运载火箭发射进入快车道，商业发射市场蓄势待发.pdf

识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 52 专题研究 |国防军工 本报告联系人：滕春晓 021-60750604 tengchunxiaogf 2018 年 03 月 12 日 证券研究报告 Table_Title 广发 军工 参军策（ 卷 二十三 ） 运载火箭 发射 进入 快车道 ， 商业发射市场蓄势待发 Table_AuthorHorizontal 分析师： 胡正洋 S0260516020002 分析师： 赵炳楠 S0260516070004 021-60750639 010-59136613 huzhengyanggf zhaobingnangf Table_Summary 核心观点 ： 火箭商业化具有发射 成本低和履约周期短两大特点 。 盈利是商业化的首要目标。为达到盈利、抢占市场份额等目的，商业发射有发射成本低和履约周期短两大 特点。 火箭 运营商通过 压缩 成本、 复用 火箭等方式 降低 发射成本，以提升发射盈利能力；通过 采用 固体 火箭，并 利用标准化 、通用化 、模块化 三大 方法改进现有火箭，以缩短发射周期。 美俄欧走在商业发射队伍前端， SpaceX 引领纯民营商业发射潮流。 自上世纪 60 年开始，美俄欧成为全球商业发射的主要力量，美国联合发射联盟、欧洲阿里安航天、俄罗斯国际发射服务等多家企业向国际市场提供火箭发射服务。其中， SpaceX 作为纯民营商业发射的典型代表，受益于NASA 授予的运输合同、政府利好政策等多重外因，以低成本、可重复使用技术建立市场竞争优势，搅动全球商业发射市场，迫使传统发射商相继进行商业化改造 。 下游需求倒逼火箭发射商业化，全球百亿美元市场蓄势待发。 卫星产业作为航天经济的主动脉稳步增长，带动全球航天产业发展，其中火箭商业发射是各细分产业的基础。近年来小卫星如 雨后春笋破土而出，众多新兴卫星星座相继进入实施阶段，引爆小卫星发射需求，同时叠加快速空间响应作战的军事战略需求，整体下游市场倒逼火箭发射商业化。据 FAA 数据预测，未来十年内将有 2619 颗载荷等待发射入轨，总商业发射次数为 412 次，我们预计全球总商业发射市场空间超过 250 亿美元 。 中国商业发射加速追赶。 中国商业火箭发射也正在加速追赶中：长城工业、航天科工火箭公司、中国长征火箭公司技术依托航天国企，以快舟、长征火箭提供多元化商业发射服务，坚持商业化运营；民营企业蓝箭空间科技、零壹空间、翎客航天也迅速进场，相继 实现突破。国内技术支持、政策鼓励，未来有望打造出中国版 SpaceX。 投资建议 我国 航天 集团的 商业发射 公司 和民营企业相继成立，且不断实现低成本、快速响应的目标，结合未来发射需求，我们看好商业发射产业发展，产业链上下游均将持续受益。建议关注：航天电子、航天电器、中国卫星、航天机电、火炬电子等公司。 风险提示 小卫星发射需求不及预期；国内政策支持不及预期；商业火箭研制和交付进度不及预期。 Table_Report 相关研究 ： 广发 军工 参军策（ 卷 二十 二 ） ： 军用无人机：发展迅速，重塑现代作战模式 2018-03-06 广发 军工 参军策（ 卷 二十一） ： 民参军投资词典 2017-09-19 广发 军工 参军策（ 卷 二十） ：舰船综合 电力推进系统 2017-09-11 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 52 专题研究 |国防军工 目录索引 火箭商业化概述 . 6 火箭商业化途径： “航天商业化 ”和 “商业航天 ” . 6 火箭商业化两大看点：发射成本低，履约周期短 . 6 全球火箭商业化发展历程 . 9 欧美国家火箭商业化公司发展现状 . 10 美国 SPACEX：“大鲶鱼”搅动全球商业发射市场 . 10 美国联合发射联盟：受 SPACEX 压力加速商业化改造 . 19 欧洲阿里安航天：全球第一家商业发射服务提供商 . 22 俄罗斯国际发射服务公司：备受国家重视的商业化转变 . 25 国际化海上发射公司：全球唯一海上移动发射服务公司 . 26 美国轨道 ATK：商业火箭实现升级，挑战传统发射企业 . 28 下游需求倒逼火箭发射商业化，百亿美元市场 蓄势待发 . 31 卫星产业稳步增长，商业发射奠定产业基础 . 31 民用方面：小卫星如雨后春笋破土而出 . 32 军用方面：实现快速空间响应作战，火箭发射商业化是捷径 . 37 数千颗载荷等待升空，商业发射市场超 250 亿美元 . 