离，开始进行火星着陆。距火星表面125公里高度，“天问一号”以11.2°进入角度及每秒4.8公里速度进入火星大气，火星大气密度仅为地球大气密度约1%，因此大气对探测器减速作用较小。“天问一号”通过气动减速、降落伞减速及火箭反推动力减速等组合方式减速，叠加接近火星表面时的悬停避障与缓速下降等方式，将探测器速度于9分钟内降至零，成功着陆于火星北半球乌托邦平原南端，中国成为唯一首次进行火星探测任务即完成“环绕、着陆及巡视”三大任务的国家图表1：“天问一号”火星探测任务关键时间节点图表3：“祝融号”火星车搭载次表层雷达以探测火星次表层地质结构火星探测任务 时间任务说明器箭分离 2020-07-23 “天问一号”成功发射，并精确进入地球同步轨道地火转移 约7个月 “天问一号”进入地火转移轨道火星捕获制动 2021-02 “天问一号”减速后被火星引力捕获进入火星轨道 2021-02-10 “天问一号”成功进入火星轨道，开始进行基础观测着陆火星 2021-05-15 “天问一号”成功着陆于火星北半球乌托邦平原南端巡视器驶离 2021-05-22 “祝融号”火星车安全驶离着陆器，到达火星表面火星科学影像图 2021-06-11 由“祝融号”火星车传回的火星首批科学影像图发布图表2：“天问一号”火星着陆过程概述“天问一号“火星着陆关键步骤探测器建立降轨姿态环绕器与着陆器及巡视器分离以11.2°进入角及每秒4.8公里速度进入火星大气经5分钟大气减速后，降落伞打开约40秒后，隔热盾抛离，速度降至每秒250米距火星表面1.5公里时，降落伞及气动外罩抛离，启动反推火箭距火星表面100米时，悬停空中，采用雷达及光学相机寻找合适降落点成功着陆火星离轨着陆阶段气动减速段伞系减速段动力减速段悬停避障与缓速下降段地下次表层结构雷达数据图显示 pOwOyRoNoRmPoNnQxPpPqP7NcM7NoMnNsQnMeRrRrPiNtRoMaQoPoNNZmRtPxNrQzQ5航天行业头豹调研简报 | 2021/06Q2：全球火星探测任务有哪些？在全球火星探测任务成功率不足50%的背景下，成功着陆火星表面的探测器有哪些？来源：国家航天局，头豹研究院编辑整理火星探测意义重大，但技术难度极高，全球多个国家尝试失败，成功着陆率仅为21%人类探测火星起源于20世纪60年代美国及苏联的太空争霸，两国先后发射空间探测器进行火星探测：苏联于1960年发射全球首颗火星探测器“火星-1960A”失败后，美国“水手4号”于1965年成功传回全球第一张火星表面照片，正式开启人类对火星的探测。截至2021年6月13日，火星探测任务共计实施约47次，其中美国22次、苏俄19次、欧洲2次、中国1次、日本1次、阿联酋1次及印度1次，任务成功率仅约47%。成功着陆于火星的探测器共10个，火星探测器成功着陆率仅为21%，其中“海盗1号”、“海盗2号”等9个火星探测器均为美国研制，以及中国首次自主发射的“天问一号”火星探测器火星表面环境复杂，通信及控制等技术难度极大，探测任务失败概率高：1971年，苏联的“火星2号”及“火星3号”相继进行火星着陆任务，因遭遇火星沙尘暴，“火星2号”着陆失败，而“火星3号”于成功着陆后20秒即失联，苏联距离首次完成“环绕、着陆及巡视”三大任务仅一步之遥。此外，欧洲航天局分别于2003年及2016年尝试火星着陆，均因故障而失败。2020年，欧洲航天局的ExoMars2020因降落伞测试失败，错过2020年火星每隔26个月的发射窗口，改期至2022年。在火星环境复杂及探测技术要求极高背景下，中国首次自主火星探测计划即完成“环绕、着陆及巡视”三大任务，在行星探测领域迅速跨入全球先进行列图表4：全球火星探测发展史时间 国家及地区火星探测器 成功着陆1960苏联火星-1960A否1964美国水手3号、水手4号 否1965苏联探测器3号否1969美国水手6号、水手7号 否1971美国水手9号否1971苏联火星2号、火星3号 否1975美国海盗1号、海盗2号 是1988苏联火卫-1号、火卫-2号 否1993美国火星观察者号否1996美国火星探路者号是1998日本希望号否2001美国奥德赛否2003 欧洲航天局火星快车否2003美国勇气号、机遇号是2007美国凤凰号是2011美国好奇号是2013印度曼加里安否2016 俄罗斯、欧洲航天局 火星生物学-2016 否2018美国洞察号是2020阿联酋希望号否2020中国天问一号是2020美国毅力号是全球部分火星探测器简介，1960-2020年全球各国火星探测史火星探测器 发射时间 着陆时间目的及影响国家海盗1号 1975-08-201976-07-20 首次成功着陆并发回照片 美国海盗2号 1975-09-09 1976-09-03 拍摄并向发回火星照片 美国火星探路者号 1996-12-04 1997-07-04 探测火星地貌美国勇气号 