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首頁(yè) -新聞資訊 -行業(yè)新聞 -導(dǎo)彈裝備產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)鏈分析及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

導(dǎo)彈裝備產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀、產(chǎn)業(yè)鏈分析及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)布時(shí)間:2021-12-29作者來(lái)源:金航標(biāo)瀏覽:4161

1、導(dǎo)彈系統(tǒng)概述

導(dǎo)彈的定義是依靠自身動(dòng)力裝置推進(jìn),由制導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)引、控制其飛行彈道,,具有射程遠(yuǎn)、速度快、精度高、威力大等特點(diǎn)。導(dǎo)彈的分類方法繁多,使用較多的分類方式為按照導(dǎo)彈氣動(dòng)外形和飛行彈道分類,可分為彈道導(dǎo)彈與有翼導(dǎo)彈兩大類,在每一大類[敏感詞]又可以細(xì)分成諸多小類,如圖 17 所示。

其中,彈道導(dǎo)彈是一種沿預(yù)先設(shè)定的彈道飛行,將彈頭投向預(yù)定目標(biāo)的導(dǎo)彈。按照作戰(zhàn)性質(zhì),彈道導(dǎo)彈又可分為戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈以及戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈兩種,戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈一般為中程、遠(yuǎn)程及洲際彈道導(dǎo)彈。戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈一般為近程彈道導(dǎo)彈,未來(lái)彈道導(dǎo)彈的發(fā)展趨勢(shì)主要為提高突防能力、提高命中精度、拓展全球打擊能力及機(jī)動(dòng)發(fā)射能力。

有翼導(dǎo)彈則是一種以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力,機(jī)動(dòng)飛行所需的法向力依靠升力部件的空氣動(dòng)力提供,裝有戰(zhàn)斗部的自控飛行器,按照目標(biāo)種類及位置有翼導(dǎo)彈又可細(xì)分為面空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈、面面導(dǎo)彈、空面導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈及反坦克導(dǎo)彈。特點(diǎn)是制導(dǎo)精度高、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)、系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)復(fù)雜,未來(lái)有翼導(dǎo)彈的發(fā)展方向有拓展自主化、智能化、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化、飛行空域擴(kuò)大化等。

盡管導(dǎo)彈的種類眾多,但幾乎所有種類的導(dǎo)彈均由戰(zhàn)斗部、動(dòng)力系統(tǒng)、制導(dǎo)系統(tǒng)以及彈體結(jié)構(gòu)四部分構(gòu)成如圖 18 所示,具體各部分的功能及具體分類可見(jiàn)表 9。



由于導(dǎo)彈的組成復(fù)雜,一般設(shè)計(jì)研制過(guò)程較長(zhǎng),主要包括進(jìn)行科學(xué)研究和試制兩個(gè)方面。而要解決試制中出現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題,發(fā)展新型的具有先進(jìn)水平的導(dǎo)彈系統(tǒng),除了必須進(jìn)行大量深入的科學(xué)研究工作, 還要在研制流程中不停的進(jìn)行反復(fù)的迭代(具體流程如圖 19 所示),因此導(dǎo)彈整體從設(shè)計(jì)到裝備部隊(duì)的周期一般比較長(zhǎng),全過(guò)程一般需要 5-15 年時(shí)間左右。

導(dǎo)彈自身的性能指標(biāo)主要包含三方面,飛行性能方面包括射程、飛行速度、高度以及機(jī)動(dòng)性等方面;使用性能方面主要考慮發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間及可靠性等;經(jīng)濟(jì)性要求主要涉及導(dǎo)彈生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)要求及使用經(jīng)濟(jì)要求等。

2、導(dǎo)彈裝備產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀

2.1 導(dǎo)彈裝備整機(jī)市場(chǎng)規(guī)模

當(dāng)前,國(guó)際政治與安全局勢(shì)復(fù)雜多變,不確定因素顯著增加,國(guó)際安全形勢(shì)面臨新挑戰(zhàn),由于全球轉(zhuǎn)讓與政治經(jīng)濟(jì)、地區(qū)沖突、國(guó)際反恐等形式緊密相關(guān),國(guó)際軍貿(mào)市場(chǎng)整體呈現(xiàn)一個(gè)上升的發(fā)展態(tài)勢(shì), 據(jù)瑞典斯德哥爾摩國(guó)際和平研究所(SIPRI)2019 年發(fā)布的新版《全球軍貿(mào)報(bào)告》披露,自 21 世紀(jì)初以來(lái),全球主要出口國(guó)的出口額保持增長(zhǎng),2015-2019 年全球交易量較上一個(gè)周期(2010-2014 年)增長(zhǎng) 5.48%,較 2005-2009 年增長(zhǎng) 20%。

導(dǎo)彈由于具有不同于一般進(jìn)攻性的突出特點(diǎn),包括威力大、射程遠(yuǎn)、精度高,因此一直是國(guó)際軍貿(mào)市場(chǎng)中的重要組成部分。同時(shí)導(dǎo)彈裝備貿(mào)易受多種國(guó)際環(huán)境因素影響和制約,包括國(guó)際軍貿(mào)政策法規(guī)、國(guó)際政治動(dòng)向、國(guó)家安全環(huán)境和[敏感詞]戰(zhàn)略、進(jìn)出口國(guó)之間的關(guān)系,以及自身質(zhì)量和價(jià)格等。可以看出,當(dāng)前全球?qū)椦b備交易存在一定的波動(dòng)性,年交易訂單量基本處于 60-100 筆之間。自 2008 年全球金融危機(jī)爆發(fā)后,導(dǎo)彈交易量出現(xiàn)下滑,而后受到中東局勢(shì)影響,印度以及沙特、伊拉克及阿聯(lián)酋的導(dǎo)彈進(jìn)口規(guī)模快速提升,全球?qū)椊灰琢恳查_(kāi)始出現(xiàn)回升,并在 2013-2014 年達(dá)到[敏感詞]。盡管隨后全球?qū)椀慕灰谉岫仍俅谓禍兀蕴乩势债?dāng)選美國(guó)總統(tǒng)以來(lái),美國(guó)內(nèi)政外交產(chǎn)生的重大轉(zhuǎn)折、英國(guó)脫歐帶來(lái)的新變數(shù)、敘利亞局勢(shì)的持續(xù)動(dòng)蕩,俄烏地緣政治沖突、也門地區(qū)沙特聯(lián)軍與胡賽武裝的沖突、難民危機(jī)、宗教沖突的加速蔓延,同時(shí) 2020 年新冠疫情在全球的蔓延更是加劇了以上國(guó)際不確定因素,我們判斷未來(lái)全球軍貿(mào)市場(chǎng)交易得到進(jìn)一步提高與鞏固,全球?qū)椊灰资袌?chǎng)熱度也將有望再次迎來(lái)恢復(fù)性增長(zhǎng)。

從 2008-2017 年全球各類導(dǎo)彈裝備訂單量分布(見(jiàn)圖 23)來(lái)看,反坦克導(dǎo)彈由于一般具有價(jià)格低廉、作戰(zhàn)靈活的特點(diǎn),交易量[敏感詞],合計(jì)可占整體導(dǎo)彈裝備訂單量的 65%,伴隨當(dāng)前中東等局部沖突的惡化,未來(lái)反坦克導(dǎo)彈有望繼續(xù)保持導(dǎo)彈裝備交易量占比[敏感詞]的地位

