商业航天行业深度 告：谁能成为中国的SpaceX

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投资摘要

商业航天的市场在哪里

传统的航天应用以卫星为主，包括通信、导航、遥感、科研四大方向。随着商业航天的 兴起，产生了新的方向，在卫星通信领域出现了卫星互联 ，以及太空旅行、太空采矿、 深空探测等。更长期的如建设太空基地、移民火星等，也是人类航天技术未来可能的发 展方向。

? 卫星通信：卫星互联 +无人驾驶或引领下一波科技浪潮。我们认为，卫星通信与地 面通信相比，具有：1）优势：覆盖面积广；2）劣势：由于轨道位置较远、发星成 本较高等原因，信 时延长、覆盖深度弱、通信速率低，因此需要新的终端支持。 我们认为，通过电动车+卫星通信互联 的垂直整合，可以打破车联 建设资本开支 较高和覆盖较差的问题，或将为智能出行行业带来下一波革命浪潮。

? 商业火箭：回收与复用是实现低成本、高效发射的关键因素。SpaceX 在商业发射市 场占据主导地位，我们认为其成功背后主要由于领先的可回收与重复使用技术。我 们以猎鹰 9 的发射价格为基础测算，在一子级重复使用、二子级不重复使用的情况 下，回收复用 10 次后的火箭成本可节省 56%。我们认为，实现低成本的关键在于： （1）合理的推力与箭体结构设计，为实现入轨发射奠定基础，（2）可重复使用且成 本可控的液体燃料，（3）在大范围变推力、姿态与导航控制、着陆支撑等火箭回收 复用的技术难点实现突破。中国企业未来可能的发展路径：（1）运载火箭的推力从 小到大，（2）推进剂从固体到液体，最终（3）发展可回收与可复用技术，大规模降 低成本。

? 商业卫星：卫星生产从“定制化”时代走向“工业化”时代。2014 年之前，全球每 年发射卫星数量约百颗。随着低轨星座的兴起，卫星年发射数量经历了 100—> 300 —> 1000 颗的迅速增长，我们测算微小卫星生产将为全球新增 200亿美元/年的产值。 卫星需求的增长必然带来生产模式和产业链的变化。在生产模式上，我们认为，主 要有模块化设计、柔性生产线、快速 AIT、供应链优化四个主要影响要素。同时，卫 星研制生产周期也将从传统的 30 个月缩短到数周/天时间。

? 卫星导航：北斗三代性能接近 GPS，关注垂直行业发展机会。北斗三代全星座部署 完成后，在中国及周边地区定位精度优于 0.3~0.6 米，性能接近 GPS。目前在中国大 陆销售的大部分安卓手机（如华为、小米、OPPO、Vivo 等）与应用已经全面支持基 于北斗的定位服务，运营商的 5G 基站也全部采用 5G 授时服务。在国家政策的大力 推动下，我们看到，北斗在智能驾驶、精准农业、高精度测绘、智慧城市等行业的 落地，有望带来广阔的应用前景。北斗产业链中，拥有技术壁垒与资质壁垒的公司 如中国卫星、海格通信、北斗星通等值得关注。

? 卫星遥感：基建、环境监测等商业应用快速崛起。1）根据 Euroconsult，2017 年全 球商业遥感数据及增值服务市场规模约为 46 亿美元，2025 年预计可达 73 亿美元。 2）基建、环境监测目前在数据增值服务市场中占比分别为 26%和 22%，商业应用快 速崛起。3）我国卫星遥感行业在应用层次、深度和广度上均有较大发展空间。全球 来看，Planet Labs 与 DigitalGlobe 在遥感卫星的数量及分辨率上较为领先；国内市场， 长光卫星的遥感数据已具有较强的服务能力。

谁有可能成为中国的 SpaceX

中国企业在商业航天上的探索，主要分为商业卫星和商业火箭。商业卫星按应用领域来 分，包括通信、遥感、导航等。

卫星通信：星链（Starlink）是泡沫还是革命？

SpaceX 到 2020 年年底成为全球最大卫星运营公司

lon Musk 于 2015 年首次提出“星链计划”。该计划共分两期三阶段，计划发射总共 1.2 万颗卫星到 550-1325 公里之间的多条绕地轨道，形成一个可以覆盖全球的宽带卫星通信 络，并在 2019 年将卫星总规模扩大至 4.2 万颗。SpaceX 从 2019 年 5 月开始卫星发射， 截止 2020 年 5 月 18 日，已经成功发射 7 次合计 422 颗卫星入轨（含试验星），从拥有卫 星数量上来看，已经成为全球最大卫星运营商之一。按照目前每隔 2~3 周进行一次“一 箭 60 星”发射的速度，我们预计 SpaceX 到 2020 年底将拥有约 1600 颗卫星，比截至 2019Q3 的任何国家的卫星数量都要多。

