2020年运载火箭行业研究报告

导语

截至 2020 年 6 月 30 日，我国 2020 年已实现卫星发射 15 次，基于航天科技集团在 2020年计划发射超 40 次，在我国新冠肺炎疫情防控已经取得阶段性成果背景下，我们预计 2020 年全国航天发射将集中在下半年，发射次数有望超过 50 次。

来源：中航证券

1、运载火箭系统概述

火箭是依靠火箭发动机喷射工质（工作介质）产生的反作用力向前推进的飞行器，按照火箭用途分类主要包含运载火箭及探空火箭两种。在航天产业中得到较多应用的是运载火箭，运载火箭是能够将人造卫星、载人飞船、空间站或空间探测器等有效载荷送入预定轨道的航天运输工具，由单级或多级火箭组成。运载火箭与导弹尽管在任务目标、气动布局、结构与规模上存在一定区别，但主要组成的部组件类似，具体包括箭体结构、推进系统、控制系统、飞行测量及安全系统、附加系统等。运载火箭系统的基本组成可如图 30 所示。

运载火箭整机的主要技术指标为运载能力、入轨精度和可靠性等，其中，运载能力代表了可以送入预定轨道的有效载荷的重量；入轨精度代表了有效载荷实际运行轨道与预定轨道的偏差，是运载火箭控制系统的重要指标；可靠性是衡量火箭系统工作过程中可能出现故障概率的重要指标。以上技术指标在一定程度上代表了人类自主进入太空的能力。而在当前商业航天发展过程中，成本特性以及快速响应特性（发射准备时间）也成为了重要的核心指标，以上各核心指标与运载火箭整机未来发展趋势也具有不可分割的联系，将在 3.4.2 节中详细分析。

2、运载火箭产业市场现状

2.1 运载火箭整机市场规模

在航天发射次数方面，近 10 年来，全球及我国的火箭发射次数整体保持上升趋势（见图 6），2019 年，全球发射次数合计为 102 次，其中商业发射 78 次，占比超过 75%。

市场规模方面，卫星发射一直是航天火箭发射的主要下游应用领域。根据美国卫星工业协会（SIA） 发布的统计数据（见图 32），全球当前卫星发射市场在每年 45-65 亿美元之间波动，仅占卫星产业总市场的 2%左右，主要原因为尽管当前卫星市场受到组网、星座化的影响而快速增长（详见 4.2 节），部分卫星星座甚至拥有上万颗卫星的高密度部署计划，但受到微小卫星或小卫星占比的提高，运载火箭也同时在向“一箭多星、星多箭少”的趋势发展。综合以上，我们预计，未来全球航天发射的年度总次数在中短期仍将保持在 100-160 次左右，而火箭发射在航天产业市场中的占比或将维持在 2%左右。

具体到我国火箭发射市场，根据中国与全球卫星发射次数的比例，可以测算得到我国火箭发射市场近年来的变化（见图 33）。可以发现，2018 年我国卫星发射市场出现了较大幅度的增长，这主要是由于我国“通导遥”卫星星座部署数量及完成度较国际航天强国均具有一定差距，而 2018 年我国卫星部署频繁，包括北斗三号系统、鸿雁及虹云工程的验证星发射等，导致 2018 年我国卫星发射次数达 39 次，较 2017年增长了 1 倍以上，在世界各国航天发射次数中居首位。但由于 2017 年我国长征五号遥二火箭发射失利导致多个航天重大工程的发射进度延迟，以及我国一箭多星发射技术逐渐成熟，2019 年我国航天发射次数有所下滑，当前，截至 2020 年 6 月 30 日，我国 2020 年已实现卫星发射 15 次，基于航天科技集团在 2020年计划发射超 40 次，在我国新冠肺炎疫情防控已经取得阶段性成果背景下，我们预计 2020 年全国航天发射将集中在下半年，发射次数有望超过 50 次。

目前，以美国商业航天火箭发射行业龙头 SpaceX 为代表的商业航天发射企业，凭借可重复使用火箭等核心技术，在商业发射单位报价等方面形成了强大的竞争力，2018 年 SpaceX 预测其在世界商业发射市场份额将达 60%以上。

