临港新片区三周年｜五大动力产业解读：航天动力的趋势与建议

2019年8月20日，上海自贸试验区临港新片区正式揭牌。两个月前，上海市经信委等六部门联合发布了《聚焦临港核心区打造上海“全球动力之城”实施方案》。方案提出，以聚焦临港打造全球动力之城核心区为目标，将上海建设成为源源不断向世界输出强大澎湃“中国动力”的全球动力之城。

临港新片区如何打造成为融合硬科技和人文软实力的全球动力之城核心区，在临港新片区三周年之际，澎湃研究所与上海中创产业创新研究院联合推出临港新片区揭牌三周年特别策划“在这里，逐梦星辰大海”。策划将从临港、上海和长三角城市群三个维度分析临港建设全球动力之城的实力和短板，此外，还将重点分析“空天陆海能”五个动力产业体系。

2022年7月24日14时22分，海南文昌航天发射场，长征五号乙遥三火箭搭载问天实验舱点火升空。人民视觉  资料图

全球正在进入大航天时代，太空资源的开发与利用成为衡量一国国力的重要标志。近几年，随着航天技术深入发展，运载火箭、卫星等商业航天领域迎来新蓝海，火箭发动机、卫星推进系统等航天动力研制也成为国内外战略布局重点。上海航天动力历史悠久，创新实力强劲，产业基础雄厚。面向未来，上海要依托临港新片区卫星研制基地和闵行商业航天基地两大核心集聚区，加快打造商业航天智能化制造基地，在上海建设全球动力之城中彰显应有的作为与担当，在探索浩瀚宇宙，建设航天强国中贡献“上海力量”。

航天动力产业竞争格局与发展趋势

航天动力产业链组成

商业航天主要以火箭和卫星为主。根据火箭推进剂的形态，现代火箭发动机包括固体推进剂和液体推进剂发动机，两类发动机各有特点，产业链环节略有不同。

固体推进剂发动机具有结构简单、发射准备周期短、发射点选择灵活等特点，但“比冲”小，重复起动困难，不利于载人飞行。火箭固体推进剂发动机的产业链核心环节包括燃烧室、喷管组件、点火装置和火药柱。

液体火箭采用液氧煤油、液氢液氧等液体推进剂，虽然发射前准备时间长，但运载能力更强、可控性更高，主要用作航天器发射、姿态修正与控制、轨道转移等。液体推进剂发动机的产业链核心环节包括点火器、涡轮泵、推力室、燃气发生器、燃烧剂与氧化剂贮箱和阀门。

图1 航天动力产业链组成部分 本文图片均由作者自制

卫星被运载火箭送入相对应的轨道之后，需要推进系统为卫星的轨道转移和位置保持提供推力，为卫星姿态控制提供控制力矩，以维持在轨的正常运行。

目前常用的卫星推进系统主要是化学推进系统和电推进系统两大类，化学推进系统又包括两类，一类是和火箭非常相似的燃烧推进器，另一类是早期的高压冷气推进系统。卫星化学推进系统产业链核心环节由发动机、推力器、贮箱、气瓶、阀门、管路、驱动控制电子设备、充压气体和推进剂组成。电推进系统利用太阳能转化为电能，然后电能转化为机械能，不再需要使用固体或液体燃料，是航天大国着力研制的主要系统。电推进系统一般包括电源处理单元、推进剂工质贮存与供应单元、推力器。

航天动力产业竞争格局

2021年美国媒体评选出当今世界四大航天强国，分别是美国、中国、日本和俄罗斯。美国是世界上较早开展航天活动的国家，航天产业规模和技术水平长期位居世界前列，且近年来商业航天发展迅猛，拥有SpaceX（太空探索技术公司）、Aerojet Rocketdyne（洛克达因）、Northrop Grumman（诺思罗普·格鲁曼）、Blue Origin（蓝色起源）等全球头部企业。中国已取得载人航天、月球探测、火星探测、天宫空间站、长征系列运载火箭等一系列重大成就。日本具有先进的空间探测技术，俄罗斯大推力运载火箭在全球保持明显竞争优势。此外，法国、德国、英国、印度航天综合实力在全球也排在前列。

从国内来看，中国航天动力主要布局在北京、上海、西安、成都、武汉等城市。北京形成了“南箭北星”发展格局，航天产业规模全国居首，不仅拥有航天科技、航天科工等大型央企，还汇集了一批知名的商业航天企业，如蓝箭航天、星际荣耀、宇航推进等。2021年商业航天30强中，北京独占19席。上海航天历史悠久，依托临港新片区卫星研制基地、闵行航天基地等，集聚了上海航天动力技术研究所、上海空间推进研究所等研究机构以及一批代表企业，具备较强的航天产业基础。西安航天科研实力雄厚，航天六院是中国唯一的从事大型液体火箭发动机的研究、设计、生产、试验中心，但西安缺少商业航天的竞争力企业。成都在卫星电子器件研制、火箭制造等领域具有部分全国领先的技术和产业化能力。武汉国家航天产业基地是中国除上海、西安之外的第三个国家级航天产业基地，已聚集了航天科工火箭公司、空间公司等多个航天“国家队”。