39 中国商业发射加速追赶 . 44 依托航天国企，提供多元化商业发射服务 . 44 民营企业： 迅速进场并获得第一笔国际市场商业发射订单 . 48 国内技术支持、政策鼓励，有望造就中国版 SPACEX . 50 投资建议 . 51 风险提示 . 51 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 52 专题研究 |国防军工 图表索引 图 1：发射一次运载火箭的成本构成 . 6 图 2：火箭一级的成本结构 . 7 图 3：火箭二级的成本结构 . 7 图 4：长征五号重型运载火箭研制历程 . 8 图 5：全球火箭商业发射三阶段各国发射次数占比 . 10 图 6： SpaceX 的运载火箭 . 11 图 7：三种火箭回收方法的关键技术 . 13 图 8： Blue origin 的新谢帕德号火箭 . 14 图 9： SpaceX 的猎鹰 -9 火箭 . 14 图 10： Blue origin 和 SpaceX 火箭回收过程比较 . 15 图 11： SpaceX 的可重复使用火箭技术研制历程 . 16 图 12：灰背隼发动机和阿波罗登月舱下降级发动机 . 17 图 13： SpaceX 获得的体制内人才资源 . 17 图 14： SpaceX 的历次融资和估值情况 . 19 图 15：宇宙神系列运载火箭主要型号 . 20 图 16：德尔塔系列运载火箭主要型号 . 20 图 17： 2006 年 -2016 年 ULA 订单结构 . 21 图 18：宇宙神 -5 火箭一级模块成本组成 . 21 图 19：宇宙神 -5 火箭二级模块成本组成 . 21 图 20：宇宙神 -5 火箭总成本组成 . 21 图 21： ULA 下一代新型低成本火神火箭方案 . 21 图 22： ULA 研制下一代火神火箭的低成本控制手段 . 22 图 23：阿里安航天公司目前股权结构 . 23 图 24：阿里安航天公司目前在役的运载火箭型号 . 23 图 25：阿里安航天公司商业发射市场占比（ 1983 年 -2016 年） . 24 图 26： ILS 在役的运载火箭情况 . 25 图 27： ILS 的质子号运载火箭订单情况（ 1996 年 -2016 年） . 26 图 28：安加拉系列火箭主要型号 . 26 图 29：天顶号系列运载火箭主要型号 . 27 图 30：海上发射公司的移动发射平台和指挥控制船 . 27 图 31：海上移动发射的优势 . 28 图 32：海上发射服务公司重组后股权结构 . 28 图 33：轨道 ATK 公司营收结构 . 29 图 34：米洛陶系列火箭与源自的导弹型号 . 29 图 35：飞马座火箭空中发射过程 . 29 图 36： 1990 年 -2016 年美国传统商业发射企业与民营企业商业发射订单对比 . 30 图 37： 2007 年 -2016 年商业卫星产业产值 . 31 图 38： 2016 年全球航天经济结构 . 31 图 39：近几年卫星商业发射产值 . 31 图 40： 2016 年发射的典型小卫星实例 . 32 图 41： 2000 年 -2016 年全球小卫星（ 600kg）发射数量 . 33 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 52 专题研究 |国防军工 图 42： 2009 年 -2013 年小卫星应用结构 . 33 图 43： 2014 年 -2016 年小卫星应用结构 . 33 图 44： 2003 年 -2014 年向 ITU 提交小卫星通信频段申请的公司数量 . 35 图 45： 2017-2023 年 1-50kg 微纳卫星发射需求 . 36 图 46： 2017-2024 年全球 1-100kg 微纳卫星发射需求 . 36 图 47：美国快速空间响应作战体系的构成 . 38 图 48：美国快速空间响应作战任务目标 . 38 图 49：卫星与地球轨道示意图 . 40 图 50： 2017 年 -2026 年 GSO 卫星发射需求 . 40 图 51： 2008 年 -2019 年发射的 GSO 卫星平均质量 . 40 图 52：采用不同推进方案的 Ka-SAT 卫星质量 . 41 图 53： 2007 年 -2026 年 GSO 卫星质量分布结构 . 41 图 54： 2010 年 -2024 年不同推进方式 GSO 卫星订单数 . 41 图 55： 2017 年 -2026 年“一箭双星”发射次数 . 