反观国内，根据航天爱好者网披露的中国航天发射记录，我国 2012 年以来在海外商业航天发射市场方面，火箭发射载荷中包含海外卫星次数合计不超过 20 次，年均不超过 3 次，充分表明了当前我国商业航天发射主要以国内市场为主。我们认为，出现该情况的主要原因有两方面，一方面是成本问题，由于我国商业航天发射产业目前主要以航天科工集团所属火箭公司的“快舟”系列以及航天科技集团的“长征” 系列为主，尚未有进入应用阶段的可重复使用火箭型号，发射成本较高（快舟 11 号（2020 年 7 月首飞失利）LEO 轨道发射成本目标为不高于 1 万美元/kg，长征 11 号甲运载火箭（预计 2022 年首飞）重视经济性，预计发射成本达到 1 万美元/kg，而猎鹰 9 在 2020 年 3 月披露发射成本约为 0.40 万美元/kg），在国际市场上缺少竞争力；另一方面是技术问题，美国在 2011 年通过了沃尔夫法案，基本全面禁止了中国商业火箭发射的国际合作，导致我国航天产业的国际化和国际交流遭遇了极大的困难，为我国商业航天发射技术的发展和商业推广都增添了大量阻碍，研发成本及时间成本有所提高，竞争力有所下降。

另外，我国 2020 年长三乙发射印尼卫星失利以及快舟 11 号的发射失利，也将对我国商业航天发射在国际上的品牌产生一定的负面影响。综合以上考虑，可以推断我国未来短期内的航天发射市场仍将主要集中于国内卫星发射市场，而未来伴随成本控制能力较强的民营商业航天发展以及国家队技术水平的提高， 该情况有望逐渐改变。

卫星按照应用领域可以分为通信卫星、导航卫星、遥感卫星、科学实验卫星以及技术验证卫星等，由于卫星发射时实现“一箭多星”时所需的火箭数量既受卫星自身的种类、所处轨道、质量等多因素影响， 同时也受不同火箭可以携带的运载能力影响。为实现对我国 2020-2025 年火箭发射次数的需求进行较为合理的测算，我们忽略科学实验卫星以及技术验证卫星等商业价值不大的卫星，仅考虑未来即将部署，实用价值较大的通信卫星、导航卫星、遥感卫星，并按照重量将其为大卫星与小卫星（包含微小卫星）两类进行统计（统计过程详见 4.2.1.1 节卫星制造市场测算部分），具体结果如表 14 所示。

基于《欧洲咨询报告》中对 2012-2020 年各类卫星实现“一箭多星”时的卫星发射数量及卫星发射次数的比例，我们对单次火箭发射各类卫星的效率进行了测算（向上取整），忽略当前未统计的卫星部署计划及发射失败等情况，2020-2025 年的运载火箭发射次数需求将超过 180 次，具体结果如表 15 所示

考虑到我国每年运载火箭发射次数与美国接近，按照美国卫星工业协会（SIA）发布的 2014-2019 年全球火箭发射单次市场规模的均值（5931.25 万美元）测算，2020-2025 年的中国火箭发射次数市场合计为108.54-111.51 亿美元（约 759.79-780.55 亿元），平均每年 18.09-18.58 亿美元（约 126.63-130.09亿元）。

2.2 运载火箭各分系统市场情况

类似于导弹，运载火箭也是一个由若干个相互联系、相互作用、相互依存的分系统结合而成的复杂系统，其研发生产同样属于系统工程。具体各分系统概念及功能见于 3.1 节。参考国外运载火箭发射成本，主要由火箭硬件成本、直接操作成本和间接操作成本组成。如图 34 所示，火箭硬件成本占发射成本的 75%，发射操作、推进剂等直接操作成本约占 15%、行政管理、发射场工程支持与维护等间接操作成本占 10%。按照上节中的测算，即 2020-2025 年间每年火箭硬件市场规模约为94.97-97.57 亿元。

美国政府及军方发射诸如第三代 GPS 导航定位卫星、军用侦察卫星以及 X-37B 飞行器、“好奇号”火星探测器等高价值卫星或有效载荷，采用了美国 ULA 公司旗下最具竞争力的运载火箭——宇宙神 5 系列运载火箭，从该系列运载火箭的成本构成（见图 35）来看，火箭发动机成本占比达到 36%，其次为箭体结构及电气系统（此处的电气系统为广义的电气系统，概念包含了 3.1 节提及的运载火箭控制、飞行测量安全系统中的遥测系统、附加系统中的狭义电气系统等），分别占比为 28%及 21%。可以发现，以上三大部组件合计占比达到火箭硬件总成本的 75%，是运载火箭硬件成本的主要构成。

