核心摘要：作為新技術的驅動者和催化劑，太空項目開展了多項基礎科學的研究，它的地位注定不同于其他活動。從某種意義上來說，以太空項目的對社會的影響，其地位相當于3-4千年前的戰爭活動。如果國家之間不再比拼轟炸機和遠程導彈，取而代之比拼月球飛船的性能，那將避免多少戰亂之苦！聰慧的勝利者將滿懷希望，失敗者也不用飽嘗痛苦，不再埋下仇恨的種子，不再帶來復仇的戰爭。盡管我們開展的太空項目研究的東西離地球很遙遠，已經將人類的視野延伸至月亮、至太陽、至星球、直至那遙遠的星辰，但天文學家對地球的關注，超過以上所有天外之物。太空項目帶來的不僅有那些新技術所提供的生活品質的提升，隨著對宇宙研究的深入，我們對地球，對生命，對人類自身的感激之情也將越深。太空探索讓地球更美好。——恩斯特·施圖林格博士月中霜：崛起中的中國航天發射頻率逐步提高全球加快航天發射步伐，2021年將創全球發射記錄2018年是中國航天大放異彩的一年，全年發射39次。北斗建設提速，電磁監測試驗衛星等國家項目上馬，并且2018年中國商業航天公司在沉寂多年后開始嶄露頭角等要素，都為中國航天崛起提供了實質性的支撐。而這種進步也使得全球火箭每年發射次數突破100大關，并且基本能夠維持在每年100箭的水平。根據目前市場公開的消息，單就中美俄三國在2021年規劃發射的火箭就高達135枚，如果疫情能夠得到控制，使計劃順利實施，那么2021年將創下人類火箭發射記錄。在2018年中國航天明顯提速后，2019年12月27日，具有決定性影響的長征五號火箭復飛成功，這代表中國在空間技術領域有了實質性的突破。運載能力的提高，很快會對深空探測，太空資源應用，自然科學等領域產生促進，這也將對固有的歐美排我性航天聯盟形成沖擊。恰逢科技成為全球競爭新格局的焦點，所以美國很快對航天領域展開進一步部署，太空軍的成立，重返月球計劃等都力求在航天領域對中國保持絕對優勢。整體來看，未來依然充滿艱險。運載能力逐漸增強推力有多大，運載能力有多強，空間舞臺就有多大目前，火箭推力與運載能力決定人類可以攜帶多少設備和資源進入太空，所以在發射頻率提高之外，火箭能力的提升也是全球航天發力的關鍵要素。中國長征五號之后的“新火箭”，在起飛推力方面和過去有明顯的提升，這也是中國航天產業未來想象空間的先決條件。中國的天宮空間站核心艙重量22噸，所以從全球現役火箭運載能力上看，能夠負擔近地軌道20噸以上重量這種任務的火箭只有六型。而這六型火箭在執行地球同步軌道以及更艱巨的深空探測任務時，可負擔的載荷重量也非常有限，所以從全球視角來看，人類飛出地球搖籃的能力依然較弱。值得安慰的是，中國長征五號的運載能力已經達到國際頂尖水平，這也使我們在太空探索領域有了新的話語權。戰略重心逐漸轉移從空間往返，到空間駐留1971年，前蘇聯發射了世界第一座空間站禮炮一號，在軌運行近半年后，禮炮一號空間站結束任務。輾轉來到1986年，和平號空間站核心艙發射升空，由此開啟了人類長時間駐留空間的歷史。和平號空間站運行的15年間，共有31艘載人飛船、62艘貨運飛船與其對接，28個長期考察組和16個短期考察組先后訪問過和平號空間站，共進行了16500次科學試驗，完成了23項國際科學考察計劃。直到2001年和平號空間站墜落于南太平洋預定海域。1998年，至今還在運行的國際空間站曙光號功能倉發射升空，后續國際空間站的建成，延續了人類駐留太空繼續完成科學實驗的使命。預計2024年到2028年間，國際空間站也將退役。截至目前，尚無新的國際空間站建造計劃發布。在此期間，中國天宮空間站核心艙預計2021年發生升空，整體空間站預計2022年投入使用，曾經將中國拒之門外的歐美排我性太空聯盟得以進一步瓦解。而此舉也意味著，困擾中國多年的長時間空間環境問題得以解決，未來天宮空間站內的科研實驗和相關技術驗證，都將對中國未來空間技術和自然科學的進步提供巨大支撐。而且隨著詹姆斯韋伯太空望遠鏡在今年大概率發射升空，美國X37B空天飛機及中國可復用航天器的重大突破，未來長期駐留空間的太空應用將成為國際航天的發展重點，這些都勢必讓中國航天的戰略重心，由空間往返，向空間駐留轉移。