卫星互联网行业运载火箭深度报告（一）：太空经济之基，商业发射服务放量在即

运载火箭技术是大国航天能力之基，也是太空经济的重要组成部分。航天工程对于经济社会发展的推动力极强，投入产出比达1：10，航天技术成果可应用于经济社会各个领域，而成熟领先的运载火箭技术是开展各项航天活动的基础，集中反映了全球各主要经济体进入空间、利用空间和控制空间的能力，是大国航天实力的核心佐证，也是太空经济规模发展的重要基石。 低轨星座等发射需求高增造就火箭发射蓝海市场，国产星座持续扩容下商业火箭市场发展有望驶入快车道。近年来全球运载火箭发射次数与载荷数屡创新高，我国2023全年共实施67次发射，发射载荷153t，各项发射数据均居全球次席，虽目前与美国存在差距，但仍处加速追赶态势。目前从载荷部署任务观测商业火箭下游需求，其中全球低轨大规模卫星星座占据部署数量四分之三以上。近日我国第三个“万星”计划出炉有望继续为我国商业火箭发射服务市场继续扩容，我们认为后续受益于下游低轨卫星互联网建设与商业航天发射场建设进程，商业火箭发射市场规模将加速发展，预计2027年我国火箭发射市场规模将达到284.2亿元，23-27年CAGR高达26%。 液态燃料火箭是目前技术演进重要方向，可回收+大运力为当前我国商业火箭技术发展核心要素。目前运载火箭类型多以燃料形态划分，其中固体发动机火箭结构简单、响应速度快、可长期贮存，适用于各种战略和战术导弹；液体火箭运载能力强，能多次启动，因其可回收能力已逐步成为商业航天公司的主流选择。相比美国，目前我国面临火箭运力不足及发射成本过高的问题。降本方面，回收复用是降低火箭发射成本的关键举措，目前垂直起降是火箭回收的主流方式增大运力方面，在2050年，全球进入空间的规模将超过当前运载能力两个数量级，因此运载能力不足是世界范围内火箭产业面临的普遍问题。液体燃料、提高载荷与可回收能力是我国商业航天公司下一代产品的共同目标。 投资建议：我们认为低轨通信星座的申请与部署将为国内商业火箭行业带来巨大的市场需求，随着商业火箭技术不断成熟与海南商发二号工位竣工，商业火箭有望迎来常态化发射，火箭箭体、测运控、燃料供应商将迎来发展机遇，建议关注九丰能源、斯瑞新材、高华科技、超捷股份；2024年卫星互联网产业侧进展确定性强，板块历经深度调整后当前位置布局机会明确。短期来看前端卫星生产制造及火箭发射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、上海瀚讯、海格通信。 风险提示：国际形势变化风险；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运载火箭：国之重器 1.1运载火箭是航天能力的核心基础，具有多种分类方式 运载火箭是将人类制造的各种航天器推向太空、送入预定轨道的主要工具，依靠火箭发动机向前推进。火箭发动机不同于飞机、汽车上的发动机，它自身携带氧化剂和燃烧剂，不依赖外界工质，可在真空中工作，因此既可以在稠密大气层内工作，也可以在外太空飞行；而飞机、汽车上的发动机自身只携带燃烧剂，氧化剂靠吸入空气中的氧气，只能在大气层内运行。运载火箭是开展各项宇航活动的基础，集中反映了进入空间、利用空间和控制空间的能力，是航天能力建设的核心基础，也是国家现代科技发展水平和综合国力的重要标志。 目前世界上能独立研制运载火箭的国家仅有13个，而能够独立研制航天器的国家至少有30个，因此运载火箭是衡量航天工程总体发展水平的最重要标志之一。航天工程对于经济社会发展的推动力极强，在《2021中国的航天》白皮书发布会上国家航天局主任赵坚指出航天及其应用可以达到1：10的投入产出比，航天技术成果转化不仅推动了智慧交通、新能源新材料等发展，还广泛应用于国土资源调查、环境保护、农业发展、林草监测、防灾减灾、气象预报、海洋开发、交通运输、教育医疗、城乡建设等经济社会各个领域。 图1：世界著名运载火箭 火箭有多种不同的分类方式。