商业火箭：航天发射新力量，可复用开启低成本航天时代-格隆汇

本文来自格隆汇专栏：中金研究，作者：刘中玉、刘婧、李舜尧

商业火箭是获取低成本、大规模进入空间能力的关键基础。本篇报告我们梳理国内外商业火箭发展情况、技术路线和降本路径，希望为围绕商业航天及航天发射环节的投资提供参考。

摘要

全球商业航天蓬勃发展牵引火箭发射需求，国内复用火箭有望逐步成熟。1）商业遥感、通信星座建设牵引火箭发射需求，全球航天发射自2020年的112次增长至2024年的263次，商业火箭成为全球发射主力。2）2014年以来国内商业火箭企业快速成长，多型火箭已实现连续成功发射、执行商业发射任务，朱雀三号、天龙三号等可复用箭型计划在2025-2026年密集首飞，我们认为有望成为国内火箭运力的有力补充。

商业火箭低成本、快履约、大运力导向明确，将有力支撑大规模空间基础设施建设。1）发射成本约占星座建设总成本的30%~40%，商业化模式下Falcon9单位运载成本仅3000美元/千克，发射成本较传统运载工具大幅降低。2）相较传统火箭20个月的履约周期，Falcon9等商业火箭履约周期可降至100天以内，更加适配密集发射和快速履约需求。3）我们认为，规模化、可回收的商业火箭有望为空间基础设施建设提供充沛的低成本运力支持，从而进一步夯实商业航天产业发展基础。

重复使用是商业火箭降本的关键，可复用需求牵引火箭分系统发展。1）箭体和推进系统约占火箭成本的60%~80%，关键结构复用能够有效降低发射成本，我们测算十次复用情况下Falcon-9发射成本可降至1270美元/千克。2）新技术应用进一步降低火箭制造成本，大推力商业火箭多数采用可变推力液体发动机，液氧甲烷凭借低成本、少积碳优势有望成为主流燃料；箭体结构采用不锈钢替换铝合金，复杂结构通过3D打印工艺实现减重、降本。

风险：可复用火箭进展不及预期；卫星互联网发射需求不及预期。

正文

火箭商业化潜力释放，商业火箭有望成为发射主力

巨型星座建设拉动发射需求，商业火箭成为发射主力

巨型星座建设推动发射需求扩张，全球航天发射次数快速增长。航天产业早期主要对接国家项目和特定行业需求，发射需求较为稳定。根据Jonathan’s space page的统计，全球航天发射次数从2001年的59次逐步增长至2020年的112次，CAGR为3.4%。2020年后巨型星座建设需求释放，卫星互联网带动全球航天发射增速换挡，全球航天发射次数由2020年的112次增加到2024年的263次。卫星互联网建设热潮下，低成本、高效率的商业火箭应运而生，成为全球发射主力。

商业火箭运载能力持续提升，近十年逐渐成为发射主力。商业运载火箭活动主要是指各类企业通过自有资金、社会资本以及合资合营等模式，在满足国家安全和公众利益前提下，按照国家安全监管要求和市场运作机制，实施的运载火箭相关研制生产和以盈利为主要目的的航天发射等行为。早期发射活动主要由国有科研院所或大型企业集团研制的火箭承担， 21世纪以来随着Falcon-9等火箭进入常态化批量发射阶段，新一代商业火箭通过一级火箭回收复用实现了发射服务成本的大幅下降，从而逐渐成为航天发射主力，2011~2020年，Falcon-9系列共完成99次发射，高居所有火箭型号第一。

图表1：2001~2024年全球航天发射次数

资料来源：Jonathan’s Space Page，中金公司研究部

国内外政策持续加码，商业火箭迎来发展机遇期

美国自1984年来持续完善商业航天法律体系，为商业火箭发展创造了良好的发展环境。美国1984年颁布了《商业航天发射法》。2003年，美国发布了《国家航天运输政策》和《美国国家航天政策》，NASA由依赖ULA的发射能力转向培育商业火箭公司，政策立法和需求牵引共同推动了商业火箭的发展。NASA推出了Commercial Crew and Cargo、Commercial LEO Development等项目，着力培养美国商业航天新兴力量。