根據(jù)蒂爾集團(tuán)(Teal Group)發(fā)布的《2018 World Missile Briefing》對(duì)導(dǎo)彈的預(yù)測(cè),2019-2027 年全球?qū)棶a(chǎn)量預(yù)計(jì)共計(jì)可達(dá)到 31.79 萬(wàn)枚,產(chǎn)值可達(dá)到 1300 億美元以上。具體情況如表 10 與表 11 所示。

具體到我國(guó)導(dǎo)彈市場(chǎng),需求主要來(lái)源于[敏感詞]需求及軍貿(mào)出口需求,現(xiàn)狀如下:


 軍貿(mào)出口

根據(jù)《中國(guó)社會(huì)科學(xué)院國(guó)際形勢(shì)報(bào)告(2020)》判斷,2020 年全球形勢(shì)和世界格局將表現(xiàn)出八大趨勢(shì):全球經(jīng)濟(jì)進(jìn)入超低利率時(shí)代、全球治理中利益博弈日趨激烈、區(qū)域和雙邊合作快速推進(jìn)、國(guó)際戰(zhàn)略和安全領(lǐng)域的東西方割裂趨勢(shì)加劇、各國(guó)在網(wǎng)絡(luò)空間的角力更加凸顯、科技競(jìng)爭(zhēng)更加激烈、核擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)上升、[敏感詞]主義行為呈國(guó)際化趨勢(shì)。在新冠肺炎疫情背景下,美國(guó)對(duì)伊朗、委內(nèi)瑞拉在疫情期間仍維持制裁等事件均表明疫情并未對(duì)地緣政治沖突起到明顯的緩解作用,盡管國(guó)際軍貿(mào)市場(chǎng)的推廣方面可能會(huì)受到一定的疫情影響,但從 20 世紀(jì)以來(lái)的幾次重大疫情期間,國(guó)際軍貿(mào)市場(chǎng)仍保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)來(lái)看(見(jiàn)圖 25),我們判斷,新冠肺炎疫情對(duì)國(guó)際軍貿(mào)的負(fù)面影響有限,同時(shí),世界面臨不穩(wěn)定及不明確因素的增加均可能會(huì)對(duì)國(guó)際軍貿(mào)產(chǎn)生較大的正面刺激。總體來(lái)看,我們預(yù)計(jì),20世紀(jì)以來(lái)全球軍貿(mào)的穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)有望在未來(lái)得到延續(xù),全球軍貿(mào)增速甚至可能會(huì)出現(xiàn)快速提升。

綜上,我們認(rèn)為,我國(guó)導(dǎo)彈裝備市場(chǎng)需求無(wú)論從內(nèi)需還是出口兩方面看,都有望總體保持穩(wěn)定且快速的增長(zhǎng)。

2.2 導(dǎo)彈各分系統(tǒng)市場(chǎng)情況

由于構(gòu)成導(dǎo)彈整機(jī)的部組件、元器件的種類及數(shù)量繁多,其研發(fā)生產(chǎn)屬于系統(tǒng)工程。而一般屬于系統(tǒng)工程從研發(fā)生產(chǎn)到應(yīng)用可以分為六個(gè)階段、即可行性論證、方案設(shè)計(jì)、工程研制、生產(chǎn)定型、使用與保障以及退役與銷毀六個(gè)階段。各階段具體工作如表 12 所示。

具體到導(dǎo)彈裝備,導(dǎo)彈全壽命周期中前五個(gè)階段為需要投入成本階段,其中可行性論證、方案設(shè)計(jì)、工程研制階段投入的成本屬于研發(fā)成本,而生產(chǎn)定型的投入成本屬于生產(chǎn)成本、使用與保障的投入成本屬于后期運(yùn)維成本。從全壽命周期中各階段投入成本的構(gòu)成(見(jiàn)圖 26)中可以看出,導(dǎo)彈系統(tǒng)在生產(chǎn)定型階段及使用維護(hù)階段投入成本占比較大(約 80%),而論證階段、方案階段及工程研制階段(統(tǒng)稱研發(fā)階段)投入占比合計(jì)較小(約 20%),表明了導(dǎo)彈整機(jī)的研發(fā)成本僅占約 20%,而生產(chǎn)成本及運(yùn)維成本可占到 80%。

在生產(chǎn)定型階段,如 2.1 節(jié)中所述,導(dǎo)彈整機(jī)主要由四部分構(gòu)成,即戰(zhàn)斗部、動(dòng)力系統(tǒng)、制導(dǎo)(與控制)系統(tǒng)及彈體結(jié)構(gòu)。以上四個(gè)分系統(tǒng)在導(dǎo)彈整體的成本占比如圖 27 所示,可以看出,彈道導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、戰(zhàn)斗部及其他(包括彈體結(jié)構(gòu))比例較為接近;而有翼導(dǎo)彈中,特別是對(duì)空目標(biāo)導(dǎo)彈,制導(dǎo)控制系統(tǒng)成本占比較其他分系統(tǒng)明顯更加突出,表明了伴隨當(dāng)前戰(zhàn)斗機(jī)、無(wú)人機(jī)等軍用航空器性能(特別是機(jī)動(dòng)性)的不斷提高,帶動(dòng)了決定導(dǎo)彈[敏感詞]打擊能力的制導(dǎo)系統(tǒng)性能要求指標(biāo)的提高,而性能的提高也就直接帶動(dòng)了制導(dǎo)控制分系統(tǒng)的成本占比提高,我們預(yù)計(jì),未來(lái)制導(dǎo)控制分系統(tǒng)成本占比或?qū)⒊掷m(xù)保持在高位。

3、導(dǎo)彈裝備產(chǎn)業(yè)鏈分析

導(dǎo)彈研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為工程研制,具體涉及到導(dǎo)彈的總體論證、設(shè)計(jì)(包括導(dǎo)彈總體設(shè)計(jì)與分系統(tǒng)設(shè)計(jì))、仿真測(cè)試、試驗(yàn)部分,主要由航空工業(yè)、航天科技、航天科工以及兵器工業(yè)等[敏感詞]集團(tuán)所屬相關(guān)企事業(yè)單位參與實(shí)施,同時(shí)部分科研院所、廠及民營(yíng)企業(yè)參與樣件的定制化研制、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn), 基于圖 26 可以看出,導(dǎo)彈制造產(chǎn)業(yè)鏈上游占導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)總體市場(chǎng)規(guī)模的 20%左右。

產(chǎn)業(yè)鏈中游主要以導(dǎo)彈研制定型后的批量生產(chǎn)為主,其可按照元器件配套加工生產(chǎn)、分系統(tǒng)(部組件)集成、總裝集成進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈的再次細(xì)分。其中,元器件配套加工生產(chǎn)及分系統(tǒng)(部組件)由航空工業(yè)、航天科技、航天科工、兵器工業(yè)及中國(guó)電科等[敏感詞]集團(tuán)所屬企事業(yè)單位及民營(yíng)企業(yè)參與,總裝集成主要由[敏感詞]集團(tuán)或軍方所屬總裝廠參與。基于圖 26 可以看出,該部分占導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)總體市場(chǎng)規(guī)模的 60%左右。

產(chǎn)業(yè)鏈下游主要為導(dǎo)彈交付軍隊(duì)后的裝備保障,維護(hù)延壽等構(gòu)成,主要由[敏感詞]央企所屬企事業(yè)單位及部分民營(yíng)配套企業(yè)參與。基于圖 26 可以看出,該部分占導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)總體市場(chǎng)規(guī)模的 20%左右。