星链第一阶段：发射约 1600 颗卫星，为美国北部和加拿大的客户提供“星链”服务

SpaceX 计划发射总共 4425 颗通信卫星到离地面 550 公里的 LEO 轨道，形成“星链”卫 星 络（其中第一阶段 1600 颗），提供能够覆盖全球的卫星宽带数据接入服务，其使 用频率为 Ka/ku 波段（约 10~30GHz）。2018 年 3 月，美国联邦通信委员会（FCC）批准了 这个计划，并要求 SpaceX 必须在 2024 年前至少发射一半卫星（2213 颗）。2018 年 2 月， SpaceX 成功发射 2 颗实验卫星；2019 年 5 月，SpaceX 实现了第一批 Starlink 卫星发射（一 箭 60 星），开启商业发射加速组 ，并在 2020 年晚些时候开始为美国北部和加拿大的客 户提供“星链”服务，2021 年开始覆盖全球。从 2020 年开始，我们预计公司每隔 2~3 周就会发射 60 颗卫星，年底或将发射 1600 颗。

星链第二阶段：发射 2825 颗卫星，完成全球组

第二阶段，公司计划发射 2825 颗卫星到 550 公里，其使用频率仍为 Ka/ku 波段（约 10~30GHz）。第二阶段发射计划已获得 FCC 批准。Starlink 完成全球组 后，将为全球提 供通信容量达 1Gbps、延迟低于 25ms，用户段终端单价将控制在 200 美元，采用易于安 装的高指向性窄波束相控阵天线，具备良好的旁带抑制性能的宽带服务。

第三阶段：发射 7518 颗卫星组成星座，为全球提供天基互联 服务

第三阶段卫星有 7518 颗，轨道高度 350 公里，使用 Q/V 波段（37.5x-53GHz）提供卫星 接入服务。第三阶段发射计划已获 FCC 批准。前三阶段共计 1.2 万颗卫星。

根据 ITU 官方 站的申请信息，SpaceX 已向 ITU 提出申请，拟再发射 3 万颗卫星。

? 专 市场：对现有铱星等系统的一个很好升级，面对铱星、同步卫星通信速率较低、 终端和资费昂贵的问题，在时延、终端价格、流量费用和覆盖方面全面领先铱星， 同时可以对地面专 进行补充。

? 车联 市场：车联 和 Tesla 结合，能打开新的空间，相比高通、华为等 4G 车联 建设专门投入规模较小，且覆盖更为广泛。可以实现汽车在大范围内的联 ，同时 可以实现通信+导航的一体化。

? 家庭宽带市场：现有全球固 宽带覆盖率仅为 44%。Starlink 在家庭应用中可以提供 低价的通信方式，用户规模提升后资费可比现有宽带 络。

? 个人移动通信，由于信 覆盖和手机生态链限制，几乎不可能被 Starlink 颠覆。但是 在特定的覆盖场景如森林、海洋、航空、无人机等市场也有更广泛应用。

商业机会1：取代铱星，成为第一个卫星宽带专 （略）

商业机会2：与 Tesla 结合，成为第一个全球车联 系统（略）

商业机会3：家庭宽带普及率尚有提升空间，但资费是挑战（略）

商业机会4：取代现有地面 4G/5G 通信的可能性较低（略）

频谱和轨道资源是卫星通信的两大核心资源，正成为争夺的焦点

绕地轨道，按照离地面主要分为地球同步轨道（GEO）、低轨道（LEO）和中轨道卫星（MEO）。

? GEO 轨道资源已经较为紧张，LEO 轨道资源正在成为争夺的目标。GEO 卫星轨道位 置固定于距离赤道上方 35800 千米处，轨位资源有限。截至 2019Q3，1）全球在轨卫星达到 2218 颗，与 2011 年相比（986 颗）相比增长较大；2）美国拥有 1007 颗 卫星，占卫星总数 45%，位居全球首位；3）我国拥有卫星近 300 颗，位居第二（截 至 2019 年 11 月底）；4）全球 GEO 卫星 562 颗，前 10 名占比 82%，较为集中；5） 全球 LEO 卫星有 1468 颗，相对于 LEO 卫星轨道资源相对较为宽裕。

? 2017 年全球 LEO 卫星数量大幅增长，低轨卫星星座快速发展。1）2017 年全球 LEO 卫星 305 颗，相比 2016 年 80 颗大幅增长，主要原因是来自于美国的 LEO 卫星的增 长；2）2017 和 2018 年度的 LEO 卫星发射数量在 300 颗左右，SpaceX 计划在 2020 年发射 1600 颗左右卫星，增长一个数量级；3）目前美国和中国的卫星轨道结构中， LEO 卫星占比均达到 70%以上，低轨卫星数量的优势较为明显。

