中金公司:中國商業火箭快速發展 頭部公司引領入軌競賽

2020-12-04 金融界

來源：金融界網站

來源：中金公司

過去兩個月我們看到，隨著Starlink組網密度持續提升，以及SpaceX發射與回收逐漸成熟，該公司多元化的商業模式變得更加清晰：一方面，星鏈寬帶在北美開始正式商用化，而另一方面，SpaceX同時也在積極開展與美國政府的合作，探索「全球無人機遙控」，「全球一小時投送」等嶄新的商業模式。技術方面，商業航天企業持續突破技術高地：NASA太空人搭乘 「龍飛船」完成人類首次商業載人航天任務，而SpaceX的下一代載人太空飛行器「星艦」正在快速測試與迭代；中國企業方面，星河動力、藍箭航天、星際榮耀等商業火箭公司均取得技術突破。

Starlink在軌數量已達955顆，顛覆性應用不止於寬帶通信。

我們看到，SpaceX公司在火箭端與衛星端均開闢了多種應用場景。一方面，星鏈寬帶在北美開始商用化，我們預計其將成為5G的有效補充。2020年10月27日，Starlink寬帶向內測用戶發送了收費標準，標誌著星鏈面向公眾的寬帶服務正式開始商業化應用，測試速度為50~ 150Mbps，延遲20~40ms，終端499美元，月費99美元。在SATELLITE 2020的主題演講中馬斯克表示，「星鏈關注人口密度較小、網絡不通的農村地區，不會對電信業及5G帶來威脅」。

圖表: Starlink終端開箱

資料來源：航天愛好者網，中金公司研究部

圖表：Starlink接收器

資料來源：航天愛好者網，中金公司研究部

圖表: Starlink路由器

資料來源：航天愛好者網，中金公司研究部

圖表：Starlink的APP界面

資料來源：SpaceX官網，中金公司研究部

另一方面，Starlink與美國政府等客戶合作，可能會顛覆現有的作戰方式與指揮體系。目前已知的合作項目包括1）用衛星直連代替海底光纜，對地球另一端的無人機直接發送遙控指令；2）探索亞軌道地對地運輸方式，用12000km/h以上的速度進行貨物運輸，真正實現「一小時投送至全球」，而相比之下C-17運輸機的速度約為800km/h；3）定製化地將Starlink衛星配裝專業紅外傳感器，打造覆蓋全球的預警網絡。

1.專網寬帶通信：遙控指揮地球另一端不再需要通過海纜

2018年12月SpaceX公司獲得2800萬美元合同，用於為政府客戶提供「星鏈」連接服務並評估其服務性能。2019年11月5日，美國政府在C-12J「休倫」運輸機上完成了對SpaceX公司的「星鏈」衛星寬帶服務進行測試，實現610Mbps的下載速度。2020年9月，SpaceX又完成了在KC-135和AC-130兩個機型上的實驗。我們認為，Starlink相比「銥星」等上一代的衛星專網具有帶寬、時延、覆蓋上的優勢。以對無人機的遠程控制為例，目前對無人機的操作指令信息會先通過海底電纜送到地球另一端的地面設施，再通過衛星送到無人機上。而使用Starlink，則將能夠通過衛星網絡直接連接地球另一端的飛行器。

圖表: 目前對地球另一端飛行器的控制通過海底光纜中繼實現

資料來源：thedrive.com，中金公司研究部

圖表: 未來Starlink預計將提供多種專網連接服務

資料來源：thedrive.com，中金公司研究部

2.衛星「代工」：批量化生產衛星的時代已至

2020年10月5日，SpaceX宣布已從美國太空發展署（SDA）贏得1.49億美元訂單，以利用其Starlink星座的成功經驗製造衛星。太空發展署署長 Derek Tournear表示，SpaceX 的衛星將以 Starlink 同樣的機身為基礎，每顆衛星具有寬視場（WFOV）頭頂持續紅外（OPIR）傳感器。依合約要求，由Starlink負責製造的衛星須於2022 年9月前升空，並與其他公司製造的通訊衛星、目標追蹤衛星組成衛星群。這是 SpaceX 首度接單生產衛星，在此之前Starlink工廠僅僅製造自家的衛星。

通過研究波音、洛克希德馬丁、泰雷茲阿萊尼亞、歐洲宇航防務集團阿斯特裡姆公司等大型衛星製造商可知，傳統大型商業通信衛星的設計、製造、發射周期理論上為26~32個月[1]，其中，衛星的論證階段大約需要8~10個月，時間佔比30％；研製生產測試需要16~20個月，整個周期佔比62％，交付與發射時間大約需要2個月。

我們認為，由於衛星星座是批量生產，只需要一次性的論證和設計，並且採用流水線並行生產等方式，也可以壓縮研製的時間。整體上，我們可以把衛星的設計生產周期壓縮到數周/天內。SpaceX和Oneweb均聲稱可以達到日產衛星1~3顆的產能。

