航天產業概述
航天是指人類探索、開發和利用地球大氣層以外宇宙空間的以及地球以外天體的活動,航天產業則一般是指利用火箭發動機推進的跨大氣層和在太空飛行的飛行器及其所載設備、武器系統和各種地面設備的製造業,也包括各種飛行器的發射服務業和應用產業,是集合了設計、生產、測試與應用於一體的高技術產業。
當前大多數國家的航天產業只是作為航空航天產業的組成部分,部分國家的航天產業則形成了獨立的行業,並承擔了大部分飛彈武器的研製和生產。本報告中提到的航天產業範圍將包含飛彈武器、運載火箭以及衛星等空間太空飛行器。具體按照航天產業中的整機產品分類,航天產業具體可以細分為飛彈、火箭、衛星、空間飛船以及空間探測器五個細分產業,如下圖所示。
航天產業分類示意圖
目前,航天產業技術和產品廣泛應用於通信、氣象、導航定位、農業、林業、漁業、地礦和海洋探測、交通管理、災害監測與預報、國防等領域,對國民經濟和社會文明的發展起著越來越重要的作用,是國家綜合國力、國防實力、文明程度的重要標誌,同時,航天產業的發展也將對國家產生巨大的社會效益及經濟效益。
全球航天產業發展背景
國內外航天產業的發展歷程及現狀
航天產業的工程基礎是航天技術,航天技術是以探索、開發和利用太空以及地球以外天體為目的,用於航天系統、特別是太空飛行器和航天運輸系統的設計、製造、試驗、發射、運行、返回、控制、管理和使用等的綜合性工程技術。航天產業與航天技術及其他技術的關係。
航天產業與航天技術及其它技術關係圖
航天產業作為基於航天技術工程誕生的新興產業,其發展與航天技術的發展密不可分。儘管航天產業是20世紀的產物,但航天技術中空間科學的基礎卻是在19世紀以前長達數千年間開始了積累,其發展存在兩條清晰的脈絡,一個是思想基礎,包括源遠流長的航天幻想文學,如嫦娥奔月的傳說;另一個是科學技術基礎,包括中國古代火箭的發明、運用、西傳和進一步發展,以及天文學、物理學取得的成就。
在以上空間科學的積累下,20世紀初火箭的理論及航天學的創立後僅僅經過50年,人類就實現了人造衛星的發射。總體來看,世界近代航天的發展可以基本劃分為理論奠基階段、探索實驗階段、完善適用階段以及以戰術、應用為主的新階段。
人類航天產業發展的各階段及代表性成果
①理論奠基階段(19世紀末-1920年)
在近代物理學及化學等飛速發展基礎上,火箭理論以及航天學理論的誕生和快速發展奠定了空間技術的理論基礎。包括1897年俄國的齊奧爾科夫斯基推導出了著名的火箭運動方程式,同時又提出了大量火箭理論和太空飛行的論文,推導出了第一宇宙速度,建立起了航天學的理論基礎;法國的埃斯諾·貝爾特立在1907年定性的描述了火箭的運動及飛行原理,推導了火箭在真空狀態下的運動方程及第二宇宙速度等,以上理論都被視為航天學誕生的標誌。
②探索實驗階段(1920年-1960年)
伴隨著前人建立起的火箭運動原理及航天學理論基礎,液體火箭得到了發明及應用,美國的羅伯特·戈達德於1926年進行了世界上第一枚液體火箭的發射試驗;1942年德國發明了世界第一種彈道飛彈——V2 火箭,其在第二次世界大戰中造成了2511人死亡,戰後該型飛彈被美國及蘇聯仿製,並以此為基礎研發了多型飛彈。
隨著火箭技術的快速發展,人類開始通過發射探索衛星和探索裝置,對太空環境、條件開始進行探測,並測定實驗儀器設備的可靠性,為今後設計太空飛行器提供可靠條件,並在地面建立各種環境模擬實驗設備。1957年蘇聯用衛星號運載火箭發射了世界第一個顆人造衛星;1959年蘇聯成功發射了月球1號探測器;1960年美國發射了第一顆實驗型氣象衛星、實驗型導航衛星、實驗型紅外監測衛星、實驗型無源通信衛星以及有源通信衛星。
③完善適用階段(1960年-1990年)
從60年代到90年代初期,航天從各種太空飛行器的探索實驗開始向以戰略應用為主的完善實用性系統過渡,發射了多種實用型衛星,1962年美國發射了第一顆實用通信衛星中繼1號,蘇聯發射了火星探測器火星1號;1963年美國發射了第一顆同步通信衛星辛康1號。