频谱资源：在通信领域是核心战略资源

卫星频率资源是稀缺的“不可再生资源”，通信卫星向高频段发展的趋势明显。1）低于 2.5GHz 的 L 和 S 频段主要用于卫星移动通信、卫星无线电测定、卫星测控链路等应用；2） C 和 Ku 频段主要用于卫星固定业务通信，该频段已近饱和。通信卫星向高频段发展的趋 势明显。通常而言，通信频率越高，带宽越高；但也更容易受干扰，受天气影响较为严 重。卫星通信的信 传递流程是：信 通过上行用户链路发至入口卫星，在卫星之间通 过星间链路传递，直达目的卫星，最后再通过下行用户链路发回地面。信 在用户链路、 馈送链路传递过程中，所需的频谱资源由 ITU 负责管理与分配。

卫星频率需要在卫星使用前 3~5 年区间内申请，申请后 7 年内不启用将会被注销：对于 规划分配，ITU 遵循公平分配保证必要的需求；对于“非规划”的分配（占大多数），ITU 遵循“先到先得”（first come – first served）的原则分配资源，简单来说，可大致分为预 先公布、协调、通知登记三大步骤。根据 ITU 相关规定：1）需要在卫星 络投入使用 前不早于 5 年，但不晚于 2 年，向 ITU 申 、公布拟发射卫星将使用的频率和轨道；2） 卫星频率与轨道资源在提出申请（即 API）的 7 年内，必须发射卫星并正式的启用资源； 否则会予以酌情注销。

低轨卫星通信未来的商业机会在哪里

卫星通信此前定位主要是地面 络的补充和特定场景的应用。历史上卫星通信服务是光 纤、铜缆之外家庭宽带的补充，主要应用在固 难以接入的场景，如非洲部分国家，以 及海上、机上通信场景。中金公司研究部统计的 6 家全球卫星通信企业（图表 26）2018 年收入规模 339 亿元人民币，规模相比全球地面运营商固 /移动 收入仅占不到 1%水 平。市场规模多年保持稳定。全球通信卫星营收超过 100 亿元人民币的仅两家（2018 年 数据）。在盈利能力上，除了国际海事卫星组织和中国卫通外，其他公司 2018 年均为亏 损。以低轨卫星为主的三家公司铱星通讯、全球星和 ORBCOMM 轨道通讯公司，其营收 规模均在 40 亿元人民币之下（2018 年数据），且盈利能力不稳定。相比面向普通消费者 的通信运营商，如美国 Verizon、中国移动等，通信卫星运营商体量一般较小，如国际通 信卫星 2018 年营收为 Verizon 的 2%。

20 世纪 90 年代，人类曾尝试将卫星通信面向普遍服务场景，但以失败告终。历史上有 多次卫星通信普遍服务的讨论，其中最著名的尝试是美国铱星公司。1990 年，摩托罗拉 提出铱星计划，1996 年铱星计划开始卫星组 发射；原铱星公司（IRIDQ）1997 年上市， 1998 年 11 月迅速投入运营，但在运营不足一年后因资不抵债于 1999 年 8 月申请破产， 破产时用户规模不超过十万人。

铱星失败原因：铱星在提出时理念超前，当时仍处于移动互联 发展前期，流量需求不 足。而通话需求已经可以被 2G 络满足，导致没有合适场景。而且铱星将市场定位为取代现有移动通信系统。由于资费和终端价格过高，相比蓬勃发展的地面蜂窝通信系统毫 无商业竞争力。

铱星重获新生：2000 年铱星被 Dan Colussy 以 2500 万美元收购，开始面向特定应用服务， 在 2001 年后，铱星公司获得美国国防部合同。2007 年新铱星公司（IRDM）上市，美国 国防部每年贡献 20%+收入。2008 年提出铱星二代（Next）计划，并陆续组 发射，2019 年 2 月铱星二代完成部署，从 2010 年到 2019 年共耗资 30 亿美元建设。

Starlink 让低轨宽带卫星重获世界关注。铱星一代失败之后，随着地面通信系统的不断完 善，卫星通信普遍服务的讨论声音减弱。直到马斯克在 2015 年提出 Starlink 计划并高效 的推动实施，卫星普遍服务的话题才再一次受到关注。近期包括亚马逊、三星等科技巨 头都提出了类似于 Space X 的商业卫星计划。Starlink 的可行性也因此受到普遍关注。

Starlink 与地面 4G，地球同步卫星，铱星的优劣势比较

卫星通信和地面通信相比在覆盖面积上具有优势。1）优势：覆盖面积广；2）劣势：由 于轨道位置较远、发星成本较高等原因，具有信 时延长、覆盖深度弱、通信速率低等 缺点，因此需要新的终端支持。在用户规模有限的境况下资费较贵。

