商业航天系列一：商业航天的基石：火箭技术发展与降本

商业航天的基石：火箭技术发展与降本商业航天系列一 产业研究中心 摘要： 火箭设计总装分为三个部分：动力系统、制导与控制系统、箭体建构，液体可回收成为未来趋势。1）动力系统功能是产生推力，推动火箭及其载荷穿越大气层并进入预定轨道，也是火箭构成成本的主要来源；2）制导与控制系统是火箭按预设飞行着陆的核心，主要由制导系统、导航系统以及控制系统组成；3）火箭箭体结构由流罩、发动机等结构组成，确保箭体稳定并达到预定位置。从动力能源看，固体燃料和液体燃料各有利弊，未来液体燃料将成为趋势。固体燃料火箭使用固体燃料，结构简单，储存和运输方便，发射准备时间短，但推力和比冲较低，无法控制燃烧过程，多用于军事和中小型商业发射。液体燃料火箭使用液体燃料，具有较高的比冲和推力，燃烧过程可控，但结构复杂，储存和运输要求高，发射准备时间较长，主要用于高效和大型发射任务。综合性能、发射的大小型并考虑发射成本，液体火箭较固体燃料火箭更具备优势。从液体燃料角度看，液氧甲烷发动机在理论比冲、密度比冲、使用维护和后处理方面均表现出色，成为理想选择。相较于液氧煤油，液氧甲烷的比冲更高、不易结焦，有利于发动机重复使用，更适合商业航天。 肖洁(分析师)021-38674660xiaojie@gtjas.com登记编号S0880513080002 从Space X发展的海外经验借鉴来看，液体可回收火箭技术和产业链降本带来了发射成本的大幅下降。通过重复使用一级火箭等硬件，后期发射仅需投入二级火箭、整流罩和相关软件费用。随着复用次数的增加，总体平均成本逐步下降，以猎鹰9号为例，通过回收实现单次发射成本降低70%。随着复用次数增加，平均成本逐渐下降，复用次数超过10次后，单次成本从之前的4500万美元稳定在约1700万美元。同时在供应链管理方面，SpaceX在上游，利用通用产品低价和技术壁垒，增强议价能力和供应链控制，通过供应商竞争和专业管理团队确保高效稳定；中下游方面，坚持自主研发和制造70%以上的火箭分系统，提前布局制造、装配、测试和发射设施，自主掌控任务环节，提高运营效率，低成本火箭研发推动“星链”计划建设，“星链”营收再投资于可重复使用技术，形成正向内循环，这些措施共同支撑了SpaceX的成本优势。 低空经济系列（五）：监视体系的发展趋势和产业机会2025.02.22积微累著，久久为功——美国对华半导体制裁政策变迁分析与中国对策研究2025.01.19【并购专题二】并购的估值与定价2025.01.16车载Chiplet：智能汽车算力架构新范式2024.12.29算力应用分化，推理能力带来新的商业模式——算力产业研究系列（五）2024.11.29 未来我国商业火箭发射领域：液体可回收技术持续发展，市场化配置发射资源，产业链持续降本。我国火箭发射市场规模已超百亿，随着以GW和G60的卫星组网需求提升，火箭发射需求将快速提升，而降本就成为了目前火箭发射环节的主要诉求。降本方面一是靠液体可回收火箭的加速试射和应用，二是靠火箭制造环节规模化的供应链降本。同时中国商业火箭公司的成立也标志着国家和地方政府探索更商业化的模式进入火箭发射领域，对于民营企业在火箭发射市场中的技术储备/供应链管理等方面的要求也随之提升。目前国内运载火箭技术相抵完备，头部玩家均在液体可回收火箭技术完善布局，第一梯队企业皆具备独立火箭发射能力，随着发射需求提升，规模化背景下，产业链降本环节也将逐步推开。 风险提示：1）发射失败风险；2）未进入主流供应链风险。 目录 1.美中两国已成为商业航天领域主要的玩家.......................................................31.1.美国领跑全球商业航天，中国快速追赶....................................................31.2.全球火箭发射服务市场将迎来快速增长....................................................42.火箭是商业航天的主要发射载体.......................................................................52.1.火箭技术的发展历程及技术变迁................................................................62.1.1.火箭技术起源于20世纪初，固体技术略早于液体...........................62.1.2.固体和液体燃料各有利弊.....................................................................82.1.3.液氧甲烷已成为主流发展方向.............................................................92.1.4.从火箭技术变迁看中国商业航天发展...............................................102.2.火箭总装分三部分：动力系统、制导与控制系统、箭体建构..............122.2.1.火箭动力系统是推进火箭飞行的动力源，为火箭的“心脏”.......122.2.2.火箭制导与控制系统是火箭按预设飞行着陆的核心.......................132.2.3.箭体结构复杂，发动机系统技术挑战突出.......................................163.