空間應用逐漸豐富衛星發射明顯增多，空間應用進入新技術集中實驗期2020年全球共發射衛星1281顆，其中星鏈衛星占833顆，2021年疫情如能得到穩定，衛星發射數量將創下新高。如果排除星鏈衛星數量對數據的干擾，可以發現自2018年開始，全球對于空間應用的探索與開發迎來新高潮，各類科學、深空探測和技術驗證類衛星和航天器發射占比顯著提高，2019年達到峰值45.4%，2020年驟然降低亦是疫情影響。這背后的原因是：隨著運載能力和科技能力的提高，衛星和航天器等載荷質量和能力都得到了有效提升，這使人類具備了在宇宙中實踐更多新技術的能力，這些能力如果成為生產力，就需要大量試驗衛星驗證。量子通信、空間站、引力波探測以及新型太空望遠鏡等復雜應用都將享受衛星工業能力提升帶來的支持，廣義上看，星鏈衛星本身也是新的空間應用。并且，這個趨勢伴隨而來的問題是，新型材料和新技術需要在空間中得到可行性的驗證，這亦會促進科學驗證類衛星的發射規模。通常這類材料和技術驗證衛星需要至少兩年的在軌時間監測，可以預計2022到2024，科學驗證類衛星的成果會集中顯現。基礎設施逐步完善具備國際頂尖發射及測控能力，但尚需繼續強化2016年6月25日，長征七號從海南文昌發射場順利升空并完成任務。對標美國卡納維拉爾角空軍基地，這標志著我國也擁有了可最大限度利用地球自轉慣性的優質發射場。經過四年的發展，長征五號，長征五號B，長征七號甲，長征八號等高性能新火箭，都從文昌順利升空，并完成包括天問一號在內的深空探測任務的發射，基建保障能力得到完美驗證。進入2020年，中國航天產業鏈上相關的民營機構加快基礎設施的建設，在全球各地相繼建好測控站，并與國際機構達成戰略合作，提高了中國測控能力，并以商業化的方式，在一定程度上降低了成本。但相比于美國和俄羅斯這兩個傳統航天強國來說，我國基礎設施還需要繼續強化，美國不僅在發射場數量上有優勢，僅卡納維拉爾角空軍基地一處發射場的發射工位，就比中國四個發射場發射工位的總和還要多。而且值得注意的有兩點，第一是美國很多發射場是只供近地軌道發射的，第二是藍色起源和SpaceX這兩個商業航天公司均有屬于自己的專用發射場。航天是一個需要實證和技術驗證的系統工程，所以這些低軌發射場和專用發射場，對美國本土的航天技術發展大有裨益。崛起中的中國航天亞軌道測試和低軌星座將進一步刺激航天需求2016年至2019年，美國探空火箭發射次數呈現上升趨勢，探空火箭以及由常規火箭送入軌的試驗衛星，都是為了下一代技術儲備進行的必要實驗，而中國在這方面卻略顯保守。實際上對于中國的商業航天來說，迅速積累大量實驗數據，是有效降低航天整體成本，提升效率，研發新材料等科研任務的重要方法，隨著中國整體航天能力的增強，未來實驗驗證體系也必然隨之完善，由此會帶來新市場和新需求。除此之外，基于星鏈計劃帶來的全球低軌星座熱潮，也將為中國航天帶來新的需求。除了低軌通信星座以外，低軌導航增強星座，低軌物聯網星座都是基于低軌技術衍生出來的新生事物，這些星座在理論上可以對當下互聯網公司、新能源汽車公司、智能裝備公司和智慧城市等產業鏈相關方的建設提供助力，無論哪一個星座率先組網，都將引爆這個市場。雁無蟬：火箭產業鏈研究火箭產業鏈的基本環境供需死循環帶來的副作用就是商業化的進入門檻異常高火箭是目前人類往返宇宙空間的最主要手段，但是航天的需求、技術的難度以及空間里可做的事情三者制約著火箭的發射成本，而往往需求和成本之間又互為因果，所以產業內常常陷入一個死循環。這個死循環的邏輯對于中國航天的潛在傷害非常大，因為在元器件生產領域，規模效應起不來就不會有更多的商業機構涉獵其中，當競爭者固定，訂單固定以后，所有的弊病就會逐漸爆發，隨之而來的效能問題就會成為產業的慢性病。僅在本報告中統計的液體火箭產業鏈中，能夠以“有限公司”形式存在的僅占30%，并且這些有限公司本身市場化也存在問題。所以這是中國航天火箭產業鏈的基本環境。