军工行业专题报告：重视前沿领域的投资机会

（报告出品方：东方证券）

一、国防需求催动高新技术实装，是产业化的基石

国防需求长期以来是牵引重要前沿技术落地的主要推动力量。美国在其现行的《国防战略》中提 到，要在大国竞争的军事对抗中取得绝对优势，其追求的是：以高新技术应用实现军队建设质变， 从而取得与对手之间的代际优势。凭借先进技术获取军事优势并形成战略威慑，是美国在大国博 弈中主要的军事手段。通过先进技术应用带来的代际优势和生产效率，我们认为是军备竞赛中的 上策。

没有国防需求催动的高新技术实装，就没有后续更为广阔的产业化空间。无论是民航产业、5G 通讯、风电光伏、还是毫米波雷达、红外技术，其发展的渊源或者是所需要的部分核心技术最初 都具有国防军事化的属性。随着生产效率的提升和成本下降，在军民融合的大背景下，军用技术及产品更多地向民用领域拓展，形成广阔的产业化空间。

1.1 民用航空产业，诞生于二战遗产

民用航空是高科技高附加值产业，具有高资本投入、高风险回报、高技术密集、高安全性等特点， 是先进制造业和现代服务业的高度融合。

民用航空的发展受益于战后相关产能的剩余。飞机自诞生以来，便一直被应用于军事领域，鲜少民用。1914 年，第一次世界大战爆发，各国倾全力将飞机力量展现在军事活动中。战后，随着军 事需要的大幅减少，大量剩余飞机被欧美各国政府以低价抛售求现，数以千计的飞行或技术人员 急需谋求军事以外的出路，飞机才开始被应用于民间的邮政及交通运输，造就了第一次“军转民” 的浪潮。同样的情况再度发生于第二次世界大战。

第二次世界大战极大地刺激了航空产业的发展。二战中，美国工业界爆发出巨大生产力，为反法 西斯盟国的军队提供了巨量装备，成为抗击法西斯的世界“兵工厂”。从 1940 年 7 月到 1945 年 8 月累计生产了 262524 架各式飞机，平均每年 52505 架。其中，1944 年为最高年份，当年 产量达96300架，创历史之最。另一超级大国苏联的航空产业也在二战期间取得了巨大的发展。苏联在极其困难的情况下，边东撤、边恢复、边生产，维持了巨大而顽强的产业能力。战争期间， 除了从美国得到的 14000 架飞机外，其他航空装备均由本国生产；1941-1945 年间，共生产 142775 架飞机。后三年年均超过 40000 架。1945 年当年年产 49000 台发动机。当时极受欢 迎、被称为“像空气和面包一样重要”的伊尔-2 强击机的日产量达 40 架。

二战后强大的军用航空产能促使民航大发展。二战后，强大的军用航空工业产能与大量军事飞行 人员，直接促成了世界民机研制生产能力的提高和民用航空运输业的成长，使之成为经济发展的 引擎，成为与人民生活息息相关的主要远程客货运输工具。喷气技术的诞生带来了民用航空的新 时代，经济、安全、舒适的喷气式客机成为民用运输的主力，改变了现代交通运输的结构。1945 年到 1950 年，美国国内航空公司的客运量从 600 万增加到 1700 万，短短 5 年增长了 183%。1945 年，美国民用航空局废除了泛美航空对国际航线长达 20 年的垄断经营权，多家航空公司开 始提供国际航空服务。

1944 年，国际民用航空组织在芝加哥成立。国际民航组织（ICAO）是协调各国有关民航经济和 法律义务，并制定各种民航技术标准和航行规则的国际组织。第二次世界大战后，为解决战后民 用航空发展中的国际性问题，1944 年 11 月 1 日至 12 月 7 日在美国芝加哥召开了有52 个国家参 加的国际民航会议，签订了《国际民用航空公约》（简称《芝加哥公约》），并按国际民用航空 临时协定设立了“临时国际民航组织”。1947 年 4 月 4 日公约生效，“国际民航组织”正式成 立。同年 5 月成为“联合国”的一个专门机构。

1990 年,已有 161 个缔约国。1944 年 12 月 9 日，当时的中国政府在《芝加哥公约》上签字，并于 1946 年 2 月 20 日批准该公约。1971 年 11 月 19 日国际民航组织第 74 届理事会通过决议，承认中华人民共和国政府为中国唯一合法的政府。中国从 1974 年起连续当选为理事国。1974 年 2 月我国承认《国际民用航空公约》。1949 年 11 月 2 日，中国民用航空局成立，揭开了我国民航事业发展的新篇章。1951 年 4 月 17 日，中央人民政府革命军事委员会和政务院颁发《关于航空工业建设的决定》，就此新中国航空 工业开始建设和发展，开启了一个崭新的历史阶段。

1.2 5G 多项核心技术起源于军用雷达和通信应用

5G 技术早期主要应用于军用通信。在以计算机化和网络集中为核心的现代战争中，军事通信技 术高效、稳定、可靠地分配、共享和指挥信息，同时，把战场的不同平台连接到一个战网系统中， 进而保证其正常运行。军事通信作为一种融合技术，是当前 5G 通信中多项核心技术的早期应用 起源，比如相控阵技术、大规模 MIMO 天线阵列，超高密度网络，高频带通信和非正交多址 (NOMA)技术，来为战场士兵通信和人机交流提供技术支持。

相控阵技术最早被应用于军用雷达领域。二十一世纪初，我国雷达行业主要以机械雷达为主，机械雷达集中一个位置发射信号波，通过机械转台旋转，让信号波发射到不同的方向，探测不同目 标，但其机械转动效率低，探测区域和探测目标有限，不再适应日趋复杂的电磁场发展方向。而 相控阵雷达通过馈电控制电磁波束电子扫描，实现多波束快速扫描探测，还可以根据实际环境灵 活的控制波束形状，在反应速度、目标更新速率、多目标追踪能力、电子对抗能力等方面都远优 于机械雷达，因此目前高性能军用雷达已全面使用相控阵技术。

相控阵技术已开始逐步应用于民用 5G 通信。随着相控阵雷达在国防科技工业领域的技术发展和 应用成熟，相控阵技术已在 5G、低轨卫星、智能驾驶等众多领域也逐步得到推广应用，5G 基站、 低轨卫星和汽车毫米波雷达均通过采用相控阵天线体制提升其性能。相控阵天线是由许多阵列单 元通过一定的排列规律所形成的一种特有阵列天线，通过每个阵列单元背后的馈源设备提供特定 的电流幅度和相位。其有如下特点：

实现波束快速空间扫描。传统阵列天线无法对波束指向进行快速控制，要实现波束的转 变需要用过机械旋转来实现。相控阵天线的波束转变是通过电流中的相位差控制，只需 几微秒时间即可实现这一过程，大大提高了反应速度。

提高天线增益。单个天线的增益是有限的，单个标准对称偶极子天线的增益为 2.15dBi 左右，通过多个阵列天线单元按规律组合，可以实现更高的增益。

精确定向和良好的抗干扰特性。5G 天线采用相控阵的设计思路，为满足大信道容量， 信号的频率会比 4G 网络更高，相比于一般的阵列天线，相控阵天线的波束特性是由计 算机控制，能够精确定向，这使得天线具有良好的功耗。通过能量的集中释放，让天线 形成的波束能够辐射更远距离。通过特定的加权方法，让波束形状得到快速反应，让相 控阵天线波束具有捷变能力，使得相控阵天线能够在不同的工作环境中达到自适应。如 在恶劣的电磁环境下，快速改变其工作状态，提高抗干扰能力。

