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民营力量冲天起 我国运载火箭行业运力瓶颈有望取得重大突破

1、运载火箭概述

根据观研报告网发布的《中国火箭运载行业发展趋势分析与投资前景预测报告(2024-2031年)》显示,运载火箭(rocket launcher)是一种用于将各种人造航天器送入太空的载具。通常,火箭发射器由2到4个级别组成,用于将人造地球卫星、载人飞船、太空站或星际探测器等物体送入其预定轨道。运载火箭的主要组成部件包括有效载荷、箭体结构、推进系统、控制系统、飞行测量及安全系统以及附加系统。运载火箭的末级最为重要,包括仪器舱,内部配备导航和控制系统、遥测系统以及发射场安全系统。有效载荷安装在仪器舱的顶部,并使用外部整流罩包裹。每个级别都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统,各级之间通过级间段连接。

运载火箭主要组成部件

结构名称

简介

有效载荷

有效载荷是运载火箭的主要任务对象,它包括各种类型的卫星、载人飞船、太空实验舱、空间站、深空探测器等。运载火箭的任务是将有效载荷送入预定轨道。通常,在发射时,有效载荷会被安置在整流罩内,也就是火箭的顶部保护罩下方,以确保其安全和完好

箭体结构

箭体结构是火箭各个受力和支撑结构件的总称。包括有效载荷整流罩、推进剂储箱、仪器舱、箱间段、级间段、发动机承力结构、仪器支架、导管、阀门以及尾舱和尾翼等。这些组件共同构成了火箭的整体结构,支持并保护有效载荷以及确保火箭的顺利运行

推进系统

推进系统的主要作用是生成推力,以推动火箭前进。推进系统通常可以分为两大类:液体推进系统和固体推进系统。液体推进系统包括液体火箭发动机以及推进剂输送系统,而固体推进系统主要由固体火箭发动机组成

控制系统

控制系统的主要任务是确保火箭的姿态保持稳定,使其能够按照预定轨道飞行,并控制火箭发动机的开启和关闭,以达到预定的速度,将有效载荷送入目标轨道。控制系统通常由制导系统、姿态控制系统和综合系统三个主要组成部分组成,共同协调火箭的运行和控制

飞行测量及安全系统

飞行测量及安全系统的主要功能在于测量火箭在飞行过程中的各项关键参数,并对飞行的安全性进行判断。这一系统能够监测并记录与火箭飞行相关的各种数据,以确保火箭的安全性和性能达到预定标准

箭上附加系统

一些独立且不可或缺的小型系统被统称为附加系统,包括但不限于瞄准系统、垂直度调整系统、推进剂加注与液位测量系统、以及空调系统等

资料来源:观研天下整理

2、我国运载火箭发射次数持续上升

2022年,全球共进行航天发射活动186次(以北京时间计:1月7次、2月13次、3月13次、4月14次、5月12次、6月16次、7月16次、8月18次、9月16次、10月23次、11月19次、12月19次),远超2020年的114次和2021年的145次,其中成功178次,失败8次。涉及21个航天发射地点和44个国家/地区,共向太空送入2484个航天器,其中近地轨道2413个、中地球轨道15个、高地球轨道39个、地外轨道15个、未知2个。

在国内市场,近年来,我国运载火箭发射次数持续上升,并且在2018年超过美国,2022年低于美国。根据数据显示,2022年,我国运载火箭发射次数达到61次,美国发射次数达78次。

在国内市场,近年来,我国运载火箭发射次数持续上升,并且在2018年超过美国,2022年低于美国。根据数据显示,2022年,我国运载火箭发射次数达到61次,美国发射次数达78次。

数据来源:观研天下整理

3、民营力量冲天起,我国运载火箭行业蓬勃发展

卫星产业被视为典型的军民融合行业,2015年,国家发布《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)》,旨在大力支持商业卫星产业的发展。因此,在在军民融合等国家政策以及民间资本的推动下,各个民营公司也积极参与卫星产业,并推出了各自的星座计划。据不完全统计,根据已公开的星座计划,商业卫星计划发射总重量约为上千吨,我国运载火箭行业将蓬勃发展。

商业队公布的星座发射计划

民营星座计划

星座用途

建设单位

星座规模(颗)

卫星轨道

目前状态

银河

宽带通信

银河航天

1000

500-1200km

已发通信卫星8颗、InSAR卫星4

九天

窄带物联网

九天微星

72

600km

已发射首颗实验星

灵鹊

遥感

零重力实验室

378

500km

已发射实验星

LaserFleet

激光通信

航星光网、上海光机所

288

550km

/

星时代

光学遥感

国星宇航、天仪研究院

192

500km

截止至20231016颗星入轨

未来导航

导航増强

中科院

小卫星

120

700km

连尚蜂群星座系统

宽带通信

连尚网络

272

72100km200600km

/

天启

物联网

国电高科

38

900km

已发射21颗卫星

翔云

物联网

欧科微

28

500km

已发射首颗实验星

天仪

引力波探测

天仪研究、院清华大学天体物理

24

500km

/

珠海一号

遥感观测

珠海欧比特

34

494-530km

截止至20231012颗星入轨

奥博星座

物联网

奥博太空

36

500km

/

蔚星

宽带通信

中科院小卫星

186

800km

/

吉利星座

智能出行

时空道宇

72

/

截止至2023109颗星入轨

资料来源:观研天下整理

4、运载是进入空间的入口,目前我国火箭运力严重不足

此外,发射服务产值虽然仅占整个航天产业的1.5%~2%,但是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。近年来,全球多个国家相继推出多个小型、中型、大型和巨型星座计划,卫星发射需求不断增长,但是火箭发射成本居高不下,成为制约星座大规模部署主要瓶颈。目前,SpaceX的猎鹰9号重型火箭的低轨运载成本约为每千克1万元左右,而中国的长征系列火箭的发射成本则在每千克4万元到9万元之间浮动。

