空天系列报告二：太空碳纤维：黑金时代开启

太空碳纤维：黑金时代开启 研究团队：军工组吴爽 报告日期：2026年1月24日 摘要 •碳纤维被誉为“黑色黄金”，按力学性能分为T系列（侧重拉伸强度，如T300）和M系列（侧重拉伸模量，如M40J）。M系列碳纤维通过高温石墨化处理（含碳量超99%），模量可达300-600GPa，更适合太空环境。 •碳纤维在火箭中用于整流罩、级间段、着陆腿等关键部位，能实现20%-50%的减重效果。SpaceX的“猎鹰9号”将其应用于整流罩、级间段等复合结构。国内案例“微光一号”是全碳纤维火箭，减重30%以上，预计2028年商用。 •卫星中碳纤维用于散热片、精密结构、太阳能电池板吊杆和天线反射器等，占比约15.1%。目前铝合金仍主导（36.7%），但碳纤维因低热膨胀系数和减重效果，渗透率有望提升。Starlink卫星迭代显示，单星重量从227kg（V0.9）增至1250kg（V2.0），假设碳纤维占比15%，单星用量从34kg升至188kg。此外，太阳翼从刚性向柔性发展，可能减少碳纤维用量，但整体影响较小。 •M级碳纤维技术壁垒较高，核心瓶颈主要集中在碳化炉、石墨化炉等关键装备环节。目前光威复材具备技术+产能+先发优势。中复神鹰、和顺科技等也在M级碳纤维领域积极突破。 ➢风险提示：技术发展不及预期风险；需求不及预期风险；行业竞争加剧风险。 碳纤维：“黑色黄金”性能优异 火箭用碳纤维：未来有望向整流罩、级间段、着陆腿等部位拓展 卫星用碳纤维：受益于整星重量增大，未来单星碳纤维渗透率有望进一步提升 相关公司 风险提示 01 碳纤维：“黑色黄金”性能优异 碳纤维：“黑色黄金”性能优异 ➢碳纤维可以按照原丝类型、纤维形态、丝束规格、生产工艺、力学性能等标准进行分类，其中常用的三大分类标准是原丝类型、丝束规格和力学性能。 ➢按照丝束规格可分为大、小丝束；按照力学规模可分为标模、中模和高模。 ➢军工应用基本为小丝束，高模碳纤维一般应用于航天领域。 M与T系列碳纤维区别 碳纤维按力学性能可以分为两个系列T和M ➢T系列：代表以拉伸强度为主的碳纤维（抗断能力），其特点是具有高拉伸强度和标准至中等的模量。如T300、T1100。数字越大通常强度越高。➢M系列：代表以拉伸模量为主的碳纤维（抗变形能力），其特点是具有高模量.如M40、M40J、M55J。 ➢核心工艺路径差压：T系列工艺止步于碳化阶段，碳含量从60%升至95%；而MJ系列则是碳纤维原丝经过预氧化、碳化后，再进一步进行2200-3000℃的高温石墨化处理制得，使纤维含碳量升至99%以上并实现纤维高度取向，拉伸模量可达300-600GPa。该石墨化环节对热工装备（石墨化炉）的能耗控制、温度调控、运行稳定性等极为苛刻，目前其国产化率不足30%，是制约国内MJ系列碳纤维规模化放量的关键因素之一。 航空航天为碳纤维重要应用领域 ➢碳纤维的产业链覆盖从化工原材料到下游应用的完整制造过程。产业链上游属于石油化工行业，从原油原料中制得聚丙烯腈原丝再到碳纤维；产业链中游为利用碳纤维来制造预浸料及碳纤维制品。下游主要应用为光伏产业、航空航天和体育休闲等，其中风电叶片为国内主要需求来源。 ➢分领域看，2024年中国碳纤维的需求量在体育休闲、风电叶片、航空航天军工方面分别为2.55、2.2、0.9万吨，占比分别为30.30%、26.20%、10.70%。 02 火箭用碳纤维：未来有望向整流罩、级间段、着陆腿等部位拓展 碳纤维增强复合材料在运载火箭领域的应用 主要应用部位：整流罩、发动机壳体、级间段舱体等关键部位。例如：美国的大力神-4火箭将IM7/8552碳纤维复合材料应用于整流罩、级间段舱体、锥形尾舱承载结构、级间段蒙皮和锥形尾舱壳体；日本的M-5火箭将IM-7碳纤维增强复合材料应用于发动机壳体。 优质特性与效果：与铝合金等轻合金材料相比，碳纤维复合材料密度低、韧性强、绝缘耐温湿、结构功能一体化、可设计性强，成为航空航天器结构减重的理想材料，能够实现20%~50%的减重效果。 “猎鹰9号”的碳纤维复合材料应用：整流罩、级间段、着陆腿 SpaceX“猎鹰9号”火箭将碳纤维材料应用于整流罩、级间段、着陆腿等部位，均采用碳纤维材料+铝蜂窝材料的复合结构。其中，整流罩和级间段均采用碳纤维面层与铝蜂窝芯夹层的复合结构。图表：“猎鹰9号”结构图 “微光一号”：国内首款全碳纤维复合材料运载火箭 核心定位：国内首款全碳纤维复合材料的中型液体复用运载火箭，全球首款融合“全流量分级燃烧循环动力+碳纤维复合材料+液氧甲烷”三大核心技术的运载火箭。碳纤维应用：覆盖火箭90%结构，包括火箭部段、贮箱、整流罩及结构支架等，较传统金属材料减重30%以上，兼顾高强度与耐极端环境特性。研制进展：2025年10月，微光一号模态箭成功落地，全面进入工程实施新阶段，预计2028年实现商业化运营。 03 卫星用碳纤维：受益于整星重量增大，未来单星碳纤维渗透率有望进一步提升 碳纤维的具体应用部位 根据Toray Advanced Composites官网介绍，碳纤维复合材料主要应用在以下四大部分 ➢散热片：复合板和管材由具有高导电性的基于沥青的碳纤维预浸料制成，这些独特的材料具有出色的导热性能，能够保护电气元件免受高温的损害。 ➢精密结构：结构件、光学平台和仪器设备等的制作都采用了碳纤维材料，卫星发射过程中，它们能保护载荷不受损害，其卓越的耐用性能够承受太空中的极端条件，包括热循环、原子氧和辐射。 ➢太阳能电池板、吊杆和桁架：卫星应用中，采用的高模量碳纤维，具有低热膨胀系数、低湿膨胀系数、低气体逸出率以及出色的抗辐射性能等特点。 ➢反射器和天线：高模量碳纤维使反射器、天线和可展开结构在太空的各种温度环境下具有较低的热膨胀系数，使得这些仪器在太空中的极端温差下不发生形变。 资料来源：Toray Advanced Composites官网,国联民生证券研究所 认知差：铝合金仍占主导，碳纤维在卫星中占比仍有较大提升空间 ➢参考《Space waste: An update of the anthropogenic matterinjection into Earth atmosphere》，典型的低地球轨道卫星中，结构材料占据主导地位，其中铝合金（36.7%）作为主要承力结构，配合碳纤维增强聚合物（CFRP，15.1%）共同构成了卫星的骨架；➢电子与能源系统则占据了相当大的比例，包括锂离子电池（6.4%）、电线电缆（7.2%）以及印刷电路板（5.0%）；➢此外，热控涂层与油漆（约2%）、多层隔热材料（3.7%）、粘合剂与密封剂（约7%）以及光学材料（2.9%）等 不同系统在卫星中重量占比 结构重量占比较高，核心关注碳纤维在结构中的渗透，对铝合金的取代。 电源系统在低轨卫星重量占比为为21%，由发电装置（如太阳能电池阵）、储能装置（如锂离子电池）、电源控制单元（调节电压与充放电）以及配电单元（分配电力至各设备）。 综合来看，太阳翼中碳纤维用量或不高，刚性向柔性太阳翼转变对碳纤维在卫星整体用量影响较小。 太阳翼：柔性相比刚性，碳纤维用量或会适当减少，但对碳纤维在卫星整体用量影响较小 刚性太阳翼 ➢太阳电池阵基板结构：“铝蜂窝芯子＋碳纤维矩形围框＋碳纤维复合材料蒙皮＋聚酰亚胺薄膜”，碳纤维复合材料围框制作刚性构架，刚性构架之间用铝蜂窝芯子、栅格状的碳纤维蒙皮及聚酰亚胺薄膜材料填充。 太阳翼：柔性相比刚性，碳纤维用量或会适当减少，但对碳纤维在卫星整体用量影响较小 柔性太阳翼 ➢柔性的薄膜结构作为基板，碳纤维蒙皮或不再需要 ➢国内商业卫星领域采用的基于剪刀叉展开机构以及卷曲杆的柔性太阳翼方案，展开结构为碳纤维复材。 资料来源：银河航天，国联民生证券研究所 卫星通胀逻辑：受益于整星重量增大，未来单星碳纤维有望渗透率进一步提升 ➢参考starlink卫星迭代，从V0.9—V2.0单星重量从227kg提升至1250kg，假设碳纤维用量占比为15%，带动单星碳纤维用量从34kg提升至188kg。 