具體導(dǎo)彈研制產(chǎn)業(yè)鏈及各部分相關(guān)的上市公司可如圖 28 所示。

4、導(dǎo)彈裝備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

導(dǎo)彈作為在當(dāng)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中的重要組成部分,導(dǎo)彈整機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要由導(dǎo)彈的作戰(zhàn)指標(biāo)需求的提升方向決定,并可以分解并建立到各個(gè)部組件、元器件配套加工生產(chǎn)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上。

4.1 總體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從導(dǎo)彈整機(jī)技術(shù)前景上來(lái)看,按照?qǐng)D 17 的分類方式,可分為彈道導(dǎo)彈(戰(zhàn)略導(dǎo)彈)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及有翼導(dǎo)彈(戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)兩類去討論。

首先,在彈道導(dǎo)彈方面,自海灣戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái),彈道導(dǎo)彈在戰(zhàn)爭(zhēng)中表現(xiàn)出的重大功效促使世界各國(guó)高度重視并競(jìng)相發(fā)展彈道導(dǎo)彈制造和突防技術(shù)。參考國(guó)外彈道導(dǎo)彈的發(fā)展,可以將彈道導(dǎo)彈的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)為以下幾點(diǎn):

(1) 總體設(shè)計(jì)方面,導(dǎo)彈設(shè)計(jì)更加模塊化、通用化,提升導(dǎo)彈可改進(jìn)空間,滿足更多作戰(zhàn)要求;

(2) 制導(dǎo)方面,通過(guò)采用復(fù)合制導(dǎo)方法,以繼續(xù)提高彈道導(dǎo)彈的制導(dǎo)精度;

(3) 開(kāi)展延壽工作,使導(dǎo)彈服役期不斷延長(zhǎng);

(4) 通過(guò)使用隱身、速燃發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)動(dòng)變軌等技術(shù),增強(qiáng)導(dǎo)彈的突防能力;

(5) 潛射彈道導(dǎo)彈由于具有隱蔽性好,機(jī)動(dòng)能力強(qiáng),生存概率大的特點(diǎn),未來(lái)將成為戰(zhàn)略導(dǎo)彈的主要力量。

有翼導(dǎo)彈方面,由于包含的導(dǎo)彈種類較多,各類導(dǎo)彈功能及目標(biāo)特性差異較大,需要分類進(jìn)行討論, 參考海外有翼導(dǎo)彈的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)研究成果,各類有翼導(dǎo)彈具體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)如下:

(1) 反坦克導(dǎo)彈方面,主要技術(shù)發(fā)展方向?yàn)榘l(fā)展先進(jìn)的反坦克導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù);應(yīng)用先進(jìn)戰(zhàn)斗部, 以提高毀傷與突防能力;研究新的發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)技術(shù);具備對(duì)多種目標(biāo)的作戰(zhàn)能力;實(shí)現(xiàn)軟發(fā)射,以提高戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

(2) 面空導(dǎo)彈方面,主要技術(shù)發(fā)展方向?yàn)榫邆鋸?fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下抗干擾、抗欺騙、高毀傷等能力;利用先進(jìn)制造技術(shù)取代傳統(tǒng)制造手段,以簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝,減少使用部件,縮短供應(yīng)鏈與開(kāi)發(fā)周期,加快零部件生產(chǎn)與系統(tǒng)集成速度。

(3) 空空導(dǎo)彈方面,主要技術(shù)發(fā)展方向?yàn)閺拇性O(shè)計(jì)到一體化設(shè)計(jì)技術(shù)過(guò)渡,以更好的提高空空導(dǎo)彈的飛行性能;從單模導(dǎo)引到多模導(dǎo)引以提高導(dǎo)彈的探測(cè)能力以及抗干擾能力;從單機(jī)制導(dǎo)到網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo),實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)實(shí)施快速[敏感詞]攻擊;從單一氣動(dòng)控制到異構(gòu)多執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制,提高控制響應(yīng)速度及精度;提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能;從獨(dú)立制導(dǎo)引信到制導(dǎo)引信一體化。

(4) 空面導(dǎo)彈方面,采用先進(jìn)技術(shù),進(jìn)一步增大空地導(dǎo)彈射程;采用模塊化設(shè)計(jì),提高空地導(dǎo)彈的通用性和適應(yīng)性,降低成本;多模復(fù)合以及加裝電子戰(zhàn)載荷和防御載荷,加強(qiáng)制導(dǎo)精度及抗干擾能力;具備網(wǎng)絡(luò)化能力,提升空地導(dǎo)彈的協(xié)同作戰(zhàn)能力;持續(xù)重點(diǎn)發(fā)展性能更為優(yōu)異的高超聲速導(dǎo)彈技術(shù)。

(1) 反艦導(dǎo)彈方面,以巡航導(dǎo)彈為主,射程和飛行速度需求越來(lái)越大,隱身能力、抗干擾能力進(jìn)一步增強(qiáng),多任務(wù)執(zhí)行能力進(jìn)一步增強(qiáng),系列化、通用化和小型化程度進(jìn)一步加強(qiáng);反艦導(dǎo)彈智能化水平逐步提高;反艦導(dǎo)彈集群化作戰(zhàn)能力逐步增強(qiáng);反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)信息保障能力不斷提高;同時(shí)大力發(fā)展高超聲速導(dǎo)彈技術(shù)。

4.2 重點(diǎn)分系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

本節(jié)針對(duì)幾個(gè)導(dǎo)彈技術(shù)的總體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),分解到資本市場(chǎng)相關(guān)性較強(qiáng)的部分部組件及元器件,包括彈體結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)相關(guān)的先進(jìn)材料制造及相關(guān)加工工藝、制導(dǎo)控制系統(tǒng)及相關(guān)光電元器件、動(dòng)力系統(tǒng)及其他系統(tǒng)中的[敏感詞]特種電源的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)上。

4.2.1 彈體結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)(先進(jìn)材料制造及加工)

彈體結(jié)構(gòu)主要功能是將組成導(dǎo)彈的各部分綜合成一個(gè)整體,并使導(dǎo)彈形成良好的氣動(dòng)外形,具體包括彈身、彈翼(對(duì)有翼導(dǎo)彈)和舵面等部分。傳統(tǒng)彈體結(jié)構(gòu)一般采用比重小且強(qiáng)度大的材料,傳統(tǒng)的材料包括鋁合金、鎂合金、鈦合金、以及復(fù)合材料等。

目前,如 2.4.1 節(jié)中所述,伴隨當(dāng)前[敏感詞]對(duì)導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)速度、機(jī)動(dòng)性、射程、生存能力及抗干擾能力等指標(biāo)需求的提升,該需求分解至彈體結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)上,可歸結(jié)為對(duì)具有更耐高溫、更高強(qiáng)度、具有良好的吸波特性的材料需求,而這種材料相關(guān)的合成及加工工藝等技術(shù)即為彈體結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵核心技術(shù),這類技術(shù)的具體發(fā)展趨勢(shì)如下:

① 先進(jìn)復(fù)合材料

先進(jìn)復(fù)合材料(Advanced Composite Materials,ACM)在航空航天發(fā)展中具有舉足輕重的地位,其主要特點(diǎn)是質(zhì)量輕、高剛度、高強(qiáng)度、設(shè)計(jì)靈活等。作為主承力和次承力結(jié)構(gòu),ACM 結(jié)構(gòu)件已成功應(yīng)用在多種飛行器上,對(duì)飛行器的輕量化具有重要意義。據(jù)估計(jì),21 世紀(jì)的導(dǎo)彈中復(fù)合材料占全彈的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的百分比為 79%和 60%,ACM 主要包括樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。樹(shù)脂基復(fù)合材料方面,作為目前應(yīng)用在導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)中最多的復(fù)合材料,它的密度是鋼的 1/5、鋁的 1/2。

如美國(guó)“三叉戟 -1”導(dǎo)彈儀器艙采用環(huán)氧樹(shù)脂/碳纖維結(jié)構(gòu),共有 100 多個(gè)部件采用石墨烯纖維復(fù)合材料, 比鋁合金輕 30%,減重效果顯著。而經(jīng)過(guò)多年發(fā)展,我國(guó)的樹(shù)脂基復(fù)合材料基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,可以滿足航

空航天的發(fā)展需求,如神舟系列和風(fēng)云衛(wèi)星系列均使用了自主研發(fā)的環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料,減輕了整體質(zhì)量,降低了發(fā)射成本。但是,某些樹(shù)脂基復(fù)合材料目前的技術(shù)僅限實(shí)驗(yàn)室合成,遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到量產(chǎn)階段。

金屬基復(fù)合材料方面,可分為鋁基、鈦基、銅基、鎂基和其他金屬基復(fù)合材料。其中,鋁基、鈦基、鎂基等 3 種輕金屬基復(fù)合材料因?yàn)榫哂械兔芏取⒏弑葟?qiáng)度、抗輻射以及良好的耐磨性能和減振性能等特點(diǎn),在航空航天領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。鋁基復(fù)合材料可以用于制造導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭組件、推進(jìn)器組件、彈體結(jié)構(gòu)組件等主要部件,實(shí)現(xiàn)成本的降低;鎂基復(fù)合材料因其尺寸穩(wěn)定性等獨(dú)特的性能得到了越來(lái)越多的重視, 如 SiCp/Mg 復(fù)合材料可用于導(dǎo)彈尾翼及內(nèi)部加強(qiáng)汽缸,B4Cp/Mg-Li 復(fù)合材料用于航天器天線構(gòu)件;鈦基復(fù)合材料作為航空器主承力部件的理想候選材料,已成功應(yīng)用在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、整體葉環(huán)、盤、軸、機(jī)匣、傳動(dòng)桿等部件。目前,我國(guó)開(kāi)展的相關(guān)前沿研究包括用鋁基復(fù)合材料制備火箭和導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的慣導(dǎo)平臺(tái)構(gòu)件以及用鎂基復(fù)合材料制備航空航天用管接頭部件等。

陶瓷基復(fù)合材料,與樹(shù)脂基和金屬基復(fù)合材料相比,陶瓷基復(fù)合材料具有穩(wěn)定的耐燒蝕、耐腐蝕以及強(qiáng)韌性特點(diǎn),是某些航天器關(guān)鍵部件材料的不二選擇。例如,高超音速導(dǎo)彈飛行速度大于 8 馬赫時(shí),頭錐瞬時(shí)溫度將達(dá)到 1000℃以上。在如此[敏感詞]環(huán)境下,導(dǎo)彈天線罩要求具備承載、透波等功能,超高溫的陶瓷基復(fù)合材料則成為唯一的天線罩材料。我國(guó)在陶瓷基復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用上一直處于世界前列,具有代表性的是西北工業(yè)大學(xué)為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制的 C/SiC 復(fù)合材料系列噴管已經(jīng)成功通過(guò)考核,上海硅酸鹽研究所研制出碳纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料,已經(jīng)用于導(dǎo)彈端頭帽和衛(wèi)星的天線窗框。針對(duì)我國(guó)在陶瓷基復(fù)合材料應(yīng)用中的不足,研究重點(diǎn)包括:開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)的基體和增強(qiáng)體材料以提高產(chǎn)品的熱力學(xué)性能;確定陶瓷

基復(fù)合材料的疲勞性能以解決產(chǎn)品長(zhǎng)期服役帶來(lái)的時(shí)效問(wèn)題;攻克陶瓷基復(fù)合材料與異質(zhì)材料的連接難題以拓寬產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域等。

② 輕質(zhì)高強(qiáng)的金屬材料

目前,彈體結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)涉及到的金屬材料主要包含高溫鈦合金、鋁鋰合金以及金屬間化合物。

高溫鈦合金方面,鈦合金作為具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕、結(jié)合性能好、耐高溫、抗蠕變等特點(diǎn)的材料,被廣泛用于航空航天等[敏感詞]領(lǐng)域。針對(duì)當(dāng)前導(dǎo)彈追求高速化和小型化引起的氣動(dòng)熱問(wèn)題,導(dǎo)致對(duì)鈦合金等主要結(jié)構(gòu)材料的耐熱性提出了更高的要求,因此高溫鈦合金成為了重點(diǎn)研究方向。目前,高溫鈦合金主要應(yīng)用于導(dǎo)彈的艙段殼體、舵面與翼面等。我國(guó)自主研制的高溫鈦合金使用溫度大多在 550-650℃ 之間。其中 TA12(Ti55),Ti633G 和 Ti53311S 是 3 種具有代表性的國(guó)產(chǎn) 550℃高溫鈦合金。中科院金屬所、寶鈦集團(tuán)、北京航空材料研究院共同開(kāi)發(fā)的 TA12A 合金,已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室筒體和巡航導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)等。目前高溫鈦合金的研究重點(diǎn)在于其疲勞特性等方面。

鋁鋰合金方面,作為航空航天材料中發(fā)展最迅速的輕量化材料,鋁鋰合金的特點(diǎn)是低密度、高彈性模量、高比強(qiáng)度和比剛度。鋰是最輕的金屬,其與鋁溶解度極高。鋁鋰合金代替常規(guī)鋁合金,可使結(jié)構(gòu)件質(zhì)量減輕 10%-15%,彈性模量提高 6%,剛度提高 15%-20%。與先進(jìn)復(fù)合材料相比,鋁鋰合金抗壓強(qiáng)度較好, 并且防雷擊,造價(jià)低。目前,我國(guó)已經(jīng)具備第三代鋁鋰合金 2195 的生產(chǎn)能力,基本能夠滿足航空航天的材料需求。目前的研究重點(diǎn)在于研制新型高強(qiáng)、高損傷容限的鋁鋰合金,并解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的鈑金成形和熱處理工藝問(wèn)題。

金屬間化合物方面,其性能介于金屬與陶瓷之間,具有耐高溫、抗腐蝕、抗氧化、高強(qiáng)度等特性,是一種新型的結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)涂層材料。金屬間化合物種類繁多,在航空航天領(lǐng)域得到應(yīng)用的主要有 Ti-Al系、Ni-Al 系金屬間化合物。目前,我國(guó)航天工業(yè)目前正試圖采用 Ti2AlNb 合金替代 Ni 基高溫合金制作發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件。

③ 先進(jìn)的工藝技術(shù)

目前,用于導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)的先進(jìn)工藝技術(shù)主要包括近無(wú)余量成形技術(shù)、超精密加工技術(shù)、3D 打印技術(shù)及智能制造技術(shù)。