同时,与spaceX的运载能力相比,我国现役运载火箭运载能力偏低,迫切需要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。实施上,近年来,国内企业也积极研发提高效率、降低成本的相关火箭及商业航天,如从长征系列火箭发射成本来看,呈现下降趋势。

全球部分运载火箭发射成本(人民币:美元=71

火箭

国别

首飞

单发费用(万美元)

每公斤成本(万人民币)

猎鹰9

美国

2010

6,500

1.9

猎鹰9重型

美国

2018

9,700

1.1

长征2D

中国

1992

2,857

5.9

长征3B

中国

1997

6,714

4.1

长征4B

中国

1999

2,857

5.0

长征五号

中国

2016

16,571

4.6

长征六号

中国

2015

1,857

8.7

长征七号

中国

2016

9,714

5.0

长征十一号

中国

2015

457

4.6

谷神星1

中国

2020

550

10.0

双曲线1

中国

2019

500

11.1

快舟一号

中国

2013

300

6.8

LVM3

印度

2017

6,300

5.1

资料来源:观研天下整理

5、液体发动机技术、商业火箭运力等取得重要进展,我国火箭运载能力有望提升

同时,随着民营航天产业不断迭代,以及液体发动机技术、商业火箭运力、商用发射场建设等取得重要进展,我国火箭运载能力有望提升。例如,2023年4月2日,天兵科技自主研发的天龙二号遥一运载火箭成功入轨,打败了世界范围内液体火箭首发失败的“魔咒”;12月9日,蓝箭航天朱雀二号遥三运载火箭成为全球首枚成功将有效载荷送入指定轨道的液氧甲烷火箭;12月10日,星际荣耀自主研发的双曲线二号可重复使用液氧甲烷验证火箭的第二次飞行试验任务取得成功,实现了国内首次可复用火箭的复用飞行。

2023年我国民商火箭运载大事件及2024年展望

公司

2023年发射大事件

2024年展望

星际荣耀

2023.4.7发射双曲线一号遥六火箭,2023.12.10成功发射双曲线二号火箭。该火箭于2023112日圆满完成了首次垂直起降飞行试验,首飞完成后,星际荣耀在仅二十天的时间内便完成了火箭的重复使用维护检测工作,再次转场执行重复使用飞行任务并取得了圆满成功。星际荣耀双曲线二号验证火箭同一产品连续圆满完成两次垂直起降飞行任务,意味着中国商业航天在液体运载火箭的可重复使用技术能力上取得了重要突破。

双曲线三号相关计划尚未公布。星际荣耀表示后续将认真总结分析SQX-2Y火箭两次飞行试验的宝贵数据及经验,在中大型液氧甲烷可重复使用运载火箭的关键技术创新与突破方面持续发力、不断探索。

天兵科技

2023.4.2成功发射天龙二号遥一火箭。天龙二号运载火箭首飞成功,一举开创了国际航天和国内航天7项新纪录:1.全球私营航天首家液体运载火箭首次成功入轨飞行;2.全球首款应用煤基航天煤油飞行的运载火箭;3.我国首款不依托发射工位的液体运载火箭;4.我国首款采用3D打印高压补燃发动机的运载火箭;5.我国首款采用3机并联发动机技术的运载火箭;6.我国首款采用全铝合金表面张力贮箱姿轨控系统的运载火箭;7.我国首款实现箭体结构重复使用的运载火箭。

11月天兵科技公司官网公布,性能直接对标SpaceX猎鹰9号的中国大型液体运载火箭天龙三号(TL-3)已取得再度突破,将于20246月挑战首飞。

星河动力

2023.1.92023.7.222023.8.102023.8.252023.9.52023.9.212023.12.5分别完成7次谷神星一号发射。其中95日圆满完成的谷神星一号海射型(遥一)运载火箭发射任务,顺利将天启星座21星至24星送入800km预定轨道,此次任务是谷神星一号运载火箭的首次海上发射,也是我国民营火箭公司首次开展海上发射任务并取得成功。

2024年谷神星一号有望继续保持常态化高频发射,下一代液体火箭智神星一号的进展值得期待。

蓝箭航天

2023.7.12成功发射朱雀二号遥二火箭,2023.12.9成功发射朱雀二号遥三火箭。继朱雀二号遥二拿下全球首枚入轨液氧甲烷火箭之后,朱雀二号遥三“一箭三星”再度成功,标志着朱雀二号作为全球首款连续发射成功的液氧甲烷运载火箭,其技术状态成熟度和稳定性得到进一步验证,可靠性达到商业化发射交付要求。蓝箭航天也成为国内民商航天中最早实现中大型液体运载火箭连续发射成功的企业,率先开启了国内主流液体火箭规模化商业发射的新阶段。

2024年朱雀二号有望开始小批量交付与技术迭代。朱雀三号相关发射计划暂时未见公布。

资料来源:观研天下整理(WYD)

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