3、运载火箭产业链分析

运载火箭研发生产的产业链与导弹武器系统近似，产业链上游主要为工程研制，具体涉及到运载火箭的总体论证、设计（包括运载火箭总体设计与分系统设计）、仿真测试、试验部分，主要由航天科技、航天科工集团所属企事业单位以及部分商业火箭企业参与实施，同时部分科研院所、厂及民营企业参与样件的定制化研制、生产、实验。

产业链中游主要以运载火箭研制定型后的试样设计、生产制造及模型总装为主，其可按照元器件配套加工生产、分系统（部组件）集成、模型集成进行产业链的再次细分。其中，元器件配套加工生产及分系统（部组件）由航天科技、航天科工、中国电科等军工集团所属企事业单位及民营企业参与，总装集成主要由航天科技、航天科工集团所属总装厂以及部分商业运载火箭企业参与。

产业链下游主要为运载火箭的飞行试验及应用发射，由运载火箭总体设计单位主要负责运抵发射场，同时航天测控网相关单位也要参与进火箭的正式发射过程。

具体运载火箭研制产业链及各部分相关的上市公司可如图 36 所示。

4、运载火箭系统技术发展趋势

4.1 总体技术发展趋势

与种类繁多的导弹整机相比，运载火箭整机方面的技术发展趋势更为明确，2017 年 11 月中国运载火箭技术研究院发布了《2017-2045 年航天运输系统发展路线图》，系统规划了航天运输系统的能力建设前景与发展蓝图。

根据路线图中的规划，到 2020 年，长征系列主流运载火箭达到国际一流水平，同时面向全球提供多样化的商业发射服务。其中，低成本中型运载火箭长征八号实现首飞，在役火箭实施智能化改造，商业固体运载火箭与液体运载火箭可为用户提供“太空顺风车”、“太空班车”及“VIP 专车”等商业发射服务。2025 年前后，可重复使用的亚轨道运载器研制成功，亚轨道太空旅游成为现实。同时，空射运载火箭将快速发射能力提升到小时级，智能化低温上面级投入使用，运载火箭将有力支撑空间重大基础设施建设、空间站运营维护、无人月球科考站建设，商业航天建成集地面体验、商业发射、太空旅游、轨道服务为一体的系统体系。

具体来看，从近年来我国运载火箭整机的研制发展方向上看，运载火箭当前的发展趋势主要为无毒、无污染、低成本、高可靠、大推力、适应性强、安全性好等。除此以外，未来伴随航天发射任务多样化的需求，运载火箭发射快响应也将成为重要的技术发展趋势。

在总装技术方面，由于运载火箭总装一般为先将除动力系统以外的各分系统的设备、仪器、阀门、导管、电缆及零部件装入相应部段后，再进行各部段和发动机的对接，当前装配以手工操作为主，因此柔性、数字化自动装配技术是运载火箭总装的发展方向，同时相关文献也总结里了我国航天装备总装技术发展路径图（见图 37）

参考近 30 年来，美俄欧日等主要航天国家，按照模块化、通用化、系列化的发展思路，研制的宇宙神 5、德尔它 4、安加拉、阿里安 5、H-2A 等主力运载火箭，成功率均都达到 95%以上，部分超过 97%，表明当前各航天大国主力运载火箭的可靠性已达到较高水平。然而随着航天发射市场竞争程度日渐激烈，以上主力火箭的发射价格大部分超过了 1 亿美元，对下游航天发射市场的拓展产生了较大不利影响。目前，

国外航天研发机构和商业公司纷纷提出了新一代大型主力运载火箭的研制计划，都把降低发射成本作为一个主要的目标，如 SpaceX 通过可重复使用火箭降低成本、轨道 ATK 计划进一步优化“飞马座”XL 空射运载火箭的发射价格等，在我国商业航天发射仍处于较早期的阶段，我们认为，我国无论是航天央企、其他国企还是民营商业航天企业均会将在保证发射成功率前提下，降低成本都将成为最重要的发展重点之一。

4.2 重点分系统技术发展趋势

如 3.4.1 节中分析，运载火箭作为复杂系统工程的产品，其整机的性能发展趋势主要为无毒、无污染、低成本、高可靠、大推力、适应性强、安全性好、发射快响应、数字化以及智能化等，其中低成本是商业航天发射领域考虑的最主要因素之一。以上整机发展趋势对以运载火箭产业链中上游的各分系统（部组件）、元器件（零部件）的发展趋势产生了重要影响，本节将主要针对几个运载火箭成本主要构成，且与资本市场相关性较强的部分部组件及元器件进行深入的技术发展趋势及投资机会分析。具体包括箭体结构中的运载火箭材料及相关加工工艺、推进系统、以控制系统中的制导系统及其附加系统中的电气系统。