共形特性。今后的通信基站设计会越来越考虑到美观的需求，并且某些基站的设计也会 要求具有隐蔽性，伪装能力等一些特殊需求。相控阵天线具有共形特性，可以将整个天 线阵放置在曲面的条件下设置，与基站整体的外表相吻合，以形成共形阵列天线。

多波束形成能力。5G 通信的天线设计中往往需要 5G 天线具有空分复用，增大通信容 量，要在一定的时间内形成多个不同指向的波束，可在一定范围内划分不同区域。而相 控阵天线通过转换波控信号，可以实现这一需求。

5G 基站天线采用相控阵体制，利用相控阵天线的波束赋形、空间复用和空间分集等技术，从而 显著提升频谱效率、系统容量、覆盖效果和抗干扰能力，以满足万物互联的巨量用户需求，从而实现高速率、大容量等特性。

1.3 风机碳梁及光伏热场材料，是碳纤维的低成本化应用

军事及航空应用使碳纤维真正从实验室走向产业化。碳纤维是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘 胶）等有机母体纤维采用高温分解法在 1,000 摄氏度以上高温的惰性气体下碳化（其结果是去除 除碳以外绝大多数元素）制成的，是一种含碳量在 90%以上的无机高分子纤维。碳纤维具有出 色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低，强度比钢高，是目前已大量生产的高性能纤维中具有 最高的比强度和最高的比模量的纤维。碳纤维虽然纸面数据亮眼，但由于其高昂的生产成本，在 诞生之初仅仅停留于实验室及少量奢侈品和竞技体育领域，直到上世纪 70 年代，洛马和波音将 其应用于航空装备领域才真正带来了其规模化的生产。

随着低成本生产技术的打通，碳纤维开始被应用于风电叶片。风力作为一种清洁能源，先于光伏 发电受到全球各国的青睐，近十几年以来经历了全球化的高速增长。当前，随着风力发电机率增 大，特别是在海上风机的需求刺激下，全球风机大型化的趋势日益明显。当风机变大后，全玻璃 钢叶片已无法满足叶片大型化、轻量化的要求，而密度、刚性方面更出色的碳纤维材料则成为了 更理想的选择。在满足刚度和强度的前提下，碳纤维比玻璃钢叶片质量轻 30%以上。当前风轮直 径已突破 120m，叶片重量达 18 吨。采用碳纤维的 120m 风轮叶片可以有效减少总体自重达 38%，成本下降 14%。2015 年 Vestas 首次将碳纤维应用于整条风电梁，并取得了极为优秀的 商业回报，此后仅仅 3 年，风电领域的碳纤维用量一举超过航空航天，成为全球碳纤维消耗量最 大的单一领域。

风电行业的快速发展带动了碳纤维需求量的不断增加。2020 年全球新增风电装机容量 93GW，较 2019 年增长了 53%，中 国新增风电装机容量 52GW，占同期全球新增装机容量超一半的比例，是全球风电增长引擎。在 风机大型化以及碳纤维成本的降低和叶片复合材料工业创新的刺激下，2020 年风电叶片碳纤维 需求量激增，2019 年全球风电叶片碳纤维需求量为 2.55 万吨，2020 年需求量达到 3.06 万吨， 同比增长 20.00%；风电叶片碳纤维需求量占全球需求总量的比例由 2019 年的 24.59%增长至 2020 年的 28.64%。

以碳纤维为增强体的先进碳基复合材料开始广泛应用于单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场系统。光伏 发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其产业链上游主要 由光伏电池相关原材料组成，由硅料经单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场系统处理形成硅棒和硅锭进 而形成硅片。在这个过程中，单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场系统是非常关键的设备。先进碳基复合材料是指以碳纤维为增强体、以碳或碳化硅等为基体、以化学气相沉积或浸渍等工艺形成的复 合材料，其较传统石墨材料相比性价比更高、安全性更高、可设计性更强，近年来被广泛用于光 伏、半导体等领域，在光伏领域其主要应用场景为晶硅制造热场系统，主要包括单晶拉制炉、多 晶铸锭炉热场系统及部件。

2020 年，全球光伏新增装机规模达 127GW，创历史新高。在光伏发电成本持续下降和新兴市 场拉动等有利因素的推动下，全球光伏市场仍将保持快速增长。据国际能源署（IEA）预测，到 2030 年全球光伏累计装机量有望达到 1,721GW，到 2050 年将进一步增加至 4,670GW，发展 潜力巨大。在光伏发电行业的发展推动下，预计热场用碳纤维的需求前景可观。

碳纤维被应用于压力容器。目前压力容器主要用于天然气和氢气储罐、高压储气罐、压缩天然气 燃料罐、火箭发动机等领域。与传统容器用钢等金属材料相比，碳纤维具有高比强度及模量、高 疲劳强度、高刚度、高压承受能力、较低的热膨胀系数、耐腐蚀性和其他优异特性，在压力容器 领域具有广阔的应用前景。2020 年全球需求量为 8,800 吨，国内需求量为 2,000 吨，市场整体 处于起步阶段。目前，压力容器领域用碳纤维最具发展前景的方向为储氢气瓶领域的使用。

氢能应用的储运环节可能成为后续碳纤维气瓶大规模应用的方向之一。氢能储运要求安全高效， 特别是在各类交通工具上的应用。我国目前储存氢能主要采用高压气态储运氢技术，其特点在于 利用气瓶作为储存容器，通过高压压缩方式储存气态氢。通过几十年的发展，储氢气瓶已经由最 初的钢瓶发展到目前的复合材料气瓶。复合材料纤维缠绕成型的储氢气瓶不仅结构合理、重量轻， 而且具有良好的工艺性和可设计性，碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶具有安全可靠和储存效率高等 优点，被视为氢能储运的重要技术。

1.4 智能驾驶的毫米波雷达技术广泛应用于国防领域

毫米波雷达，是工作在毫米波波段探测的雷达。毫米波是介于微波与光波之间的电磁波，其频段 为 30～300GHz，波长为 1～10mm。与微波相比，毫米波受恶劣气候条件影响大，但分辨力高， 结构轻小；与红外和可见光比，毫米波系统虽没有那样高的分辨力，但通过烟雾灰尘的传输特性 好。

毫米波雷达被广泛应用于国防领域。毫米波雷达的优点是角分辨率高、频带宽、多普勒频移大和 系统的体积小。缺点是作用距离受功率器件限制。目前大多数火控系统和地空导弹制导系统中的 跟踪雷达均已工作在毫米波频段。当需要大作用距离时所需的发射功率及天线增益都比微波系统 高。其典型的应用实例有：

（1）空间目标识别雷达：其特点是使用大型天线以得到成像所需的角分辨率和足够高的天线增 益，使用大功率发射机以保证作用距离。例如一部工作于 35GHz 的空间目标识别雷达其天线直 径达 36m。用行波管提供 10kW 的发射功率，可以拍摄远在 16000km 处的卫星的照片。一部 工作于 94GHz 的空间目标识别雷达的天线直径为 13.5m。使用行波管提供 20kW 的发射功率 时，可对 14400km 远处的目标进行高分辨率摄像。