海外借鉴：火箭可回收是SpaceX降本的主要方式......................................183.1. SpaceX已成为美国卫星发射的主要载体.................................................183.1.1. SpaceX初期依赖于政府支持，逐步拓展商业模式...........................183.1.2. SpaceX成立星链，实现商业模式闭环...............................................193.1.3.火箭技术迭代带来性能提升和成本下降...........................................203.2.多层次优化策略催化SpaceX降本...........................................................213.2.1.可回收火箭技术成为降本的最大来源...............................................213.2.2.确认液体燃料技术为猛禽发动机的路线...........................................233.2.3.强议价+强管理带来整体产业链降本.................................................244.中国发射端市场趋势：液体可回收火箭技术的主导地位.............................254.1.中国火箭发射市场2021年开始加速........................................................254.2.中国商业火箭公司成立，加速行业发展..................................................274.3.国内液体可回收火箭的发展积极推动行业降本......................................294.4.中国商业火箭发射场逐步完善，市场化运营配套降本..........................315.产业投资机会....................................................................................................326.风险提示............................................................................................................32 1.美中两国已成为商业航天领域主要的玩家 1.1.美国领跑全球商业航天，中国快速追赶 2023年全球火箭发射次数中，美中领跑全球。从发射端来看，美国以116次发射和94%的完全成功率稳居全球首位，其中spaceX公司发射占比84%，中国以67次发射和99%的完全成功率紧随其后，中美在全球航天发射领域具备一定优势。俄罗斯和欧洲分别完成了19次和3次发射均保持了100%的成功率，而日本和朝鲜的发射成功率较低，分别为67%和33%。 数据来源：艾瑞咨询，国泰君安证券研究 发射次数的底层逻辑是航天器的研发实力比拼，包括火箭在内的航天器均呈现研发周期长，壁垒高的特点。全球民营航天器研发速度普遍在10年/周期，研发进度普遍较快。其中长征五号和SLS耗时分别为13年和12年，显示了其复杂性和技术挑战。据中国航天科技活动蓝皮书（2023年）》显示，2023年我国共研制发射120颗商业卫星，占全年研制发射卫星数量的54%。经过近10年航天技术发展，多款商业火箭成功入轨，由商业公司研制的卫星取得多个国际和国内首次技术突破。 1.2.全球火箭发射服务市场将迎来快速增长 根据PrecedenceResearch的统计和预测，2022年全球火箭发射服务市场已达到145亿美元，预计到2032年将超过500亿美元，十年间CAGR为13%， 数据来源：PrecedenceResearch，国泰君安证券研究,（注：截止2022年底） 数据来源：PrecedenceResearch，国泰君安证券研究 以SpaceX为例，国外政府对火箭发射公司扶持主要体现在资金支持、技术支持和发射场地支持等层面。资金支持方面，政府通过经费扶持和订单形式为公司提供稳定的资金来源，如2016年的“第一轮商业补给服务”（CRS-2）项目和GPS3发射经费；技术支持方面，美国宇航局（NASA）通过多项航天法案协议，为SpaceX提供运载火箭研制、发动机建模等技术支持；发射场地支持方面，NASA和美国空军提供场地直接支持和租用支持，SpaceX得以使用多个发射工位，确保其发射任务顺利进行，这些政府支持措施推动了运载火箭企业的发展。 总结：商业航天领域已成为综合国力比拼的新领域，目前美国和中国在商业航天市场内大幅领先于其他国家，美国先发优势较强。两国的竞争策略也有所区别，美国由政府先期主导并提供支持，后期由spaceX等龙头企业驱动，而中国由国家和民营企业同步发力，奋起直追。 2.火箭是商业航天的主要发射载体 中国商业航天产业链上游为各类材料和组件，中游主要为卫星、火箭和地面设施、下游应用服务层组成。在中游的卫星和火箭制造中，火箭制造包括壳体、助推器等整体设施制造和发射支持设备等配套设施制造，卫星制造包括卫星平台和有效载荷部分，中游为卫星发射和地面设备制造，地面设备涵盖导航、通信等应用终端，下游则为卫星应用及运营，服务于无人机、工程机械、机器人和物联网终端等。其中火箭和卫星的关系为：火箭作为发射载具，需要克服地球引力，提供足够的推力，将卫星送入预定的轨道，卫星到达轨道后开始执行通信、导航等特定任务。 数据来源：艾媒咨询，微纳星空，国泰君安证券研究 我们聚焦于发射端来看，也就是整个火箭产业链，火箭设计总装分为三个部分：动力系统、制导与控制系统、箭体建构：1）动力系统功能是产生推力，推动火箭及其载荷穿越大气层并进入预定轨道，也是火箭构成成本的主要来源；2）制