Starlink 相比 GEO 和铱星等具有优势，但和地面 4G 络相比竞争力较弱。Starlink 相比 传统 GEO 卫星（如高通量卫星、国际海事卫星等）和低轨卫星（如铱星）等，通过调制 升级、多波束天线等通信技术升级和卫星技术升级实现了更高通量、更低时延的通信。 但受轨道位置、发星数量等限制，和地面 4G 通信相比，在信 的室内覆盖，终端的小型 化，通信速率和通信资费等方面还存在缺陷。因此，我们认为，Starlink 主要应用场景还 是政府、海事、航天专 、车联 、固定宽带等。

? 覆盖广度：现有运营商固 服务 44%的人口，移动 覆盖了 90%以上的人口，但有 大量的人口稀疏的陆地区域和高空区域没有覆盖。Starlink 目标发射 1.2 万颗卫星覆 盖全球，短期通过 1,500 颗卫星即可完成浅覆盖，并可实现高空覆盖。铱星和其他 地球同步卫星的覆盖类似。

? 覆盖深度（室内覆盖）：卫星终端由于信道距离较远，因此信 强度较低，同时由于 频率主要集中在 5GHz 以上，因此面对天气较差环境或室内覆盖场景信 较差。因 此对室内、隧道场景的覆盖需要增强器辅助。Starlink 等低轨卫星系统轨道比同步卫 星低，因此信 覆盖深度介于地面 4G 和同步卫星之间。

? 通信带宽：现有的低轨卫星通信速率较低，一般支持 kbps 级别的通信传输；地球同 步卫星也可支持 Mbps 级别数据传输，但 Starlink 通信基于更先进的通信能力设计， 因此可实现低成本的 Mbps 级别的连接，随着用户规模和卫星数量提升可以类比固 或者移动 的通信速率，提供低成本的广泛通信服务。

? 通信时延：现有地球同步卫星轨道高度在 35,000 公里，上下行链路时延可达 200ms 以上，考虑数据在地面传播分发，端到端时延可达 250ms。Starlink 等近地轨道卫星 高度在 300-500 公里，上下行链路时延可达 5ms 以内，因此端到端时延可到 20ms。 相比现有主流卫星通信方案缩短了 90%的时间延迟，可比现有 4G/5G 上 体验。另 外如果考虑陆地洲际通信的有线光缆和 关等造成的时延问题，Starlink 的星际互联 连接方式在速率上可能优于地面通信方式。

? 终端产业链：目前，主要卫星通信终端包括 Iridium 铱星、Inmarsat 海事、Thuraya 欧星等厂商提供的各类卫星电话等设备。根据 Amazon 数据显示，Iridium 终端设备 价格较高，代表型 9555 及 9575 卫星电话裸机售价为 1,000 美元左右；Inmarsat 与 Thuraya 卫星电话价格较为亲民，也要 500 美元以上。我国天通一 卫星手机终 端单价 4,000 元人民币以上。舰载终端由于可靠性等要求价格会进一步提升。

我们认为卫星通信专用终端尚不具备完善的商业生态，很难在短期内实现与智能手 机匹敌的出货量规模，其用户渗透率的提升或将面临挑战。Starlink 明确了终端形态， 放置在面向楼顶、汽车顶棚等场景，类似于机顶盒模式，相当于提出了兼容现有手 机终端的新终端类型，并非和手机竞争，而是透过专用终端连接手机，可以利用现 有手机产业链优势。

? 通话资费：Iridium 通话约 1.9 美元/分钟，Inmarsat 通话约 1.5 美元/分钟，Thuraya 通话约 1.6 美元/分钟 。我国大波束同步卫星通过租用空口链路带宽模式可达几十 万元/MHz/年，是固 价格的百倍以上。高通量同步卫星通过租用流量模式可达 5 元/MB，是移动 的 1000 倍。同步卫星天通一 海事卫星，SIM 卡通话 1.39 元/分 钟，流量费 30 元/MB。由于现有卫星通信费用昂贵，因此终端客群规模较小。

SpaceX 的优势在哪里?（略）

我们认为 SpaceX 发展低轨卫星通信主要有以下四大优势：

? 猎鹰系列运载火箭的发射成本远低于竞争对手：SpaceX 在运载火箭领域率先实现可 回收与可复用，降低了单次发射成本、单位质量发射成本。我们测算，目前“猎鹰 9 ”和“重型猎鹰”的单次发射价格约为主要竞争对手的 1/2，“猎鹰 9”及“重 型猎鹰”的 LEO 单位质量发射成本仅为主要竞争对手的 1/3-1/2。

? “一箭 60 星”的发射技术：截至 2019 年 3 月 18 日，Starlink 已完成 6 次发射，且 均为“一箭 60 星”，卫星重量合计 15.6 吨/单星 260kg，按照标准单次发射价格 6200 万计算，单星的发射成本为 103 万美元。

