卫星互联网行业专题报告：为什么我们要重视SpaceX星舰进展？

星舰最初由马斯克火星殖民计划演变而来，在发射卫星同时承载后续探索宇宙重任，致力于打造性能最强大的可重复使用运载火箭。为实现前往火星，甚至木星、土卫二、木卫二、土星的愿景，星舰经历多次更新迭代，目前星舰已衍生出测试（原型机）、登月、环月旅行、货运、加油、卫星平台、洲际旅行等多个版本，其中测试版星舰已进入试飞测试阶段。星舰完全重复使用时LEO运载能力为150t，一次性使用时LEO运载能力250t，验证成功后有望成为运力最大的运载火箭。在设计方面星舰采用两级不锈钢架构，可完全重复使用，以大幅降低成本。目前NASA已与SpaceX达成协作，共同助力第2轮商业航天能力协作计划（CCSC-2）的实施。 星舰今年首飞已验证方案和技术可行性，当前二次试飞在即，后续如能验证成功则有望推动商业航天多领域应用。星舰于2023年4月20日首飞过程中超重推进级动力系统出现些许异常现象，部分猛禽-2发动机出现故障，飞行约239s后地面侧执行主动引爆程序。但作为首次试飞能够顺利起飞离开发射台验证了设计方案和技术路线可行性。目前SpaceX吸取首飞的经验教训后在二次试飞前完成了57项整改和优化，并对飞行器和地面基础设施进行多次升级，最终确定于11月中旬进行二次试飞。此次试飞任务星舰计划全程飞行90分钟，绕地球一圈，最后溅落在夏威夷西北的太平洋中。我们认为若试飞成功将意味着SpaceX解决了4月份试飞中导致发动机舱燃油泄漏和起火的问题，并证明了SpaceX已经提高了猛禽发动机的可靠性。在星舰方案逐渐成熟的过程中，SpaceX也在不断拓宽“超重-星舰”的应用场景，包括加快“二代星链”星座部署，支撑构建“星盾”军用服务平台；打造1h全球达“点对点”运输系统，支撑军事物资和人员快速投递；为“阿尔忒弥斯计划”服务，星舰助力美国载人深空探索活动。 投资建议：我们认为虽然星舰的二次试飞能否成功仍存在较多不确定性，但无论从设计理念及后续行业发展方向上都将对全球商业航天事业发展产生积极影响。我们再一次重申卫星互联网有望开启并引领下一轮通信板块基础设施建设，当前我国卫星互联网的发展虽尚处早期起步阶段但发展进程提速显著。短期来看前端卫星生产制造环节将有望依托卫星发射进程提速率先受益，中长期维度随着技术设施建设的逐步完善，下游卫星互联网应用侧相关环节将迎来黄金发展阶段。重点推荐信科移动、震有科技，同时建议重点关注上海瀚讯、铖昌科技、天银机电、航天智装、海格通信、普天科技等。 风险提示：星舰推进节奏不及预期；我国卫星发射进程不及预期。 重点公司盈利预测、估值与评级 1星舰：殖民火星愿景下的终极载具 1.1始于火星殖民计划，未来多领域应用前景广泛 星舰初始构想为实现火星殖民，经历多次更名迭代。2012年11月，SpaceX首席执行官马斯克首次公开陈述了其火星殖民架构，并在随后的采访中确认MCT（火星殖民运输器）及其相应采用的猛禽(Raptor)液氧甲烷发动机，并表示MCT具备远远超出飞向火星的能力。2016年9月，马斯克将MCT更名为ITS太空任务，并同时构想了该系统架构前往木星、土卫二、木卫二、土星的愿景。2017年7月，ITS代号正式更为BFR，除实现火星任务以外，BFR还可以用来一次发射直径接近 9m 的卫星等，甚至收集旧卫星和清理空间碎片;可以服务国际空间站，甚至前往月球表面。2018年11月20日，BFR飞船(BFS)更为“星舰”(Starship)，星舰主要由两部分构成，分别是同名飞船以及超重型运载火箭。 图1：星舰(Starship)设计演变概览 根据目前的研发进展，星舰分为测试版星舰（原型机）、登月版星舰、环月旅行星舰、货运版星舰、加油版星舰、卫星平台、洲际旅行星舰等多个版本。其中，测试版的“星舰”已建造和测试总计超过24台，已于2023年4月20日首飞。 登月版的“星舰”已获得美国国家航空航天局NASA的“阿尔忒弥斯计划”载人登陆系统合同，该计划将于2025年实施载人登月。