火箭专题报告：商业航天发展基石，“大运力+低成本”引领火箭技术发展

【中泰证券】火箭专题报告：商业航天发展基石，“大运力+低成本”引领火箭技术发展 分析师：马梦泽执业证书编号：S0740523060003Email：mamz@zts.com.cn 分析师：陈鼎如执业证书编号：S0740521080001Email：chendr01@zts.com.cn 运载火箭是航天产业发展的基石 2 星座组网驱动火箭需求快速增长 目录 C O N T E N T S 动力系统是火箭技术发展的关键 4 液体可回收是火箭主流技术路线 新材料新工艺助推火箭技术发展 火箭产业链重点标的梳理 1.1运载火箭是航天产业发展的基石 n运载火箭是指将卫星、探测器、空间站组件等有效载荷从地球表面送入预定轨道，或进行其他特定空间任务的飞行器。n运载火箭的主要组成部分包括箭体结构（又称结构系统）、动力系统（又称推进系统）和控制系统。 图表2：运载火箭各系统功能 1.2运载火箭种类划分 n根据不同的分类标准，运载火箭可划分为多种类型。 Ø根据是否可重复使用，运载火箭可分为一次性火箭与可重复使用火箭；Ø根据推进剂的物态，可划分为固体燃料火箭和液体燃料火箭；Ø根据运载能力及起飞质量，可分为小型运载火箭、中型运载火箭、大型运载火箭、重型运载火箭。 1.3运载火箭是商业航天产业链的核心环节 n运载火箭是商业航天产业链的核心环节，其覆盖从原材料到终端应用的全流程，技术密集且资本投入大，是整个商业航天产业链技术壁垒较高的环节之一。图表4：商业航天行业框架图 1.4我国商业火箭产业已驶入发展快车道 n政策与资本共振助推我国商业运载火箭产业驶入发展快车道。2025年，我国全年完成92次航天发射，创历史新高，其中商业发射50次，占比54%。谷神星一号、双曲线一号、朱雀三号等民营商业火箭型号成功发射，表明我国头部商业火箭公司发展取得质的突破，我国商业火箭产业发展有望加速。图表5：主要运载火箭指标对比 1.5技术迭代推动火箭性能显著提升 n运载火箭作为航天产业发展的基石，随着可回收可复用技术突破、火箭结构与材料优化，单位发射成本有望明显下降，进而满足商业化需求；同时火箭可靠性、运载能力、轨道精度等指标随产品迭代进一步提升。 运载火箭是航天产业发展的基石 星座组网驱动火箭需求快速增长 目录 C O N T E N T S 动力系统是火箭技术发展的关键 4 液体可回收是火箭主流技术路线 新材料新工艺助推火箭技术发展 火箭产业链重点标的梳理 2.1全球火箭发射市场规模快速增长 n据Precedence Research报告，2024年全球火箭发射服务市场收入约186.8亿美元，预计2034年将增长至642.5亿美元，年复合增长率（CAGR）约为13.15%，火箭发射市场规模有望在未来持续增长。当前，全球航天发射任务需求加速释放，发射次数、发射质量、航天器数量多项指标刷新历史纪录，带动火箭发射需求快速增长。 来源：Precedence Research，Space Flight Archive，国际太空，中泰证券研究所 2.2运载火箭需求多元，卫星发射需求占比最高 n从需求端看，运载火箭任务种类多元，大致可分为政府用途（载人航天、深空探测、国防军事、科学研究）和商业用途（通信卫星、遥感卫星、导航卫星）等。预计“十五五”期间，大规模星座组网、深空探测等航天任务的加速推进，将带动运载火箭发射需求高速增长。 来源：Precedence Research，Space Flight Archive，中泰证券研究所 2.3星座组网是火箭发射需求的主要驱动力 n在全球低轨卫星发展进程中，轨道资源与通信频段的稀缺性，驱动各国围绕低轨卫星展开激烈竞逐。依据国际电信联盟（ITU）“先登先占”规则，率先完成部署的主体可优先锁定轨道与频段使用权，全球卫星频轨资源稀缺性凸显，星座组网成为当前火箭发射需求的主要驱动力。 