空天系列报告三：隔热材料：火箭热防护核心之盾，耗材属性打开长期需求

隔热材料：火箭热防护核心之盾耗材属性打开长期需求 研究团队：军工组吴爽、叶鑫 报告日期：2026年2月11日 摘要 •海外Starship V2版本已多次重点试验隔热材料，V3发射在即，隔热材料或将仍为重点。StarshipV2版本11次试验8次重点测试或分析，可见隔热材料对Starship发射成功较为重要。Starship V3版本或即将发射，本次试验将验证轨道级再入，隔热材料或为重点考核方向。 •隔热材料市场空间广阔且耗材属性明显。我们预计，Starship单发火箭隔热瓦价值量预计900万美元，单次发射隔热瓦损耗约11.7万美元。根据马斯克采访介绍，Starship的最终生产及发射目标，若按照年产10000发火箭以及年发射接近10000次考虑，则仅二级火箭隔热瓦每年分别对应900亿美元及11.7亿美元市场空间。 •我国一级火箭可回收进展或更快，陶瓷基涂层及陶瓷基复材或率先受益。我国现阶段火箭可回收试验以一级火箭试验为主。我们认为，一级可回收火箭或无需多层隔热防护，但火箭外表面及发动机仍需陶瓷基材料进行隔热，陶瓷基复材相关产业链将更快受益。若发展至二级/全舰可回收，则陶瓷瓦、隔热毡等全系列隔热材料均将受益。 ➢风险提示：技术发展不及预期风险、需求不及预期风险、数据测算误差风险。 隔热材料：商业航天热防护的命脉 海外二级火箭可回收加速验证，隔热材料多层防护 目录C O N T E N T S 国内一级火箭可回收进度更快，陶瓷基产品率先受益 相关标的 风险提示 隔热材料：商业航天热防护的命脉 1.1隔热材料：商业航天热防护的命脉所在 •随着商业航天发展，航空航天飞行器的设计与制造日益受到关注，热防护能力为关键技术。作为工业技术的巅峰之作，航空航天飞行器的研发难度远超普通飞机，并且面临着更多挑战——提升航空航天飞行器的热防护能力便是其中之一。 •航空航天飞行器的最大飞行速度可达5马赫以上，带来了极为严峻的热环境挑战，TPS系统保障火箭可回收。高速飞行产生的气动加热会导致飞行器表面温度急剧升高。如NASA在设计航天飞机时，表面温度可达1600°C以上，此足以熔化或烧毁大多数材料，热防护系统（ThermalProtection System, TPS），是确保火箭回收的核心关键技术。 •隔热材料必须同时满足多种苛刻条件，如高温耐受性：应对再入大气层时的极端热流；抗氧化能力：在高温氧化环境中保持稳定性，延长材料使用寿命；轻量化设计：减轻航天器负荷，提高燃料利用效率；机械强度与重复使用性：在发射、再入与着陆过程中，抵御剧烈的冲击与震动，支持多次任务循环等。图表：TPS系统发展历史 1.2三类方案筑牢航天隔热壁垒 •近年来，热防护系统根据其工作原理可分为三类：被动式、半被动式和主动式。 ✓被动式方案：如烧蚀防护，依靠材料自身特性实现热防护，主要包括热结构、热沉结构和隔热结构，通过材料的热吸收与辐射特性来耗散热量。 ✓主动式方案：如耐热瓦片，则利用外部冷却介质主动带走热量，主要形式包括对流冷却、薄膜冷却、发汗冷却等。 ✓半被动式方案：结合了被动式与主动式的特点，主要包含热管结构和烧蚀结构。 •材料的选择往往需要考虑多重因素，核心为烧蚀性能与隔热性能，此外材料还需拥有良好的力学性能，结构轻量化也是热防护系统设计的核心原则之一。 1.3多场景渗透：隔热材料贯穿火箭发射回收多流程 •高温隔热材料在火箭回收、火箭发射等多个环节起核心作用。 ✓火箭外表面：隔热瓦瓦片在SpaceX的星舰二级火箭上扮演着至关重要的角色，瓦片通过六边形瓦状设计，不仅提供热防护，还能分散应力，增加结构强度，防止飞船内部结构过热和损坏。 ✓火箭发射架：火箭点火发射的刹那，温度高达两千多摄氏度，发射平台要承受高温和强热流冲刷，需要隔热材料抵挡。 ✓火箭内部：以长征五号火箭为例，其发动机的燃气管路具有工作温度高、空间狭小、结构复杂等特点，其在工作中产生的大量余热，使用隔热材料能够将多余的热能有效地限制在管路内，从而保证发动机正常运转。 ✓载人飞船返回舱：返回舱在返回地面的过程中，温度高达1500℃，隔热层在发生熔化、蒸发、分解等物理和化学变化时，也会带走大量的热；另一部分发生碳化，并在舱体表面形成牢固碳层，阻隔大量的热。 资料来源：航化网，国联民生证券研究所 1.4陶瓷基复材：隔热材料更优解，航天需求占主导 陶瓷基为重要无机非金属材料，耐高温性能卓越，性能优于高温合金。根据观研报告网发布的《中国陶瓷基复合材料行业发展现状调研与投资趋势研究报告（2025-2032年）》显示，陶瓷基复合材料是继金属材料之后的无机非金属材料中最重要的材料之一，主要由纤维增强体、陶瓷基体和界面三部分组成。 我们认为，Starship的隔热材料亦为陶瓷基复材。Starship的隔热材料为TUFROC改进版，而TUFROC为陶瓷基，故我们认为Starship外表面的隔热材料亦为陶瓷基复材。 按价值量分析，目前在陶瓷基复合材料的下游市场中，航空航天市场占据主导地位。观研报告网数据显示，在2023年全球陶瓷基复合材料的下游应用中，按价值量分析，航空航天占比最大43%，引领着市场需求提升；其次为能源动力，占比23%。 1.5当前时点，为何关注隔热材料——海外星舰发射重点试验隔热材料 •Starship重点试验隔热材料，V2版本11次试验8次重点测试或分析。Starship（星舰）V2版本自2023年4月至2025年10月，共试验11次，其中有8次重点测试或重点分析隔热材料对舰体影响，可见隔热材料对Starship发射成功较为重要。 •Starship V3版本或即将发射。近期，马斯克表示，星舰V3版本的首次飞行测试将于六周后在得克萨斯州博卡奇卡的Starbase发射场进行。 •Starship V3版本将验证轨道级再入，隔热材料或为重点考核方向。SpaceX的Starship下一代火箭重点验证方向包括轨道级飞行、有效载荷任务、推进剂转移等，意味着下轮火箭将进行轨道级再入；我们认为，更高的轨道或将意味着更快的回收速度及表面更高温度，隔热材料将为重点考核方向。 1.5当前时点，为何关注隔热材料——全舰可回收时，隔热材料依然有耗材属性 •航天飞船飞行会导致隔热材料耗损。美国航天飞机“哥伦比亚号”解体事件发生时，该事故发生在高温峰值期间；爆炸发生后的回收陶瓷片仍与结构物粘连在一起，表明了因热效应和气动载荷导致的故障模式。许多隔热砖上的标识标记被烧掉，RCG涂层和LI-900硅基材料出现下陷，均表格隔热材料较为容易掉落或者损伤。 •Starship飞行也会有隔热瓦材料损失，如掉落或者结构损伤。星舰的ITF-4号飞行成功后，SpaceX公司决定升级隔热罩，因为飞船上观察到隔热材料相当大的损伤；ITF-5飞行的上一级的隔热罩被完全拆除，取而代之的是更坚固的瓦片，并在下面的敏感区域安装了二级烧蚀层；表明Starship飞船的隔热材料在每次飞行也会有一定量损耗。 •SpaceX的龙飞船防热大底材料为PICA系列，材料也会伴随时间而烧蚀，表明隔热材料长期烧蚀也需更换。在20世纪90年代后期，NASA Ames研究中心为提升深空探测热防护系统的防热性能和飞行器推重比，研发了酚醛树脂浸渍碳烧蚀材料（PICA）；之后NASA又与SpaceX联合研发了PICA-X，产品成为SpaceX龙飞船防热大底，但是PICA系列产品在高温氧气流中依然会被烧蚀，或表明隔热材料长期烧蚀也需更换。•我们认为，根据SpaceX现阶段可回收火箭从猎鹰9系列的一级火箭可回收，向着Starship星舰全舰完全可重复使用发展，未来火箭终将发展为全舰可回收。但即使在火箭完全可重复使用的背景下，除燃料外，由于结构性损伤或隔热层缓慢磨损，隔热材料依然具有“耗材”属性。 1.5当前时点，为何关注隔热材料——隔热材料市场空间广阔 •Starship单发火箭隔热瓦价值量预计900万美元。