4.2.1 箭体结构分系统（材料制造及加工）

运载火箭的箭体结构是火箭的主体。主要包括整流罩、级间段、尾段等部段，而液体运载火箭还包括压力容器部件即推进剂贮箱等。其中，贮箱主要采用铝合金材料。推进剂贮箱的成形工艺主要包括钣金成形工艺、拼焊工艺以及铣削工艺。整流罩、级间段、尾段等干部段结构大多采用铝合金铆接结构、整体铸造后机加结构或复合材料夹芯结构，主要涉及到的成形工艺包括铆接、铸造、钣金成形、热压罐固化等工艺。

箭体结构生产成本主要取决于材料、工装模具、人工工时以及设备损耗等其他费用。以某型固体运载火箭为例，其箭体结构成本构成如图 38 及图 39 所示。可以看出，在单发生产时的情况下箭体结构主要成本取决于人工工时、原材料以及模具工装的成本。而在系列定型后，大批量运载火箭生产时生产线等固定资产投资占比将达到箭体结构成本的一半，材料成本及人工工时费用将下降至 15%。由于我国运载火箭当前仍以单发生产为主，未来有望转入大批量商业运载火箭生产，因此，目前材料成本及工时费用（受加工工艺影响）等仍是箭体结构的主要成本构成。

目前，普通高性能金属材料仍是航天结构材料的重要组成部分，但其应用已基本接近技术的极限，随着航天飞行器迫切的减重需求，具有优异力学性能的轻质结构材料，尤其是以铝合金、镁合金、钛合金及复合材料等材料为代表的轻质结构材料成为航空航天研究的热点。

轻质合金结构材料方面，涉及到的技术发展重点包括超高强铝合金，在力学性能的大幅度提升造成相应的塑性降低、淬透性差、淬火残余应力大、机加工难度大等一系列问题；耐高温高强镁合金中，工业化变形镁合金总体强度水平不高、塑性较差，大尺寸结构件抗拉强度和延伸率有待提高，高强耐热变形镁合金大尺寸铸锭的熔铸技术和加工成型技术有待提高、镁合金结构件全生命周期防护技术；大多耐高温高强钛合金工程化应用水平不成熟。

轻质复合材料方面，发展趋势为提高结构复合材料的耐高温性能、力学性能，掌握耐高温树脂基结构成型技术，降低制造成本，形成具有自主知识产权的结构复合材料体系。

4.2.2 推进系统

火箭推进系统是产生火箭推进力的系统，是火箭中最重要的分系统之一。火箭推进系统主要包括主动力系统、辅助动力系统及增压输送系统三部分，我们着重分析主动力系统，即为运载火箭提供飞行主推力的发动机系统。目前，运载火箭主动力系统主要采用火箭发动机，具体可分为固体火箭发动机以及液体火箭发动机。总体来看，发展大型、重型运载火箭及可重复使用火箭是一个国家迈向航天强国的必然途径，大推力、低成本、高可靠和使用维护方便是动力系统的重点发展方向，同时，在高可靠的基础上实现低成本是重中之重。

① 固体火箭发动机

固体火箭发动机方面，目前，运载火箭固体火箭发动机主要为大型（大推力）固体火箭发动机，其技术发展趋势类似于导弹大型固体火箭发动机发展趋势，详情可见 2.4.2.3 节。

② 液体火箭发动机

液体火箭发动机方面。由于我国新一代中型运载火箭和重型运载火箭对大推力液氧／煤油发动机和液氢／液氧发动机提出了新的研制需求，对比冲、推力、推质比等性能的需求有所提升，还需要具备推力调节、故障诊断等功能，并大幅优化使用维护条件，因此需要发动机大范围节流技术；同时需要对现有液氧／煤油发动机和液氢／液氧发动机改进，以便将为新一代火箭适应未来任务提供强有力支撑；加大对具有系统结构简单、组件相互独立性好、研制周期短、研制费用低等优点的开式循环液氧／煤油发动机的相关研究。