（2）直升飞机防撞雷达：现代直升飞机的空难事故中，飞机与高压架空电缆相撞造成的事故占 了相当高的比率。因此直升飞机防撞雷达必须能发现线径较细的高压架空电缆，需要采用分辨率 较高的短波长雷达，实际多用 3mm 雷达。这种雷达技术还可用于车辆防障。

（3）精密跟踪雷达：实际的精密跟踪雷达多是双频系统，即一部雷达可同时工作于微波频段 （作用距离远而跟踪精度较差）和毫米波频段（跟踪精度高而作用距离较短），两者互补取得较 好的效果。例如美国海军研制的双频精密跟踪雷达即有一部 9GHz、300kW 的发射机和一部 35GHz、13kW 的发射机及相应的接收系统，共用 2.4m 抛物面天线，已成功地跟踪了距水面 30m 高的目标，作用距离可达 27km。双频还带来了一个附加的好处：毫米波频率可作为隐蔽频 率使用，提高雷达的抗干扰能力。

（4）其他军用雷达：炮位侦察雷达用于精确测定敌方炮弹的轨迹，从而推算出敌方炮兵阵地的 位置。由于雷达体积小（可人背、马驮）、角跟踪精度高，抗干扰和低截获，常采用 3mm 波段 的雷达，发射机平均输出功率在 20W 左右。为了有效跟踪掠海飞行的小型高速导弹（巡航导 弹），舰炮火控系统的跟踪雷达也有使用毫米波段的趋势，如：美国挑战者 SA-2 舰载火控跟踪 雷达采用 M（20～40GHz）波段，英国 30 型舰载火控跟踪雷达也使用了毫米波段。

毫米波雷达是汽车智能驾驶不可或缺的环境传感器，具有广阔的应用前景。智能驾驶代表着现代 汽车技术与产业发展的大趋势，而环境感知则是汽车智能驾驶的关键核心技术。毫米波雷达具有波长短、频段宽、波束窄，抗天气干扰能力强等特点，可实现对被测目标的检测以及距离、速度 和方位角等的高精度测量，具有技术成熟、应用广泛、成本低廉等优势因此，毫米波雷达已经成 为汽车智能驾驶不可或缺的环境传感器，具有广阔的应用前景。

科技是军工的第一属性，军工投资应着眼当下，更应放眼未来。本轮国防建设的大浪潮下，让许 多优质的国防配套企业脱颖而出，但我们认为在关注财务数据、跟踪订单产能的同时，也应适当 跳出景气度投资的框架，寻找一些在核心技术上有雄厚底蕴，致力于新技术、新材料、新产品的 应用推广，有望从供给端推动迭代，在未来整个中国高端制造业的某一领域成为中流砥柱的优质 企业。

二、海外宇航巨头积极投资前沿技术领域强化产业链

宇航产业天然具有与新技术、新产业融合发展的本质要求。宇航产业科技含量高，技术难度大， 需要集先进科技之大成；产业链条长、产业关联度强，需要集先进工业之大成；投资规模大、回 报周期长、投资风险高，需要聚集各类可以利用的优质资源。近年来，通过股权投资或兼并重组 方式取得更加强大的综合竞争力已经成为世界宇航产业的一股重要潮流。一方面，大型宇航集团 通过兼并收购补全产业链短板，扩大业务范围，占据更多市场份额，以形成协同效应并提升产业 链话语权；另一方面，这些宇航巨头也积极关注新兴技术领域的投资与合作，推动高科技产品在 航空制造业的应用，从根本上提高生产效率或研发新产品，从而确保技术领先地位避免被颠覆的 可能。

空客、波音、洛马、赛峰等宇航制造巨头近年来明确加大了股权投资的力度。波音、空客、洛马 等国际宇航巨头在 2015 年后密集开展对新技术、新产业的探索，力图打造发展新动力，以继续 保持其在世界航空技术和航空产业发展中的领先地位。

波音于 2017 年 4 月成立了风险投资公司 HorizonX，负责波音公司对新技术和新产业的探索。 HorizonX 有三个部门：风险投资部门、市场开发部门和技术培育部门，分别负责寻找初创企业 并提供资金、向现有市场引入新的能力和向新市场引入现有能力、寻找传统商业之外的机遇。HorizonX 成立三年内共向 30 余家公司投资了近 10 亿美元，主要投资领域包括高超声速、先进 材料、增材制造、智能制造、增强/虚拟现实、人工智能、自主系统、空间技术、新能源、货运无 人机等。

以 HorizonX 在 3D 打印领域投资的 Digital Alloys 公司为例，其在获得 HorizonX 等 机构 1290 万美元投资后的一年时间内，将金属 3D 打印技术的速度提高了 4 倍，达到每小时 5 10kg，同时还保证了该速度下的能耗小于 1kW h/kg。该项投资以实际应用为牵引，针对 3D 打印在批产中效率低和成本高的弊端，进行优化改进，有效推动了航空制造中 3D 打印应用渗透 率的提升。

洛马公司早在 2007 年就设立了风险投资基金，2018 年 6 月受美国政府减税政策的利好影响， 洛马公司将风投基金规模由 1 亿美元增至 2 亿美元。2016 年至今，洛马风险投资基金已经向 8 家公司投资 4000 万美元。与 HorizonX 类似，洛马风险投资基金主要投资在与公司业务紧密关 联的关键领域与新市场上，主要包括自主系统与机器人、数据分析、网络安全、人工智能、空间 技术、下一代电子技术、先进通信与传感器、先进材料与制造、海底技术、能源与电力系统等。

空客集团于 2015 年 5 月成立了空客风投 Airbus Ventures，初始投资规模为 1.5 亿美元。空客 风投负责在全球范围内投资于“颠覆性创新”的技术，但从实践案例来看，空客风投专注于投资那些决定或影响航空航天发展方向的核心技术以及新兴产业，主要包括自动驾驶、人工智能、城 市空中交通及自动飞行器、智能制造、物联网、量子计算、网络安全、新能源与推进技术、外层 空间技术等。

我国宇航制造技术较欧美发达国家仍有一定差距，应抓住新一轮科技和产业革命的机遇，争取在 未来的航空产业新格局中占据一席之地。以 C919 为例, 其核心部件供应商大部分为欧美外企， 国内系统提供商大部分集中于生产附加值较低的部件，尤其是发动机完全依赖进口。过去国内尚 可通过投资或收购海外核心供应商来追赶技术差距，但近年来美国、加拿大、英国、德国、澳大 利亚和俄罗斯纷纷出台各种外资投资监管法规，加强对高端制造技术的封锁，通过并购国外航空 产业链核心企业获取尖端技术越来越困难，培育增强我国自身航空产业链势在必行。

从逆向仿制 到独立研发，从追赶缩短代差到未来争取领先，我国航空产业正面临角色定位的转变。因此必须 认清航空工业与新技术、新产业融合发展的本质要求，抓住新一轮科技和产业革命的机遇，重视 对新技术新产业的探索，加强对新技术的识别、获取和转化，寻求技术或商业模式的颠衔性创新 机会。唯有如此，才能抢占发展先机，在未来的航空产业新格局中占据一席之地。

三、值得重点关注的前沿领域

前沿技术产业化带来的高性能产品、生产效率提升乃至颠覆性的创新，是未来大国博弈的制高点， 应重视相关领域的研究和优质标的的投资。前沿技术的产品化、客户推广和规模化难度较成熟业 务明显更大，研究难度和投资风险也更大，但相应的战略价值和投资回报也会更大，具备这一特 征的产业或公司依然是目前国内资本市场的研究洼地。下述几个领域是目前国内外高度聚焦且持 续投入的方向，值得重点关注。

