投顧袁曉準:碳纖維:商業(yè)航天的“黑色黃金”
摘要: 大家好!今天我們就來聊聊火箭如何瘦身提運力、衛(wèi)星如何省錢增壽命的秘密。答案其實就藏在一種被稱為“黑色黃金”的材料里——碳纖維。今天就帶大家搞懂,碳纖維為何成為商業(yè)航天領(lǐng)域的香餑餑,它的應(yīng)用比例有多高,
大家好!今天我們就來聊聊火箭如何瘦身提運力、衛(wèi)星如何省錢增壽命的秘密。答案其實就藏在一種被稱為“黑色黃金”的材料里——碳纖維。今天就帶大家搞懂,碳纖維為何成為商業(yè)航天領(lǐng)域的香餑餑,它的應(yīng)用比例有多高,全球市場格局如何,以及國內(nèi)的龍頭公司又該看誰。只講干貨,一定要看到最后。

先來搞懂什么是碳纖維。這是一種含碳量高于90%的無機高分子纖維材料,通常與樹脂、金屬等基體復合形成碳纖維復合材料。它外觀呈黑色絲狀,是一種強度高、重量輕的新型復合材料??偨Y(jié)一下它的硬核性能:輕到極致,強到離譜。碳纖維的重量只有同體積鋼鐵的1/5,但強度卻能達到鋼材的5倍以上。一根直徑5毫米的碳纖維繩,就能吊起兩輛SUV的重量,而自身重量還沒一瓶礦泉水重。更關(guān)鍵的是,它耐高溫性能優(yōu)異,在惰性環(huán)境下可耐受2000攝氏度以上的高溫,即便在空氣中也能承受400攝氏度左右的溫度。它的抗腐蝕能力極強,能抵御太空真空環(huán)境中的原子氧侵蝕,不會像金屬材料那樣發(fā)生氧化銹蝕。而且,碳纖維的可設(shè)計性超強,能輕松制成各種復雜的火箭和衛(wèi)星部件。對商業(yè)航天來說,輕量化就是降成本、提效率,這也是碳纖維能C位出道的核心原因。
在商業(yè)航天領(lǐng)域,碳纖維的應(yīng)用已經(jīng)從局部替代變成全面滲透。重點看兩大場景:首先是商業(yè)火箭,這是碳纖維應(yīng)用占比最高的領(lǐng)域。比如火箭的整流罩及箭體等主結(jié)構(gòu),現(xiàn)在先進型號的碳纖維占比已經(jīng)達到80%~90%,比傳統(tǒng)鋁合金減重40%以上。尤其是可回收火箭,比如SpaceX的星艦和國內(nèi)的微光一號,幾乎全靠碳纖維瘦身才能實現(xiàn)重復使用。單枚中型火箭的碳纖維用量就有15~20噸。還有發(fā)動機殼體、噴管這些核心部件,碳纖維占比也能達到60%~80%,既耐高溫又能減重,直接提升火箭運力10%以上。
再看衛(wèi)星。低軌衛(wèi)星的主體框架、太陽能(000591)電池板基板,碳纖維占比60%~80%,高軌衛(wèi)星更是達到80%~90%。別小看這一點,衛(wèi)星減重1公斤就能節(jié)省2~3萬元發(fā)射成本。單顆低軌衛(wèi)星用碳纖維能減重150~240公斤,直接省300~720萬元。而且單顆低軌衛(wèi)星的碳纖維價值量就有800~1200萬元,高軌衛(wèi)星超1500萬元,含金量十足。
從市場空間來看,現(xiàn)在國內(nèi)商業(yè)航天碳纖維年需求約800噸,預計到2030年能漲到3500~4000噸,年復合增長率超25%,對應(yīng)市場規(guī)模超180億元,5年翻兩番的潛力很明確。
不過,全球碳纖維市場長期是國際巨頭說了算的格局。日本東麗一家就占了全球30%的市場份額,它的T1100級產(chǎn)品是全球最高水平。再加上三菱化學、東邦化學這些日企,合計控制了全球50%以上的高端市場,尤其是航空航天用的T800以上級產(chǎn)品之前基本被他們壟斷。除了日本企業(yè),美國的赫氏、德國的西格里也實力雄厚,分別聚焦航空復材和工業(yè)應(yīng)用。日本的頭部企業(yè)疊加這兩大海外巨頭,合計能控制全球60%以上的高端市場。
中國現(xiàn)在產(chǎn)能已經(jīng)占全球48.6%,躍居第一,但高端領(lǐng)域之前還是依賴進口。不過,現(xiàn)在國產(chǎn)替代正在加速突破。碳纖維靠輕量化加高可靠的核心優(yōu)勢,在商業(yè)航天的應(yīng)用比例持續(xù)提升,市場空間爆發(fā)在即。全球格局還是國際巨頭主導高端,但國內(nèi)的光威復材(300699)、中復神鷹、中簡科技(300777)已經(jīng)在不同賽道突破,國產(chǎn)替代正在加速。
碳纖維,火箭,衛(wèi)星








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