航天仿真平臺行業(yè)現(xiàn)狀

航天仿真平臺行業(yè)現(xiàn)狀

航空航天行上游材料碳纖維是由有機纖維（主要是聚丙烯腈纖維）經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料纖維。碳纖維的含碳量在90%以上，具有強度高、比模量高（強度為鋼鐵的10倍，質量僅有鋁材的一半）、質量輕、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、耐高低溫等優(yōu)越性能，是軍民用重要基礎材料，應用于航空航天、體育、汽車、建筑及其結構補強等領域。相比傳統(tǒng)金屬材料，樹脂基碳纖維模量高于鈦合金等傳統(tǒng)工業(yè)材料，強度通過設計可達到高強鋼水平、明顯高于鈦合金，在性能和輕量化兩方面優(yōu)勢都非常明顯。然而碳纖維成本也相對較高，雖然目前在航空航天等高精尖領域已部分取代傳統(tǒng)材料，但對力學性能要求相對不高的傳統(tǒng)行業(yè)則更看重經(jīng)濟效益，傳統(tǒng)材料依然為主力軍。根據(jù)測算，2021-2030年軍機列裝擴編是高溫合金市場的主要增量點，總規(guī)模約為497億元，2030年軍機換代基本完成后，維修需求是高溫合金市場的主要貢獻點，年均市場規(guī)模達到295億元。假設2021-2030軍機列裝數(shù)量平均分布，年均49．7億元，那么2030年高溫合金總市場規(guī)模約為345億元。2020年我國高溫合金市場規(guī)模達到231億元，其中航空航天部分占比55%，約為127億元。2021-2030年我國高溫合金市場規(guī)模CAGR約為10．5%。航空航天制造工程是航空航天高科技產業(yè)的重要組成部分。航空航天工業(yè)就其行業(yè)性質來說，是屬于制造業(yè)范疇的?，F(xiàn)代航空航天制造技術是集現(xiàn)代科學技術成果之大成的制造技術，遠遠高于一般機械制造技術，日益由一般機械制造向高技術和提供技術密集型產品的高精尖先進制造技術的方向發(fā)展。航空航天是人類拓展大氣層和宇宙空間的產物。經(jīng)過百余年的快速發(fā)展，航空航天已經(jīng)成為21世紀最活躍和最有影響的科學技術領域之一，該領域取得的重大成就標志著人類文明的最新發(fā)展，也表征著一個國家科學技術的先進水平。航空航天材料的發(fā)展對航空航天技術起到強有力的支撐和保障作用;反過來，航空航天技術的發(fā)展需求又極大地引領和促進航空航天材料的發(fā)展。21世紀以來，航空航天事業(yè)的發(fā)展進入新的階段，將會推動航空航天材料朝著質量更高、品類更新、功能更強和更具經(jīng)濟實效的方向發(fā)展。中國航天產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析近年來，國家陸續(xù)發(fā)布政策，支持產業(yè)發(fā)展。大力推進以衛(wèi)星導航、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感為核心的衛(wèi)星應用業(yè)相關建設，促進衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、衛(wèi)星應用等產業(yè)規(guī)范化發(fā)展。2021年，十四五規(guī)劃指出打造全球覆蓋、高效運行的通信、導航、遙感空間基礎設施體系，建設商業(yè)航天發(fā)射場，進一步促進商業(yè)航天的發(fā)展。衛(wèi)星導航和位置服務系統(tǒng)作為信息時代的基礎設施，隨著北斗系統(tǒng)的逐漸完善，一個千億級市場正待爆發(fā)。導航天線的常用形式有交叉偶極子天線、微帶貼片天線、四臂螺旋天線、縫隙天線等，各個類型的天線都有其獨特的優(yōu)點也有相應的局限性，根據(jù)其不同的結構特點和電特性，其應用范圍也相應改變;微帶貼片天線由于其結構簡單，重量輕便，剖面較低等特點，在通信、遙感、雷達系統(tǒng)中都得到很廣泛的運用，自從微帶天線被提出以來，一直是學術界研究的熱點?；赝?，在外部風險與挑戰(zhàn)增加、經(jīng)濟全球化遭遇逆流、新冠肺炎疫情沖擊的大背景下，中國經(jīng)濟依舊穩(wěn)健前行。從2016年到2019年，年均經(jīng)濟增長率達到6．7%，高于世界經(jīng)濟平均水平3．9個百分點，我國對世界經(jīng)濟增長的貢獻率在30%左右，持續(xù)成為推動世界經(jīng)濟增長的主要動力源。