2014年以来国内商业航天政策频出，商业火箭在政策引导下快速发展。航天产业是高投入、长周期、高风险的产业，对资金投入的稳定性和风险承受能力要求较高。我国航天发射任务长期由国有院所及相关企业承担，2014年发布《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》，鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星，卫星发射与运营逐步向商业化企业开放。2024年以来，商业航天政策定位持续提升，我们认为，在“航天强国”目标和商业发射需求牵引下，国内商业火箭产业成长有望加速。

图表2：NASA Commercial Crew and Cargo支出

注：实际支出额资料来源：NASA，中金公司研究部

图表3：Commercial LEO Development预计支出

注：FY2024及之后为预测值资料来源：NASA，中金公司研究部

发射市场规模持续增长，运载火箭开启商业化进程

发射服务市场规模持续增长，巨型星座时代发射需求有望持续扩张。2019年以来，全球航天发射活动数量快速增长，商业发射服务市场规模持续增长。2024年全球航天发射活动263次，共发射2873颗卫星，对应商业航天发射服务市场规模93亿美元，其中美国航天发射市场规模61亿美元，较2021年增长2倍以上。我国2024年完成航天发射64次，长征系列火箭完成其中的49次。我们认为，当前中国商业火箭发射占比较全球相比仍有较大提升空间，随着巨型星座时代发射需求持续扩张，商业发射服务市场有望持续受益，市场空间有望进一步打开。

我国商业火箭主力型号逐步进入常态发射阶段，可复用箭型有望密集首飞。我们统计蓝箭航天、星际荣耀、星河动力、天兵科技、中科宇航、科工火箭、东方空间七家国内主要商业火箭企业主力箭型发射情况。从总量看，商业火箭发射次数已由2017年的1次增长至2024年的16次，截至2025年11月我国2025年已完成15次商业火箭发射，从箭型看，快舟一号、谷神星一号、力箭一号、双曲线一号、朱雀二号分别进行了29、22、10、8、6次发射，主力型号逐步具备常态发射能力。可回收箭型方面，蓝箭航天、天兵科技等的可回收箭型均计划在2025年首发，我们认为2025~2026年有望成为我国可回收火箭密集首发时期。

图表4：国内各商业航天企业发展近况及发射次数

资料来源：各公司官网，中金公司研究部

商业火箭经济性优势显著，有效支撑商业航天产业发展

更低的发射成本，为航天产业的经济性打开更大空间

发射成本是航天产业主要成本之一，发射服务成本控制有望为商业航天打开更大空间。商业航天是重资产的商业模式，卫星星座投入规模大、周期长，其成本主要为卫星制造成本和发射服务成本。根据国会预算办公室数据，典型LEO星座的发射成本占星座总成本的30%~40%。

商业化模式下火箭成本控制能力提升，有望进一步提升航天产业经济性。传统火箭强调高度可靠及任务导向，企业或院所严格按照型号阶段开展研制工作，包括方案论证、立项、设计、工程研制、试验等多个环节，研制周期较长、定制化程度高，导致传统火箭发射成本较高。商业火箭公司研制流程较传统火箭显著缩短，如方案阶段产品试验合格后可直接用于工程阶段的研制试验、飞行试验。美国SpaceX公司采用飞行试验快速迭代的模式加速Falcon9研制，Falcon-9的研发周期及发射成本均明显优化。

图表5：各轨道典型星座建设成本及2024年全球卫星产业收入结构

资料来源：Large Constellations of Low-Altitude Satellites: A Primer（Congressional Budget Office），SIA，中金公司研究部

更短的履约周期，适配卫星研发模式变革和灵活发射需求

商业火箭履约模式持续迭代，火箭超市模式下履约周期有望缩短至4天。传统履约模式下火箭根据不同任务开展方案设计、试验、总装测试、产品出厂、进场、星箭对接测试、推进剂加注、发射等流程，商业火箭也需根据任务进行调整，目前履约周期一般不少于3~6个月，难以实现密集发射。据科工火箭，未来商业火箭有望实现火箭超市模式，火箭规模化生产并存贮后，客户不再需要等待火箭生产周期，卫星进场并选择火箭后，整个任务周期有望在数天内完成。我们认为，商业火箭的履约模式正持续迭代，随着巨型星座部署及批量发射需求的释放为商业火箭规模化生产提供了条件，未来商业火箭履约周期有望进一步缩短，发射服务便捷性进一步提升。