2.3星座组网是火箭发射需求的主要驱动力 n全球卫星互联网星座大规模组网加速落地，SpaceX的星链计划引领行业发展，星链Starlink计划部署4.2万颗卫星，通过大规模低轨卫星部署，实现高速低延迟全球宽带覆盖。国内，“GW星座”、“千帆星座”等巨型星座部署进入实质阶段，带动我国火箭发射需求加速释放，对火箭大规模发射能力和发射成本控制提出较高要求。 2.4多元应用场景拉动火箭发射需求 n运载火箭作为航天器进入太空的主要运输工具，具有多元化应用场景。根据具体载荷情况，火箭发射服务应用场景可划分为：1）卫星发射；2）空间站建设；3）探月和探火等深空探测；4）太空旅游；5）太空资源开发。 2.5太空算力基础设施建设构筑新增长曲线 n太空算力是指将具备数据处理与计算能力的设施部署于太空轨道，通过星载计算机载荷实现对海量数据的在轨处理、存储与传输能力，使数据在太空轨道完成“采集—计算—存储—决策—下传”的闭环。 n太空算力将卫星从“感知终端”升级为“智能节点”，并催生算力星座、数据中继与在轨数据处理等新型任务形态，打开卫星制造与发射服务新增需求空间。 2.6太空光伏为商业航天产业发展带来新机遇 n太空光伏作为面向未来太空经济体系构建的轨道能源基础设施，是当前及可见未来航天器长期在轨运行的主要供电方案。在太空环境中，传统的化石能源存在存储风险高、补给难度大等致命缺陷，而核能则面临技术复杂度高、安全管控严格等问题，难以规模化应用，相比之下光伏技术可直接将太阳能转化为电能，具备持续性、稳定性和轻量化的核心优势，符合太空环境对能源的要求。 运载火箭是航天产业发展的基石 2 目录 C O N T E N T S 动力系统是火箭技术发展的关键 4 液体可回收是火箭主流技术路线 新材料新工艺助推火箭技术发展 火箭产业链重点标的梳理 3.1运载火箭基本组成和构型 n运载火箭的主要组成部分包括箭体结构（又称结构系统）、动力系统（又称推进系统）和控制系统。 n目前，用单级火箭很难使航天器入轨，一般采用多级火箭，但级数多，结构就复杂、可靠性降低，同时级数过多对减小火箭的起飞质量并不显著。因此，当速度满足要求时，应尽量减少级数。目前很少采用多于四级的火箭。多级火箭一般有串联型、并联型和混合型三种组合方式。 来源：《航空航天概论（第五版）》，中泰证券研究所 3.1动力系统是运载火箭的成本核心 n“可回收复用”成为降低火箭发射成本的主要途径。运载火箭的硬件成本主要包括发动机、箭体结构、电气设备、阀门机构、火工品、推进剂等。一型运载火箭发动机和箭体结构占总硬件成本比例最大，其中一级助推器中发动机和箭体结构占比约77.8%、二级助推器中发动机和箭体结构占比约58.1%。而推进剂等消耗品的成本占比很小。所以，一级发动机硬件成本占比最高，若能实现发动机的重复使用，便可将高昂的硬件成本在多次发射中摊薄，从而显著压低单次发射价格。 3.1动力系统是运载火箭的成本核心 n无论在一子级还是二子级，发动机几乎都是单项成本最高部件。一子级：发动机成本占比大于54%，明显高于任何其他部件；二子级：发动机成本占比虽降至28.6%，与箭体结构、电气设备相当，共同构成该级硬件成本的85%。整箭层面，发动机在火箭硬件成本平均占比约42.6%，制造成本约50%。大推力液体火箭发动机必须在有限体积内实现高燃烧室压、高比冲和多次启停，对推力室、涡轮泵、喷管、阀门等核心子部件的材料与制造工艺要求远高于常规装备，导致其单位价值显著高于贮箱、壳段等结构件图表31：大型泵压式液体火箭发动机贮箱典型分布图表32：液体火箭发动机主要结构 来源：《火箭发动机基础》，《大推力液体火箭发动机结构中的力学问题》，中泰证券研究所 3.2动力系统决定运载火箭的主要性能 n不同类型的火箭发动机性能指标有较大的区别，液体火箭发动机在比冲、推力范围、可重复启停与回收等方面上显著优于固体发动机，是当前中大型、可复用商业发射的主流动力；而固体发动机以结构简单、快速响应、长期储存为核心优势，适用于小卫星快速、应急发射与助推任务。 