2003-06-10 2004-01-03 考察持续2,208个火星日 美国机遇号 2003-07-07 2005-01-25 考察超14年美国凤凰号 2007-08-04 2008-05-25 监测火星极地气候美国好奇号 2011-11-26 2012-08-06 确定火星是否存在水 美国洞察号 2018-05-05 2018-11-27 研究火星内部结构美国天问一号 2020-07-23 2021-05-15 中国首次自主火星探测 中国毅力号 2020-07-30 2021-02-19 收集岩石样本美国成功着陆火星表面的火星探测器 6航天行业头豹调研简报 | 2021/06Q3：火星探测任务成功率低，为何各国持续推进火星探测任务？来源：NASA，头豹研究院编辑整理随着各国火星探测任务持续发展，以火星探测为代表的深空探测将成为全球航天行业发展重要方向美国凭借22次火星探测任务及9次成功着陆，在火星探测及研究领域远超其他国家：美国通过研究多次火星探测结果，认为火星曾存在水及甲烷，并对火星的表层成分及大气成分进行基本分析，通过在实验室模拟火星环境及土壤，以探索在火星种植实物的可行性火星较太阳系内其他星球更具科学探索价值及条件，离地球距离更近且环境复杂程度相对较低：通过进行火星探测，有助于人类了解地球演化的过去，如为何同在太阳系，各个行星演化的结果却有所不同等问题，帮助人类探索地球及人类自身的未来。此外，伴随火星探测任务的不断推进，将带动航天产业链相关领域进一步发展，有效推动产业链各个环节日益成熟及完善以火星探测为代表的行星探测是全球航天行业深空探测系统中重要的细分领域：FY2019-FY2025，美国国家航空航天局（NASA）对深空探测系统领域的预算拨款要求占总预算近40%，NASA的行星探测计划Moon-to-Mars项目预算中，深空探测系统占比约70%，预计未来以火星探测为代表的深空探测系统将持续推进，人类对地球及宇宙的探索亦将不断深入，进一步带动全球航天行业的发展图表5：美国国家航空航天局（NASA）总预算要求，FY2019-FY2025单位：百万美元23.5%26.6%34.7%37.9%40.5%38.8%34.1%0%10%20%30%40%50%05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,000FY2019 FY2020 FY2021 FY2022 FY2023 FY2024 FY2025深空探测系统探测技术近地轨道及航天运营科研安全运维服务航空星球环境改造其他深空探测系统占比单位：百分比66.8%68.2%70.8%72.2%73.3%71.1%66.4%62%64%66%68%70%72%74%03,0006,0009,00012,00015,00018,000FY2019 FY2020 FY2021 FY2022 FY2023 FY2024 FY2025深空探测系统探测技术科研安全运维服务星球环境改造深空探测系统占比图表6：NASA Moon-to-Mars项目预算授权，FY2019-FY2025单位：百万美元单位：百分比 7航天行业头豹调研简报 | 2021/06Q4：“天问一号”火星探测任务圆满成功对中国航天行业的影响有哪些？中国航天未来的发展方向是什么？来源：国家航天局，头豹研究院编辑整理中国政府明确在2030年前，以火星探测为行星探测领域的重点及主线，推动中国航天行业的发展“天问一号”火星探测任务是中国继探月工程后在宇宙探测领域的又一大突破：火星距离地球最近距离约为5,600万公里，地火距离约为地月距离的143倍，因此探月工程中用于搭载“嫦娥系列”的“长征3号乙”增强型运载火箭难以满足火星探测计划。为推进中国火星探测计划的实施，中国运载火箭技术进一步发展，研制出具有更高运载能力及更强推动力的“长征5号”运载火箭，航天事业的发展将持续带动配套产业不断成熟“天问一号”作为中国首次自主火星探测，共计搭载13种科学载荷，以完成对火星进行地质地形、物质组成等方面的工程目标及科学目标：“天问一号”火星探测任务工程目标主要包括突破火星制动捕获、火星着陆、自主管理、远距离测控通信、火星表面巡视等核心技术，以获取火星探测科学数据，实现中国在深空探测领域的技术跨越。此外，“天问一号”火星探测器的成功发射可帮助中国建立完整配套的深空探测工程体系，推动中国在深空探测领域的可持续发展“十四五”期间，中国航天预计将加快空间科学、空间技术及空间应用全面发展，重点推进以火星探测为代表的行星探测、月球探测、载人航天、重型运载火箭、可重复使用天地往返运输系统、卫星互联网等重大工程，中国航天行业进入高速发展阶段图表7：对火星及月球的探索44°探测器出发时火星所在位置探测器抵达时火星所在位置探测器出发时地球所在位置探测器抵达时地球所在位置月球月球探测任务“嫦娥三号”及“嫦娥四号“月