3.發射服務與運載服務：全球快遞1小時送達

發射服務：2020年8月7日SpaceX獲得了價值3.16億美元的合同，用於2022-2027財政年度為美國政府發射太空飛行器。SpaceX在合同框架內的確切發射數量未予規定，將每年予以批准。

地對地運載服務：美國政府已與SpaceX、技術諮詢公司Exploration Architecture Corp.（XArc）和工程公司KBR籤署了一項合作研發協議，稱為CRADA，旨在進行貨物的快速運輸。從速度與運力來看，常用運輸機C-17的最高時速約為520 mph，載荷約為60到80噸。據《泰晤士報》報導[2]，SpaceX火箭可以以少15倍的時間完成同樣的任務，並達到7,500mph的速度，其LEO軌道載荷為22噸以上，而亞軌道載荷將大幅提高。除了速度飛躍外，還無需途中停站或空中加油的情況。從成本來看，獵鷹9的平均發射成本在5,000萬美元至6,200萬美元之間，我們預計在可回收技術成熟後有望大幅降低；C-17的每飛行小時成本約為30,000美元。

圖表: 用可回收火箭進行地對地快速運輸示意圖

資料來源：FAA，中金公司研究部

「龍飛船」攜太空人升空，載人航天開啟商業化時代。

2020年11月16日，SpaceX的載人龍飛船攜帶3位NASA太空人和一名日本太空人發射升空，任務代號「Crew-1」，這是首次經官方批准的正式商業載人航天任務。我們認為，SpaceX憑藉在低成本量產、可回收等方面的優勢，有望繼佔據衛星發射市場領導地位（份額已達50％以上）之後，快速奪取載人航天與太空貨運發射市場領先地位。根據SpaceX披露，其正在建造由5艘載人龍飛船和3艘貨運龍飛船的「船隊」，未來三年內計劃執行8次NASA的載人與貨運任務。「龍飛船」日趨成熟的同時，「星艦」也在進行快速迭代開發。SpaceX於11月進行了星艦原型機SN8的靜態點火測試，並已開始組裝SN9、 SN10和 SN11原型機。「星艦」作為下一代載人飛船，運力將達「龍飛船」的10倍以上，且更具經濟性。

圖表: 代號為「Crew-1」的首次商業載人航天任務

資料來源：NASA，SpaceX，中金公司研究部

圖表：「龍飛船」（右）與曾經的競爭對手——波音公司的「星際航線」（左）

資料來源：SpaceX官網，波音官網，中金公司研究部

圖表：「Crew-1」成員在龍飛船內部的合影

資料來源：SpaceX官網，中金公司研究部

圖表: 「龍飛船」船隊

資料來源：SpaceX，中金公司研究部

圖表: NASA未來三年發射任務中，計劃使用龍飛船多達八次

資料來源：NASA，中金公司研究部

圖表：Starship SN8原型機裝有3個猛禽發動機

資料來源：SpaceX官網，中金公司研究部

圖表：Starship SN8原型機航拍

資料來源：RGV航拍，中金公司研究部

圖表: BFR結構圖與Super Heavy 原型機BN1最新組裝進度

資料來源：SpaceX官網，中金公司研究部

中國商業火箭快速發展，頭部公司引領入軌競賽。

2020年11月7日，星河動力的「穀神星一號」固體運載火箭在我國酒泉衛星發射中心成功首飛入軌，將國電高科的天啟物聯網星座第十一星送入預定軌道。11月15日，藍箭航天的「朱雀二號」液體火箭的第二級發動機試車成功，有望明年首飛。星際榮耀完成了「雙曲線二號」可重複使用液體運載火箭的著陸裝置伸縮杆末位鎖定試驗，驗證了回收著陸裝置的性能。我們認為，穩定的入軌能力是民營商業火箭公司形成商業閉環的基石，國內民營公司的不斷突破有望進一步拉低國內發射服務的市場價格，推動商業航天生態的蓬勃發展。衛星方面，銀河航天宣布完成最新一輪融資，投後估值近80億元人民幣；九天微星的衛星製造工廠開工，為後續發展奠定了基礎。

圖表:「穀神星」一號火箭

資料來源：星河動力官網，中金公司研究

圖表: 藍箭航天「朱雀二號」二級發動機試車狀態

資料來源：藍箭航天微信公眾號，中金公司研究部

圖表：星際榮耀「焦點一號」發動機試車

資料來源：星際榮耀微信公眾號，中金公司研究部

圖表: 中國商業火箭公司重要裡程碑

資料來源：各公司官網，中金公司研究部

風險

低軌衛星星座商業化進程不及預期；商業發射進展不及預期。

[1]《國際大型商業通信衛星生產周期研究》，2013，北京空間科技信息研究所

[2]https://www.thetimes.co.uk/article/musk-rocket-would-go-from-us-to-the-middle-east-in-an-hour-xfznrdg9f

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