低轨卫星行业研究系列之三:商业航天发射需求增长,运载火箭景气度有望持续提升.pdf下载

要点
运载火箭为多级航天运载工具,核心服务于航天器入轨需求,性能由多系统协同决定。其主要由箭体结构、推进系统、制导控制系统、安全自毁系统等构成,通常含2~4级,末级设仪器舱与有效载荷,外部配整流罩。按关键维度分类:级数上因单级难达宇宙速度故以多级为主;推进剂分固体、液体、固液混合(如长征一号前两级液体、第三级固体);结构形式有串联、并联(捆绑式)及串并联混合;使用方式含一次性、部分与完全重复使用。关键指标包括运载能力(入轨有效载荷重量)、入轨精度(轨道参数偏差)、可靠性(任务完成概率)及发射成本。国内外主流型号覆盖多轨道:国内长征二号丙(二级四氧化二氮/偏二甲肼,LEO4.0吨)、长征五号(二级半液氧煤油,LEO25吨、GTO14吨)、朱雀二号(二级液氧甲烷,LEO4.0吨);国外猎鹰9号(二级液氧煤油,LEO22.8吨)、重型猎鹰(二级半串并联,LEO63.8吨),俄罗斯质子M、欧洲织女星-C亦各具适配场景。
结构、控制、动力三大主系统构成火箭核心,动力装置(发动机)是成本与性能关键。结构系统为“躯体”,需维持外形、连接分系统并承受外力,核心部件含有效载荷整流罩、推进剂贮箱等,典型如猎鹰9号——整流罩为两瓣式碳纤维面板-铝蜂窝夹芯结构,级间段同材质,一、二子级贮箱工艺统一以降本提效。成本占比上,箭体结构与发动机为硬件核心:一级发动机占54.3%、箭体结构23.5%;二级发动机28.6%、箭体结构29.5%,推进剂占比极低(一级0.7%、二级0.2%)。控制系统保障弹道稳定,含制导系统(测参数、控关机以保入轨精度)、姿态控制系统(测角速率、维飞行稳定)、供配电时序系统。动力系统分两类:固体发动机结构简单、发射周期最短24小时、储存周期数年,但比冲低(2000~3000牛秒/kg),适配小卫星(如捷龙三号2.65米发动机装药量71吨、推力200吨);液体发动机比冲更高(2500-4600牛秒/kg)、运载能力强、可控性好,分液氧/液氢(如YF-77)、液氧/煤油(如YF-100,航天动力主力)、液氧/甲烷三类,供应系统按推力需求分挤压式(小推力姿态控制)与泵压式(大推力主发动机)。
行业呈现重复使用、低成本、环保化趋势,液氧甲烷发动机成下一代核心赛道。重复使用技术(如猎鹰9号一子级回收)大幅降低发射成本,推进剂向无毒无污染转型(替代传统四氧化二氮/偏二甲肼)。液氧甲烷发动机因冷却性能优、不易结焦积碳、维护便捷、成本可控(甲烷价格为液氢1/30)、可空间中长期贮存,适配重复使用需求,国内外加速研发。国外代表:美国猛禽(全流量补燃循环,海平面推力2000kN、比冲3273m/s)、BE-4(富氧补燃循环,推力2400kN),欧洲普罗米修斯(100t级推力)。国内进展显著:10吨级“鸣凤”一号、“天鹊”11(真空比冲333s)、“焦点”一号(变推40%-105%)均完成整机热试;80吨级“天鹊”12、“龙云”通过热试,“鸣凤”二号总装出厂,技术成熟度持续提升。
投资建议:商业航天发射需求持续增长叠加重复使用、液氧甲烷等核心技术突破,运载火箭行业景气度有望持续提升。建议关注火箭方向:超捷股份、高华科技、中衡设计等;卫星方向:陕西华达、上海港湾、上海瀚讯、臻镭科技、长光华芯、航天电子、佳缘科技、上海沪工等。
风险提示:核心发动机、箭体结构技术研发进度不及预期;低轨卫星发射等任务规划调整导致发射需求波动;关键复合材料、精密零部件供应链稳定性不足。

1、运载火箭的介绍
运载火箭是由多级火箭组成的航天运载工具,用于把人造卫星、载人飞船、空间站或空间探测器等有效载荷送入预定轨道。整个火箭主要由箭体结构、推进系统、制导和控制系统、安全自毁系统、外测与遥测系统等构成。运载火箭一般由2~4级火箭组成,每一级都有自己的箭体结构和动力装置。末级装有仪器舱和有效载荷。制导与控制系统、遥测系统以及安全系统的大部分设备装在仪器舱,有效载荷外有整流罩。火箭各级之间通过级间段连接。运载火箭在发射过程中,会通过分离不同级别的火箭部分来减轻重量,提高有效载荷的能力。每一级火箭在完成其推力任务后分离,减轻了后续级火箭的负担,使得火箭能够以更少的燃料将有效载荷送入更高或更远的轨道。其中,一级火箭位于运载火箭的最底部,是火箭起飞时的主要动力来源。二级火箭在一级火箭完成工作分离后启动,继续为火箭加速。把有效载荷送入预定轨道。三级火箭一般用于将有效载荷送入到预定的飞行速度和轨道高度,适用于发射高轨道卫星、深空探测器等任务。

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