載人航天及空間飛船開始進入實驗階段並逐漸成熟,1961年蘇聯發射了東方1號,太空人加加林完成了人類首次進入太空;1965年美國太空人懷特在乘坐雙子星4號飛行期間,首次利用氣體槍完成太空行走;1969年蘇聯聯盟4號飛船與聯盟5號飛船首次實現了載人飛船空間對接;1969年美國阿波羅11號登月成功;1971年蘇聯發射世界首個空間站—一禮炮1號空間站;1972年美國發射第一個外太空行星探測器先驅者10號;1977年蘇聯發射第二代空間站——禮炮6號;1981年美國太空梭哥倫比亞號進行了軌道飛行。
④以戰術、應用為主的新階段(1990年至今)
從90年代至今,航天進入了以戰術、應用為主的新階段。各種應用衛星開始向多功能、高效能、長壽命的方向發展,美國等航天大國開始強調軍用航天系統的戰術應用,並進行了大量載人航天飛行,航天技術逐步進入軍事化,包括1993年美國導航星全球定位系統GPS 部署完畢等等。同時,伴隨航天技術的發展,小型器件和微電子技術的發展,造價低、重量輕、風險小的微小衛星(立方星)開始受到大學、公司及軍方的重視,低成本小型火箭也逐步得到發展,如SpaceX公司的獵鷹系列運載火箭等。飛彈武器裝備也開始向高超音速武器方面過渡,2018年俄羅斯宣布已列裝高超音速飛彈"匕首"。
總體來說,當前海外各國均高度重視航天重大戰略地位,並高度重視航天產業發展,更加注重核心技術創新和能力水平的快速提升,同時開始加快形成國家主導的多元化發展模式,各國間航天產業開始呈現擁擠、競爭、合作的新常態。
綜合全球航天發展歷史,可以將美國、蘇聯/俄羅斯、歐洲其他國家地區組織與我國在飛彈、火箭、人造衛星、空間飛船以及空天探測器上早期成功研發的太空飛行器的發射時間進行對比。
各國早期成功研發的太空飛行器的型號名稱及時間對比
可以看出,中國在建國早期,受限於經濟實力及工業水平等因素影響,各航天細分領域的起步時間明顯落後於歐美國家。但從中國太空飛行器(包括人造衛星,空間飛船及空間探測器)的發射數量變化可以明顯看出,自1970年中國第一顆人造衛星東方紅一號發射成功後,我國太空飛行器年均發射數量均保持著穩定且快速的持續增長態勢,表明了我國航天產業正處於快速發展的階段。
1970年以來中國太空飛行器發射(含失敗)數量統計(單位∶顆)
同時,從歷年太空飛行器發射次數上來看,中國在進入21世紀以後,發射次數總體保持增長,2009年到2018年期間,中國航天發射次數佔全球航天發射次數的比例從7.69%攀升至2018年的34.21%,2018年居全球第一位,但由於2017年我國長徵五號遙二火箭發射失利導致多個航天重大工程的發射進度延遲,以及我國一箭多星發射技術逐漸成熟,我國 2019年的航天發射次數有所下降,但根據航天科技集團在2020年初披露,2020年僅航天科技集團的發射任務有望首次達到40次以上,再考慮到多家航天科工集團的快舟系列火箭發射以及多家民營商業航天發射企業預計在2020年下半年實現火箭的首飛,我們判斷2020年屬於一個航天"大年",發射次數有望創我國航天歷史上的新高。
近十年來中國太空飛行器發射(含失敗)次數統計
基於以上情況,我國航天產業可以總結為起步較晚,但發展迅速。根據《衛星與網絡》中披露,吳偉仁院士在 2017年在第三屆中國航空科學技術大會上的報告《中國航天的發展與展望》中,提出在經過了50多年的拼搏後,中國的航天已經實現了眾多轉變∶包括自主創新能力顯著增強,部分領域如導航衛星,遙感衛星,載人航天技術領域已經實現從"跟跑"到"並跑"轉變;工業體系完整配套,實現了從無到有,從小到大的轉變;研製生產體系基本完整配套,發射測控整體布局不斷優化,管理體系科學規範;服務支撐能力大幅提升,實現從技術驗證向應用服務轉變,向通過航天產業支撐國家安全,服務社會經濟發展的目標前進。
同時,國家當前重視航天產業的開放合作深化拓展,實現了從相對封閉到協同共享轉變。包括以航天科技集團、航天科工集團為主的軍工集團,軍隊科研院所,中科院及高等院校等科研機構以及民營企業在內的多個力量全力協同,有力地保證航天持續快速發展;堅持"走出去"戰略,拓展形成了商業發射、搭找服務、整星出口等多種國際商業服務模式;為21個國家和國際組織實施了49次商業發射服務,已出口整星14顆;各類宇航產品也出口到各大洲,成為我國高端裝備"走出去"的新名片。
航天產業作為將以航天技術為主的多種科學、多種專業有機綜合起來的綜合技術經濟產業,具有明顯的技術特性以及經濟特性。
具體如下∶