近無(wú)余量成形技術(shù)方面,是指零件在成形后,不需要加工或需很少加工就可用作結(jié)構(gòu)件的成形技術(shù)。由于該技術(shù)在降低飛行器重量以及復(fù)雜零件整體化方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),成為航空航天領(lǐng)域中復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁零件成形的關(guān)鍵技術(shù)。目前,比較成熟的近無(wú)余量成形技術(shù)有超塑成形(SPF)/擴(kuò)散連接(DB)、熔模精密鑄造等。在 SPF/DB 技術(shù)上,我國(guó)發(fā)展已有 40 多年的歷史,基礎(chǔ)研究和應(yīng)用都已取得了很大發(fā)展。而熔模精密鑄造方面,我國(guó)已形成了完整的鑄造體系,但國(guó)內(nèi)熔模精鑄生產(chǎn)線使用的關(guān)鍵設(shè)備仍依靠進(jìn)口,且大部分為西方國(guó)家 20 世紀(jì) 80 年代產(chǎn)品。因此,我國(guó)熔模精鑄技術(shù)落后西方大概 30 年。因此,研制長(zhǎng)壽命、高可靠性的熔模精鑄設(shè)備是重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。

3D 打印技術(shù)及智能制造技術(shù)方面,3D 打印用于導(dǎo)彈制造可以有效降低成本、提高效率。雷神公司已利用 3D 打印技術(shù)制造出 80%的導(dǎo)彈部件;ATK 公司成功試驗(yàn)了 3D 打印的高超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室;美國(guó)海軍“三叉戟-2”D5 潛射導(dǎo)彈在 2016 年首次測(cè)試了采用 3D 打印的導(dǎo)彈部件。同時(shí),智能制造也對(duì)導(dǎo)彈生產(chǎn)制造產(chǎn)生重大影響,目前美國(guó)導(dǎo)彈防御局已啟動(dòng)“數(shù)字化推進(jìn)器工廠”項(xiàng)目,支持從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的數(shù)字化工廠環(huán)境;洛馬公司的新一代數(shù)字化制造系統(tǒng)已應(yīng)用于導(dǎo)彈生產(chǎn);雷神公司采用自動(dòng)導(dǎo)引車實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈及零部件的自動(dòng)搬運(yùn),使用六軸機(jī)器人完成導(dǎo)彈導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)的裝配。

4.2.2 制導(dǎo)控制系統(tǒng)及相關(guān)光電元器件(光電元器件)

制導(dǎo)與控制系統(tǒng)是導(dǎo)彈[敏感詞]命中目標(biāo)的關(guān)鍵,隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展以及戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)[敏感詞]制導(dǎo)的廣泛需求,制導(dǎo)與控制技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外的導(dǎo)彈制導(dǎo)控制方式關(guān)鍵技術(shù)大體可分為慣性制導(dǎo)控制、雷達(dá)制導(dǎo)控制、多模復(fù)合制導(dǎo)控制、光電制導(dǎo)控制、協(xié)同制導(dǎo)控制等 5 個(gè)技術(shù)分支,各技術(shù)分支涉及到的具體技術(shù)如圖 29 所示

在制導(dǎo)與控制系統(tǒng)中,制導(dǎo)系統(tǒng)主要依靠制導(dǎo)設(shè)備,涉及到的零部件包括各類導(dǎo)引頭及慣性儀表等, 主要以[敏感詞]央企所屬企事業(yè)單位及民營(yíng)企業(yè)參與研制,而飛行器控制系統(tǒng)則主要依賴于制導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)量得到的飛行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行結(jié)算,以算法程序?yàn)橹鳎饕訹敏感詞]央企所屬企事業(yè)單位設(shè)計(jì)為主。

基于各導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)相關(guān)專利發(fā)布數(shù)量來(lái)看,導(dǎo)彈制導(dǎo)控制技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了最早的慣性制導(dǎo),而后出現(xiàn)了 SAR 制導(dǎo)、紅外成像制導(dǎo)、激光三維成像制導(dǎo),近年出現(xiàn)了目標(biāo)融合識(shí)別、協(xié)同組網(wǎng)、量子成像雷達(dá)制導(dǎo)、主被動(dòng)雷達(dá)復(fù)合制導(dǎo)的發(fā)展歷程。其中,紅外成像制導(dǎo)和激光三維成像制導(dǎo)是研究熱點(diǎn),協(xié)同制導(dǎo)的控制與導(dǎo)引律技術(shù)也是未來(lái)發(fā)展方向之一。

我們重點(diǎn)針對(duì)制導(dǎo)控制產(chǎn)業(yè)中的慣性制導(dǎo)控制以及光電制導(dǎo)控制,特別是制導(dǎo)系統(tǒng)部分進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)發(fā)展及投資機(jī)會(huì)分析(雷達(dá)制導(dǎo)控制可詳見(jiàn)報(bào)告《中航證券[敏感詞]行業(yè)深度報(bào)告:電子探測(cè)系統(tǒng),信息時(shí)代的“火眼金睛”》)。

① 慣性制導(dǎo)控制

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng),是以陀螺和加速度計(jì)為敏感器件的導(dǎo)航參數(shù)解算系統(tǒng),該系統(tǒng)根據(jù)陀螺的輸出建立導(dǎo)航坐標(biāo)系,根據(jù)加速度計(jì)輸出解算出運(yùn)載體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度和位置。

慣性制導(dǎo)控制相較于其他制導(dǎo)控制技術(shù)方向,具有自主隱蔽、實(shí)時(shí)連續(xù)、全天候、全時(shí)空、全地域環(huán)境敏感等特點(diǎn),已成為天基、空基、海基和陸基裝備導(dǎo)航定位、制導(dǎo)控制、瞄準(zhǔn)定向及姿態(tài)穩(wěn)定的通用核心裝備,在慣性制導(dǎo)控制系統(tǒng)中,核心元器件為以陀螺儀、加速度計(jì)等為代表的慣性儀表,目前,慣性儀表具有如下發(fā)展趨勢(shì):

(1) 新興原子自旋陀螺、核磁共振陀螺、干涉原理樣機(jī)陀螺、晶體光學(xué)陀螺和高端慣性傳感技術(shù)已見(jiàn)高精度應(yīng)用端倪。而 MEMS 技術(shù)作為原子慣性系統(tǒng)及其有效應(yīng)用高精度、高動(dòng)態(tài)有機(jī)融合的基礎(chǔ)支撐技術(shù),同樣是重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

(2) 光學(xué)慣性傳感技術(shù)以其成本壽命、精度可靠性優(yōu)勢(shì)已具備取代傳統(tǒng)機(jī)械慣性陀螺傳感技術(shù)傾向, 采用三軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制可有效減小常值誤差,提高光學(xué)捷聯(lián)慣性系統(tǒng)應(yīng)用精度。而傳統(tǒng)高精度機(jī)械三浮陀螺、靜電超導(dǎo)陀螺慣性儀表依然在戰(zhàn)略和特種需求目標(biāo)任務(wù)中仍具有獨(dú)特需求,發(fā)展方向?yàn)楦呔龋L(zhǎng)期穩(wěn)定, 基礎(chǔ)微觀量化深入綜合性能提升等方面。同時(shí),采用三軸旋轉(zhuǎn)調(diào)制和電鎖緊,實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)剖面的平臺(tái)捷聯(lián)混合導(dǎo)航制導(dǎo)也可提升應(yīng)用性能。