因火星旅程的距离和难度原因，火星版星舰需要其他种类星舰的配合，并且包括在轨加注燃料、地火轨道转移、火星大气再入与火星着陆、火星表面燃料生产等多个特殊环节。货运版、加油版、卫星平台、洲际旅行星舰等版本目前仅见于PPT中。 美国计划将SpaceX星舰改造成为近地轨道空间站。NASA在2014年推出了商业航天能力协作计划（CCSC）。该计划按照无资金支持太空法案执行，旨在以NASA既有专业知识的结构化共享为代价，实现最少的政府资源投入，促进并形成强大的商业近地轨道经济所需要的至关重要的能力。该计划的第一轮合作公司包括了SpaceX等4家公司。2023年6月，NASA发布了第2轮商业航天能力协作计划（CCSC-2），并选择包括SpaceX公司在内的7家美国公司，以满足未来商业和政府需求为目标，促进载人航天和商业近地轨道经济。SpaceX与NASA的合作提出开发一个集成的近地轨道架构，包括龙飞船升级和同步开展的星舰开发。该架构包括将星舰作为运输系统和近地轨道太空目的地元素，由超重火箭、龙飞船和星链星座共同支持的包括载人和货物运输、通信、运用和地面支持在内的组成能力。CCSC-2无费用协议明确了SpaceX于2023-2028年的13个里程碑节点，并最终在2028年第4季度完成星舰近地轨道载人空间站的产品设计评审。 表1：NASA和SpaceX达成的CCSC-2明确的里程碑 若星舰研制成功，可广泛应用于星际旅行、太空运输、军事等等多个领域。 星舰被认为是有史以来最强大的运载火箭系统，其可针对地球上的目标进行点对点运输，能够在一小时内到达世界上的任何地方。SpaceX公司打算用星舰推动星际殖民，将人类送到月球、火星甚至更远的地方。如果星舰项目成功实现，SpaceX公司可能会垄断整个民用航天市场，甚至还可能会进一步冲击国家级的航天计划。 譬如承担向太空站运输物资的任务，或者以更廉价的成本向遥远的太空发射更多的探测器。此外，星舰的军事应用前景是不能被低估的，美国本土距其在东亚的军事基地相隔半个地球，近万公里，采用星舰系统将使得美军可以更快部署至关键地区。 在“超重-星舰”的研制过程中，SpaceX采用快速迭代的研制模式，利用多型原型机进行快速分阶段验证，验证设计概念和方案的可行性。星舰飞船方面，SpaceX先后研制了三个系列的验证机，包括试飞样机“星虫”（低空飞行试验）、全尺寸原型样机MK系列（低空飞行试验）和SN系列（低空及高空飞行试验）。 超重推进级方面，则一直基于星舰飞船的试验数据进行系统的设计改进。2021年3月，首台超重推进级原型机完成制造。2021年8月起，SpaceX公司将工作重点集中在超重-星舰系统的迭代研发及首次轨道试飞上。超重-星舰系统级试验验证自2019年开始，截至此次首飞前共历时52个月，可划分为技术验证阶段、低空飞行试验阶段、高空飞行试验阶段4个主要阶段。 图2：超重-星舰试验验证历程 1.2具备强大运载能力，两级均可回收的终极载具 星舰采用两级不锈钢结构，如研制成功，将成为有史以来性能最强大的可重复使用运载火箭。“超重-星舰”由超重推进级和星舰飞船组成，为两级完全可重复使用运载器，全箭主体结构采用不锈钢材料，以减轻热防护压力和降低制造成本。星舰名义直径 9m ，高度约 119m ，全箭起飞质量约5000t，最大起飞推力7260t。“超重-星舰”规模远超土星五号火箭，起飞重量约为后者的1.7倍，依据SpaceX官网公布数值，其完全重复使用时LEO运载能力为150t，一次性使用时LEO运载能力250t，如研制成功，将成为有史以来性能最强大的可重复使用运载火箭。 图4：超重推进级发动机布局及摇摆示意图（33台布局） 图3：超重-星舰总体方案示意图 表2：各国火箭性能对比 从具体结构来看：两级结构中超重推进级高度 69m ，总重约3400t，结构干重约250t，使用低温液氧/甲烷作为推进剂，依照最新公布的2023年首飞构型，由33台猛禽发动机提供动力。