3.1 数字孪生及军工元宇宙

3.1.1 元宇宙在军工领域的应用

各维度的科技进步是元宇宙进入现实的内生动力。元宇宙的一般定义是，通过虚拟增强的物理现 实，呈现收敛性和物理持久性特征的，基于未来互联网，具有链接感知和共享特征的 3D 虚拟空 间。进入数字经济时代以来，以线上购物、网络游戏为主要表征的实体世界数字化和虚拟世界构 建两个维度不断迭代。元宇宙在虚拟世界构建更进一步，通过整合虚拟现实 VR/AR 技术以实现 虚拟与现实的链接，5G、物联网等实现信息快速交互，区块链实现流通货币去中心化，从而构建 一个与现实世界平行的虚拟世界。在元宇宙中，每个人都在虚拟世界中控制自己的虚拟分身娱乐、 工作、社交，从而实现身份认同、货币交易，满足人的精神需求。

新冠疫情加速元宇宙概念落地进程。2020 年新冠肺炎疫情爆发促使人们在有限的物理世界中寻 求精神需求的释放，线上办公、娱乐、购物快速普及，成为助推元宇宙加速落地的催化剂。2020 年游戏《堡垒之夜》为美国歌手 Travis 举办线上虚拟演唱会，吸引超过 1200 万玩家参与， 创造最高同时在线观看人数记录。2021 年 3 月 Roblox 游戏公司在纽交所上市，凭借其可供个 人开发者使用的游戏开发工具的 UGC（User Generated Content）模式，吸引 96 万开发者 赚取可与法币兑换的游戏代币 Robux，上市首日市值暴涨至 400 亿美元，被称为元宇宙第一股， “元宇宙”概念引爆互联网。2021 年 8 月字节跳动收购 VR 创业公司 Pico；10 月，Facebook 宣布更名 Meta，自此“元宇宙”一词成为资本关注焦点。

仿真推演概念是军工元宇宙的理论基础。所谓军事模拟仿真，即在军事训练过程中利用仿真手段 对真实或假想的系统进行试验，并基于试验结果做出决策，从而达到特定的研究目的，是计算机 技术、复杂系统理论和军事思想相结合的产物。美国很早就提出军事仿真理念并将其投入实践。1983 年美国构建 SIMNET 连接 260 余个基于局域网和广域网的仿真互联坦克和飞机模拟器， 实现对场景、战场环境、作战条件的军事仿真，从而达到推演、训练、评估目的。1997 年美国 国防部将“建模与仿真”列为有助于提升军事能力的四大支柱（战备、现代化、部队结构、持续 能力）的重要技术，1996-2001 年间共计投入 5.4 亿美元。

2021 年 12 月 14 日，北京电子工 程总体研究所发布“虚拟孪生-元宇宙协同建模仿真方法研究”的军工需求公告，要求各单位针 对元宇宙、虚拟孪生等新型虚拟环境交互理念对作战训练带来的新理念新启示开展支撑虚拟孪生 复杂性、动态性的元宇宙体系描述方法、物理引擎等技术研究，采购阶段为预研。自此，军工与 元宇宙相结合，国内各企业开始积极布局元宇宙在军事方面的应用。

仿真技术应用于军事系统，主要有武器平台仿真、作战指挥仿真、战略决策仿真。武器平台仿真 是指对单件武器装备平台或多件武器装备构成的武器系统仿真，主要目的在于对新武器系统研究 设计、武器系统性能评估以及对新武器的人员训练；第二层次是作战指挥仿真，利用计算机模拟 战场环境，用于对作战指挥员进行指挥训练、对作战方案进行评估等；第三层战略决策仿真是指 建立虚拟国家安全环境，对战略层次决策进行研究评估、预测、模拟，着重于决策过程和行为结 果的仿真。据统计，通过仿真技术可缩短导弹武器研制周期 20%-40%、减少鱼雷试航次数 50%-80%、缩短舰船作战系统联调时间 40%-60%。

军工元宇宙严格保密、仿真计算、实时交互，将显著提升各类军事活动综合效益。通过元宇宙， 1）教育：集中院校军事教育，更直观地展示教学内容；2）训练：满足大规模作战背景下的实战 化训练，帮助积累模拟作战经验；3）研究：基于新兴装备、战术推演平台，协调各地专家资源、 借力虚拟 AI 扮演作战力量、集中利用算力，从而完善推演过程；4）试验：提供等效仿真实战场 景，有效测算装备参数变化，助力新型武器装备设计。2019 年，韩国 OPTIMUS 公司研发基于 元宇宙的军事训练系统 DEIMOS 为专业军事训练创造各种环境，包括精确射击训练、战术行为 训练和观察训练，已经应用于韩国武装部队训练中。

军工元宇宙以因果即现为最终目标。元宇宙本质上是通过将物理世界映射到数字化平行空间，是 一种对虚拟技术的应用。通过云仿真平台实现承载海量实体实时参与的仿真环境，同时记录过去 军事模拟行动轨迹作为数字资产保留，是其重要应用。更进一步，在平行空间中“模拟”物理世 界运行状态，极端算力支持下甚至可以超前得到物理空间运行结果，是军事元宇宙的理想状态。

3.1.2 数字孪生及其军事应用

数字孪生以数字化方式实现物理实体与虚拟世界的信息互通和高度融合，实时、准确地促进物理 世界与信息世界的交互。2003 年密歇根大学 Michael Grieves 教授提出数字孪生概念，即一个或 一组特定装置的数字复制品能够抽象表达真实装置并能以此为基础进行真实条件或模拟条件下的 测试。2011年美国空军研究实验室 AFRL将这一概念引入飞机机体结构寿命预测；2012年NASA 提出数字孪生是利用模型、数据采集器、运作过程等，融合多学科和多维度的仿真过程，是对实 体对象的实时仿真，镜像地体现仿真对象的全生命周期状态，这一概念被广泛接受。

数字孪生为元宇宙实现提供现实支持，是元宇宙的第一阶段。元宇宙构建的三个阶段是数字孪生、虚拟原生、虚实融生，最终实现现实与 虚拟世界的密切融合、互动、交织。数字孪生作为元宇宙的第一阶段，以现实空间为模型，通过 传感器等外部感知元件，在将物理对象映射到元宇宙的同时分析其数字孪生体的行为并将其反映 在现实世界中，形成现实与虚拟的实时交互，为元宇宙准确模拟物理空间并进行预测提供必要的 技术和理论支撑。

数字孪生助力航发。航空发动机作为在高温、高压、高转速、交变负荷等极端条件下重复使用的 热力机械，研发难度大、周期长、风险高等因素限制其进一步发展。通过应用数字孪生技术，在 真实发动机运行过程中通过传感器测量状态参数、性能变化、功能实现、结构强度等，在虚拟空 间建立模型模拟发动机在现实环境中的功能、性能和演变趋势，提前验证性能、参数等对产品的 影响，最优化运行方案并使得成功可能性最大化。在此过程中，保证虚实之间高度一致性，从而 指导航空发动机的进一步研发。