十四五規(guī)劃時處重要戰(zhàn)略機遇期和兩個一百年歷史交匯期，具有繼往開來的里程碑意義。從外部環(huán)境看，當前世界處于百年未有之大變局，和平與發(fā)展仍然是時代主題。當前，中國政府積極制定實施發(fā)展航空航天工業(yè)發(fā)展的政策與措施，提供有力政策保障，營造良好發(fā)展環(huán)境，推動航空航天事業(yè)持續(xù)健康快速發(fā)展。商業(yè)航天器產業(yè)發(fā)展概況商業(yè)航天器產業(yè)是由市場配置技術、資金、人才等資源要素，以盈利為目的、企業(yè)為主體從事的航天器制造業(yè)，重視市場競爭及商業(yè)化的市場行為，主要包括運載火箭、人造衛(wèi)星、載人航天、深空探測及空間站五大方向。目前，航天器企業(yè)主要集中于航天器產業(yè)的發(fā)射服務及衛(wèi)星系統(tǒng)兩大環(huán)節(jié)，以設備制造與衛(wèi)星技術為主要業(yè)務，并逐漸形成了以航天科工集團、航天科技集團等為代表的國有企業(yè)和企業(yè)占據(jù)行業(yè)領先地位的發(fā)展格局。航空航天行業(yè)市場發(fā)展前景預測現(xiàn)代碳纖維材料始于，目前航空航天為重要應用領域?，F(xiàn)代的碳纖維是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維，具有良好的柔軟性，且縱軸方向的強度很高，具有超強的抗拉力，屬于新一代增強纖維，且碳纖維化學性質穩(wěn)定，對高溫耐受能力強，不易被腐蝕，是大型整體化結構的理想材料。與常規(guī)材料相比，碳纖維復合材料可使飛機減重，并有能力克服金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點。我國碳纖維產業(yè)鏈企業(yè)主要有中航高科、光威復材、中簡科技等，其中中航高科偏下游，主要為航空復材產品;光威復材實現(xiàn)全產業(yè)鏈布局，為碳纖維產業(yè)龍頭;中簡科技布局偏上游，產品技術含量相對更高。航天行業(yè)競爭格局隨著航天事業(yè)快速發(fā)展，航天測控管理與航天工業(yè)設計將更加激烈，率先研判未來發(fā)展趨勢并提前迭代技術適應改變有助于企業(yè)脫穎而出，行業(yè)競爭逐漸向智能化、多任務化方向轉變，并與太空數(shù)據(jù)深度融合。（一）航天測控管理服務與太空數(shù)據(jù)深度融合傳統(tǒng)航天衛(wèi)星功能單一、軌道衛(wèi)星數(shù)量少，因此測控任務可以重點依靠投入資源和增加人力模式完成需求，但是隨著各類衛(wèi)星星座等項目的持續(xù)推進，以及航天器的商業(yè)應用日趨普及，以平臺載荷為核心的航天測控管理服務模式，正通過與各類太空數(shù)據(jù)深度融合的方式，進一步提升測控管理水平。（二）航天工業(yè)設計愈加復雜、需求增多隨著我國及全球航天事業(yè)的發(fā)展，航天器在軌數(shù)量將愈來愈多、規(guī)模愈來愈大，應用與功能模式愈加復雜，如通信、導航和遙感衛(wèi)星融合系統(tǒng)相互增強，突破單一種類衛(wèi)星性能，其仿真、測控指令與難度將大幅增加。在傳統(tǒng)單衛(wèi)星仿真與測控任務之外，多星同時仿真、測控支持、星座在軌運行管控等需求對地面網(wǎng)絡提出極高的要求，極大增加了航天工業(yè)設計與測控系統(tǒng)的操作復雜性和負擔。（三）商業(yè)航天領域向虛擬現(xiàn)實與人工智能方向邁進人工智能領域的戰(zhàn)略布局是近些年來各國發(fā)展熱點，是提升國家競爭力的重要手段。我國雖起步較晚，但在政府與社會各界的支持下，取得迅速發(fā)展。我國在語音及圖像識別、中文信息處理、機器翻譯等方面已處于世界領先地位。未來隨著航天衛(wèi)星等數(shù)量以及功能的快速擴張，未來架構將會是多星、多中心、多站架構，整個智能化測控系統(tǒng)中、虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)將實現(xiàn)星上各種數(shù)據(jù)的直接處理及衛(wèi)星的精準仿真與自主管控。航天產業(yè)行業(yè)趨勢（一）太空競爭加劇，推動航天產業(yè)特種領域快速發(fā)展太空作為人類發(fā)展的第四空間，太空開發(fā)國際競爭愈演愈烈、已成為大國博弈的焦點。