火箭按照发射的航天器用途一般可以分为非载人火箭和载人火箭。非载人火箭可以发射人造地球卫星、空间站、行星际探测器、货运飞船等无人航天器，而载人火箭一般用来发射载人飞船，这也对载人运载火箭的可靠性提出了更高要求，比如土星五号就配备有发射逃逸系统（Launch escapesystem），可以进一步保障航天员的安全。 根据轨道高度，可以分为亚轨道火箭和轨道火箭，轨道火箭又可以进一步分为近地轨道（LEO）火箭、太阳同步轨道（SSO）火箭、地球同步轨道（GEO）火箭、月球轨道（LTO）火箭等；根据是否可回收，分为一次性使用火箭、部分重复使用火箭和完全重复使用火箭，例如猎鹰9号的一级可回收，重型猎鹰的一级和助推器都可回收，而新谢泼德号整体可回收；根据运载能力，可分为小型火箭、中型火箭、大型火箭、重型火箭或者超重型火箭，在中国标准下，运载能力小于2吨的为小型火箭，2吨至20吨的为中型火箭，20吨至100吨的为大型火箭，运载能力大于100吨的为重型火箭；而在美国标准下，小型火箭、中型火箭的划分标准与中国一致，20吨至50吨的为重型火箭，大于50吨的为超重型火箭。 按级数来分，运载火箭则可以分为单级火箭、多级火箭。其中多级火箭按级与级之间的连接形式来分，分为串联型、并联型、串并联混合型三种。串联型火箭级与级之间的连接分离机构简单，其上面级的火箭发动机在高空点火，但是串联后，火箭的长细比（长度与直径之比）大，给设计带来一定的困难，同时由于高度太高，发射操作不便、点火的可靠性差。并联型火箭的连接分离机构较串联型复杂，其核芯级第一级火箭与助推火箭在地面同时点火，点火的可靠性较高。 图2：运载火箭分类 一般来说，运载火箭多采用2-4级构型。多级火箭每一级点火飞行使得速度提高后自动脱落，速度逐级提高、火箭自重逐级减轻，从而将有效载荷送入轨道。 但与此同时，一般情况下，由于级数增加，需要的连接和分离机构也就越多，将会增加火箭质量并且降低可靠性。而且火箭分级超过一定的次数后，对提高速度的作用就越来越不明显，所以运载火箭一般设计为2-4级；有时为了进一步增加推力，芯级火箭还会捆绑助推器。这种设计能够保证在任务成功的同时，尽可能地简化火箭的结构和减轻重量。 除了常见的2-4级构型的运载火箭，火箭助推器通常被算作半级，因此也出现了许多半级构型火箭。比如，苏联发射的世界上第一颗人造地球卫星的卫星号运载火箭，就是在中间芯级火箭的周围捆绑了4支助推器，被称为“一级半”火箭；我国的长征五号运载火箭为捆绑四个助推器的两级半构型火箭。 图3：土星-V运载火箭（三级串联构型运载火箭） 图4：长征五号运载火箭（两级半构型运载火箭）） 1.2运载火箭包括有效载荷及三大系统，推进系统及箭体结构构成主要成本 除了有效载荷外（指为直接实现航天器要完成的特定任务的仪器、设备、人员、试验生物及试件等），运载火箭主要的组成部分包括结构系统（又称箭体结构）、动力装置系统（又称推进系统）和控制系统，这三大系统称为运载火箭的主系统。此外，运载火箭上还有一些不直接影响飞行成败并由箭上设备与地面设备共同组成的系统，例如遥测系统、外弹道测量系统、安全系统和瞄准系统等。 图5：液体火箭结构示意图 从成本角度来看，推进系统是火箭硬件成本的主要组成部分。其中发动机占总硬件成本的比例最大，一级占比约54.3%，二级占比约28.6%；结构系统仅次于发动机的成本占比，一级占比约23.5%，二级占比约29.5%；其他部分占比较小。 图6：典型运载火箭一级硬件成本 图7：典型运载火箭二级硬件成本 （1）结构系统是运载火箭的基体（可以理解为外壳），它用来维持火箭的外形，承受火箭在地面运输、发射操作和在飞行过程中箭上的各种载荷。火箭的结构(或框架)是由轻质但坚固的材料制成的，从而在尽可能减少燃料消耗的同时，以承受高层大气的极端温度。 火箭的结构基本上是一个薄壁圆柱壳体，由蒙皮、纵向和横向的加强件构成，由于液体火箭和固体火箭燃烧方式有所不同，结构上也有所差异：液体火箭一般由头部、头部整流罩、氧化剂贮箱和燃料（燃烧剂）贮箱、仪器舱、级间段、发动机架、尾舱等部分组成，需要分离的部位有分离连接装置；固体火箭一般由前封头、外壳、装药、喷管装置和后封头等部分组成。 