? 大批量生产大幅降低卫星制造成本：Starlink 卫星高度集成平板设计，分系统部件设 计较为先进，能够适应高容量集群发射，根据 SpaceX 总裁格温?肖特维尔的演讲： “每颗星链卫星制造成本已经低于 50 万美元”，远低于其他同样重量级别卫星价格 （Oneweb 约每颗 100 美元、铱星二代研制成本约每颗 3000 万美元）。

? 垂直整合的商业模式提高了卫星研制与发射组 的速度与灵活性：SpaceX 采用垂直 整合的商业模式，自研卫星并使用猎鹰系列运载火箭提供发射服务。通过垂直整合 的商业模式，SpaceX 在卫星研制的接口参数设计等方面更具有灵活性，在卫星组 发射的排期更具有便利性，提高了组 速度。

? 我们按照 50 万美元/颗的卫星制造成本，单次发射 6200 万美元进行测算。完成 2020 年部署 1600 颗星所需要的卫星制造和发射成本为 25 亿美元。完成 4425 颗卫星的部 署，需要投入 68 亿美元。

? 成本仍有继续下降的空间：1）卫星采用批量生产和标准件后，我们认为将有望继续 降低成本；2）目前“猎鹰 9”已实现一级火箭回收，若后续实现二级火箭回收，我 们预测可在现在火箭发射的成本上继续降低。

主要公司：SpaceX、OneWeb、铱星、中国卫通、微纳星空、银河航天、九天微星

……

商业火箭：如何把握低轨星座的商业机会

商业航天市场概要

航天是一个复杂的系统工程，主要包括卫星、运载器、航天发射场、航天测控系统和应 用系统。我国具有较为完整的卫星工程系统产业链。其中，在卫星研制和发射领域，技 术实力较为突出，典型如“北斗”全球卫星导航系统和长征系列运载火箭等，具有国际 竞争力。但在电子元器件、终端类产品、应用系统和运营服务等领域，整体实力有待提 升。我们认为，SpaceX 等公司的快速崛起，打破了现有全球的火箭发射和卫星组 及应 用格局，对我国也带来了挑战和发展机遇。

卫星发射：卫星制造：地面设备：卫星应用 4 部分价值比例约为 1：3：20：20。国际上， 商业航天分类及年产值通用常参考美国 SIA 数据：

? 商业航天中，卫星产业营收 2774 亿美元，占比达 77%（2018 年数据）；

? 卫星产业通常分为卫星发射、卫星制造、卫星服务、地面设备四大类，2018 年各版 块营收分别是 62 亿美元、195 亿美元、1252 亿美元和 1265 亿美元，各自占比 2%、 7%、45%、46%；

我们假设卫星发射价值为 1，四个板块价值比例分别是 1：3：20：20。

商业火箭逐渐成为全球发射市场的主力军

市场趋势#1：星座组 需求增长迅猛，将创造累计 196 亿美元的增量市场

卫星规划数量增长迅猛，使得火箭发射频次需求陡增。近年来，随着 Starlink 等低轨卫星 星座计划的提出，全球掀起了低轨星座建设的热潮。亚马逊、三星、波音等科技巨头也 相继披露星座计划。我们根据各公司官 统计，已发布的全球商业卫星星座计划逾 25 个， 将累计发射卫星数量超过 2 万颗。

? 2018 年全球发射服务产业规模 62 亿美元，2009-2018 年 CAGR 仅 4%。2018 年全球 发射服务产业规模达 62 亿美元，同比增长 35%，2009-2018 年 CAGR 4%。根据 Space Launch Report 统计，2018 年全球发射次数总计 114 次。

? 新的组 需求将带来年均 28 亿美元的增量市场，2018-2027 年 CAGR 或提升至 7%。我们假设：1）以猎鹰 9 的 6200 万美元为单次发射价格；2）以“一箭 60 星”的发 射方式；3）履约期限为 7 年；4）卫星计划的完成率 70%。我们预计新的卫星组 需求将带来年均 28 亿美元的市场规模，累计 196 亿美元；对应年均 45 次的发射需 求。2018-2027 年，全球发射服务产业复合增速或将从 2009-2018 年的 4%提升至 7%。

市场趋势#2：SpaceX 在全球商业发射市场占据领先地位

全球商业发射市场以美国与欧洲为主。根据 FAA 的全球商业发射数据统计，2017 年全球 商业发射市场以美国、欧洲为主，市场规模分别为 17.31、10.92 亿美元。

发射价格逐渐下降，SpaceX 在商业发射市场占据领先地位。历史上的各类航天发射任务 成本高昂。据 NASA 估算，阿波罗登月项目的成本逾 1,500 亿美元。1972-2011 年间， 美国航天飞机累计完成 130 余次任务，NASA 估算其单次发射费用平均约 4.5 亿美元； 根据 Nature（Shuttle programme lifetime cost）估计，若以航天飞机项目的总成本（例如 制造成本、设备、培训等）来考虑，平均每次发射成本可达 15 亿美元。