此外，基于长三角雄厚的制造业基础，苏州、宁波、合肥等长三角城市也纷纷抢占商业航天新赛道，九州云箭、蓝箭航天、天兵科技等国内火箭“独角兽”纷纷在长三角布局火箭发动机及总装制造基地。

航天动力产业发展趋势

从全球来看，未来运载火箭传统发射任务仍将维持稳定增长，商业小卫星发射需求即将爆发，军用卫星小型化也将成为重要趋势，小卫星发射市场空间巨大。“发展航天，动力先行”，航天器能否有效地进入空间和利用空间并探索空间，在很大程度上取决于空间飞行器上的动力装置能否可靠工作。基于空间推进技术的重要性，世界各航天大国都在大力发展轻质化、集成化、低成本、小体积、高性能和长寿命的先进空间推进技术，致力于推动空间推进技术的不断革新。

具体来看，航天动力领域未来发展趋势主要有以下几点：

一是中大型火箭将仍以推力更大的液体燃料发动机为主。在化学推进技术方面，与固体发动机相比，液体发动机技术难度更大，运载能力更强，在卫星组网、空间站建设、深空探索等领域应用更加广泛。未来中国和国际主流火箭主要以液体燃料发动机为主，其中的全流量分级燃烧循环发动机被认为是全球最先进、高效、具有最高技术难度的发动机，能够大大提高火箭性能。支持Space X“猎鹰9号”和“星舰”火箭发射的“猛禽”发动机即为此类。

二是燃料向更加安全、高效和清洁的方向发展。相较于现在使用的偏二甲肼/四氧化二氮、液氧煤油和液氢液氧这三类液体火箭推进剂，甲烷推进剂具有比冲更高、冷却性能更好、积碳最少、更加清洁等优势，而且甲烷成本仅为煤油的1/5，甲烷密度低于煤油，在同等加注量的情况下，采用甲烷燃料贮箱稍大。未来以甲烷作为主燃料的火箭发动机将更多出现。美国的SpaceX公司、蓝色起源公司等，其火箭发动机的推进剂选择的都是液氧甲烷推进剂。2019年，具有30%-100%推力调节能力的液氧甲烷发动机进入了我国重大技术装备指导目录，中国九州云箭当年已经研制成功了液氧甲烷火箭发动机。

三是可重复使用运载火箭成为研制热点。相比一次性使用运载火箭，具备可重复使用能力的新型运载器具有降低航天运输成本、提高安全可靠性、缩短发射准备时间等明显优势，是各国商业火箭发动机研制的重要方向，也代表了当今航天科技领域的最高水平。其中涉及到火箭发动机深度推力调节技术、发动机多次启动技术等关键技术的突破。美国SpaceX猎鹰—9火箭是世界上第一款轨道级可重复使用火箭，2021年，中国亚轨道重复使用运载器首飞试验成功。可以预见，未来各国将持续开展重复使用航天运输系统关键技术攻关和演示验证。

四是卫星推进系统向电推进技术方向发展。与传统的化学推进技术相比，电推进技术（包括电热、静电、电磁等类型，静电型包括离子电推和霍尔电推）更大的优势是比冲高一个数量级，可以节省大量推进剂，所占空间小，能增加有效荷载，延长工作寿命，使航天器在无重力的太空状态下连续工作几年时间。电推进技术将给航天器的导航、制导与控制技术带来颠覆性改变。对于频繁变轨和长期轨道保持、探月、深空飞行、载人深空飞行等航天飞行总冲量大的任务，电推进是最适用的推进方式。

上海发展航天动力的优势与短板

上海发展航天动力具有深厚的历史积淀，集聚了一批科研院所和龙头企业，创新水平和产业发展在全国领先，充分展现了航天强国建设的“上海力量”。但按照上海建设全球动力之城的目标要求，对标国际一流水平，上海航天动力发展也面临一些亟待突破的短板。

优势条件

一是航天历史底蕴深厚。早在1958年，承担发射人造卫星所需运载火箭研制任务的中科院第一设计院迁往上海，并被命名为上海机电设计院。1960年，中国第一枚探空火箭T-7M在原南汇老港发射成功，是中国火箭技术史上第一个具有工程实践意义的成果。1961年，上海航天技术研究院的前身上海市第二机电工业局正式成立，奏响了上海航天“铸国之重器，赴星辰之约”的序曲。1965年，上海空间推进研究所（六院801所）成立，该研究所是中国唯一专业从事航天空间动力的高科技研究所，推进技术处于国际领先水平。

经过多年积淀，上海已经具备中、小型固体火箭发动机设计、试制、配方设计、总装、发动机试验及型号发动机批产能力，大、中、小液体火箭发动机及空间推进系统的研究设计、生产制造、试验测试和发射服务能力比较突出。