不能以制造業的思路審視火箭火箭是發射服務的一環，三條業務流直接影響成本對于航天產業自身來說，其無法控制航天需求的多寡，只能從產業自身著手，破開上述死循環，所以降低火箭的發射成本就是制約全球航天產業發展最核心的問題。對于外界來說，火箭運輸工具的屬性與地表運輸工具之間的近似性太大，以至于大家都會以制造業的思路去審視火箭，這樣一來，制造工藝，原材成本等與物料息息相關的問題免不了成為最核心關注的問題。但實際上，火箭作為發射服務的一環，從立項設計到最終發射是一個龐大的系統工程，每一個分系統的制造環節，其問題源頭都可以追溯到設計和系統工程理念方面的問題。火箭產業鏈不能以常規手段整合電氣系統最適合整合，但效用并不高模塊化設計的重要性重回設計線尋找問題根源如前文所述，火箭無論是哪一個分系統，其邏輯都是要從“設計線，生產線，測試線”依次思考，而顯然在生產和測試端能解決的問題有限。一系列測試和生產制造的問題，其根源都是設計之初的自身實用主義，導致系統整合在一起的時候，多了過多的冗余對接流程。這種對接流程不但使各系統更加繁瑣，電氣元件越來越多，管線電纜越來越復雜。還為發射前的總裝和檢測帶來了隱患。歷史上有一些發射任務出現問題，就與接口過多有關。如今模塊化生產已經成為工業口的趨勢共識，理想狀態下，每個系統之間的接口對接，只需要一進一出，并且需要保障不同功能所用接口的制式相同。這樣做的好處不僅僅是結構簡單化，還可以大幅節約測試成本，幾乎只用一次測試就可以完成。垂直回收是必須攻克的難關動力系統是降低成本的關鍵，大推力火箭可回收價值更高前文討論了地面系統、箭體結構和電氣系統的成本控制問題。對于最核心的動力系統，占全箭成本的70%到80%，所以其他系統無論采取怎樣的方式降低成本，都不會對整枚火箭成本有實質性的影響。而火箭的動力系統隨著火箭發射任務的結束，就一次性的消耗掉了，只要不對一級火箭進行回收，這70%到80%的成本就絕無降低的可能，這也是為什么不能以工業生產的視角對待火箭產業鏈的核心原因。而要解決動力系統的可回收問題，又必須回歸到消耗經費最多的設計線。火箭的運載能力決定火箭的實用價值，所以并非所有能力的火箭都適合垂直回收。如果保證垂直回收，那么火箭會預留30%燃料，再加上相關的設計，整枚火箭要損失40%運載能力。所以運載能力較弱的火箭實現可回收，有可能使成本不降反增。另外，整體火箭使用的是否為統一或近似能力的發動機，也是決定一級回收價值高低的影響要素。減重、節約空間和發動機能力的前提，都是火箭模塊化設計之所以可回收技術要從設計線重新考慮，原因在于想要實現垂直回收，所涉獵的七大關鍵技術，都會對火箭的總重量和空間布局息息相關。并且這些關鍵技術所依賴的元件載體本身也會對空間和重量產生影響，所以為了容納這些新增元件，舊有系統就需要最大限度的優化，這也是為什么模塊化設計對于可回收技術來說尤為重要。以目前的技術能力來看，攻克垂直回收主要有以下七個難點：水接天：衛星產業鏈研究衛星產業鏈的基本環境核心參與者少，沒有充分競爭，衛星產業鏈尚未完善單從衛星生產和測試上來看，衛星的生產制造模式與火箭類似，都是由設計，生產，測試，總裝組成。所以從一顆衛星整體來說，可以分成六大分系統：電源系統、姿控系統、星務系統、測控系統、熱控系統和結構系統。由于衛星不像火箭那樣具備一個非常核心的動力系統，更注重衛星的功能，所以它的系統和供應商均比較復雜。并且和火箭相比，衛星和傳統的制造業有更多相似的地方，這就使得衛星產業鏈的變化趨勢具備制造業的特質。在傳統制造業產業鏈中，如果一條產業鏈的完善程度較低，那么各家終端制造商產業鏈的向前一體化戰略就會為企業帶來更多壓縮成本的空間。目前無論民營衛星公司還是體制內的衛星公司，使用的分系統及元件制造商重合度非常高，也就是說衛星產業鏈是一條相對封閉，且競爭不充分的產業鏈，與汽車、工業品相比，完善度還有一定差距。所以在整個衛星產業中，就呈現出向前一體化的趨勢。主要表現為：做衛星應用的公司涉獵衛星制造，衛星制造公司開是涉獵更上游的元件生產環節。