? 2013 年，SpaceX 以 0.56~0.62 亿美元/次的发射价格进入商业发射市场，全球主要火 箭型 商业发射价格逐年下降。近年来，成功实现首次发射的运载火箭如快舟 1 、 Electron、Minotaur C 等的发射价格均进入百万美元级别。全球商业发射市场已然进 入新业态。

? SpaceX 在商业发射市场占据领先地位。根据 FAA（美国联邦航空管理局）2017 年数 据统计，SpaceX 在全球商业发射的市占率高达 52%（按次数统计），按火箭型 来 看，猎鹰 9（Falcon 9）是完成商业发射次数最多的箭型，按次数统计的市占率为 52%。

技术路径#1：运载火箭推力从小到大

商业运载火箭的发展遵循从小到大的规律。回顾 SpaceX 猎鹰系列运载火箭的发展历程， 经历了初期运载能力不足 1 吨的 Falcon 1 到运载能力 22 吨的 Falcon9、再到运载能力超 50 吨的重型火箭 Falcon Heavy，其发动机的推力也从 Merlin-1C 的 40 吨级提升至 Merlin-1D 的 90 吨级，我们认为，对于商业火箭公司而言，合理的箭型推力规划将遵循从小到大的 发展规律。

? 新型箭型的单台发动机推力较小。Rocket Lab 的 Electron（载荷以微小卫星为主）在 2019 年成功发射 9 次，发射次数仅次于 SpaceX 的猎鹰，受到广泛关注。Electron 采 用 9 台并联的结构，单台发动机推力为 20kN。我们认为，较小推力的小型火箭，适 应了微小卫星定制化、快速发射的需求，应用场景灵活，同样具有较好的商业前景。 值得注意的是，小推力的单位质量发射价格仍然较高，如 Electron 单位质量发射价 格约 21.8 百万美元/吨（以 LEO 计算），我们认为未来或随着批量快速生产的规模效 应、回收复用等实现成本的降低。

? 成熟箭型的单台发动机推力均大于 800kN。我们认为，1000kN 左右的中等推力发动 机具有较好的市场前景：一方面可通过并联实现较大总推力（类似 Falcon 9 及 Falcon Heavy），从而满足特定应用卫星或高轨大卫星发射需求。另一方面，中等推力发动 机也可以单台直接批量发射中小卫星（如 Ariane 5 及 Soyuz 2.1），满足组 的需求。

技术路径#2：发动机推进剂从固到液

火箭发动机是运载火箭的关键部件，约占运载火箭总成本的 30%。根据推进剂不同，可 分为固体发动机与液体发动机。固体发动机具有易实现大推力、可靠性高、发射操作简 单、使用维护方便等优点，在各国航天发射中发挥着重要作用；但固体发动机比冲小、 工作时间短、推力不易控制、重复启动困难。液体火箭发动机具有比冲高、推力可调、 可多次启动等优点；液体火箭发动机则向着提高运载能力、使用寿命、可靠性、适应性 的方向发展。

固体推进剂

快舟及捷龙商业火箭具有优势。常用的固体推进剂包括双基推进、复合推进、改进双基 推进。快舟与捷龙固体火箭，在技术成熟度、发射的市场价格、响应速度、制造成本等 方面具有一定优势。

液体推进剂

液体推进剂是可复用商业火箭的较佳选择，比冲、成本、清洁度等是重要的评价指标。液氧煤油和液氧甲烷做为液体推进剂，是可重复使用运载火箭的较佳选择。对于以可重 复使用为目标的发动机来说，推进剂组合应具有性能好、成本低廉、资源丰富等优点。

全球主流运载火箭的发动机推进剂梳理

目前，SpaceX 的 Falcon 9 及 Falcon Heavy 均使用两级液氧煤油发动机 Merlin-1D，在研发 动机 Raptor 将使用液氧甲烷为推进剂。我国民营企业中，星际荣耀焦点 1 （液氧甲烷） 已完成整机 200 秒长程试车，计划用于双曲线 2 ；蓝箭航天的天鹊发动机（液氧甲烷） 已完成 100 秒试车，计划用于朱雀 2 ；深蓝航天的雷霆 1（液氧煤油）已完成燃气发 生器点火试车；星河动力等也均有相关进展。

技术路径#3：可回收与重复使用可有效降低火箭成本

火箭的回收：一般而言，运载火箭的回收可分为伞降回收着陆式、垂直返回式和带翼飞 回式三种类型。历史上，成功回收的运载火箭主要包括：美国航天飞机（Space Shuttle）、 阿里安 5 助推器使用伞降回收；SpaceX 的猎鹰系列一子级使用垂直返回。俄罗斯在研 型 Angara 则计划使用带翼飞回方式。

火箭的复用：历史上回收再重复使用的火箭主要有 Space Shuttle 的助推器、Falcon 系列 的一子级，Ariane 5 助推器虽曾实现成功回收，但主要用于解决残骸落区安全问题以及后 续的研究分析。