③ 航天推进系统其他技术发展方向（可重复使用、核动力、电推进）

针对航天推进系统还有其他技术发展趋势，中短期来看，包括具有良好的机动性、灵活性，可实现快速进入空间的先进空射动力系统技术，远期来看还包括：比冲可达千秒量级，推力可达百吨量级，可在发射后半年内载人登陆火星，是可预见的未来太空探索的首选推进系统的核热推进系统；使用起来类似液体推进剂，可有效提高使用维护性的凝胶推进系统；低成本、无毒、无污染、高可靠、使用维护方便的可重复使用火箭发动机，特别是液氧/甲烷推进剂组合的可重复使用火箭发动机，是可重复使用火箭发动机的重要发展方向之一。

4.2.3 制导系统

类似于导弹制导系统，运载火箭控制系统中的制导系统是由测量、控制装置和箭载计算机等组成。其功用是测量和计算火箭的位置、速度、加速度、轨道参数等，与预先装定的参数比较，形成制导指令。考虑到中国长征火箭系列的制导系统一般采用惯性制导，而控制装置及箭载计算机主要为军工央企相关企事业单位为参与主体，相关投资标的较少。

具体到惯性制导方面，我国运载火箭主要采用激光惯性测量单元和光纤惯性测量单元互为主备份，测量箭体转动角速率、平移加速度。光纤速率陀螺和横法向加速度计组合正用于火箭稳定系统和姿态控制系统，测量箭体的偏航、俯仰和滚动角速度，以及箭体线加速度和姿态信息。目前，宇航用惯性技术的发展趋势集中在如何进一步提高惯性仪表和系统的精度；实现惯性仪表和系统的高可靠、长寿命、长期免标定；以及实现轻质化、低功耗和低成本。

4.2.3 电气系统

运载火箭电气系统主要负责实现飞行过程及地面测试过程中的导航制导控制、参数测量、遥测遥控、供配电管理以及故障诊断功能，是运载火箭的重要组成部分之一。目前运载火箭整机对电气系统的研制需求可以分解为大结构尺寸对轻量化需求、大功率负载对能源需求、全天候无依托测控需求、高智能的飞行故障适应性需求以及子级独立应用/测试需求。

综合国内外的技术发展差距和火箭发展需求，后续运载火箭电气系统发展主要瞄准集成化、轻质化、智能化、便捷化发展方向。涉及到的相关技术包括综合电子类技术（模块化集成技术、高速实时总线技术、分时分区操作系统）、轻质化技术（光纤互联技术、箭地无线供电、无线传感技术以及高压供电体制）、多电火箭技术（电静压伺服机构及流体动力电源技术）、智能化技术（智能测试技术及智能控制技术）以及便捷化技术（远程异地实时交互、子级独立测试、高码率天基测控及推进剂液位测量技术）等。

5、运载火箭产业投资机会分析

综合以上分析，关于运载火箭产业投资，我们有如下判断及建议：

（1） 在当前“一箭多星”发射技术的日益成熟背景下，我们测算出中国未来运载火箭产业的市场规模将处于每年 128 亿元左右，由于运载火箭产业需要前期大量的研发投入以及生产线的固定资产投资，因此我们判断，航天发射市场规模或难以同时承载以航天科工所属火箭公司和航天科技集团所属运载火箭研究院等为代表的商业航天“国家队”，以及众多民营商业航天发射企业。考虑到大量民营商业航天发射企业的运载火箭所用元器件、部组件均需要采购自航天央企所属的相关单位，我们预计，运载火箭市场整体将由以航天科工、航天科技所属商业航天企业（如航天科工火箭及长城火箭）以及少数民营商业航天公司龙头占据、大量的民营商业航天发射企业或将会在竞争过程中被整合或淘汰。

（2） 当前业务包含火箭设计为主业的上市公司仅为航天科技集团所属中天火箭（主要为探空火箭），类似于导弹产业，建议关注在运载火箭领域具有深厚技术积淀的航天科工及航天科技集团相关科研院所、厂的资产证券化。

（3） 在运载火箭中，发动机、箭体结构及相关加工工艺、控制系统中的制导系统及其附加系统中的电气系统是运载火箭成本的主要构成。其中，动力系统方面，上市公司包括中天火箭，建议关注航天科工六院、航天科技四院、航天科技六院相关资产证券化情况，以及部分拥有先进动力系统技术且具有良好成本控制能力的民营商业航天公司；箭体结构方面，上市公司包括光威复材及中简科技等，建议重点关注拥有 3.4.2.1 节相关航天用先进材料制造加工技术的标的；电气系统方面，上市公司包括航天电子及中天火箭等，建议重点关注航天军工央企所属相关上市公司以及与航天央企相关单位存在稳定供应关系的相关项目标的。

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