图表6：商业火箭模式下履约模式变革

资料来源：科工火箭，商业航天高峰论坛，中金公司研究部

规模发射适配星座建设需求，低轨商业发射主力

受益于商业星座大规模建设，全球卫星发射数量从2017年开始快速增长。2013年全球卫星发射数量首次超过100颗，此后全球卫星发射数量总体呈现上升趋势。得益于以“星链”为代表的商业卫星星座大规模建设，2017年以来全球卫星发射数量快速增长，2024年全球卫星发射数量已达到2873颗。从重量看，仅SpaceX2024年研制的卫星重量高达1647吨。我们认为，随着各国商业星座建设的进一步加速，全球卫星发射数量仍将保持较快增长的态势。

传统火箭难以满足巨型星座时代的运力需求，商业火箭有望成为LEO发射主力。传统火箭主要承担政府及特种领域发射任务，对火箭可靠性要求较高。而巨型星座建设需求则更强调大规模、低成本的运载能力。以Falcon9为例，其在回收情况下单次可提供17.5吨LEO运力，若按照2024年全年发射134次计算，即可提供2000吨以上的LEO运载能力，为Starlink星座建设提供庞大的低成本运载能力。我们认为，以卫星互联网为代表的商业航天快速发展，商业火箭有望承接商业航天时代发射需求，成为未来LEO商业发射主力。

可复用开启低成本航天时代，牵引分系统发展加速

火箭回收实现高价值部件复用，是火箭进一步降本的必选项

箭体和发动机是主要成本项目，回收复用有望大幅优化火箭成本结构

火箭回收能够有效降低火箭制造成本，是当前主流运载成本降低路径。目前火箭回收主要聚焦多级火箭中的一级和整流罩回收，根据马斯克的演讲，目前Falcon-9火箭一级结构成本约占60%，整流罩的成本约10%，据人民网报道，SpaceX副总裁肖特韦尔曾称，一级火箭回收复用的初期目标是降低30%发射费用，多次复用后将降低60%以上，中国可重复使用火箭最终目标是单位有效载荷发射成本降低至现有一次性运载火箭的十分之一。综上，我们认为，回收复用能够有效降低火箭的制造成本，是降低发射成本的主要技术途径之一。

图表7：Atlas5火箭结构及对应成本

资料来源：ULA，国会预算办公室，中金公司研究部

垂直回收是当前主流技术路线，多次复用可大幅降低发射成本

Falcon-9采取垂直回收方式，实现一级火箭和整流罩的回收复用。Falcon9 Block5是SpaceX推出的可复用箭型，2024年Falcon系列火箭共完成134次航天发射。Falcon9通过垂直回收方式回收一级火箭、通过海上打捞方式回收整流罩。可复用设计使得Falcon-9的单次LEO轨道发射成本约为3000美元/kg，是全球运载成本最低的商业火箭之一。

图表8：Falcon9回收飞行过程示意图

资料来源：SpaceX官网，Space Techie，中金公司研究部

发动机：可复用需求牵引液体发动机发展，燃料组合和循环进一步优化

固液路线各具优势，液体发动机契合可复用需求

化学火箭发动机是目前航天发动机主要形式，分为液体和固体两种。

► 固体火箭发动机：使用固体药柱作为推进剂，能够长时间储存并快速响应发射，因而在运载火箭、制导装备等领域应用广泛。由于固体火箭技术路线相对成熟，商业火箭企业多选用固体火箭作为首发箭型。我们认为，商业领域固体火箭将主要用于满足星座灵活补网和应急、特种等特殊领域需求。

► 液体火箭发动机：液发具备可重复加注、推力可调的特点，是当前回收模式下的唯一选择。固体发动机在制造时同步加注燃料，燃料消耗完毕后无法再次加注.而液体运载火箭其燃料在发射前加注进推进剂贮藏室，且推力可调节，这使得其更加契合可复用火箭的研制需求。

图表9：典型基础级液体火箭主发动机技术参数和应用情况

资料来源：《液体火箭主发动机技术现状与发展建议》（李斌，2022），中金公司研究部

液氧甲烷组合是下一代理想燃料，液体发动机向闭式循环发展

可复用需求下液氧甲烷低成本、易维护优势凸显，有望成为未来主流的发动机燃料组合。液氧/甲烷理论比冲略高于液氧/煤油，此外甲烷的结焦温度（初始结焦温度950K）比煤油（初始结焦温度693~703K）更高，使得发动机不易积碳，在一级复用过程中不需要对积碳进行重复清理。综合来看，液氧甲烷组合对当前可复用火箭具有较强适配性，国内外头部商业火箭企业均多将液氧甲烷发动机作为其下一代发动机研制方向，液氧甲烷成为包括Starship、朱雀三号等下一代可复用火箭的燃料选择。