航天飞机助推器的伞降回收

根据 NASA 官 介绍，美国航天飞机（Space Shuttle）的回收主要为助推器及轨道飞行器 的回收，助推器使用伞降回收的方式，轨道飞行器的回收类似飞机降落。

? Space Shuttle 由于高昂的维修费，不仅没有降低成本，反而使得每次发射费用高达 4-15 亿美元，最终提前退役。

? 助推器伞降回收后，然后在肯尼迪航天中心（KSC）进行拆卸，将电机段运回 Thiokol （固体燃料推进器供应商）经过再次处理后在运回 KSC，尾部和前部裙板则继续在 KSC 进行翻新。此后还需要重新涂装、灌料、组装等。

此外，小型火箭公司 Rocket Lab 拟使用伞降+直升机的方式，回收 Electron 运载火箭的第 一阶段，即 Electron 将载荷送入轨道后通过降落伞的方式下降；同时，通过抓钩抓住直 升飞机与降落伞的连接线。据 Space News 道，2020 年 4 月 Rocket Lab 已成功测试了其 在空中捕捉正在下降的电子火箭载物台的能力。

SpaceX 的垂直回收

从“猎鹰 9”的回收说起：Falcon 9 火箭一子级垂直回收方式分为两种，一是返回发射场 回收，二是发射方向上落区回收。由于卡纳维拉尔角发射场位于美国东海岸，因此，其 发射方向上落区回收又称海上回收，返回发射场回收又称陆上回收。

海上回收的运载能力损失更小，陆上回收技术难度更低。海上回收时，着陆平台可部署 在火箭一子级落区，一子级在返回着陆时无需大范围的横向机动，从而可以减少对推进 剂的需求，对运载能力影响较小。但海上回收仍需克服诸多挑战：1）建造稳定的海上着 陆平台，能够进行海上精确定位且误差小于 3 米；2）高精度火箭返回着陆控制技术，由 于海上回收平台面积有限，最终一子级落点精度应控制在 10 米误差范围内；3）应对复 杂的海上气象条件。

可回收与重复使用的节省成本分析

Falcon 9 价拆分：猎鹰 9 当前发射 价为 6200 万美元，我们假定初始发射 价中，火 箭成本、发射测控等费用和利润比为 7∶2∶1，火箭成本约 4340 万美元，其中 SpaceX 已实现回收与重复使用的一子级成本约 3038 万美元（假设一子级占总成本的 70%）。

重复使用究竟节省多少成本？我们假设：1）一子级回收后的回收维修费用为 300 万美元； 2）重复使用十次后，一子级成本可降低至初始成本的 10%。因此，在一子级重复使用、 二子级不重复使用的情况下，我们初步测算，回收复用后的火箭成本约 1906 万美元，约 为初始成本的 44%。

主要公司：科工火箭（快舟）、星际荣耀、蓝箭航天、星河动力等

中国商业火箭企业机会：我们根据各公司官 统计的中国商业卫星星座计划，约有累计 178 吨的发射需求，假设平均履约周期为 7 年，则每年运力需求为 25 吨。

面临的挑战：（1）稳定的入轨能力是民营商业火箭公司形成商业闭环的基石；（2）行业 领头羊 SpaceX 若未来实现二子级回收，全球商业发射的价格或将进一步下降，市场竞争 将更为激烈。

科工火箭：航天科工集团专业打造的商业火箭

航天科工火箭公司是航天科工集团为发展商业航天产业而成立的国内首家专业提供商业 航天发射服务的公司，面向商业航天发射市场推出了快舟系列运载火箭。

快舟系列运载火箭的单位发射价格具有国际竞争力。据新华 道，国际商业发射中， 小型运载发射 价一般为每公斤 2.5 万至 4 万美元，而“快舟一 甲”火箭的 价不到 2 万美元/公斤，“快舟十一 ” 价不到 1 万美元/公斤。

商业卫星：“工业化时代”的投资机会

小卫星需求量大幅上升，或将进入“工业化”大规模生产时代

如下图所示，全球卫星发射数量从 2017 年开始出现大幅增长，从 128 颗（2016 年）增 长到 351 颗（2017 年）。增长主要来自于 LEO 卫星，背后的驱动因素是商业星座的部署 和“一箭多星”技术的成熟。

? 2017 和 2018 年度全球卫星发射数量分别是 351 颗和 371 颗，其中 LEO 卫星占比超 过 80%。2017 年全球 LEO 卫星 305 颗，相比 2016 年（80 颗）的大幅增长 225 颗， 主要是来自于美国的 LEO 卫星（“鸽群”和“二代铱星”）的增长；

