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国际电信联盟规定卫星资源“先占先得”,中国卫星发射迫在眉睫。根据国际电信联盟(ITU)的规定,卫星频率及轨道使用的规则是“先登先占、先占永得”。根据赛迪(CCID)数据的测算,地球近地轨道的理论容量预计仅可容纳约6万颗卫星,马斯克的“星链”是目前进度最快的低轨卫星星座,累计已发射超1万颗卫星,目标发射4.2万颗卫星,抢占大多数低轨卫星资源。国内星网、“G60”中远期规划近3万颗,ITU规则要求第9年需完成星座总规模的10%,否则资源可能会被收回,ITU准则倒逼国内卫星发射有望加速。
成本较高制约火箭发射效率,可回收火箭是降本重要技术路线号通过一级火箭复用降本60%,可回收火箭将是国内商业航天降本的必经之路。中国近年来发射火箭成本持续降低,根据国星宇航招股书,国内目前卫星发射成本从20年11.5万元/公斤降低至24年7.5万元/公斤。成本是制约火箭发射效率的核心因素,美国Space X猎鹰9的单公斤运载成本在1.4-1.8万元,低成本使得美国航天火箭发射次数全球领先,2024年美国火箭发射次数达158次;根据《猎鹰9号火箭发射及箭体复用的分析》,一级火箭约占全新火箭成本60%,通过可回收技术将一级火箭回收能够大幅降本,猎鹰9复用10次后相对单次发射成本降低60%以上,可回收技术是未来国内商业火箭公司实现降本的必经之路。
3D打印技术适配于发动机环节,降本增效的重要技术路线,国内商业航天企业积极拥抱。火箭发动机中核心环节主要包括推力室、涡轮泵、喷管、机架等,由于设计结构相对复杂且对材料要求较高,3D打印发动机的核心零部件成了降本增效的重要技术路线。Space X三代猛禽发动机采用3D打印技术,实现推力提升21%、总重量降低了40%。国内头部商业火箭蓝箭航天、星河动力积极拥抱3D打印技术,已在代表型号商业火箭的发动机环节采用3D打印技术,随着未来3D打印技术逐渐成熟,商业火箭发动机、结构件等环节均有望采用这类路线D打印公司的投资机会。
猎鹰9复用10次后相对单次发射成本降低60%以上,国内商业火箭的下一站或为实现可回收。1)我们前文提出中国抢占低轨卫星轨道资源至关重要,而发射成本降低是实现低轨卫星批量化发射的核心要素,随着火箭技术的提升和成熟,国内目前单颗卫星的发射成本从20年11.5万元/公斤降低至2024年7.5万元/公斤;2)国内商业航天的下一站为可回收:根据《猎鹰-9运载火箭发射成本研究》,猎鹰9单次发射成本为4500万美元,复用10次后单次发射成本将降低至1700万美元,而Space X的合同对外报价为单次发射6200万美元,可复用后,火箭发射的经济性大幅提升。反观国内若实现可回收后,成本降低有望与客户一定程度分享降本收益,打通商业航天逻辑闭环。
假设单发火箭运载10颗卫星,星网+G60对运载火箭合计年均需求近90发。根据蓝箭航天招股书,2020年星网提交了12992颗卫星星座的申请,第9年需完成总规模的10%,否则资源可能会被收回,因此星网2029年底前需部署约1300颗卫星,目前仅布置136颗;G60计划2027年底前部署1296颗卫星,目前仅布置108颗。假设一发火箭运载10颗卫星,则星网+G60年均对运载火箭需求合计近90发,低轨卫星发射的迫切需求拉动火箭需求。
发动机内部燃烧室的结构极其复杂,3D打印是优选方案。根据铂力特官网,燃气发生器身部和燃烧室的零件内部对于结构、外形、流道精度要求严格。燃烧室零件周身均布百余条细长流道,燃气发生器身部零件内有数十个冷却通道,零件最小特征尺寸精度为±0.05mm,使用传统锻造、焊接等工艺加工无法达到技术要求。而金属3D打印技术可实现复杂结构一体成形,大幅缩短发动机装配周期,集成化设计还可有效减少零组件数量,提高发动机使用维护性,也更容易进行零部件批量化生产。