图表10：常用火箭推进剂组合理论性能

资料来源：《液氧／甲烷发动机动力循环方式研究》（张小平等，2009），中金公司研究部

动力循环方式向闭式循环迭代，国内外全流量补燃发动机研制加速。动力循环是发动机点火后不断向燃烧室注入燃料保持火箭动能的过程，目前主要的动力循环方式包括燃气发生器循环、富氧补燃循环、富燃补燃循环和全流量补燃循环等。补燃循环也被称为闭式循环，其涡轮流量进入燃烧室充分燃烧，故在同等推力情况下具备更高比冲和燃烧效率，目前SpaceX的全流量补燃循环发动机猛禽已用于Starship，国内已完成200吨级全流量补燃循环发动机燃烧装置第一阶段点火试验，全流量补燃技术成熟度逐步提升，我们认为有望成为未来商业火箭动力循环的主要方式之一。

图表11：四种不同动力循环方式性能对比

资料来源：《液氧／甲烷发动机动力循环方式研究》（张小平等，2009），中金公司研究部

箭体：火箭结构主体，材料选择进一步贴合商业化需求

箭体结构是火箭结构的主要构成，约占火箭成本的25%~30%。运载火箭的箭体结构是火箭的主体，由贮箱、壳段和特殊功能机构组成，具有承载、支承和容纳的功能。其中壳段一般包括箱间段、级间段、后过渡段、尾段、载荷支架和整流罩等，贮箱则主要用于液体火箭。以美国的宇宙神5火箭为例，箭体结构成本约占火箭总成本的25%～30%，据《运载火箭箭体结构低成本途径及性能影响分析》，大批量生产某固体火箭型号时，材料及人工成本各占约15%，主要成本来自生产线等的固定资产的折旧。

箭体结构大多采用铝合金材料，不锈钢、复合材料等材料逐步获得应用。铝合金是火箭的传统箭体材料，其中舱段承力结构金属材料一般采用7050/7055/2A97等比强度高、比模量高的铝合金，贮箱方面则一般选用2219铝合金。SpaceX等商业火箭企业尝试使用不锈钢、复合材料等作为贮箱材料，Starship已经采用304不锈钢作为其主要箭体材料。不锈钢材料具有优异的高低温性能和价格优势，尤其适配可复用火箭的经济性要求，我们认为或有望成为商业火箭箭体结构新的选择。

图表12：火箭箭体的主流材料选择

资料来源：《中国液体运载火箭结构系统发展规划研究》（顾名坤等，2021），中金公司研究部

测控：火箭发射关键系统，商业测控公司蓬勃发展

测控系统实时监测并控制火箭飞行，是火箭发射服务的关键环节。在运载火箭的系统工程当中，测控系统实现对运载火箭飞行的跟踪测量，并控制运载火箭的运动及相关工作，对运载火箭系统工程能否顺利进行工作及其发展有重要意义。我国测控系统早期基于电影经纬仪等光学测量设备实现，后续逐步发展出无线电外测系统，1986年后采用S频段和PCM-FM调制体制设计了新一代遥测系统，并逐步引入天基测量、中继卫星等技术手段，推动我国航天测控系统逐步完善

测控体系向天地一体化方向发展，商业测控公司蓬勃发展。测控系统在早期主要基于地面测量控制设备完成，随着北斗系统和中继卫星投入应用，天基测控技术推动测控体系向天地一体化方向发展。我国2012年开展CZ-3A的遥测数据传输试验，传输速率256 kbit/s，基于Ka频段的预期传输速率可达2~5 Mbit/s。我国传统火箭测控任务主要体系内的机构承担，近年来航天驭星、星图测控、天链测控等多个商业测控公司蓬勃发展，逐步开始为商业航天发射任务提供测控服务。我们认为，航天测控是火箭发射关键系统，相关公司有望深度受益于国内航天发射需求扩张。

图表13：我国运载火箭测控系统体系结构发展构想