相关公司 MJ碳纤维国内格局 MJ碳纤维是“高价值、小容量市场”，目前国内光威复材拥有M40J级生产线和M55J级生产线各一条，具备80吨产能规划，公司具备技术+产能+先发优势。中复神鹰、和顺科技等也在M级碳纤维领域积极突破。 05 风险提示 06风险提示 ➢技术发展不及预期风险：若商业航天相关的火箭、卫星技术发展速度不及预期，将直接导致行业整体发展放缓，进而影响对高性能碳纤维材料的需求释放节奏。 ➢需求不及预期风险：碳纤维在太空领域的需求与卫星发射规模高度绑定，若未来卫星发射数量、频次不及预期，将直接缩小碳纤维的市场空间，影响产业链上下游企业的业绩增长。 ➢行业竞争加剧风险：随着卫星碳纤维市场潜力逐步释放，其高价值属性或将吸引更多企业进入该领域，行业竞争可能进一步加剧，现有企业的市场份额、盈利能力可能面临挤压。 THANKS 军工研究团队： 分析师吴爽执业证书：S0590523110001邮箱：wushuang@glms.com.cn 联系我们：江苏省无锡市金融一街8号国联金融大厦8楼无锡北京市西城区丰盛胡同20号丰铭国际大厦B座5F北京 分析师承诺： 本报告署名分析师具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格并登记为注册分析师，基于认真审慎的工作态度、专业严谨的研究方法与分析逻辑得出研究结论，独立、客观地出具本报告，并对本报告的内容和观点负责。本报告清晰准确地反映了研究人员的研究观点，结论不受任何第三方的授意、影响，研究人员不曾因、不因、也将不会因本报告中的具体推荐意见或观点而直接或间接收到任何形式的利益。 评级说明： 免责声明： 本报告由国联民生证券股份有限公司或其关联机构制作。国联民生证券股份有限公司具有中国证监会许可的证券投资咨询业务资格。本报告的分销依据不同国家、地区的法律、法规和监管要求由国联民生证券于该国家或地区的具有相关合法合规经营资质的子公司/经营机构完成。在遵守适用的法律法规情况下，本报告亦可能由国联证券国际金融有限公司在香港地区发行。国联证券国际金融有限公司具备香港证监会批复的就证券提供意见（4号牌照）的牌照，接受香港证监会监管，负责本报告于中国香港地区的发行与分销。 本报告仅供本公司授权之机构及个人使用，本公司不会因任何人收到本报告而视其为客户。本报告仅为参考之用，并不构成对任何人的操作建议或任何保证，不应被视为买卖任何证券、金融工具的要约或要约邀请。本报告所包含的观点及建议并未考虑获取本报告的机构及个人的具体投资目的、财务状况、特殊状况、目标或需要，客户应当充分考虑自身特定状况，进行独立评估，并应同时考量自身的投资目的、财务状况和特定需求，必要时就法律、商业、财务、税收等方面咨询专家的意见，不应单纯依靠本报告所载的内容而取代自身的独立判断。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容而导致的任何可能的损失负任何责任。 本报告是基于已公开信息撰写，但本公司不保证该等信息的准确性或完整性。本报告所载的资料、意见及预测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，且预测方法及结果存在一定程度局限性。在不同时期，本公司可发出与本报告所刊载的意见、预测不一致的报告，但本公司没有义务和责任及时更新本报告所涉及的内容并通知客户。 若本公司以外的金融机构发送本报告，则由该金融机构独自为此发送行为负责。该机构的客户应联系该机构以交易本报告提及的证券或要求获悉更详细的信息。本报告不构成本公司向发送本报告金融机构之客户提供的投资建议。本公司不会因任何机构或个人从其他机构获得本报告而将其视为本公司客户。提示客户及公众投资者慎重使用未经授权刊载或者转发的本公司证券研究报告，慎重使用公众媒体刊载的证券研究报告。 明，均为本公司的商标、服务标识及标记。本公司版权所有并保留一切权利。