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商业运载火箭专题报告:商业运载火箭发展提速 打破商业航天运力瓶颈

山西证券股份有限公司 2023-11-02

新雷能 --%

投资要点:

商业航天发展的瓶颈在火箭运力。商业航天产业链总体包括四个环节:

1)电子元器件、材料及燃料厂商;2)卫星研制商、发射服务提供商和地面设备制造商;3)卫星运营商与卫星应用服务提供商;4)终端用户(政府、企事业单位、个人)。运载是进入空间的入口,是连接卫星制造及卫星应用的中枢环节,对比spaceX 的运载能力,我国现役运载火箭运载能力偏低,急需大力发展中大型可重复使用液体运载火箭,来满足星座大规模部署所需的“低成本、高可靠、高频次”发射能力。

发展航天,动力先行。火箭研发的瓶颈在发动机,动力系统直接决定了火箭推力与运载能力。目前液体和固体火箭发动机是火箭发动机中最基本、应用最广泛的两种发动机。固体火箭具有系统简单、发射准备周期短、发射点选择灵活等特点,在快速组网和补网等方面具有独特优势,但当需要大推力火箭来发射更重的载荷时,固体火箭发动机的技术难度和成本就会爆发式增长,固体火箭更适合于追求快速发射的小卫星需求。

液体火箭发动机是目前运载火箭主级或上面级的主要动力。液体火箭发动机动力路线的选择主要从三方面考虑,即推进剂类型、推进剂供应方式与泵压式系统的循环方式。目前液体火箭发动机的推进剂组合主要包括液氧/液氢、液氧/煤油和液氧/甲烷。液氧/液氢比冲最高,性能优异,是无毒、绿色环保推进剂组合,但液氢温度极低,易泄露,混合空气后易爆炸,所以导致液氢液氧火箭发动机系统复杂,成本较高,不适应低成本发射需求的商业运载火箭。液氧/甲烷和液氧/煤油相比,液氧/甲烷发动机不易结焦积碳,具有低成本、使用维护方便、适于重复使用、比冲较高等特点,更加适宜于重复使用、低成本运载器的使用要求,已成为下一代液体运载火箭的理想动力选择。液氧甲烷发动机的概念早在20 世纪60 年代就已提出,但是航天大国苏联和美国的研究重点分别放在液氧煤油和液氧液氢发动机上,并没有给予足够重视。近年来随着可重复使用运载器动力需求的提出,更适宜重复使用的液氧/甲烷发动机受到商业航天公司的青睐,并涌现出一批不同成熟度的代表型号。

美国SpaceX 凭借独一无二的火箭回收复用技术与高效运营,坐稳了全球运载第一把交椅。SpaceX 公司用了16 年时间,先后研制成功“猎鹰”-1、“猎鹰”-9 和“猎鹰”重型系列运载火箭,同时已经成功为NASA 执行了多次国际空间站货运补给和载人航天飞行任务。猎鹰9 系列火箭在13 年中(截止2023 年10 月10 日)已发射263 次,其中261 次成功(任务成功率99.2%), 一子级成功回收219 次,复用一子级发射194 次,“猎鹰”系列火箭以出色的性能和低廉的价格,给世界航天带来大幅冲击和震动。SpaceX 低成本火箭的研发成功促成了“星链”计划的大规模建设,而“星链”计划的可观收入又将用于支持SpaceX 未来火星探索和移民计划的巨大投资。“星链”星座补齐了SpaceX 商业闭环,后续实践明显有助于军事利用。

运载火箭可复用技术创新是SpaceX 火箭低成本的主要原因。运载火箭可复用推动了发射成本实现数量级上的降低。SpaceX 通过突破发动机重启与推力控制技术、火箭下降控制系统技术以及重复使用火箭着陆系统技术,实现了火箭的垂直回收。在采用着陆架回收日趋成熟之后,2021 年SpaceX开始尝试采用发射塔架机械臂回收“超重”火箭级,进一步缩短两次发射任务之间的准备时间。

中国商业航天正迈入高速发展期。2014 年后,中国航天产业向民营资本打开大门,商业航天迎来了快速发展期,在政策鼓励和资本助推下,商业航天公司数量持续增长,到2020 年与运载火箭相关的企业就有十多家。国内大多数民营运载火箭公司选择从研制小型固体火箭开始,初步开启商业航天的服务模式,之后再实现向液体火箭的升级,开展中型、大型火箭以及可重复使用火箭的研发。过去几年已有多款民商固体运载火箭发射成功,解决了有无问题。国内民商液体火箭目前大部分处于研制阶段,预计未来几年将迎来集中首飞。

重点公司关注:2023 年中国商业航天大爆发,前三季度全国民营火箭共发射10 次,成功9 次,创下了中国商业航天发展八年来的新记录,中国商业航天产业正迈入高速发展期,火箭制造的上游将率先受益,我们推荐航天连接器龙头航天电器、航天电子设备配套龙头航天电子、碳纤维预浸料龙头中航高科、T/R 组件龙头国博电子以及特种电源巨头新雷能。

风险提示:火箭研制进度不及预期;可靠性不足;星座建设进度不及预期;下游卫星应用市场拓展不及预期。

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