2021中国超音速临近空间飞行器行业研究报告

长风破浪会有时中国超音速临近空间飞行器行业研究报告2021年海量行研报告免费读2©2021.8 iResearch Inc.www.iresearch.com.cn研究范围界定临近空间飞行器由航空与航天技术深度结合发展而来注释：马赫数（Ma）是物体速度和当地音速的比值，Ma<0.8属于亚音速范围，0.8<Ma<1.2属于跨音速范围，1.2<Ma<5属于超音速范围，Ma>5属于高超音速范围。来源：艾瑞咨询研究院根据互联网公开资料绘制。临近空间是指距离地面20-100公里的空域，不在传统航空和航天的覆盖范畴内，是人类尚未进行大规模利用的空白区域。临近空间不仅从空间层面连接着天空和太空，同时也将航空与航天的技术进行深度融合。临近空间飞行器（临空器）是指能在临近空间空域内飞行并执行特定任务的飞行器。从广义上讲，我们将临近空间内飞行速度超过1.2马赫的各类飞行器统称为超音速临近空间飞行器。临近空间20-100km传统航空0-20km传统航天超过100km飞艇、固定翼飞机、直升机等航空器超高空气球、高超音速飞行器等临空器研究范围运载火箭、卫星、载人飞船等航天器•临近空间气球•临近空间飞艇巡航高度巡航速度亚音速小于0.8马赫跨音速0.8-1.2马赫超音速1.2-5马赫高超音速大于5马赫•探空火箭•超音速客机•试验平台•太空旅游•临近空间太阳能无人机研究范围界定3©2021.8 iResearch Inc.www.iresearch.com.cn摘要以飞行试验为切入点，进而拓展太空旅游和超音速客机领域对于国内初创企业更为稳妥。美国从国家战略和国家安全方面考量大力发展超音速临空器；高超音速临空器研制难度高，美国发展并非一帆风顺。我国未来对于临近空间开发的政策支持将更为广泛且深入。超音速临近空间飞行器种类分为探空火箭、试验平台、太空旅游及超音速客机。探空火箭在大气环境探测和微重力试验方面具有显著优势；缺少低成本、高响应速度的飞行试验平台是行业痛点；太空旅游逐渐大众化，商业运作即将到来；超音速客机发展的诸多因素已经拥有相应解决方案。固发是当下主流方案，未来液体和组合动力是发展趋势；面对称构型的优良升阻比和机动性更加适合高超音速飞行；防热难点是抵抗长时间受热的同时，兼顾气动外形与经济性。SMS来源：艾瑞咨询自主研究绘制。4超音速临空器行业概述1超音速临空器核心技术2超音速临空器企业案例4超音速临空器发展路线5超音速临空器市场分析35©2021.8 iResearch Inc.www.iresearch.com.cn临近空间环境特点环境差异导致航空、临近空间、航天存在应用差别航空、临近空间与航天的环境差异导致三者存在较大应用区别。传统航空0-20km高度区间，存在稠密大气，较强的气动阻力很难实现高超音速飞行，因此航空器主要用于亚音速的商业运输。传统航天大于100km高度，大气稀薄，航天器无法利用气动力进行控制，仅能依靠动力进行控制，机动性能较差，因此运载火箭主要用于天地间运输。临近空间20-100km，存在少量的大气，环境介于航空航天两者间，在此空间内可以在较小的气动阻力下，增加气动力控制，从而实现长时间的高超音速飞行。注释：对流层高度随季节和纬度变化，低纬度平均17-18公里；中纬度10-12公里；高纬度仅8-9公里。来源：《临近空间环境对临近空间飞行器的影响》，互联网公开资料。