(3) MEMS 固體振動(dòng)陀螺有望實(shí)現(xiàn)高精度極限和高端應(yīng)用,成為未來(lái)高端 MEMS 慣性傳感器發(fā)展趨勢(shì)。多源復(fù)合、多元陣列式慣性微系統(tǒng)也有助于對(duì)實(shí)現(xiàn)不依賴 GPS 的自主導(dǎo)航、同時(shí)降低成本、提高精度,推動(dòng)戰(zhàn)術(shù)制導(dǎo)智能化的進(jìn)程。

(4) 新功能材料的產(chǎn)生、新興精密超精密制造的發(fā)展、人機(jī)智能微應(yīng)力的集成以及微觀量化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,推動(dòng)了高精度高可靠長(zhǎng)壽命、快速反應(yīng)、小型輕質(zhì)低成本、大動(dòng)態(tài)抗高過(guò)載、適應(yīng)多元復(fù)雜苛刻環(huán)境的慣性傳感器不斷進(jìn)步發(fā)展,從而滿足智慧導(dǎo)航控制的需求。

(5) 動(dòng)態(tài)、過(guò)載、電磁、溫度等[敏感詞]條件和多要素復(fù)合模擬仿真、綜合激勵(lì)測(cè)試試驗(yàn),交付評(píng)估, 加強(qiáng)試驗(yàn)理論、機(jī)理、方法、設(shè)備技術(shù)研究已成制約慣性技術(shù)發(fā)展的瓶頸和亟待解決的問(wèn)題。

② 光電制導(dǎo)控制

如圖 29 所示,當(dāng)前光電制導(dǎo)控制主要構(gòu)成包括紅外成像制導(dǎo)、激光三維成像制導(dǎo)以及多高光譜成像制導(dǎo)三部分。而在光電制導(dǎo)控制中,導(dǎo)引頭是兼具自主搜索、識(shí)別與跟蹤目標(biāo)的復(fù)雜功能,能夠持續(xù)輸入目標(biāo)信息并給出制導(dǎo)控制指令的核心部組件,其可以確保導(dǎo)彈系統(tǒng)不斷地跟蹤目標(biāo),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的[敏感詞]打擊。

在紅外制導(dǎo)控制中,紅外導(dǎo)引頭可利用紅外探測(cè)器識(shí)別、捕獲和跟蹤目標(biāo)輻射能量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋的的制導(dǎo)裝置,由于紅外導(dǎo)引頭在精度、抗干擾性、隱蔽性和效費(fèi)比等方面具有很大優(yōu)勢(shì),己經(jīng)成為導(dǎo)彈廣泛采用的目標(biāo)敏感裝置之一。近年來(lái),隨著以機(jī)器學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的圖像識(shí)別、日標(biāo)跟蹤等人工智能技術(shù)以及光電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的深入發(fā)展,紅外導(dǎo)引頭在成像制導(dǎo)方面得到很大的提升,為了更好地適應(yīng)未來(lái)信息化電子戰(zhàn)環(huán)境,紅外導(dǎo)引頭目前的技術(shù)發(fā)展方向主要為具備更強(qiáng)的紅外探測(cè)能力、更快的圖像實(shí)時(shí)處理速度和更敏銳的電子感知能力。其中,紅外成像探視技術(shù)、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)、圖像實(shí)時(shí)處理技術(shù)等均是現(xiàn)階段各個(gè)國(guó)家圍繞提高導(dǎo)彈系統(tǒng)智能化水平和抗干擾能力的重點(diǎn)發(fā)展方向。另外,伴隨海陸空天聯(lián)合作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò),各類導(dǎo)彈等[敏感詞]制導(dǎo)都需要制冷和非制冷的先進(jìn)紅外傳感器,共同的需求特點(diǎn)包括更大規(guī)模的陣列、更小的像元間距、更高的靈敏度以及更低的功耗,同時(shí),紅外探測(cè)器低成本也勢(shì)在必行,所以非制冷紅外探測(cè)器未來(lái)市場(chǎng)將更為廣闊。

在激光三維成像制導(dǎo)中,主要采用主動(dòng)成像制導(dǎo)方式,通過(guò)激光掃描,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像,再與預(yù)先裝定在導(dǎo)引頭中的待打擊目標(biāo)的激光成像特征進(jìn)行匹配分析,自動(dòng)識(shí)別并跟蹤打擊目標(biāo)。主動(dòng)式激光導(dǎo)引頭獨(dú)特的工作機(jī)制使其具備較高的角度、距離、速度分辨率,具有抗干擾能力強(qiáng)、獲取信息量大、靈敏度高等特點(diǎn),但其受制于硬件發(fā)展水平,在裝備的實(shí)際應(yīng)用中并不多。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括高靈敏度探測(cè)接收、目標(biāo)成像識(shí)別等,同時(shí),非掃描成像技術(shù)也可解決傳統(tǒng)掃描成像幀率低、視場(chǎng)小、體積大等問(wèn)題,其研究重點(diǎn)是 APD 陣列、PIN 陣列光電二極管探測(cè)器和集成信號(hào)處理器,以及利用其他成熟的陣列成像器件,采用新的工作體制實(shí)現(xiàn)非掃描三維成像。另外,激光導(dǎo)引頭中的激光探測(cè)類器件在未來(lái)應(yīng)用中,對(duì)于器件、技術(shù)單元集成化要求較高,構(gòu)成激光光源、探測(cè)單元和信號(hào)處理單元一體化也是其重要的發(fā)展趨勢(shì)。

多高光譜成像制導(dǎo)則主要應(yīng)用于反隱身領(lǐng)域,通過(guò)采用多波段高光譜探測(cè)來(lái)更多地獲取目標(biāo)的多維度信息以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別,同時(shí)也有利于區(qū)分目標(biāo)和誘餌,提高制導(dǎo)抗干擾水平,目前該項(xiàng)制導(dǎo)已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外新一代空空導(dǎo)彈等領(lǐng)域,多高光譜成像制導(dǎo)的核心技術(shù)在于多傳感器信息融合,發(fā)展趨勢(shì)在于從硬件上采用高速微處理器和并行處理技術(shù)、軟件上發(fā)展更加有效的特征級(jí)、決策級(jí)算法等。

4.2.3 動(dòng)力系統(tǒng)

導(dǎo)彈動(dòng)力系統(tǒng)是提供導(dǎo)彈飛行動(dòng)力的系統(tǒng),動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)及推進(jìn)劑兩部分組成,其中推進(jìn)是能源,發(fā)動(dòng)機(jī)是能量轉(zhuǎn)化裝置。本節(jié)將重點(diǎn)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析,目前導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)主要可以分為應(yīng)用于彈道導(dǎo)彈的大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的中小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)(包含渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等)、新體制組合發(fā)動(dòng)機(jī)(TBCC、RBCC)等。

① 大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包含彈道導(dǎo)彈及運(yùn)載火箭中,技術(shù)發(fā)展具有共同性,本節(jié)將主要以運(yùn)載火箭用大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)作為主體進(jìn)行分析,得到的結(jié)論對(duì)彈用大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)同樣具有參考性。