目前数字孪生技术已在美俄发动机研发领域发挥重要作用。2018 年，罗罗公司将发动机实体工作 时的场景映射到数字孪生体，改进和调整发动机的运行状态，实现发动机高效维护；通过为每个 发动机的叶片创建数字孪生体，于2019年成功测试“超扇”发动机设计方案。俄罗斯航空发动机 行业也将数字孪生技术看做未来发展的重中之重，预计在 2024 年完成数字孪生技术引入工作。2019 年年底，俄罗斯圣彼得堡理工大学完成涡桨发动机第一阶段数字孪生技术开发项目，预计可使该型发动机质量减轻 50%；同时，联合发动机公司（UEC）下属土星科研生产联合体在进行发 动机台架试验时建立数字孪生体，可实时了解发动机工作过程，有效查找和排除台架试验阶段发 现的问题。

数字孪生助力产品全生命周期协同，能科科技数字孪生解决方案发布并投入使用。2019年，能科 科技发布公告称将其募集资金用于“基于数字孪生的产品全生命周期协同平台”项目，投资额 1.79 亿元，于 2021 年 7 月进入使用状态并达到预计效益。公司本身具有较强的制造企业数字化 能力，其为北京动力机械研究所建设的数字化柔性生产线设备利用率提升 11%，生产成本降低 12.8%，生产及后勤人员减少 70%。2021 年，公司陆续发布数字孪生方案在船舶海工、航空航天、 兵器军工等方面的应用概述，可降低设计失误风险、提升装配可生产性、缩短研制周期。

元宇宙基于数字孪生技术应用于军事战场。2019 年 10 月，美国海军信息战系统司令部为“林肯” 号航母构建首个名为“数字林肯”的孪生体，提升装备可靠性、降低作战风险。现代战场是海陆 空天、信息、网络、心理七位一体联合作战，数字特征设计和特征数据及时获取困难较大，数字 孪生技术难以完全覆盖。元宇宙基于更全面的信息交互技术，有望构建平行作战空间、囊括战争 要素，利用雷达、卫星、无人机、电磁侦察等各类传感器形成智能化战场情报收集和自动研判体 系，实时掌握战前和交战过程中敌我情况及战场环境变化，实现对多种作战方案的智能化推演和 评估，支撑未来虚实一体的平行战争。

3.1.3 海外进展

美国航空国防领域最早应用数字孪生技术。NASA 早在阿波罗项目中就使用数字孪生技术，建立 空间飞行器完全镜像空间飞行器孪生体，通过对地面孪生体的仿真实验预测正在执行任务的空间 飞行器行为和状态。2010 年 NASA 发布的“建模、仿真、信息技术和过程”路线图中明确数字孪 生发展愿景；到2013年，美国空军发布《全球地平线》顶层科技规划文件，其中将数字孪生技术 视为“改变游戏规则”的颠覆性技术。

2014 年起美国军工巨头开始推进相应技术研发，波音、洛克希德-马丁、通用电气、普惠等公司 开展一系列应用研究项目。美国空军与波音合作构建 F-15C 机体数字孪生体，综合利用计算机材 料学和多尺度仿真模型，实现材料微结构不确定性以及结构组件寿命预测。洛克希德-马丁公司在 F-35 研制过程中，构建了进气道数字孪生体，支持劣品处理决策，使 F-35 进气道加工缺陷的决 策时间缩短了 33%，获得 2016 年度美国国防制造技术奖。空壳集团构建装备配线数字孪生体， 优化 A350XWB 飞机装配流程，提高运行效率，提升 F-35 的生产速度，预计将每架 22 个月的生 产周期缩短至 17 个月。达索航空公司将基于数字孪生理念建立的 3DExperience 平台应用于“阵 风”系列战斗机和“隼”系列公务机的设计和改进，降低浪费 25%，首次质量改进提升 15%以上。

GE 公司持续推进“工业数字化”战略转型。2012 年，GE 正式提出“工业互联网”概念，次年 成功开发软件平台“Predix”，起初作为 GE 飞机引擎配套软件服务，后被定义为在工业应用中 基于云的操作系统，逐渐覆盖 GE 旗下各大业务板块。2015 年 GE 成立“GE Digital”并宣布将 Predix 全面对外开放。2018 年发布《GE 的长期数字化计划》，重申 GE 将继续数字工业化转型 之路，不断提升企业创新能力。

GE 航空公司将数字孪生技术应用于发动机开发领域。2015 年，GE 基于数字孪生体，实现对发 动机的实时监控、及时检查和预测性维修；此外，建立波音 777 飞机 GE90 发动机叶片数字孪生 体，通过汇总设计、制造、运行各阶段积累的数据及发动机实体在各阶段的情况，实现对发动机 运行过程进行精准监测、故障诊断、性能预测和控制优化。公司拥有 120 万个数字孪生体、超 330 种数字孪生“蓝图”，包括喷气式发动机、近海石油钻机、发电设备、压缩机等，为日常运 营和成本维护节省了 15 亿美元。

围绕军工元宇宙、虚拟孪生，目前部分国内企业可提供软硬件、设备、系统支持，并围绕相关项 目开展研发、验证和实装工作。硬件方面，泰豪科技和川大智胜中标军方 VR/AR 项目、运达科技 和航天发展可提供模拟训练设备、海兰信可架构海底数据中心；软件方面，华力创通具有仿真解 决方案、观想科技可提供装备信息化、能科科技助力数字孪生建设等。当前元宇宙概念火热背景 下，一些公司相关研发开展领先、已经有成熟技术、相关产品投入使用，更加具有长期配置价值， 有望在军工元宇宙、企业数字化转型下迎来新的发展机会。

3.2 商业航天

商业卫星产业是商业航天经济的主要构成部分，卫星互联网前景广阔。商业航天领域是军工技术 外溢的典型案例，是航天领域军民融合深度发展的突破口，全球商业航天产业可分运载火箭、人 造卫星、载人航天、深空探测及空间站五大方向，其中载人航天、深空探测及空间站产业尚处于 萌芽阶段，整体规模较小，因此人造卫星以及与卫星发射相关的商业运载火箭产业构成了目前太 空经济的主体。根据 Statista 预测，全球航天经济规模到 2030 年将达到 6000 亿美元，基于卫星 互联网的卫星宽带市场将增至 460 亿美元，2020-2030 年之间增长 5 倍，衍生应用市场将增至 990 亿美元、2020-2030 年增长约 100 倍，为全球商业航天及应用服务企业提供广阔发展空间。卫星互联网是地面通信手段的重要补充，能够有效实现全球的覆盖及服务。

卫星互联网进入快速发展阶段，国际巨头竞相布局这一新赛道，太空圈地运动如火如荼。美国、 英国、加拿大、俄罗斯等国政府、军方、企业纷纷提出卫星互联网星座发展计划，其中“星链” 项目是目前发展最快的。星链是美国 SpaceX 公司计划推出的一项通过低地轨道卫星群，为全球 任何地方的住宅用户、商业用户、社会公共机构、政府以及专业用户提供类似光缆的宽带低时延 互联网接入及通信服务的项目。

该项目计划在 2019~2024 年在太空搭建由约 1.2 万颗卫星组成 的“星链”网络，并于 2018 年 2 月 22 日发射首批测试卫星，在更长远的计划中，SpaceX 将 发射 4.2 万颗低轨卫星，这些卫星将在近地空间连点成线、织线成网。截至 2021 年 11 月 13 日 首次部署第四个轨道层，“星链”卫星已累计发射 1844 颗，在轨 1719 颗，空间操作 1696 颗， 正式运营 1454 颗。