航空、临近空间及航天环境特点对比大气分层结构中间层存在空气垂直对流，但由于空气密度较低，对流程度弱平流层空气仅水平流动，20-25公里存在臭氧层，对流层包含大气密度最大，空气上下流动，雷雨、浓雾都发生在这一层暖层空气密度极低；距离地表远，重力影响较小；太阳辐射强烈，形成大量正负离子11公里55公里85公里800公里临近空间20公里100公里航空临近空间航天• 航空高度范围内，空气稠密，航空器主要依靠空气动力产生升力并进行飞行器机动控制• 空气密度高，导致飞行阻力大，很难以高超音速进行飞行• 临近空间高度范围内，空气较为稀薄，临空器主要可以依靠空气动力进行飞行器机动控制• 空气密度低，气动阻力较小，足够的升力可以支持长时间高超音速飞行• 航天高度范围内，几乎没有空气，只能依赖各类动力装置进行控制• 基本无空气，需要全程使用自身动力来实现高速飞行超音速临空器面临的环境影响• 边界层转捩，是指靠近飞行器壁面的薄层，从层流转化为湍流的过程。飞行马赫数增加将会导致边界层转捩加剧，摩擦阻力增加，引起热流增加，侧向稳定性降低• 等离子鞘套，是由于气动加热，贴近飞行器表面的气体和飞行器材料表面分子被分解和电离形成的，其具有吸收和反射电磁波的能力，会导致地面与飞行器之间的无线电通信中断6©2021.8 iResearch Inc.www.iresearch.com.cn超音速临空器类型及特点超音速临空器的科研应用日趋成熟，商业应用即将开始超音速临近空间飞行器种类分为探空火箭、试验平台、武器装备、太空旅游及超音速客机。探空火箭目前技术和市场发展较为成熟。试验平台相对于探空火箭具有更强控制能力，飞行距离和飞行速度均高于探空火箭，基于这一特点可以向客户提供临空器提供气动、防热、电磁环境影响、控制制导等方面的飞行验证服务。国外太空旅游企业已开展适航验证，有望于两年内开展商业运营。高超音速客机在全球范围内技术尚不成熟，尚未进行商业化普及，目前波音等国外公司正在进行概念机研制阶段。来源：专家访谈、互联网公开资料。超音速临近空间飞行器探空火箭试验平台太空旅游飞行器发展现状应用范围•中国自1958年开始研制探空火箭，国内发展较成熟•新余国科、中天火箭两家从事探空火箭的公司已上市•大气参数测量、微重力实验、增雨防雹、科学教育等•技术门槛低•对火箭控制要求不高•对发动机要求不高•对产品可靠性要求不高•探空火箭价格低廉产品特点•技术门槛高•对工程经验要求高•对发动机要求低•对产品可靠性要求高•对创新能力要求高•试验平台价格较低•目前国外Launcher One和X-60A已提供飞行试验服务•国内星际荣耀及凌空天行均曾先后发射试验平台•大型试验飞行器、动力系统、单机、结构、材料、算法等的搭载性试验•技术门槛高•对发动机要求高•对产品可靠性要求高•太空旅游飞机价格较高•国外维珍银河、蓝色起源等多家公司已开展适航验证•国内星际荣耀、凌空天行等公司均提出过相关概念•商业化的高端太空旅游服务，体验短暂失重等超音速临近空间飞行器对比超音速客机•技术门槛高•对发动机要求高•对产品可靠性要求高•乘坐体验要求高•运营经济性要求高•超音速客机价格较高•美国湾流、Boom、波音尚在进行研制中•国内尚未开展研制•常态化的洲际高速航班运输，2-4小时完成洲际旅行7©2021.8 iResearch Inc.www.iresearch.com.cn美国高超音速临空器发展历程高超音速临空器研制难度高，美国发展并非一帆风顺来源：《临近空间高超音速飞行器发展及关键技术研究》，《美国高超音速飞行器发展历程研究》，互联网公开资料。美国高超音速临空器设计方案最早由钱学森提出，此后美国在高超音速临空器投入大量人力、物力，但很多计划都遭遇滑铁卢。美国在NASP项目失败后，通过将高难度目标拆解成为多个项目，每个项目仅研究