中國空間飛行器技術(shù)與政策助力發(fā)展趨勢分析[圖]

    空間飛行器行業(yè)開始于美蘇為主的東西方冷戰(zhàn)時期，發(fā)端于人類探索宇宙奧秘的強(qiáng)烈需求以及對未來戰(zhàn)爭形態(tài)的探索與技術(shù)驗(yàn)證，而后隨著空間飛行器領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)逐漸成熟、應(yīng)用領(lǐng)域逐漸向民用拓展，如通訊衛(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)形成了較為成熟的商業(yè)運(yùn)作體系，為民用客戶提供衛(wèi)星通訊服務(wù)，而在空間站、載人飛船等領(lǐng)域民用需求也逐步顯現(xiàn)。

    一、我國空間技術(shù)起步晚

    第二次世界大戰(zhàn)后，美蘇均投入大量人力、物力用于發(fā)展航天技術(shù)，蘇聯(lián)起步較早，美國在空間技術(shù)起步階段落后于蘇聯(lián)，隨后迅速趕上并超過蘇聯(lián)。我國空間技術(shù)起步較晚，1970年才成功發(fā)射我國第一顆衛(wèi)星“東方紅一號”。

中美蘇三國空間飛行器起步期

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    從在軌衛(wèi)星數(shù)量來看，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2018年4月，全球在軌活躍運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量為1980顆，同比增長13.92%。其中，美國擁有859顆，數(shù)量占比最大，達(dá)43.38%；而中國雖位居第二，但僅擁有250顆在軌衛(wèi)星，占比為12.63%，不及美國的1/3。

2018年4月各國擁有衛(wèi)星數(shù)量

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    冷戰(zhàn)后，商業(yè)航天已替代“太空軍備競賽”成為航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力。隨著我國的航天體系逐漸完善、航天技術(shù)逐漸成熟、航天從業(yè)人員逐漸增多，我國也初步具備了商業(yè)航天發(fā)展的土壤，出現(xiàn)了一批商業(yè)航天領(lǐng)域企業(yè)。我國從事商業(yè)航天的企業(yè)可分為兩類，一類是原有國有航天軍工企業(yè)向商業(yè)航天拓展，如航天科工集團(tuán)成立子公司（航天科工火箭技術(shù)有限公司）負(fù)責(zé)商業(yè)專用的運(yùn)載火箭的研發(fā)、制造；另一類是源于市場需求成立的民營航天企業(yè)，如零壹空間、星際榮耀等專注于商業(yè)運(yùn)載火箭的研發(fā)、制造，長沙天儀等專注于商業(yè)小衛(wèi)星的研發(fā)、制造等。但我國商業(yè)航天領(lǐng)域企業(yè)在產(chǎn)品多樣性、技術(shù)成熟度、應(yīng)用領(lǐng)域等方面尚與國外航天企業(yè)存在一定的差距。

    經(jīng)過五十余年的發(fā)展，我國走出了一條特色航天事業(yè)道路，開創(chuàng)了航天事業(yè)的新局面，成為了世界航天的一支重要力量，但在尖端前沿空間科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域仍處于追趕位置。目前世界航天力量呈現(xiàn)階梯型分布，美國、俄羅斯、歐洲以絕對優(yōu)勢居于第一梯隊(duì)，中國處于第二梯隊(duì)領(lǐng)頭羊位置，加拿大則領(lǐng)銜第三梯隊(duì)。

中美前沿空間科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展對比

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    航天事業(yè)是一項(xiàng)高標(biāo)準(zhǔn)、高投入的高科技產(chǎn)業(yè)，一國的航天實(shí)力與潛力與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密不可分，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提升，航天投入不斷加大，人才體系逐漸完善，預(yù)計(jì)我國的航天實(shí)力有望進(jìn)一步提升。2018年我國共完成了39次發(fā)射任務(wù)，較2017年的18次同比增長117%，歷史上首次超越美國（34次），位列全球年度發(fā)射次數(shù)第一位。

各國2018年完成發(fā)射任務(wù)次數(shù)

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    二、行業(yè)發(fā)展趨勢

    我國雖在尖端前沿空間科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域仍處于追趕位置，但隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的逐漸增強(qiáng)，我國航天進(jìn)入高密集發(fā)射期，空間飛行器發(fā)射數(shù)量爆發(fā)式增長，有望帶動空間電子系統(tǒng)需求的提升；此外，其他深空探測計(jì)劃將陸續(xù)立項(xiàng)并實(shí)施，我國深空探測對空間飛行器行業(yè)提出了更高的質(zhì)量要求，有望提升空間電子系統(tǒng)價值量的提升。而不斷提升的技術(shù)在為上述行業(yè)的發(fā)展提供有效的支撐的同時，也有望擴(kuò)寬行業(yè)應(yīng)用的深度和廣度，提升行業(yè)市場規(guī)模。