41 图 56： 2007 年 -2026 年 NGSO 商业通信卫星发射（次） . 42 图 57： 2007 年 - 2026 年商业遥感卫星发射（次） . 42 图 58： 2007 年 -2026 年商业轨道运输发射（次） . 42 图 59： 2007 年 -2026 年其他商业卫星发射（次） . 42 图 60： 2007 年 -2026 年技术验证发射（次） . 43 图 61： 2017 年 -2026 年待发射入轨的有效载荷 . 43 图 62： 2007 年 -2026 年 GSO 与 NGSO 发射次数 . 43 图 63： 2017 年 -2026 年小型、中大型运载火箭发射 . 43 图 64： 2008 年 -2018 年 SpaceX 商业发射市场份额 . 44 图 65：长征系列火箭部主要型号一览 . 44 图 66：长城工业火箭发射地点及发射目标轨道 . 45 图 67： 1990 年 -2016 年长城工业商业发射次数 . 45 图 68：快舟系列固体运载火箭 . 46 图 69： 快舟火箭采用类似弹道导弹的车载发射发射 . 46 图 70：中国长征火箭公司未来布局 . 47 图 71：新一代长征系列火箭 . 48 图 72：蓝箭 -1 火箭水平运输和竖起发射示意 . 49 图 73：零壹空间的产品路线 . 49 图 74：翎客航天掌握火箭悬停飞行技术 . 49 图 75：世界各国火箭发射完全成功率 . 50 图 76：中国空间站工程计划 . 51 表 1：目前主要参与商业竞争的运载火箭发射价格 . 7 表 2：运载火箭研制主要流程 . 8 表 3：三种火箭回收方式的优缺点比较 . 12 表 4：可重复使用技术在运载火箭上的应用实例 . 12 表 5： SpaceX 多项人类历史上的“首次”记录 . 15 表 6： SpaceX 的猎鹰 -9 火箭的技术创新和突破点 . 16 表 7：美国一系列支持商业发射的政策与法律 . 17 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 52 专题研究 |国防军工 表 8： NASA 授予民营企业的商业合同 . 18 表 9：阿里安航天公司目前在役的三种火箭运载能力对比 . 24 表 10：阿里安 -6 与猎鹰 -9 参数对比 . 24 表 11：海上发射公司设立时股权结构及参股公司承担项目 . 27 表 12：轨道 ATK 公司在役火箭的性能参数对比 . 30 表 13：卫星分类及相应造价 . 32 表 14：小卫星组网的三种典型模式 . 34 表 15：三大典型的小卫星通信星座 . 34 表 16：目前已提出的新兴小卫星星座建造计划 . 35 表 17：国内企业的小卫星星座计划 . 36 表 18：低成本小型商业火箭服务价格 . 37 表 19：美国空军对快速空间响应运载器的 7 个方面要求 . 38 表 20：快速响应火箭发射周期比较 . 39 表 21：长城工业发布的未来商业搭载机会 . 45 表 22：民营企业火箭参数对比 . 48 表 23：国内出台的利好商业发射的政策与法规 . 50 识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 52 专题研究 |国防军工 火箭商业化概述 火箭商业化途径： “航天商业化 ”和 “商业航天 ” 火箭的商业化：两层内涵 +两种途径。 运载火箭 商业化包含两层含义 火箭研制商业化和运营商业化， 火箭的商业化可 分为两种实现途径： “航天商业化 ”：原本只为政府、军队、国家安全需求服务的航天基础设施向商业市场开放，原本只为政府服务的航天制造企业、航天系统运营企业也向商业市场寻求合同，而政府和军队作为大客户进入市场，按商业规律进行招标和采购。该途径下火箭商业化运营者绝大多数是国家传统航天机构或企业。 “商业航天 ”：按照市场化模式来组建新的航天企业，按照市场化规律来从事投融资、收购、合并、分立、招投标、议价、赔偿、研发、协作、制造、运营等活动，投资者和企业可以自由进入和退出。该途径下火箭商业化运营者绝大多数是民营企业。 盈利是火箭商业化的目标。 无论是 “航天商业化 ”，还是 “商业航天 ”， 火箭商业化是以盈利为目的 ， 从而用 市场取代 “国家计划 ”。 为了 实现 盈利 ， 火箭 产业技术升级、成本压缩、客户个性化服务及产品周期缩短等都是必然过程。 火箭商业化 两大 看点 ： 发射成本低 ， 履约周期短 火箭 商业发 射 市场中， 主要 有 两 大看点：发射成本低、履约周期短。 