①技術特性
航天產業的技術特性包括∶技術規模大、複雜程度高。航天產業依託於航天技術,而航天技術是典型的知識密集型高科技,集眾多學科與新成就於一體;高質量、高可靠性。質量和可靠性在航天產業中非常重要,其直接關乎航天工程的成敗;系統性強、協作面廣。航天產業的產品往往為大規模系統工程,涉及到的部組件、零部件數量種類較多且複雜程度高。但我國由於受到國外航天技術封鎖政策,導致在研製過程中的國際協作較少,目前的協作主要在於航天產業系統內部協作以及全國範圍各產業之間的協作;研製周期長。由於航天產業的技術規模大、複雜程度高、系統性強、同時航天技術具有探索性特點,因此航天新產品新技術研製的時間較長;技術發展的開拓性。當前,隨著航天技術的發展,大氣外層空間正成為人類開發的新領域。
②經濟特性
航天產業的經濟特性包括∶用途存在多重性。航天產業在應用領域具有軍用、民用和商用多重特性。軍用航天主要為提高軍事能力的航天活動,一般由政府投資,由軍方提出目標和要求,並由軍方或政府部門運作和管理。民用航天是國家開展的商業航天活動,主要以追求社會效益和經濟效益為目的,包括對地觀測、空間探索及載人航天等。商用航天主要即為商業航天,是以盈利為目的、獨立的、非政府的航天活動,一般由企業集團投資,是航天產業中當前比較熱門的投資方向;高投資、高風險性。航天產業資金和技術高度密集,投入規模大。當前世界上各國家發展航天產業的主要投資基本由國家承擔。而航天產業由於具有開拓性,未知因素多、探索性強,工作環境條件惡劣,仿真實驗無法完全模擬真實情況,航天產業研製周期長,合作部門和單位眾多等原因造成航天產業經濟活動同時具有高風險性;高效益。航天產業作為高新技術產業,對軍事、政治、經濟、科學、文化等領域均有著重大的影響,會產生巨大的社會效益和經濟效益。
整體來看,航天產業的經濟效益巨大,市場規模龐大。根據美國航天基金會發布的《航天報告》可以看出,全球航天產業收入保持了整體增長的趨勢。在2006年至2018年期間,全球航天產業收入從2200億美元增長到4147.5億美元,年複合增長率達到5.43%。
全球航天產業收入變化(單位∶億美元)
特別是近年來,隨著航天產業的發展及技術門檻的降低,國外投資界對於航天產業前景持樂觀態度。高盛公司認為,航天產業具有"長遠而持久的機遇";摩根史坦利公司預測,到2040年,世界航天產業規模將增至1.1萬億美元;美銀-美林銀行對航天產業的發展更為樂觀,預測到2045年,世界航天產業市場規模將達到2.7萬億美元,年均增長率增至7.5%。
國內航天產業市場參與主體
航天產業具有系統性強,協作面廣的特點,因此參與其中的主體眾多,按照單位性質可以分為兩大類∶以航天軍工央企、其他國企或國家科研機構為代表的"國家隊",以及民營企業。各類市場參與主體的特點如下圖所示。
各類航天產業市場參與主體概況及特點
"國家隊"航天產業主體(不完全統計)
驅動航天產業發展的新引擎一—商業航天
商業航天與傳統航天的區別及發展背景
顧名思義,商業航天產業包括了"商業"與"航天"兩方面屬性,其定義是在法律準許範圍內,遵循
市場規律,設計航天領域的商品交換或服務的經濟活動,並不限定主體。這也意味著無論是航天央企、其他航天產業相關國企或者民營企業均可參與其中。
回顧航天發展的歷程,航天起源於國防,在國防建設中得到發展,而航天的發展帶來了社會需求,促使航天出現了向商業化發展的方向。較傳統航天產業而言,商業航天需要在市場環境中,兼顧"保成功"以及經濟性,力求投資有回報。商業航天企業需要在市場中以盈利為目標,公司主體自負盈虧,導致商業航天企業必須對成本加以控制、優化投資回報率,加強創新、降低成本、使得利益最大化。從產業鏈、價值鏈、資金鍊和知本鏈(將知識資本按照一定邏輯的連接)的角度來看,傳統航天與商業航天的區別如下表所示。
傳統航天與商業航天區別
值得注意的是,2017年商業資本初創航天企業的投資額達到25億美元,在大量商業資金的支持下,商業航天迎來高速發展時期。在進入 21世紀以來,全球初創商業航天企業就開始迅速發展,在數量上2000-2017年全球共有約180家初創航天企業在天使投資和風險投資的支持下成立,其歷年的成立數量變化如下圖。