图8：液体火箭结构示意图 从材料的角度来看，火箭的主要材料包括铝合金火箭、碳纤维火箭、不锈钢火箭。据机械工程材料官方公众号，多数火箭使用铝合金外壳，第一代材料是铝镁合金，第二代材料是铝铜合金，第三代材料是铝锂合金。例如猎鹰9号外壳使用铝锂合金材料，长征五号外壳使用铝铜合金材料。另一种常见的合金是不锈钢（SpaceX箭体材料）。它又硬又轻，可以承受极端载荷而不变形，而且比铝合金便宜得多。马斯克指出，用铝合金制造火箭，每公斤30美元，碳纤维甚至高达每公斤200美元，而如果使用不锈钢制造，每公斤仅需3美元。现在，它被用来建造推进剂储罐(壁厚约0.5-1毫米)。我国的蓝箭航天公司在2023年12月正式发布了下一代可重复使用液氧甲烷运载火箭朱雀三号，这也将是我国首款不锈钢液体运载火箭。 图9：星舰两级火箭的主体采用不锈钢制成 图10：以碳纤维为主要材料的中子号 （2）推进系统是产生推力，推动运载火箭飞行的装置。对液体火箭来说，动力装置系统由推进剂输送、增压系统和液体火箭发动机两大部分组成。固体火箭的动力装置系统较为简单，它的主要部分就是固体火箭发动机，推进剂直接装在发动机的燃烧室壳体内。 （3）控制系统用来控制运载火箭沿预定弹道正常飞行。控制系统由制导系统、姿态控制系统、电源供配电和时序控制系统三大部分组成。制导系统的用途是控制运载火箭按预定的弹道运动，把有效载荷送到预定的空间位置。姿态控制系统（又称姿态稳定系统）的功用是纠正运载火箭飞行过程中的俯仰、偏航、滚动误差，使之保持正确的飞行姿态。电源供配电和时序控制系统则按预定飞行时序实施供配电控制。 （4）其他部分：遥测系统的功用是把火箭飞行中各系统的工作参数及环境参数测量出来，通过火箭上的无线电发射机将这些参数送回地面，由地面接收机接收；亦可将测量所得的参数记录在火箭搭载的磁记录器上，在地面回收磁记录器。外弹道测量系统的功用是利用地面的光学、无线电设备与装在运载火箭上的对应装置一起对飞行中的运载火箭进行跟踪，并测量其飞行参数，用来预报航天器入轨时的轨道参数，也可用来做为鉴定制导系统精度和进行故障分析的依据。 安全系统的用途是当运载火箭在飞行中出现故障不能继续飞行时，将其在空中炸毁，避免运载火箭坠落过程中给地面造成灾难性的危害。瞄准系统的作用是在发射前对运载火箭进行初始方位定向。瞄准系统由地面瞄准设备和运载火箭上的瞄准设备共同组成。 1.3固液发动机各有千秋，液体发动机可回收利用 火箭发动机是利用冲量原理，自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机，基本原理是燃料在火箭发动机内转化为工作介质的动能，形成高速射流排出而产生动力。除了推力强外，火箭发动机还需要经得起高温和低温的考验，承受住高强度的流量冲击，因此火箭发动机的研制过程非常复杂。作为火箭的心脏，发动机成本高昂，占火箭整体成本的30%~50%。近年来随着火箭发射需求的提升，发动机也在不断地更新迭代。以SpaceX为例，过去的15年里，Merlin-1A发动机发展到今天的Merlin-1D，地面推力从35吨跃然提升至86吨，猛禽发动机更是达到惊人的230吨，为整个行业掀起发动机革新的浪潮。 化学火箭发动机按照推进剂的物质状态可以分为液体火箭发动机、固体火箭发动机和混合推进剂火箭发动机。液体火箭发动机使用常温液态的可贮存推进剂和低温下呈液态的低温推进剂，具有适应性强、能多次启动等特点，能够满足不同运载火箭和航天器的要求；固体火箭发动机的推进剂采用分子中含有燃料和氧化剂的有机物胶状固溶体（双基推进剂）或几种推进剂组元的混合物（复合推进剂），直接装在燃烧室内，结构简单、使用方便，能够长期贮存处于待发射状态，适用于各种战略和战术导弹；混合推进剂火箭发动机则极少使用。 1.3.1固体火箭发动机响应速度快，能够快