看点一 ： 发射成本低 运载火箭发射 的成本涵盖 研制、发射和测控三大环节 。 发射一次运载火箭主要成本包括 ：运载火箭的研制成本（单价）、发射成本、测控成本。组成运载火箭的部件均需要高精尖的技术，在经历预研、生产、组装、测试、发射等各个阶段，每一阶段都需要花费大量的经费。 图 1：发射一次运载火箭的成本构成 数据来源：中国数字科技馆 ， 广发证券发展研究中心 SpaceX拉低 火箭 发射成本 。 目前 ， SpaceX的猎鹰 -9火箭每次发射价格约 6200万美发射 一次运载火箭的 成本研制成本推进剂 成本发射 成本 测控成本发射场成本 地面设施成本 测控站、测量船、指挥中心成本识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 52 专题研究 |国防军工 元， 成本较低，使得欧美主流火箭发射商纷纷降低发射成本。欧洲 阿里安 -5火箭供较小型卫星 （ 3500kg以下） 使用的整流罩下部位置费用为 9000万美元。欧洲目标是将阿里安 -6（双助推）和（四助推） 的发射成本分别控制在 7500万欧和 9000万欧元（约 1亿美元）。 美国 宇宙神 -5的价格在 2015年执行天鹅座货运飞船发射任务时从 1.5亿美元已降至近 1亿美元。此外，仍在研制中的商业火箭未来均 将 大幅降低发射成本，参与商业竞争。 表 1： 目前主要参与商业竞争的运载火箭发射价格 运载火箭 GTO 运载能力 /kg 发射费用 /亿美元 单位质量发射费用 /(万美元 /kg) 服役状态 德尔塔 -4 4200 1.4 3.33 在役 宇宙神 -5 5000 1.5 3 在役 质子号 5500 1 1.82 在役 天顶号 6000 1.1 1.83 在役 H-2A 型 4200 0.9 2.14 在役 阿里安 -5 10500 2.1 2 在役 米洛陶 -C 1320（ LEO） 0.4 3.03 在役 飞马座 -XL 450（ LEO） 0.4 8.89 在役 安塔瑞斯 6120（ LEO） 0.8 1.31 在役 安加拉 7500 约 1 1.33 在役 猎鹰 -9 8300 0.62 0.75 在役 猎鹰重型 26700 0.9 0.34 研制中 阿里安 -6（双助推） 4500 0.83 1.84 研制中 阿里安 -6（四助推） 12000 约 1 0.83 研制中 火神 15100 0.99 0.66 研制中 数据来源： 国外商业航天的发展及启示（张振华）， Wikipedia， 广发证券发展研究中心 火箭 硬件设备是主要费用项 。 发射费用中 ， 若 不考虑测控成本、人力成本、基础设施成本等， 火箭 推进剂成本占比 很 低 ， 火箭整体硬件 是 最主要的 成本 。根据 ULA发布的一般二级火箭成本结构分析数据，火箭一级中推进剂占比仅为 0.7%，其他部分均为火箭硬件设备成本，其中发动机成本占比最大，达 54.3%。在火箭二级中，推进剂占比 也 仅为 0.2%。 图 2： 火箭一级的成本结构 图 3： 火箭二级的成本结构 数据来源： ULA， 广发证券发展研究中心 数据来源： ULA， 广发证券发展研究中心 一级发动机 , 5 4 . 3 %箭体结构 , 2 3 . 6 % 电气设备 , 8 . 0 %点火、级间分离等火工品 , 5 . 3 %阀门、线路、燃料管路、执行机构等 , 8 . 2 %推进剂 , 0 . 7 %二级发动机 , 2 8 . 6 %箭体结构 , 2 9 . 5 %电气设备 , 2 7 . 1 %点火、级间分离等火工品 , 9 . 6 %阀门、线路、燃料管路、执行机构等 , 4 . 9 %推进剂 , 0 . 2 %识别风险 ， 发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 52 专题研究 |国防军工 发展可重复使用运载火箭是降低发射成本的最佳出路 。 如果能够回收火箭，经过简单维修后重复使用，则可减少一次性使用后抛弃昂贵箭体、发动机及电气设备造成的浪费，通过多次使用分摊费用来极大降低发射成本。据 SpaceX发布的数据，如果回收并低成本重复使用猎鹰 -9的第一级 ， 可降低发射成本 80%， 如果第一级和第二级都能回收并低成本使用 ， 则可降低发射成本 99%。 看点二 ： 履约周期短 运载火箭技术含量高，研制周期长。 运载火箭的研究、设计、制造和试验等是一个高技术含量的综合性工程。一般而言，一个新型号的运载火箭研究需要经过论证、立项、方案设计、初样设计、试样设计等几个主要阶段，总研制周期约 6-