以NASA为例，其单个涂层隔热瓦的价格可能高达1000美元，若考虑Starship降本增效后单个隔热瓦价格降低至500美元，单发火箭需要18000片隔热瓦，则隔热瓦价格合计约900万美元。 •单次发射隔热瓦损耗约11.7万美元： ✓结构损失方面，按单次损失总量0.3%计算。根据国家航天局，美国航天飞机，每次执行任务都会有20至140片隔热瓦脱落或者损毁，我们按照航天飞船合计32000片隔热材料，单次损失100片，单次飞行隔热材料结构损失0.3%。假设Starship飞行也按结构0.3%计算，则单次损失2.7万美元。 ✓服役寿命方面，按单次损失总量1.0%计算。NASA航天飞船设计寿命为100次飞行，其隔热系统也按照100次进行设计。我们假设Starship的隔热材料也为100次使用寿命，相当于每次更换1%。假设Starship隔热层飞行寿命也按结构1%计算，则单次损失9万美元。 •根据马斯克采访介绍，Starship的最终生产及发射目标，若按照年产10000发火箭以及年发射接近10000次考虑，则仅二级火箭隔热瓦每年分别对应900亿美元及11.7亿美元市场空间。 02 海外二级火箭可回收加速验证，隔热材料多层防护 2.1海外技术溯源：NASA奠定航天隔热瓦技术基石 •NASA较早开发全系列隔热瓦。以哥伦比亚号航天飞机为例，美国国家航空航天局（NASA）为其设计选用了四种基本材料，分别是增强型碳-碳复合材料（RCC）、低温和高温可重复使用表面隔热瓦（分别称为LRSI和HRSI）以及可重复使用表面隔热毡（FRSI），四类合计32000块隔热瓦。 ✓RCC：最高耐受3000°F（约1649℃），纯碳复合材料，表面经抗氧化处理，覆盖碳化硅涂层。✓HRSI/LRSI：耐受1200-2500°F（约649-1371℃），高纯度二氧化硅纤维，黑色/白色反应固化玻璃（RCG）涂层。✓FRSI：耐受350-700°F（约177-371℃），二氧化硅纤维毛毡。 2.2隔热瓦+衬垫打造星舰二级火箭多重防护 •Starship隔热层包括陶瓷瓦、隔热毡、舰体等组成。SpaceX的星舰采用的热防护结构结合了粘接式与盖板式两类热防护结构的特点，形成了一种独特的结构，该结构继承了粘接式TPS的隔热承力一体化设计思想，又保留了盖板式TPS的可靠的机械连接方式。 •Starship隔热系统或为NASA隔热系统TUFROC的改进型。2018年，SpaceX和NASA艾姆斯研究中心签署《太空法案协议》，TUFROC（简称增韧单件纤维增强抗氧化复合材料）为SpaceX重点研究项目；埃隆·马斯克将Starship隔热系统称为“TUFROC衍生物”，则Starship隔热系统或为NASATUFROC的改进型。 2.3 SpaceX隔热层思路转变，验证陶瓷基或为隔热材料更优解 •TUFROC包含陶瓷基复合材料及硅基材料等领域。TUFROC本质上是一个总称，涵盖了所有结合了碳帽、硅基和固化玻璃涂层以防止氧化的热防护系统。 •NASA研发的TUFROC能够采用“ROCCI碳帽+多孔二氧化硅基底”双层结构，碳帽耐受极端高温（基体SiOC+涂覆RCG），基底低导热保护航天器结构。波音公司的X-37B航天飞机已经成功地演示了在轨道速度再入后TUFROC的重复使用，表明了TUFROC实际可重复使用。 •SpaceX隔热层从早期的龙飞船PICA系列（基体酚醛树脂+碳纤维增强）产品，转变思路为Starship的TUFROC系列产品，或表明陶瓷基复材才是隔热材料的更优选择。 2.4自产降本开启产业化，验证产品终将从宇航级供应商向民品供应商转变 •龙飞船隔热材料PICA系列产品早期由NASA产业链供应商供应，后由于成本等因素，SpaceX决定自行生产；表明伴随批量及降本需求，隔热材料的供应商或将由宇航级产品供应商转为兼具成本管控能力更强的民用产品企业。20世纪80年代，NASA在其埃姆斯研究中心（Ames Research