除此之外，“行业龙二”英国 OneWeb 在经历破产重组后发展步入正轨，目前已发射 322 颗在 轨卫星；2021 年 11 月 5 日，亚马逊向 FCC 提出申请，将 Kuiper 网络的卫星数量增加到 7774 颗，从而向 SpaceX 发起挑战；2021 年 11 月 3 日，美国联邦通信委员会（FCC）宣布批准了 航空业巨头波音于 2017 年首次提出的发射和运营 147 颗卫星以提供高速宽带互联网接入的申请。

行业龙头关注商业卫星投资机会。波音为了保证其在现代太空竞争中保持领先地位，近年来在商 业卫星领域动作不断。先后对纳米卫星物联网公司 Myriota、卫星推进系统公司 Accion Systems、下一代集成卫星终端解决方案供应商 Isotropic Systems Ltd 和航空航天光通信公 司 BridgeSat 等进行投资。

此前国内国有和民营的卫星星座计划整体呈现多点开花、分兵而战的格局。2018 年航天科技集 团宣布全球低轨卫星星座通信系统“鸿雁星座”计划，分三期建设共计 300 余颗卫星，目前仅于2018 年底成功发射首颗“鸿雁星座”。民营低轨通信卫星初创公司银河航天规划组建的 “银河 Galaxy”低轨宽带卫星星座，由上千颗自主研发的 5G 卫星组成近地轨道组成网络星座，2020 年 1 月首发星成功发射。

在制造业整合和成本控制方面，我国空天通信产业相比 Starlink 等对手存在一定差距。国内对商 业航天以及小卫星组网等技术的探索相对较晚，因此在星间链路激光通信、星群通信协议、 Ku/Ka 特别是 Q/V 波段（频谱资源和带宽更具前景）的射频器件、低成本相控阵天线、星载运 算芯片、5G 融合的空中接口传输技术、“大时延带宽积”条件下的端到端传输控制和拥塞管理、 卫星网络边缘计算技术等软硬件技术方面，亟待提升和实践。

发挥新型举国体制优势，星网集团成立标志着我国卫星互联网领域也将进入快速增长期。2021 年 4 月 26 日，中国卫星网络集团有限公司成立，主要承担统筹中国卫星互联网发展等任务，经 营范围以卫星互联网为主，包括从论证到工程、运营，发射和测控，以及基础和增值电信业务。星网集团的成立解决了国内卫星星座群雄逐鹿的乱局，“集中力量办大事”，开启我国卫星互联 网发展的新征程，以期满足我国构建全球宽带卫星通信网络的重任，并走向国际舞台，满足未来 国际化通信需求重任。

3.3 无人机

无人机的应用逐步形成了军民两用格局，未来市场广阔投资热情高涨。无人机按照其应用领域的 不同可以分为军用无人机与民用无人机。早期，无人机行业的应用基本在军用领域，无人化、智 能化的未来战争趋势，无人机作为无人作战体系的重要组成部分市场空间广阔。同时，近年来， 随着卫星定位系统的成熟、电子与无线电控制技术的改进、多旋翼无人机结构的出现，无人机行 业快速发展，其在农林植保、电力巡检、地理测绘、航拍等方面的应用越来越常态化，为无人机 行业发展提供了产业化基础和市场化活力。

根据 Drone Industry Insights 预测，2025 年国际 市场无人机市场规模预计将达到 428 亿美元，2020 年到 2025 年年均复合增长率达到 14%。无 人机市场的火热也带动了行业的投资热情，根据 Drone Industry Insights 统计，2010-2020 年 10 年间，国际市场无人机投资规模的年均复合增速达到了 51.80%，投资额也从 2010 年的 360 亿美元拔升到了 23390 亿美元，增幅超过了 60 倍。

美国在无人机领域处于世界领先地位。无人机的发展具有悠久的历史，1909 年世界上第一架无 人机在美国试飞，20 世纪末，许多国家研制出新时代的军用无人机，很大程度上改变了军事战争 和军事调动的原始形式。目前，无人机技术处于世界领先水平的是美国，目前，美军已经投入使 用的新型无人机多达 75 种，139 架。一是长航时的无人机，如“全球鹰”等。二是短、近程无人机，包括 RQ-7A“影子”和“影子”600、“指针”FQM-151A 无人侦察机、“龙眼”无 人侦察机等。三是微型无人机，主要包括“微星”无人机、“美钞”无人机等。四是无人作战飞 机，主要包括 MQ-1“捕食者”无人侦察/ 攻击机等。 近年来，航空巨头们积极布局无人机（及其相关技术）领域，力求在未来的产业新格局中占据发 展高地。

中国无人机技术深厚，军用无人机备受国际市场青睐，民用无人机行业发展走在世界前列。我国 无人机发展起步于军用无人机，研发无人机已有四十多年的历史，产业链完整，关键部件已基本 实现国产化，包括基体材料（碳纤维）、电子核心器件、发动机等；不仅如此，产能方面也有大 幅提升，脉动生产线可年产 200 架彩虹无人机。

21 世纪以来，我国研发出了一系列具有中国特 色的军用无人机，已经形成了一些较成熟的无人机产品系列，例如 ASN 系列无人机、BZK 系列 无人机等，“翼龙”、彩虹”等中大型察打一体无人机在也备受国际市场青睐，根据 SIPRI 统计， 2010-2019 年我国军用无人机占据全球无人机 25.3%的出口市场市场份额，仅次于美国。同时， 我国民用无人机技术深厚，我国工信部对民用各领域的技术共性需求早已作出判断，经过多年发 展，在广东珠三角构建了强大的无人机产业供应链，以深圳为主形成了中国乃至全球民用无人机 产业发展的领头羊，为我国无人机相关技术打下深厚基础。

垂直起降固定翼飞行器凭借独特的构型，是近年来无人机乃至有人机领域最具活力的细分赛道之 一。军用方面，因不受起降场地限制，能适应航海、山地等复杂地形环境，美将垂直起降飞行器 列为美军十大未来关键装备之首。2020 年，美空军发布“敏捷至上”项目，极力推进电动垂直 起降 eVTOL 无人机军事化应用。多家新兴 eVTOL 商企参与，目前 Joby 和 Beta 两家已经进 入试飞阶段。项目预计于 2023 年完成飞行器适航审定，2025 年初具备规模化应用的水平，实 现大规模采购。民用方面，2020 年垂直起降（VTOL）无人机在工业级应用领域不断拓展，同 时继续加速城市交通商业化发展。

1）工业级成为全球民用无人机增长新引擎，市场逐步由 to C 转向 to B。随着应用场景的不断拓展，预计 2020 年工业无人机市场规模将首次超过消费级无人 机，成为全球民用无人机的主要市场。根据 Frost & Sullivan 预测，2020-2024 年全球工业无 人机市场 CAGR 高达 56.43%，成为全球民用市场增长新引擎，2024 年全球民用市场规模将达 4157.27 亿元，而垂直起降（VTOL）无人机也是发展亮点之一。2）VTOL 加速城市交通 （UAM）商业化。2020 年，日韩率先从国家层面顶层设计 UAM 产业规划，明确了 UAM 发展 的关键时间点。同时，eVTOL 企业受到全球资本包括产业资本的高度重视（丰田、优步、腾讯 等），纷纷加紧布局，助力 UAM 商业化进程。