大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是大型/重型運(yùn)載火箭助推級(jí)的[敏感詞]動(dòng)力,也是固體運(yùn)載火箭的主要?jiǎng)恿ρb置, 其發(fā)展一直備受各世界主要航天大國(guó)的關(guān)注。縱覽世界各主要航天強(qiáng)國(guó)在大推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)方面的研制歷程,發(fā)展趨勢(shì)包括:固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)直接用作大型運(yùn)載火箭芯級(jí)動(dòng)力受到各國(guó)重視;整體式固體發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展取代百噸級(jí)裝藥量分段式固體發(fā)動(dòng)機(jī)趨勢(shì)明顯;復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益加重。具體到我國(guó)大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展上,雖然我國(guó)在大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)方面已取得不錯(cuò)進(jìn)展, 但相較于美國(guó)、歐洲、印度均已實(shí)現(xiàn)直徑 3m 級(jí)大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工程應(yīng)用的現(xiàn)狀,還有一定差距。國(guó)內(nèi)已經(jīng)試車成功的[敏感詞]固體發(fā)動(dòng)機(jī)在外徑、長(zhǎng)度和整體質(zhì)量上,均不如印度的 S-200 助推器,因此我國(guó)仍需在裝藥技術(shù)、復(fù)合材料殼體技術(shù)以及噴管技術(shù)等三個(gè)方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

裝藥技術(shù)方面,技術(shù)目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新裝藥技術(shù),實(shí)現(xiàn)大噸位裝藥。具體技術(shù)發(fā)展路徑包括從設(shè)備入手,例如發(fā)展連續(xù)裝藥技術(shù),建立連續(xù)裝藥生產(chǎn)線;或者從工藝入手,借鑒分段式裝藥的經(jīng)驗(yàn),在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上,創(chuàng)新裝藥形式。

復(fù)合材料殼體技術(shù)方面,技術(shù)目標(biāo)在于大直徑復(fù)合材料殼體技術(shù),實(shí)現(xiàn)大尺寸殼體纏繞。具體關(guān)鍵技術(shù)包括在于具有比強(qiáng)度大、比模量高以及材料性能的可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研制上。

噴管技術(shù)方面,技術(shù)目標(biāo)在于長(zhǎng)時(shí)間、大流量噴管技術(shù),實(shí)現(xiàn)大尺寸噴管制造。具體關(guān)鍵技術(shù)包括大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的大尺寸喉襯的成型技術(shù);柔性擺動(dòng)噴管關(guān)鍵技術(shù)。

② 中小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈中,中小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈飛行的主要?jiǎng)恿ρb置之一,其質(zhì)量和尺寸可以占到導(dǎo)彈質(zhì)量和尺寸的 50%-80%,是導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)中、遠(yuǎn)程防空反導(dǎo)和[敏感詞]打擊的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ),其性能直接關(guān)系到導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能和威懾力。目前,防空反導(dǎo)、遠(yuǎn)程精打、未來(lái)智能導(dǎo)彈的發(fā)展對(duì)固體發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑能量、質(zhì)量比和調(diào)控能力等方面的要求越來(lái)越高,而發(fā)動(dòng)機(jī)服役環(huán)境卻越來(lái)越嚴(yán)酷,對(duì)固體發(fā)動(dòng)機(jī)低易損性和環(huán)境適應(yīng)性的需求日趨迫切,這都給固體發(fā)動(dòng)機(jī)的研制提出了更高要求。目前,固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展可以歸結(jié)為高能化、輕質(zhì)化、可控化和低易損 4 個(gè)方向。

高能化方面,體現(xiàn)在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)能量水平仍需要提高,實(shí)現(xiàn)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高能化的關(guān)鍵技術(shù)包括:推進(jìn)劑采用新型高能或超高能物質(zhì);創(chuàng)新成型工藝,引入納米含能材料;基于高比強(qiáng)度殼體材料和耐燒蝕噴管材料的高壓強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù);建立固體發(fā)動(dòng)機(jī)高壓強(qiáng)下的性能計(jì)算模型等。

輕質(zhì)化方面,體現(xiàn)在基于輕質(zhì)高效的能量管理能力上。關(guān)鍵技術(shù)途徑包括:發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室與封頭或噴管一體化設(shè)計(jì)研究以及制造成型技術(shù);固體發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展帶裝藥纏繞一體化關(guān)鍵技術(shù);高強(qiáng)碳纖維的工程化應(yīng)用和新型殼體材料的開(kāi)發(fā);多脈沖固體發(fā)動(dòng)機(jī)的柔性脈沖隔離裝置(軟隔艙)。

可控化方面,體現(xiàn)在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可控化的發(fā)展正在從開(kāi)環(huán)控制向閉環(huán)控制,從開(kāi)關(guān)式向連續(xù)可調(diào)式方向發(fā)展,能量管理方式也從預(yù)設(shè)式到隨控式方向發(fā)展,向著高精度、快響應(yīng)的方向發(fā)展。具體技術(shù)途徑包括:高功率密度驅(qū)動(dòng)裝置和高精度控制算法等方面;開(kāi)展可多次啟停固體發(fā)動(dòng)機(jī)研究;裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、喉部調(diào)節(jié)裝置研制、高壓力指數(shù)固體推進(jìn)劑研制等。多脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的多次點(diǎn)火技術(shù)。

低易損方面,體現(xiàn)在固體發(fā)動(dòng)機(jī)低易損技術(shù)從組件級(jí)往整機(jī)級(jí)發(fā)展。關(guān)鍵技術(shù)包括有效集成鈍感固體推進(jìn)劑和復(fù)合材料殼體等組件級(jí)低易損性實(shí)施途徑,開(kāi)展固體發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)級(jí)低易損性研究;固體裝藥的尺寸效應(yīng)和發(fā)動(dòng)機(jī)組件間的相互影響研究;發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)層面的失穩(wěn)機(jī)理研究以及擴(kuò)穩(wěn)技術(shù);通過(guò)環(huán)境危險(xiǎn)實(shí)時(shí)感知與主動(dòng)擴(kuò)穩(wěn)相結(jié)合等技術(shù),研制主動(dòng)安全的固體發(fā)動(dòng)機(jī)。

除此以外,為了支撐戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)智能化,固體發(fā)動(dòng)機(jī)需要在智能可控、彈道最優(yōu)、高安全性、能量自裝配、狀態(tài)感知、智能制造、免維護(hù)等方面深入發(fā)展。

目前,俄羅斯、美國(guó)等已經(jīng)在可控化和低易損方面實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈裝備的服役,走在了中小型固體發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的前列。盡管國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)也日益成熟,但較之俄、美仍存在一定的差距,需要逐個(gè)突破推

進(jìn)劑和熱防護(hù)原材料、新型裝藥工藝、可調(diào)燃?xì)忾y門、壓力閉環(huán)控制、有效擴(kuò)穩(wěn)等關(guān)鍵技術(shù),加速工程化進(jìn)程,為我國(guó)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的跨越式發(fā)展提供技術(shù)支撐。

③ 吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)

彈用吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)可以細(xì)分為亞音速導(dǎo)彈使用的渦輪噴氣或渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)(統(tǒng)稱為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī))、以及沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)兩大類。

渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)方面,小型渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)可為高亞音速、中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈提供理想的巡航動(dòng)力,是各[敏感詞]強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。彈用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有成本低、壽命短、尺寸小、轉(zhuǎn)速高、增壓比低、容積熱強(qiáng)度大、起動(dòng)和點(diǎn)火方式多樣等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于巡航、反艦和空地等多種戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。針對(duì)這類傳統(tǒng)渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī),如何在[敏感詞]限度滿足性能要求的前提下,進(jìn)一步降低成本、減少油耗、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)仍將是今后重要的發(fā)展方向。另一方面,目前的渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇推進(jìn)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已日趨完善,在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和材料耐溫能力的制約下,欲大幅提升性能十分困難。以螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖爆震渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的新型動(dòng)力裝置,在循環(huán)效率、燃油消耗或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面具有潛在優(yōu)勢(shì),若能夠突破現(xiàn)存的技術(shù)瓶頸,則有望取代渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī),成為未來(lái)導(dǎo)彈的巡航動(dòng)力。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)方面,采用沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)彈由于可以實(shí)現(xiàn)全程有動(dòng)力巡航,具有響應(yīng)速度快、突防能力強(qiáng)、彈道機(jī)動(dòng)不引起過(guò)大的速度損失、末端速度較高等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),是未來(lái)飛行器的顛覆性發(fā)展方向之一。其中,超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī))被認(rèn)為是目前實(shí)現(xiàn)飛行器在大氣層內(nèi)高超聲速飛行的最佳動(dòng)力裝置,由于其良好的經(jīng)濟(jì)性與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性,已經(jīng)成為 21 世紀(jì)航空航天領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。我國(guó)自 1980-1990 年中期就已開(kāi)始超燃研究,90 年代后期至今,隨著國(guó)家大量資金的投入,超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的地面試驗(yàn)設(shè)施逐漸完善,超燃研究進(jìn)一步深入與細(xì)化,涌現(xiàn)出大量研究成果,并突破了一些超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。但同美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、法國(guó)、澳大利亞以及日本等國(guó)的研究狀況相比,我國(guó)的高超聲速推進(jìn)技術(shù)在研究手段、設(shè)備建設(shè)、經(jīng)費(fèi)投入和人才培養(yǎng)等方面還有很大的差距,仍需要圍繞超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)量技術(shù)與飛行試驗(yàn)、材料與結(jié)構(gòu)、飛行控制等關(guān)鍵技術(shù)上加強(qiáng)研究、尋求突破,

為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用鋪平道路。總體來(lái)看,超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展上的關(guān)鍵技術(shù)主要仍在于對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)的問(wèn)題研究。包括火、火焰?zhèn)鞑ヅc火焰穩(wěn)定、碳?xì)淙剂系脑敿?xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及壁面熱防護(hù)等。

4.2.4 [敏感詞]電源

導(dǎo)彈電源系統(tǒng)是導(dǎo)彈的重要組成部分,是導(dǎo)彈能夠正常工作的保障。導(dǎo)彈電源系統(tǒng)通常由一次電源、二次電源以及電源控制電路等構(gòu)成,具有響應(yīng)時(shí)間快、功率密度大、高可靠、工作環(huán)境嚴(yán)酷、體積小、質(zhì)量輕、耐貯存等特點(diǎn)。

目前,伴隨熱電池和電力電子器件水平的不斷提高,為導(dǎo)彈電源系統(tǒng)的性能提高提供了有效的保證。電源系統(tǒng)性能的提高主要體現(xiàn)在大功率、小體積、小質(zhì)量、快速的起動(dòng)反應(yīng)時(shí)間、高效率、以及低噪聲等方面,同時(shí),隨著電源系統(tǒng)功能的不斷增強(qiáng),特別是涉及到火工品的點(diǎn)火控制功能,對(duì)導(dǎo)彈的安全性有至關(guān)重要的影響,因此需要電源系統(tǒng)具備自檢功能。采用常規(guī)的模擬電路很難實(shí)現(xiàn),同時(shí)會(huì)造成接口和電路的復(fù)雜性,降低可靠性。未來(lái)的導(dǎo)彈電源系統(tǒng)中將會(huì)采用智能化數(shù)字系統(tǒng)如 DSP,實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)的自檢, 保證電源系統(tǒng)安全、可靠。

總體來(lái)看,隨著導(dǎo)彈技術(shù)的不斷發(fā)展和需求的不斷提高,導(dǎo)彈電源系統(tǒng)將向數(shù)字化、智能化、小型化、多功能的方向發(fā)展。

5 導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)投資機(jī)會(huì)分析

綜合以上分析,關(guān)于導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)投資,我們有如下判斷及建議:

(1) 在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)處于百年未有之大變局背景下,全球新冠肺炎疫情的蔓延將加劇大國(guó)關(guān)系間的不確定性,而對(duì)導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)而言,無(wú)論從內(nèi)需還是出口兩方面看,導(dǎo)彈裝備都將保持穩(wěn)定且快速的增長(zhǎng)。該增長(zhǎng)也將傳導(dǎo)至導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)鏈中上游領(lǐng)域,兌現(xiàn)至相關(guān)企業(yè)業(yè)績(jī)。

(2) 目前,導(dǎo)彈整機(jī)研發(fā)、集成、制造的投資項(xiàng)目標(biāo)的較少,民營(yíng)上市公司包括高德紅外等。標(biāo)的較少的主要原因?yàn)閷?dǎo)彈產(chǎn)業(yè)參與主體,航天科工集團(tuán)及航天科技集團(tuán)在導(dǎo)彈整機(jī)相關(guān)科研院所、廠的資產(chǎn)證券化程度較低,同時(shí),作為歷史悠久的[敏感詞]央企,我國(guó)導(dǎo)彈整機(jī)研發(fā)、集成、制造的核心技術(shù)基本沉淀于航天央企相關(guān)單位,導(dǎo)彈整機(jī)單位一般又屬于[敏感詞][敏感詞]中[敏感詞]等級(jí)(一級(jí))保密企業(yè),資質(zhì)壁壘與技術(shù)壁壘均較高。因此建議重點(diǎn)關(guān)注伴隨我國(guó)航天科技或航天科工集團(tuán)所屬相關(guān)優(yōu)質(zhì)企事業(yè)單位的資產(chǎn)證券化進(jìn)程產(chǎn)生的投資機(jī)會(huì)。

(3) 在各類戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈中,制導(dǎo)控制系統(tǒng)(及其相關(guān)零部件)成本占導(dǎo)彈總體成本比例較高,附加值較高,且涉及到的市場(chǎng)標(biāo)的最多,上市公司包括高德紅外、大立科技、新光光電及紅相股份等。其中,應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注 2.4.2.2 節(jié)中提出的,在慣性器件及光電制導(dǎo)設(shè)備上擁有符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),與相關(guān)航天央企單位具有穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系、且能夠切實(shí)解決與當(dāng)前導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)中面臨技術(shù)痛點(diǎn)相關(guān)核心技術(shù)的企業(yè)項(xiàng)目。

(4) 彈體結(jié)構(gòu)、電源分系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中存在較多上市公司標(biāo)的。其中,彈體結(jié)構(gòu)標(biāo)的主要集中在彈體結(jié)構(gòu)用原材料領(lǐng)域,上市公司包括光威復(fù)材及中簡(jiǎn)科技等,建議可以重點(diǎn)關(guān)注擁有 2.4.2.1 節(jié)中提到的彈用先進(jìn)材料發(fā)展趨勢(shì)相關(guān)核心技術(shù)的項(xiàng)目標(biāo)的;[敏感詞]電源產(chǎn)業(yè)上市公司包括航天長(zhǎng)峰及新雷能等,建議關(guān)注與相關(guān)航天央企單位存在密切、穩(wěn)定供給關(guān)系、且成本控制良好的相關(guān)項(xiàng)目標(biāo)的。

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