3.2动力系统决定运载火箭的主要性能 n目前可回收火箭主要采用液体火箭发动机，与传统的固体火箭发动机相比，其主要优点是比冲高，推力范围大，能反复启动，较易控制推力的大小，工作时间较长，在航天器的推进系统中应用较多。使用不同推进剂的液体火箭发动机表现出不同的性能。 3.2动力系统决定运载火箭的主要性能 n液体火箭发动机采用的液体推进剂类型通常以双组元组合为主，即氧化剂与燃料分别以液态形式独立存储和加注，在发动机燃烧室内混合反应产生推力。近年来，液氧甲烷成为可重复使用商业航天火箭的主要燃料选择，有望实现对液氧煤油的替代与超越。液氧甲烷作为火箭燃料，其最大的技术优势在于在性能、复用性、成本和工程可实现性之间取得了最佳平衡，是商业航天时代追求“经济可重复使用”的理想选择之一。 3.2动力系统决定运载火箭的主要性能 n随着Space X公司的火箭可重复使用技术的成功实现及不断突破，Space X的液氧甲烷发动机技术也有很大进展，液氧甲烷在可重复使用火箭和星际航行任务重具备理想的应用场景。 3.2动力系统决定运载火箭的主要性能 n中国液体火箭发动机在液氧液氢组合和液氧煤油组合方面有较多的应用，民营商业火箭企业研发的新型商业火箭发动机性能显著提升，呈现多元化技术路线特征，在满足不同场景发射需求的前提下，有效降低成本，具有显著的技术先进性。 3.3贮箱和整流罩是箭体结构重要组成部分 n贮箱结构是箭体结构的重要组成部分，不仅是结构轻质化的关键，也是成本控制和效率提升的核心。贮箱整体长度约占火箭总长的三分之二，质量约占箭体结构质量的60%以上，既是推进剂贮存容器，也是主承力结构，是结构价值量最高的子系统。贮箱承担着大部分的结构载荷，是决定运载火箭性能的关键。 3.3贮箱和整流罩是箭体结构重要组成部分 n整流罩是运载火箭的关键部件，承担着保护卫星等有效载荷免受气动力、热环境及声振等有害因素影响的核心功能。一枚中大型液体商业火箭中，完整结构件价值量约在3000万元左右，其中贮箱价值量占比超过60%，整流罩与各舱段次之。在下游发射价格逐步向每千克2万元人民币以下靠拢的背景下，火箭结构系统本身已经是高弹性的盈利与降本抓手。 来源：《运载火箭整流罩合罩技术发展现状与关键技术研究综述》，中泰证券研究所 3.4控制与电气系统是火箭的大脑和神经中枢 n从整箭制造成本看，控制系统约占8%-15%，电气系统约占5%-10%，低于火箭发动机（30%-50%）和箭体结构（15%-25%）。火箭的控制系统与电气系统虽然价值占比不及发动机与结构件，但控制系统技术集成度极高，是保障精准入轨、实现VTVL回收与自动化发射的关键分系统。 来源：《长征二号丁运载火箭控制系统技术发展路线综述》，战略产业新研究，中泰证券研究所 3.4控制与电气系统是火箭的大脑和神经中枢 n控制系统与电气系统是火箭控制与电气系统是火箭的大脑和神经中枢。 Ø价值：整箭成本中约13%–25%，低于发动机和箭体结构；但在二级中占比约28%，与发动机和箭体结构约当；Ø演变：从分立到综合，从总线到高速网络，从定制化到通用化平台，逐步实现测控融合和一键发射； Ø降本抓手：综合电子平台化、模块标准化、高速实时以太网与TTE总线、国产FPGA/传感器/伺服执行机构替 代。 来源：《高可靠性火箭控制技术概论（上）》，战略产业新研究，中泰证券研究所 运载火箭是航天产业发展的基石 2 星座组网驱动火箭需求快速增长 目录 C O N T E N T S 动力系统是火箭技术发展的关键 液体可回收是火箭主流技术路线 新材料新工艺助推火箭技术发展 火箭产业链重点标的梳理 4.1 SpaceX引领全球可回收火箭技术 n航天器可回收理念虽可追溯至航天飞机，但真正把轨道级回收做成规模化工程的是Space X猎鹰9号体系，其演进可划分为四步。