3.4 金属 3D 打印

航天航空领域给金属 3D 打印带来巨大想象空间。航空航天制造领域由于难加工、高复杂、小批 量、多批次、传统工艺工序多、成本高等特点，能很好地发挥金属 3D 打印优势，3D 打印不仅能 降低成本，还能极大缩短设计和研发时间，叠加行业本身较高的规模化生产需求，因此兼具成长 性和确定性。目前 GE 公司通过 3D 打印制造的燃油喷嘴已超过 3.3 万件，近年来也明显加快了 对上游 3D 打印企业的收购兼并力度。据 Research and Markets 预测，2017-2021 期间全球 商用航空 3D 打印市场将以 23％的复合增速增长。此外，医疗行业尤其齿科、骨科、植入物领域 同样对金属打印存在庞大的需求，未来有望形成规模化的定制市场。2020 年，GE 证明增材制造 可以在成本上与铸造竞争的四个零件，海外巨头重视资本市场对 3D 打印持续看好。

国际上金属增材制造在航空航天领域已逐步转入规模化应用阶段。波音公司从 1997 年就开始使 用 3D 打印技术了，在 10 个不同的飞机制造平台上已经 3D 打印了超过 50000 个金属零部件， 在最新的波音 787“梦幻飞机”上有 30 个打印的零件；空客公司在其飞机上使用金属增材制造 的支架和排气管，目前正与 Arconic 合作量产大型增材制造机身组件，2017 年 9 月首次在商用 飞机上安装钛合金制造的支架。GE 公司采纳增材制造已有 10 年之久，每年使用金属增材为其新 型 LEAP 发动机制造数千个燃料喷嘴，如今 GE9X 等其他发动机也正在大量使用增材技术制造 的零部件；俄技集团正在使用 3D 打印技术生产 PD-35 发动机部件，这款大推力航空发动机将用于 CR929 俄中宽体客机；2021 年 7 月，雷神宣布开发一款新型吸气式高超音速武器，其中 源动力超燃冲压发动机的全部零件将采用 3D 打印制造。

国内金属 3D 打印在航空航天领域的应用近年来发展较快，但产业化相比国外仍有差距。2013 年 王华明院士以“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获国家技术发明奖一等奖，意味着 我国成为继美国之后，世界上第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成形技术的国家。西北工业 大学凝固技术国家重点实验室制造的 C919 飞机主承力梁试验样件长度 5 米，中央翼缘条试验样 件长度超过 3 米。2015 年成功发射浦江一号，在国内卫星上首次采用了 3D 打印钛合金材料的天 线支架。2021 年 8 月，航天科工二院二部发布消息称实现了某型飞行器产品复杂结构的 3D 打印 集成制造。

目前我国首创 3D 打印叶片技术已经开始大规模在国产飞机上使用，其中包括五代隐 形战斗机和运-20 大型运输机。我国第一款舰载战斗机歼-15、多用途战斗轰炸机歼-16、第一 款本土隐形战斗机歼-20 及第五代战斗机歼-31 的研发和制造均普遍使用了 3D 打印技术。国内 金属打印技术虽然已得到较多应用，但目前更多是作为关键部位攻关、试验件制备或者小批量产 品应用，在产业化方面相比国外仍存在一定差距。伴随供应端国产能力的提升以及需求端应用的 推广，未来产业化或将提速。

目前国内的增材制造厂商已具备批产能力，导弹 3D 打印零部件实现批产后前景广阔。国内增材 制造厂商中，铂力特的增材制造零部件已经批产应用于 7 个飞机型号，4 个无人机型号，7 个航 空发动机型号，2 个火箭型号，3 个卫星型号，5 个导弹型，1 个空间站型号，2 个燃机型号， C919 等军民用大飞机项目；中国航天科技集团五院 529 厂的增材制造技术已在载人航天、深空 探测、遥感、通信等多个领域的正样、初样产品研制中得到广泛应用，涉及型号近 20 个、零件 产品 300 余件；航天科工第十研究所下属航天天马目前已经为导弹、火箭、卫星配套了部分重要 零件，于 2021 年 3 月签订批量生产订单。

3.5 陶瓷基复材

陶瓷基复合材料（CMC）是“近乎完美”的新一代高温材料。陶瓷基复合材料凭借其低密度、 高温抗氧化、耐腐蚀、低热膨胀系数、低蠕变等优点，非常适用于航空航天中的高温高应力环境， 不仅能使结构减重 50%～70%，而且能将工作温度提升 400～500℃，显著提高发动机推重比， 在航发、导弹等领域有非常广阔的应用前景。

CMC 越来越广泛地应用于航发中，世界航发巨头大规模扩建 CMC 工厂。西方发达国家生产商 已将 CMC 材料应用于多个航空发动机热端部件，主要包括发动机尾喷口、涡轮静子叶片、喷管 调节片、燃烧室火焰筒等部位。GE 公司 2017 年时就预测，未来 10 年发动机中 CMC 的用量将 增加 10 倍，认为能够在航空发动机中使用 CMC 的零件包括燃烧室衬套、外环、导叶、工作叶 片等。近年来，各大航发制造商大力布局 SiC/SiC 复合材料的产业化建设：

GE：公司除了在纽约设立的全球研发中心以外，还完成了垂直一体化 CMC 供应链的 4 个 生产设施。1）GE 航空集团总部负责 CMC 产品设计的 CMC 实验室；2）CMC 原材料及 部件的小批量生产厂；3）CMC 部件大批量生产厂，生产包括 LEAP 所使用的 SiC/SiC 涡 轮罩环等部件，其目标是在 2020 年实现年产能超过 36000 个罩环；4）CMC 大批量原材 料生产设施，该设施包括两间工厂，分别批量生产碳化硅陶瓷纤维和使用碳化硅纤维生产单 向预浸料。为了满足航空发动机对 CMC 材料的需求、提高 CMC 零件生产效率，GE 公司 目前正在实验室研究采用增材制造技术生产 CMC 零件。

CFM：公司研发的 LEAP 新型航空发动机，将成为第一个广泛应用的陶瓷基复合材料的产 品，护罩衬最热端采用的便是陶瓷基复合材料部件，其工作温度高达 2400°F。公司从 2016 年开始由 CFM56 的生产逐渐过渡到 LEAP-X 发动机，为实现 LEAP 放量的产能需 求，2017 年公司计划投资 7.5 亿美元，在美国密西西比州埃利斯维尔新建和扩建厂房，用 于量产 CMC 材料部件。赛峰集团于 2018 年 11 月成立了赛峰航空陶瓷技术公司，致力于 陶瓷基复合材料的基础研发与生产，为发动机提供质轻耐高温的复合材料。

作为 CMC 材料性能实现的关键，碳化硅/氮化硅纤维的制备难度非常大，具有极高的技术壁垒。先驱体热解法制备 SiC 纤维实力最强的公司主要集中在日本和美国，目前已经发展到第三代产品。 具备产业化能力的目前有日本碳公司（Nippon Carbon）、宇部兴产（Ube Industries）和美 国道康宁（Dow Corning）。第一代产品以高氧碳 SiC 纤维为代表，采用氧化交联，含氧量 10~15%，使用温度在 1200℃以下；第二代产品以低氧高碳 SiC 纤维为代表，采用电子束交联， 使用温度提高到 1300℃；第三代产品以近化学计量比 SiC 纤维为代表，游离碳和杂质氧含量明 显降低，耐温能力大幅提升至 1700℃。