航天衛(wèi)星等作為各國太空戰(zhàn)略布局的重要載體，直接關系到氣象、通信、經(jīng)濟、科技等領域。據(jù)美國憂思科學家聯(lián)盟（TheUnionofConcernedScientists）統(tǒng)計，截至2022年5月，全球在軌衛(wèi)星5，465顆，其中美國在衛(wèi)星數(shù)量和種類上具有絕對優(yōu)勢。雖然美國在軌衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星功能等方面代表的航天實力大幅領先世界其他國家，但其仍在大力爭占、維持航天制霸權。例如，美國太空發(fā)展局計劃2021-2025財年投資110億美元，用以部署大型星座，其中106億美元用于衛(wèi)星層建設，用于研究、設計、開發(fā)與測試大型衛(wèi)星星座。此外，世界其他國家和地區(qū)也加速推進太空開發(fā)，如2022年2月歐盟推出了一項新太空計劃，旨在能夠盡快出臺太空交通規(guī)則，是近年來歐盟在太空領域采取的又一重大舉措。整體來看，太空開發(fā)國際競爭愈發(fā)激烈，太空程度持續(xù)加深。在太空競爭加速的背景下，當前各主要國家聚焦航天器長周期運行動力、長在軌時間以及數(shù)字智能化等核心需求，圍繞全域態(tài)勢感知、自動規(guī)避威脅、損傷自動修復、快速溯源反擊等加強技術攻關。為滿足航天器長時間運行的動力需求，相關國家大力開發(fā)核動力與推進技術。如美國政府發(fā)布《國家太空核動力與推進戰(zhàn)略》，提出推動美太空核動力與推進技術的發(fā)展目標；Roscosmos（俄羅斯航天國家集團）則大力發(fā)展宙斯核動力太空拖船，將其定位為未來空間站之間的主要接駁載具，并具備執(zhí)行深空復雜科學任務的能力。為滿足航天器更長在軌時間的需求，在軌服務與制造技術得到長足發(fā)展，用于延長航天器在軌時間、提升遂行任務能力。如美國太空軍提出建立天基后勤在軌服務系統(tǒng)計劃，平時提供在軌維修維護等服務，戰(zhàn)時則執(zhí)行抵近、抓捕、操控對方航天器等太空作戰(zhàn)任務；英國加快推進主動碎片清除與在軌服務計劃；日本正在研究建造具備在太空實現(xiàn)警戒、監(jiān)視和補給等功能的宇宙巡邏船。為滿足多任務負荷需求、提升航天器數(shù)字智能化水平，各國加大了數(shù)字技術和智能技術在特種領域的應用推廣力度。其中，美國太空軍重點關注數(shù)字工程、數(shù)字人才、數(shù)字總部及數(shù)字作戰(zhàn)，謀求通過技術變革打造真正的數(shù)字軍種。綜合來看，隨著太空競爭加劇、各國加大太空競爭投入，航天產業(yè)特種領域發(fā)展迎來重大契機，全域態(tài)勢感知、自動規(guī)避威脅等技術將成為特種領域的重要技術發(fā)展方向。（二）航天產業(yè)產能增長，產業(yè)鏈延伸，需求增長迅猛近年來全球商業(yè)航天的產能增長、市場競爭加劇。隨著資金投入增加，全球商業(yè)航天以衛(wèi)星研制、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)及發(fā)射服務能力為代表的產能持續(xù)增長。衛(wèi)星研制方面，隨著地球靜止軌道衛(wèi)星趨于飽和，小衛(wèi)星研制能力迅速提升。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)方面，全球現(xiàn)已提出的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座計劃已達十余個，規(guī)劃的擬發(fā)射衛(wèi)星數(shù)量已超五萬顆。發(fā)射服務能力方面，發(fā)射服務企業(yè)大力研發(fā)、推廣火箭重復使用技術，并通過新建火箭工廠、配套發(fā)射設施，以及擴充在研在役小運載數(shù)量等多種方式提升發(fā)射服務能力。隨著商業(yè)航天企業(yè)服務能力向上下游產業(yè)鏈延伸，商業(yè)航天向各經(jīng)濟領域的滲透強度也在逐步提升，當前以制造為主的航天發(fā)展模式將變革為以服務應用端需求為主。在新的發(fā)展模式下，航天將進一步與各行業(yè)融合發(fā)展，探索形成新的應用領域和應用場景，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與航天技術的深度融合將持續(xù)推動商業(yè)航天的行業(yè)變革。