二是双核载体引领发展。上海航天动力产业主要布局在临港新片区和闵行两个核心集聚区。临港新片区以卫星研制为主，着力建设中科院微小卫星创新院卫星研制基地，目前，临港卫星研制基地北区的卫星总装厂房已具备承担30-50颗吨级卫星研制生产能力，南区项目建成投产后将具备承担600颗商业微纳卫星的研制生产能力。闵行上海国家民用航天产业基地是中国首个获批的国家级航天产业基地，基地以上海航天技术研究院为核心，集运载火箭、应用卫星、载人飞船、防空武器等航天产品研发、研制、试验于一体，成功突破一批航天动力领域关键核心技术，顺利完成嫦娥五号探测器、天问一号、新一代载人飞船试验船等国家航天重大战略任务，有力提升了中国航天国际影响力。

三是龙头企业集聚明显。上海航天动力集聚了航天科技集团以及科研院所一批下属企业，包括上海空间推进、上海航天动力科技、航天电源、利正卫星、埃依斯、上海格思、欧科微等一批实力强劲的“国家队”选手。同时，欧比特、九天微星、时空道宇等民营航天企业也先后落户上海。龙头企业的集聚奠定了上海航天动力产业在全国的领先地位，是上海建设全球动力之城的重要基础与核心竞争力。

四是科研创新实力领先。上海集聚了上海航天动力技术研究所（八院806所）、上海空间推进研究所（六院801所）、中科院微小卫星创新研究院等多所研究机构，在航天发动机研制方面具有明显优势。

其中上海航天技术研究院下属上海航天动力技术研究所是中国航天领域唯一一个集固体火箭动力系统与推进剂配方设计、研制、生产、试验为一体的专业研究所。上海空间推进研究所是中国唯一专业从事空间推进系统和中、小推力姿轨控液体火箭发动机研发的航天高科技专业研究所。中科院微小卫星创新研究院（上海微小卫星工程中心）是中国航天卫星及相关技术领域的总体单位之一，已成功发射新一代北斗导航卫星、暗物质粒子探测卫星（悟空号）、量子科学实验卫星（墨子号）等77颗卫星。

短板瓶颈

同时，上海发展航天动力还面临以下几方面瓶颈：

一是关键核心技术硬核支撑还不够强。航天动力需使用耐高温高压抗氧化的贵金属材料，但材料来源、提炼、深加工和制造都还是短板，在工艺、检测、试验等领域也易被“卡脖子”，航天固体材料发动机机理、规律、基础研究整体偏弱。下游的维修检测服务、系统解决方案等增值服务领域还缺乏竞争优势。

二是商业航天动力企业集聚仍显不足。当前，全球航天动力设备正在从军用市场向军用+民用市场拓展，越来越多私营企业成为动力设备领域发展的重要力量，如美国SpaceX、贝索斯太空冒险公司等成为航天商用领域的佼佼者。上海也吸引了一批民营航天动力企业落户，但总体数量较少，未来要在军民融合、军转民领域加快转型，更加注重民营企业的引进和培育，进一步适应和满足未来市场需求。

三是产业发展生态还不健全。高能级高层次的航天动力功能性平台目前布局还不够，难以满足企业进行共性技术研发、开展测试验证等方面的需求。同时，航天动力设备制造、试验、验证等环节用地需求大、用电需求高，而上海土地资源空间有限，生态环保底线约束严格，一些环节受到限制无法落地或扩建，这也要求上海聚焦重点、围绕高精尖技术和高附加值领域加快突破。

上海发展航天动力的对策建议

下阶段，上海要依托现有创新平台和企业，大力发展低成本、高性能运载火箭发动机和卫星等空间飞行器推进系统，形成航天动力设计、制造、测试、评估体系化研制能力，打造商业航天智能化制造基地，支撑上海全球动力之城建设。

一是加强航天技术工艺攻关突破。攻关固体发动机推进、卫星推进系统虚拟验证等技术，着力布局液氧甲烷火箭、可重复回收利用商业运载火箭、低成本卫星组网、卫星电推进等新技术。以终端产品企业应用为引领，推动零部件、基础材料生产企业联合高校科研院所，加强航天燃气发生器、阀门等关键基础零部件和航天超高温长寿命铼、铱材料和低漏率异种金属材料等基础材料研发。发挥“大国工匠”等高技能人才核心作用，加强航天新型碳基复合材料焊接工艺等基础工艺突破。

二是培育引进优质航天动力企业。支持航天八院等单位积极争取军工企业混合所有制改革试点，推进军工企业对民品等业务领域实施股份制和混合所有制改革。积极对接航天科技集团、航天科工集团、航空工业集团等大型企业，大力吸引相关子公司、分公司及功能机构落户。积极引进民营航天动力企业，建立企业梯度培育库，加强企业针对性服务。

三是优化航天动力产业生态。针对航天动力产业链重点项目，确保土地、人才等关键性生产要素供给保障，着力解决环保能耗指标。提升现有平台服务能级，进一步吸引航天动力相关的国家级研发机构、工程实验室、工程技术中心等平台落户。强化研发设计平台、测试验证平台、工艺仿真平台、智能运维服务平台、大数据服务平台等功能性平台支撑。

（作者唐丽珠系上海中创产业创新研究院首席产业分析师；唐小于系上海中创产业创新研究院助理研究员）