2000-2017年全球初創航天企業成立數量增長情況(單位∶家)
目前,商業航天企業主要集中在航天產業中的火箭發射(衛星發射)、衛星製造及運營、下遊應用拓展等領域,部分初創航天企業已經快速成長為行業"巨頭",如SpaceX公司已經成為世界航天發射市場的重要力量。
在我國,對商業航天在開放航天領域的最早政策性依據來源於2014年的《國務院關於創新重點應用領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》,隨後國家各部門也持續加大了商業航天領域的政策支持,如表所示。2019年國家航天局發布了《關於促進商業運載火箭規範有序發展的通知》等一系列國家頂層航天發展規劃,規範商業運載火箭科研生產、試驗和發射等工作,同時披露了航天法已經列入全國人大立法計劃,力爭在未來3-5年出臺。
中國商業航天政策匯總
2015年是中國商業航天的元年,經過近5年的發展,目前,國內商業航天企業發展速度迅速,同時商業航天領域的競爭也十分激烈,根據未來宇航研究院在《2018年中國商業航天產業投資報告》中披露的數據統計,截至2018年年底,國內已註冊的商業航天領域公司已達到141家。當前國內商業航天產業主要圍繞航天產品中的火箭及衛星領域,具體可再細分為衛星製造、衛星發射、衛星運營、衛星應用等細分行業。其中,商業航天企業在衛星運營及衛星應用領域較多。同時,在商業航天企業中,國企佔比18.13%,主要為航天科技集團公司以及航天科工集團公司兩大航天集團所屬企業;民企佔比87%,數量遠超過國企,代表了在2014年我國逐漸放開民營航天機構發展的限制,鼓勵民間資本研製、發射和運營商業遙感衛星,參與運載火箭的研製生產線等政策逐漸出臺後,依靠國內具備的完備工業體系,我國民營商業航天企業已經具有一定規模。
中國商業航天企業所處細分行業分布情況
中國商業航天企業屬性分布情況(單位∶%)(單位∶%)
另一方面,從投融資角度來看,據未來宇航研究院發布的《2018年中國商業航天產業年度投融資報告》中統計,2018年中國商業航天產業年度投融資總額達到35.71億元,商業航天產業中投資主要集中在衛星應用領域以及衛星發射領域,衛星運營領域關注較小,我們認為主要原因為《2018年中國商業航天產業年度投融資報告》中商業航天衛星運營主要特指衛星的測控運營企業,而目前該領域參與主體主要仍為體制內事業單位構成的航天測控網,儘管目前進入該領域商業航天企業較多,但獲得資本方關注較弱。在投資輪次方面,商業航天產業中除去兩家上市公司華力創通及歐比特通過定向增發股票方式募資14.82億元,其餘各非上市公司在A+輪及B輪兩個輪次中募集的金額最大,一定程度上表明了我國商業航天領域的一些公司經過幾年的發展和積累後已經初具規模。
2018年中國商業航天各領域獲得投資情況
2018年各商業航天企業各投資輪次的投融 資情況(單位∶億元;%)(單位∶億元)
2019年以來,商業航天企業的融資熱度依舊不減。其中,2019年9月,銀河航天完成一輪融資後,最新估值超過50億元,成為當時國內商業航天賽道估值最高的創業公司之一;2019年12月,藍箭航天完成5億元人民幣C輪融資;2020年8月,星際榮耀完成了11.93億元的B輪融資,創下國內商業航天領域單輪融資的最高紀錄。
2019年以來商業航天衛星發射民營企業融資情況(不完全統計)
2019年以來商業航天衛星製造及應用民營企業融資情況(不完全統計)
綜上,我們預計我國在商業航天領域,未來將持續在火箭及衛星領域上快速發展。同時,由於商業航天中的衛星發射以及衛星製造由於需要大量資金投入,整體的航天產業市場也更有望在衛星發射、衛星製造以及重大航天工程相關的衛星應用領域,形成以航天科技、航天科工兩大央企集團等國家隊為主體參與者,以民營企業作為輔助補充的市場局面;而在部分較為市場化的衛星應用領域,以靈活度,成本控制以及市場拓展能力更勝一籌的民營商業航天企業為主。
國內商業航天產業參與主體
我國商業航天企業近年來數量增長迅速,按照分類方式,同樣可以分為國家隊與民營商業航天企業。
"國家隊"商業航天產業參與主體概況(僅考慮商業衛星製造及商業衛星發射)
國內民營商業航天公司數量眾多,部分相關企業概況可如表所示。
部分民營商業航天產業參與主體概況