在商業(yè)航天對各經(jīng)濟領域的持續(xù)滲透、綜合服務能力的持續(xù)增強的背景下，政府和特種領域用戶對商業(yè)航天產品及服務的采購需求持續(xù)增長。以美國為例，政府和特種領域用戶為降低發(fā)射成本、構建多元化的航天能力，已開始采購商業(yè)航天產品和服務。商業(yè)航天服務的引入可以降低發(fā)射費用、打破傳統(tǒng)的壟斷局面，并形成對特種領域用戶能力的有益補充。2016年9月，《中國科學報》發(fā)表中國科學院魏奉思院士文章《數(shù)字空間是空間科技戰(zhàn)略新高地》，在全世界范圍內率先提出數(shù)字空間（也稱數(shù)字太空）概念，即指地球之上空間的認知與應用通過數(shù)字化構建的空間，是由天基、地基觀測數(shù)據(jù)驅動，以科學認知為依據(jù)，空間通信網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術為手段，以天人合一為根本，牽一發(fā)動全身為靈魂的空間信息大數(shù)據(jù)庫，是集空間科學、空間技術、空間應用與空間服務為一體的重大空間基礎設施。近年來，隨著各國太空開發(fā)加速、衛(wèi)星等飛行器數(shù)量的增加，太空環(huán)境越發(fā)復雜，太空碎片數(shù)量增加、飛行器軌道間隔變小等問題愈發(fā)嚴重。據(jù)有關數(shù)據(jù)與CNKI文獻，過去20年間，太空發(fā)生了已確認的、非故意的、系統(tǒng)相關的在軌碎片事件566次，產生了數(shù)以百萬計的潛在有害碎片，導致凱斯勒綜合癥（Kesslersyndrome）正在逐漸由理論設想變?yōu)楝F(xiàn)實困境。同時，隨著各類飛行器設計功能復雜化、承擔任務多樣化，商業(yè)航天快速發(fā)展的背景下對于飛行器設計及運行的成本考核、提升飛行器運行效率、實現(xiàn)全生命周期管控等需求不斷攀升，建設數(shù)字航天、智能航天已成為太空探索亟待解決的行業(yè)問題。2020年8月，中國科學院《關于實施建設‘數(shù)字空間’、打造‘空間大腦’重大科技工程的建議》（科發(fā)學部〔2020〕55號，以下簡稱《建議》）?！督ㄗh》提出近二十年信息科技飛速發(fā)展，一切都可以數(shù)據(jù)化、一切均可編程、數(shù)字經(jīng)濟成為經(jīng)濟增長新引擎的數(shù)字時代已經(jīng)到來，人類正進入空間大航天時代與數(shù)字時代融合發(fā)展的歷史交匯期，數(shù)字航天、智能航天正成為第四次全球工業(yè)革命競爭的焦點。然而，《建議》指出我國尚未建立能夠為空間硬實力提供全過程及全周期服務的空間軟實力支撐體系、缺乏數(shù)字化及智能化的空間安全倍增器，導致我國航天向數(shù)字化及智能化的高質量發(fā)展受空間軟實力落后的制約。此外，我國在開拓人類空間新知識體系的競爭中落后西方國家甚遠，空間硬實力的產出/投入比遠不及美國一半，空間應用的廣度、深度和效益亟待提升。在此背景下，《建議》提出數(shù)字太空主要用以提升、增強和擴展衛(wèi)星、火箭、導彈等空間硬實力實體進出空間、探索空間、利用空間、開發(fā)空間的能力與效益。數(shù)字太空建設已成為加速空間強國建設最緊迫的戰(zhàn)略需求。數(shù)字太空建設系統(tǒng)通過航天測控管理和航天工業(yè)設計，將涵蓋致動致動器、傳感器的物理世界和包括數(shù)據(jù)、仿真及縫隙的數(shù)字孿生串聯(lián)起來，形成了一個完備的架構。通過智能數(shù)據(jù)處理與評估，航天工業(yè)設計的技術成果廣泛應用于航天測控管理，促進數(shù)字太空建設的穩(wěn)步發(fā)展。航天行業(yè)基本風險特征（一）航天行業(yè)基礎相對薄弱，受到西方技術封鎖作為航天產業(yè)的新興領域，我國航天測控管理和航天工業(yè)設計行業(yè)的配套產業(yè)正處于快速發(fā)展完善階段、行業(yè)技術水平相對薄弱，且面臨著西方的技術封鎖。如果無法持續(xù)完成技術突破、突破技術瓶頸、更全面地實現(xiàn)，國內行業(yè)將難以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、更好地服務航天強國戰(zhàn)略。（二）航天行業(yè)人才稀缺與流動風險行業(yè)從業(yè)人員不僅需要具備航天學科、力學以及軟件開發(fā)等復合背景，還需要精通軟件開發(fā)技術，熟練