? 2017 年，全球在轨遥感卫星 231 颗，其中美国有 191 颗。主要是美国 Planet Labs 通 过 3 次发射部署了 140 颗“鸽群”立方体卫星，用于对地观测（遥感）；全球在轨通 信卫星新增 48 颗，主要是因为美国二代铱星（Iridium NEXT）通过 4 次发射部署了 40 颗卫星，用于低轨商业通信。其中，88 颗“鸽群”卫星是通过印度“一箭 104 星”的技术一次性发射，“一箭多星”技术提高了发射卫星数量的能力。

? 目前美国和中国的卫星轨道结构中，LEO 卫星占比均达到 70%以上，低轨卫星数量 的优势较为明显。

全球已知公布星座计划卫星总数量超过 2 万颗，考虑 SpaceX 后来申请的 3 万颗星，周期 5~10 年，年均数量或在 4000 颗左右。而之前全球每年卫星发射数量只在 200~300 颗， 相比提升了一个数量级。卫星数量的大幅增加，使卫星从传统的“定制化”开始走向“工 业化”大规模生产，其趋势是体积减小、重量减轻、周期缩短，使用组 能力来代替单 星能力。

卫星大规模的需求对其生产模式带来哪些变化？

规模化生产和技术快速迭代，是商业卫星发展的必由之路

2014 年之前，卫星星座的数量级多在数十颗卫星量级，而新一代卫星星座如 SpaceX、波 音、Boeing 等多个计划星座数量都达到数百颗甚至成千上万颗量级，这对卫星的设计理 念、生产方式等都带来了巨大挑战。我们认为，卫星规模化生产包含了四个方面的变革： 模块化设计、智能化生产、快速 AIT、优化供应链。

? 模块化设计：卫星本体主要包括卫星平台和载荷两大部分，采用模块化设计理念， 可以提高分系统通用性，缩短生产时间。

? 柔性生产线、智能化设备：典型案列如 Oneweb 与 Airbus 合作的卫星工厂，创造性 的采用了自动化的生产线，并使用协作机器人、智能装备工具、大数据控制系统、 AR 工具等，加速整个装配、总装、试验流程，单条生产线日产 2 颗卫星。

? 快速 AIT：总装、测试与试验（AIT）是航天器研制过程中必不可少的研制环节。美 国航天器传统 AIT 流程需要半年以上，而美国“快速响应太空 ORS”办公室通过总 结优化 Globalstar 和 Iridium 卫星 AIT 经验，快速 AIT 耗时缩短到 22 小时。

? 优化供应链：选用商用现货（COTS）器件是商业卫星降低成本的潜在方式。Iridium 一期的 COTS 器件占比达到 50%以上，摩托罗拉通信卫星事业部认为：许多 COTS 器 件完全能够满足任务需求，但也有一些需要额外加固、降级和筛选，而一些关键部 件则需要采用高可靠器件以提高效费比。

规模化生产目的：降低成本，缩短周期

通过研究波音、洛克希德马丁、泰雷兹阿莱尼亚、欧洲宇航防务集团阿斯特里姆公司等 大型卫星制造商可知，传统大型商业通信卫星的设计、制造、发射周期理论上为 26~32 个月，其中，卫星的论证阶段大约需要 8~10 个月，时间占比 30%；研制生产测试需要 16~20 个月，整个周期占比 62%，交付与发射时间大约需要 2 个月。

我们认为，由于卫星星座是批量生产，只需要一次性的论证和设计，并且采用流水线并 行生产等方式，也可以压缩研制的时间。整体上，我们可以把卫星的设计生产周期压缩 到数周/天内。SpaceX 和 Oneweb 均声称可以达到日产卫星 1~3 颗的产能。

卫星工厂的典型案列：Oneweb Satellites

? 国际：目前较为知名的卫星规模化生产有 SpaceX、Oneweb，以及铱星。2016 年 Oneweb 与 Airbus 成立了合资公司 OneWeb Satellites，卫星工厂位于法国 Toulouse， 占地面积 4600 平方米（约 7 亩）。2017 年 6 月其总装线启动，并生产首批 10 颗星。 在 2019 年 7 月，OneWeb Satellites 公司在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心附近建成 新的卫星工厂，配备两条生产线，日产 2 颗卫星。按照 SpaceX 和 OneWeb 此前的 规划，我们预计其年产能均能达到 1000 颗左右。

? 国内：商业卫星公司尚处于起步阶段，但普遍认为卫星规模化制造工厂是微小卫星 的发展趋势之一。

卫星制造的产业链投资机会

卫星有多种分类方法：微小型化、低规化是未来发展趋势

? 尺寸重量角度：通常认为重量 1000kg 吨以上的是大卫星，小于 1000kg 的又分为小、 微、纳、皮等；

? 应用角度：主要包括通信、导航、遥感三大领域和科研实验等；

? 轨道高度角度：通常分为低轨道（LEO）：100~1500km，中轨道（MEO）：5000~10000km， 高轨道（GEO）：36000km，以及太阳同步轨道、地球同步轨道等。