目前世界上日本的聚碳硅烷（PCS）和陶瓷纤维（SiC/Si3N4）生产能力较强，但均对我国禁 销。日本Nippon Carbon公司和Ube Industries公司是国际市场最主要的SiC纤维生产厂家， 总产量占到全球的 80%左右。目前第一代、第二代和第三代 SiC 纤维均实现了工业化生产，其 中Nippon Carbon公司的纯SiC纤维（牌号Nicalon）和Ube Industries公司的含钛、含锆、 含铝等类型的 SiC 纤维（牌号 Tyranno）产量均达到 100 吨级，且基本保持稳定。因美国将其用于多项高技术领域，其具体应用部件、应用方式和应用数量严格保密，两类产品均对我国禁销。我国要突破国外技术封锁必须立足独立研发，掌握陶瓷纤维制备的核心技术和工艺。

我国是继日本和美国后又一个能实现连续 SiC 纤维产业化的国家，目前以第一、二代产品为主， 随着技术迭代有望迎来弯道超车机遇。国内研究单位主要有国防科技大学和厦门大学，生产厂家 主要有福建立亚（火炬电子子公司）和苏州赛菲。相比进口产品，国产 SiC 纤维综合性能不落后 于国外同代次产品，且具有明显的价格优势。

我国目前的陶瓷基复材处于规模化应用前期，预期 伴随新一代航空航天装备的放量，有望迎来批量需求。2021 年 11 月 11 日，全国首个陶瓷基复合 材料智能制造园区西安鑫垚陶瓷复合材料有限公司陶瓷基复合材料智能制造园区在西安航空基地 开工建设，项目建成后将极大提升中国陶瓷基复合材料产业智能制造水平，牵引陶瓷基复合材料 产业链全面自主可控，为国家重大装备的升级换代提供支撑。碳化硅纤维技术仍在快速发展和迭 代，在技术迭代过程中，中国企业有望实现弯道超车。

3.6 舰船综合电推及电磁能装备

综合电力系统是舰船动力及能源系统的发展主要趋势。舰船综合电力系统（IPES）将相互独立 的机械推进与电力系统，以电能的形式合二为一，通过电力网络为船舶推进、通信导航、特种作 业和日用设备等供电，实现全船能源的综合利用。开展综合电力系统技术的研究，对舰船的总体 设计、动力系统的优化、隐蔽性的提高、作战方式的选择以及高能武器上舰都具有显著的军事意 义和经济价值。航母电磁弹射、潜艇泵喷推进、高能武器装备的应用都依赖于综合电力系统，船 舶综合电力系统首先应用于军事领域，并逐步在民船中推广。

综合电力系统是电磁弹射列装航母的必要条件。舰载机弹射装置可大幅增加航母作战效能，未来 电磁弹射将逐步取代蒸汽弹射。综电系统是将电磁弹射应用到常规动力航母上的关键，电磁弹射 系统弹射飞机时，峰值功率超过 10 万千瓦，常规动力航母通过舰上发电机直接供电是不现实的， 因此需要强大的综合电力系统作为保障。电磁弹射系统必须以综合电力系统为基础，通过储能分 系统和能量管理分系统实现能量的零存整取，从而实现电能的瞬时大功率输出。

泵喷推进技术能有效提升潜艇隐蔽性，无轴泵喷有望成为泵喷技术未来发展方向。潜艇泵喷推进 技术由于桨叶外缘与电机转子连接，将桨叶的高压和低压区隔离，不易形成涡流和空泡现象，能 够有效提升推进效能和降低振动噪声。采用无轴泵推技术后，直接去掉了推进轴，由发电机发电 直接驱动无轴泵推器内部的电动机旋转，可以节省大量艇体空间同时有效降低艇上机械噪音。

无 轴泵推装置的结构特点是每一片桨叶都具有自己的推动部件，而装置的外壳就相对一个电机的定 子、桨片则相当于电机的转子，这样只需要提供电力就能够使得桨叶转动起来，进而产生推进力。由于减少了中间的传动环节，不仅简化了驱动机构组成，而且更重要的是减少了一个机械噪音源， 对于提升潜艇静音性能有极大帮助。该技术的关键就是电机，一定程度上依赖综合电力控制技术 对艇上的电能进行更精确、更有效率的分配，从而确保无轴泵喷推进装置的高效运作。

电磁轨道炮能够大幅突破传统舰炮的炮口初速，是提升现代海军作战能力的重要手段。冷战后， 美国海军提出了“由海向陆”战略，对陆火力支援能力需要大幅提高，电磁轨道炮的全新发射机 理使其能有效突破传统舰炮的炮口初速，从而能够显著增大射程，成为满足美国海军作战需求的 有效解决方案。美海军对电磁轨道炮的性能要求主要包括：早期炮口动能 20～32 兆焦，后期达 到 64 兆焦，炮口初速大于 2500 米/秒，射程 200～370 千米，射速 6～10 发/分，导轨寿命 1000 发。而一般舰炮速度只有 1 公里/秒，因此其拦截和攻击能力要大大优于现有的舰载导弹和 火炮。

与电磁弹射类似，电能武器依靠电磁场产生的安培力获得动力，归属电磁发射技术大类。电磁轨 道炮由两条平行轨道和沿轨道滑动的电枢构成，两条轨道与电源相连，电枢位于两根轨道之间,传 导电流并推动炮弹运动。当大功率脉冲电源快速放电时，瞬间强电流从一根导轨流入，经电枢后 从另一根导轨流出，同时在两根导轨间形成强磁场，磁场与流经电枢的电流相互作用，产生强大 的洛伦兹力，推动电枢和弹丸运动。电磁轨道炮同样以舰船上储存的电能为动力来源，利用电磁 力沿导轨将弹头加速发射出去，基本原理与电磁弹射一致，但使用的是直流电。除此电磁炮外， 以船舶综合电力系统为核心的高能装备还包括电磁阻拦、激光炮、粒子束武器、微波武器等。

综合电力系统及电磁能技术是中国与美国并驾齐驱的重大技术领域。虽然美国最早在其主战舰艇 上完成综电系统及相关技术的实用化，但由于设计时间均在 20 世纪 80~90 年代，因此其电制均 采用研制难度不大的交流低频电制，无法满足现代高能武器和设备的装配应用。因此美军在《海 军电力与能源系统技术路线图》规划中，提出由低频交流电制逐渐向中压直流电制过渡的发展路 线。我国的舰船综电技术起步虽然晚于美国，但在 2003 年首先提出中压直流综合电力技术路线， 并在马伟明院士的带领下用 10 年时间成功解决一世界公认的重大核心技术难题，使我国全电化 舰船技术一举达到世界领先水平。

合电力系统及电磁能技术成果转化加速产业化进程，市场空间巨大。国内军用市场方面，按照 2030 年以前我国建设 4 个航母作战群，对标“尼米兹”级航母作战群造价，以及 DDG1000 综 合电力系统价值量占比，预计我国舰船综合电力系统平均每年产生 64 亿元市场需求，航母电磁 弹射每年产生 18 亿元市场需求。全球市场方面，全球船用电力 推进系统市场规模将由 2013 年的 26 亿美元增加至 2024 年 73 亿美元，且民用市场占比会逐步 增加。国内生产的电力推进船舶在发展初期（2008-2011 年）国产化率不到 15%，随着我国相 关领域研发水平的不断提高，2018 年国产化率达到了 60%，预计未来几年国产化率还会持续增 长，并进入国际市场。

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