產業鏈整合的邏輯自建投入=外采金額×外采總量×元件毛利率按照產業鏈深化的程度，可以分為四類：全部外采型衛星公司、設計加總裝型衛星公司、有能力設計分系統的衛星公司以及有能力生產元件和單機的衛星公司。這四者僅代表在產業鏈滲透上的差別，不是依此看待衛星技術能力高低的指標。如前文所述，相比火箭，衛星產業鏈與傳統制造業更為相似，所以衛星產業也具備傳統制造業的很多特性。而現在看到的這四類衛星公司，恰恰也就是衛星公司向前一體化的體現。在大疆無人機，小米等成功進行過產業鏈整合的公司中，可以總結出一條基于經濟性考量的邏輯。所以除非企業有其他戰略目的布局產業鏈上的某個環節外，大體上都會依照這樣的邏輯進行布局。而在這個邏輯中，有兩個關鍵要素是困擾衛星產業鏈整合的核心問題：總量和毛利率。衛星平臺的主要功能是機動和供能衛星平臺壓縮產業鏈的方式可以部分應用在衛星載荷中衛星大體上由平臺和載荷兩部分構成，由于載荷是衛星入軌以后發揮其核心功能的部件，所以會根據任務情況從零開始設計，除非實現大規模量產，否則基本就是定制型項目。并且衛星功能穩定性與任務息息相關，所以現在討論衛星載荷的成本節約問題為時尚早。所以衛星的成本節約壓力就全部集中到了平臺上，理想狀態下，衛星平臺的成本占比在20%-30%之間，理論上比現在可以節約全星的四分之一成本。而從平臺的結構上看，為衛星提供機動能力和電力是它的核心作用，所以姿控系統和電源系統的成本占比也最大，占全衛星平臺的60%以上。由于姿控系統涉及的元件和單機最復雜，它的成本占比也最高，同時由于供應商繁多，這一部分也存在更多產業鏈整合的機會。龐大又固定的產業鏈衛星產業鏈涉獵廣泛，但行業泛用性較弱汽車、航空與機器人產業鏈替代的代價是航天級元件標準的降低從目前情況看，衛星公司的產業鏈整合很難有效展開，原因在于兩個方面，一方面原本產業鏈就不完善，獨立運營的公司依然需要體制內的技術輔助。另一方面，在低軌星座大規模建設開工以前，商業衛星公司的訂單量很難有大規模增長的機會，營收方面也不能有效支撐。現在各家商業衛星公司和產業鏈上的企業雖然都在建設衛星工廠，但這屬于提前布局，并不是從營收方面考慮的結果。就目前情況看，有一內一外兩方面勢力，在衛星產業鏈上運作，存在一定的可替代性，單這兩股勢力也均有自己的問題尚需解決。被反向帶動的天基智能全球智能化浪潮背后對衛星智能化的要求提升衛星的空間與重量，受制于火箭的能力，所以衛星在設計和制造的過程中最優先保障的就是衛星升空后各功能元件的占用。除此之外，在衛星環繞地球的過程中，地面基站與衛星的連接，使得很多數據可以在地面處理。在這樣的習慣和模式下，衛星智能化都主要體現在保障衛星原有功能、自身基本運作和數據傳輸三個方面。但時至今日，地面生活環境的智能化已經成為一種趨勢，并且在很多方面都已建設得非常完善。未來如果衛星應用想要很順暢的融入這種智能環境，那勢必要求衛星的智能化水平要有所提升，這無形之中就提升了星務系統的重要性。星上存儲模塊的能力，星載計算機的處理速度，以及高性能芯片的上星等問題，都成為衛星智能化過程中的課題。在這個問題上，相比于國外，中國衛星行業面臨的問題更嚴峻一些。國外的衛星可以利用全球的地面站進行數據處理，所以它們的儲存空間和運算能力，都可以不用加強。但是中國的地面站在全球所受的限制極大，很多關鍵地區的建站都被有意的阻撓。所以中國的衛星只能提升自身的數字處理能力，以應對這種局面。斗嬋娟：未來航天新趨勢趨勢一：5-10年的涅槃成長屬于商業航天自己的工程師團隊需要一型成熟產品的歷練2014年前后，中國商業航天公司相繼成立，時至今日，商業航天公司平均已有5年左右的經營時間。所以截至目前，各一線商業航天公司均已有成型的產品推出，在實證上驗證了團隊具備航天研發的技術能力。在從0到1的過程中，商業航天公司熟悉了系統工程全流程，這些積累下來的經驗非常寶貴。它將引導這一批不同于體制內的商業航天工程師，走出一條屬于商業航天的研發生產路線，對過去沿用了幾十年的系統工程論進行優化。也就是說，當商業航天第二代，第三代宇航產品問世，量產并常態化之后，中國航天整體的能力將有躍升。趨勢二：產業鏈的“先合后散”商業航天產業鏈整合尚