    1、我國航天

    2015年以來，我國航天進(jìn)入高密集發(fā)射期，并呈現(xiàn)明顯的一箭多星發(fā)射趨勢。2018年，我國共實(shí)施航天發(fā)射次數(shù)39次，共發(fā)射空間飛行器發(fā)射92個/顆/艘，同比增長124%。其中，一箭多星發(fā)射次數(shù)為23次，占該年航天發(fā)射次數(shù)的59%，同比增長9個百分點(diǎn)；共發(fā)射空間飛行器76個/顆/艘，同比增長204%。

2011-2020年我國航天發(fā)射次數(shù)、空間飛行器發(fā)射數(shù)量

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2011-2018年我國航天發(fā)射次數(shù)中一箭雙星發(fā)射次數(shù)占比

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    2019年，中國航天將再迎高密度發(fā)射。據(jù)航天愛好者網(wǎng)，目前我國已披露的航天發(fā)射計(jì)劃為57次，同比增長46.15%；共發(fā)射空間飛行器96個/顆/艘，同比增長4.35%。其中我國航天發(fā)射主力航天科技集團(tuán)（2018年實(shí)施37次航天發(fā)射，占我國該年發(fā)射次數(shù)的95%）計(jì)劃2019年實(shí)施“30+”次航天發(fā)射，共發(fā)射航天器“50+”顆。我國商業(yè)火箭發(fā)射也有望在2019年迎來重大突破：長征十一號將實(shí)施首次海上發(fā)射、捷龍一號商業(yè)運(yùn)載火箭將實(shí)現(xiàn)首飛等。截至2019年4月30日，我國已實(shí)施7次發(fā)射，共發(fā)射空間飛行器11個/顆/艘。

    在商業(yè)資本的推動下，世界上新成立商業(yè)航天企業(yè)數(shù)量不斷增加，2000-2017年，共有約180家初創(chuàng)航天企業(yè)成立。在世界商業(yè)航天快速發(fā)展的大背景下，我國商業(yè)航天企業(yè)于2015年開始進(jìn)入發(fā)展的新階段。在商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域，近年來我國不斷有新的商業(yè)衛(wèi)星制造企業(yè)成立，如中科院長光所旗下長光衛(wèi)星（成立于2014年）、民營企業(yè)九天微星（2015年）和長沙天儀（2016年，國科環(huán)宇參股）等，且各商業(yè)衛(wèi)星公司紛紛推出不同的星座計(jì)劃，如長光衛(wèi)星的“吉林一號”、世紀(jì)空間的“北京二號”、歐比特的“珠海一號”等，為衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈提供了新的市場來源。

    2、探測持續(xù)

    目前我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面探測器登陸，未來還將繼續(xù)實(shí)施登陸器返回、載人登月等探月工程。除了探月工程外，我國尚未實(shí)施其他深空探測工程。但隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力日漸上升，其他深空探測計(jì)劃將陸續(xù)立項(xiàng)并實(shí)施，并將重點(diǎn)開展小行星采樣返回探測、木星系及行星際穿越探測等一系列深空探測項(xiàng)目。據(jù)中國探月與深空探測網(wǎng)、搜狐網(wǎng)，我國計(jì)劃于2020年左右實(shí)施首次火星探測任務(wù)，在2021年實(shí)現(xiàn)探測器著陸火星，至2030年前后，我國還將實(shí)施小行星探測、火星取樣、木星系探測及行星穿越等深空探測任務(wù)，其中，我國已于2019年4月確定小行星探測任務(wù)，即通過一次發(fā)射實(shí)現(xiàn)一顆近地小行星取樣返回和一顆主帶彗星繞飛探測。深空探測對空間飛行器的可靠性要求更高，從總體設(shè)計(jì)思想到元器件質(zhì)量均要能保障空間飛行器高可靠在軌運(yùn)行，對行業(yè)內(nèi)企業(yè)提出了更高的要求。

    三、技術(shù)助力

    新一代空間電子系統(tǒng)和軍工電子系統(tǒng)不僅需要引進(jìn)新的思想、新的概念，而且需要新器件、新技術(shù)、新開發(fā)工具的支持。從技術(shù)角度來看，標(biāo)準(zhǔn)化、通用化模塊技術(shù)，高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)，工程軟件化技術(shù)等將成為未來主流發(fā)展方向。而技術(shù)的提升以及新技術(shù)的發(fā)展有利于提高新一代空間、軍工等行業(yè)電子系統(tǒng)的性能，擴(kuò)寬行業(yè)應(yīng)用的深度和廣度，提升行業(yè)規(guī)模。