中圈10台发动机和内圈3台发动机可十字摆动（摇摆±15°），外圈20台发动机固定不摇摆。星舰飞船为可重复使用的入轨级，高度50m ，总重约1200t，结构干重约125t，可实施在轨加注，由6台猛禽发动机提供动力，外圈3台为真空版猛禽发动机，内圈3台为海平面版猛禽发动机。猛禽发动机为全流量补燃循环液氧甲烷发动机，分为海平面版（尾喷口直径 1.3m ）和真空版（尾喷口直径 2.4m ），室压30MPa，自重1.5t左右。海平面发动机为摆动式喷管，最大推力220t，比冲330s左右；真空发动机为固定喷管，最大真空推力350t，比冲382s。 表3：“超重-星舰”主要参数 “超重-星舰”系统为完全可重复使用运载器，其火箭级与飞船级均可回收。 其中，“超重”火箭级采用垂直起降技术进行回收，并利用发射架上称为“筷子”的机构捕获“超重”助推级，即超重在垂直返回接近地面时，由发射塔机械臂接住，利用超重的栅格舵来承受载荷，不再设置着陆支架。这样可以省下着陆支架的重量和成本，而且让火箭能够立即在发射台上重新就位，在不到一小时后再次升空飞行。而“星舰”飞船级设计采用升力式与垂直起降相结合的复用方式。“星舰”从轨道返回时以60°倾斜的姿态及25马赫的速度“躺着”进入大气层，利用2个鼻锥上的鸭翼和2个尾部气动舵，将尽可能最大限度地利用空气制动，精确引导下降。最终，在接近地面时将进行一次大幅机动，借助发作用控制系统（RCS）和“猛禽”发动机进行姿态翻转，从水平状态调整到垂直状态，利用垂直起降技术实现垂直降落，由发射塔机械臂捕获和回收。 图5：星舰着陆剖面 2二次试飞在即，为探索宇宙及商业应用奠基 2.1首飞成功离开发射台，验证方案和技术可行性 星舰首飞前通过反复试验，快速迭代，最终完成设计、定型和飞行。2020年1月，SpaceX在多次贮箱增压测试后完成了SN1的组装。不过，由于下部贮箱推力结构设计问题，SN1在2020年2月的低温增压试验中损毁。SpaceX对SN5和SN6样机进行了 150m 高度的试飞，在验证了“星舰”的导航系统、全不锈钢箭体的结构强度、新型着陆支腿等基本功能后，先后对SN8~SN11样机进行了10km级的高空试飞。从SN8开始，“星舰”样机开始采用304L不锈钢制造，仅部分部件沿用301不锈钢，且配备3台“猛禽”发动机。在SN8~SN9两次试飞中，样机均以着陆失败告终；SN10在安全着陆数分钟后就发生了爆炸；SN11表现更差，还未来得及落地就发生了爆炸。2021年5月，SN15样机终于完成发射、返回、减速、安全着陆的“重复使用”全过程，成为首次实现100%软着陆的全尺寸“星舰”。 表4：超重-星舰首飞主要事件梳理 超重-星舰首飞过程中，超重推进级动力系统出现的异常现象较多，多台猛禽-2发动机相继出现故障，是导致首飞失利的直接原因。4月20日超重-星舰进入发射流程后，在射前-40s由于推进剂贮箱增压问题，射前流程暂停。经过紧急排故检查，重新进入-40s流程。点火起飞后，遥测数据显示有3台发动机未工作。 在上升过程中，发动机喷流多次出现爆燃情况，并且有更多发动机工作异常，整体速度、高度均远远低于公布的理论情况，飞行至169s时，没有按照既定程序执行级间分离动作，本次飞行达到的最大速度约为599m/s（148s），最大高度约为39km（200s），飞行约239s后，飞行高度跌落至29km附近，箭体爆炸解体。 表5：超重-星舰首飞主要事件梳理 “星舰”首飞验证了设计方案和技术路线可行。SpaceX认为，此次试验的成功与否并不以入轨为标准，而是通过在试验中取得的经验来衡量，这些经验将为快速推进“超重-星舰”的研发奠定基础。“星舰”顺利起飞，离开发射台，证明了大量发动机并联的设计方案、两级超重型运载火箭的设计方案和技术路线是可行的，这是最大的成果。“星舰”的点火升空是成功的，飞行近3分钟后成为“烟花”，在测控大厅的研发人员都一片欢呼鼓掌释放压力，现场和屏幕前的观众当时在欢呼雀跃