    1、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化模塊技術(shù)

    空間、軍工裝備需要在有限的體積尺寸、重量、功耗等條件的約束下完成系統(tǒng)特定的功能，對設(shè)備的功能、性能、可靠性有較高的要求。標(biāo)準(zhǔn)化、通用化模塊技術(shù)是系統(tǒng)綜合及更高程度綜合的基礎(chǔ)，適用于空間、軍工等行業(yè)電子系統(tǒng)的各種應(yīng)用，且系統(tǒng)發(fā)生故障時便于檢測和重構(gòu)。通用模塊采用OpenVPX、SpaceVPX等國際通用標(biāo)準(zhǔn)，研制各種功能模塊，包括完成接口控制和健康診斷等功能，組合后可構(gòu)成不同功能的電子系統(tǒng)。采用通用模塊后，不僅能極大地壓縮產(chǎn)品的備品備件種類，大大降低維修成本，且平均故障間隔時間可提高數(shù)倍。

    2、高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)

    高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)是新一代空間、軍工等行業(yè)電子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。電子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要取決于更通用的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，并要求數(shù)據(jù)總線具有高度的分布式處理能力和高吞吐率。此外，數(shù)據(jù)總線本身還應(yīng)具有抗各種干擾的能力，從而提高其在惡劣環(huán)境中的生存能力和安全性。

    3、工程軟件化技術(shù)

    在我國空間、軍工電子產(chǎn)品研制過程中，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，工程各系統(tǒng)不斷網(wǎng)絡(luò)化、智能化，現(xiàn)代空間、軍工等電子系統(tǒng)已從電子機(jī)械密集型向軟件密集型過渡，軟件廣泛應(yīng)用于各系統(tǒng)的重要部位，工程構(gòu)成從以硬件為主逐步向以軟件為主轉(zhuǎn)變，對軟件的需求量也越來越大。在這個過程中，為了滿足工程項(xiàng)目需求復(fù)雜多變、研制周期緊張、研制經(jīng)費(fèi)不斷壓縮的要求，工程軟件化成為科研生產(chǎn)發(fā)展的一個重要方向。通過將豐富成熟的硬件產(chǎn)品和高度模塊化、可定制的軟件產(chǎn)品相結(jié)合，可以有效地將研發(fā)生產(chǎn)的主要資源投入到應(yīng)用服務(wù)、軟件工程管理中，充分保證工程任務(wù)的質(zhì)量和效率。

    4、政策力

    在我國相關(guān)政府部門一系列產(chǎn)業(yè)政策的大力支持下，我國航天產(chǎn)業(yè)有望繼續(xù)保持健康快速發(fā)展趨勢。

2017-2019年我國航天產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策

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    據(jù)《中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書2018》，我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈上游（基礎(chǔ)器件、基礎(chǔ)軟件、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）產(chǎn)值占比為11.27％，其中基礎(chǔ)器件、基礎(chǔ)軟件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)產(chǎn)值分別占比為4.17％、2％和5.1％。由于國科環(huán)宇提供的空間電子系統(tǒng)由一系列軟件和硬件構(gòu)成，因此我們假設(shè)導(dǎo)航衛(wèi)星空間電子系統(tǒng)產(chǎn)值由基礎(chǔ)器件及基礎(chǔ)軟件構(gòu)成，即為6.17%；而我國2013年出臺的《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》提出，要大力推動中國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，力爭到2020年產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過4000億元，北斗產(chǎn)業(yè)規(guī)模要達(dá)到2400億元，則北斗產(chǎn)業(yè)規(guī)模占衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)規(guī)模的60%。按空間電子系統(tǒng)產(chǎn)值占北斗產(chǎn)業(yè)鏈比值為6.17%測算，則空間電子系統(tǒng)2020年市場規(guī)模為148億元。據(jù)《2018中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，2017年我國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值已達(dá)到2550億元，則北斗產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值為1530億元，空間電子系統(tǒng)市場規(guī)模為94億元。若要實(shí)現(xiàn)空間電子系統(tǒng)市場規(guī)模從2017年的94億元增長至2020年的148億元，則市場規(guī)模的年均復(fù)合增速需達(dá)到16.35%。

空間電子系統(tǒng)導(dǎo)航衛(wèi)星市場規(guī)模測算（億元）

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