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導彈裝備產業市場現狀、產業鏈分析及技術發展趨勢

發布時間:2021-12-29作者來源:金航標瀏覽:3986

1、導彈系統概述

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

其中,彈道導彈是一種沿預先設定的彈道飛行,將彈頭投向預定目標的導彈。按照作戰性質,彈道導彈又可分為戰略彈道導彈以及戰術彈道導彈兩種,戰略彈道導彈一般為中程、遠程及洲際彈道導彈。戰術彈道導彈一般為近程彈道導彈,未來彈道導彈的發展趨勢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動發射能力。

有翼導彈則是一種以火箭發動機或吸氣式發動機為動力,機動飛行所需的法向力依靠升力部件的空氣動力提供,裝有戰斗部的自控飛行器,按照目標種類及位置有翼導彈又可細分為面空導彈、空空導彈、面面導彈、空面導彈、反艦導彈及反坦克導彈。特點是制導精度高、機動能力強、系統組成及結構復雜,未來有翼導彈的發展方向有拓展自主化、智能化、模塊化和標準化、飛行空域擴大化等。

盡管導彈的種類眾多,但幾乎所有種類的導彈均由戰斗部、動力系統、制導系統以及彈體結構四部分構成如圖 18 所示,具體各部分的功能及具體分類可見表 9。



由于導彈的組成復雜,一般設計研制過程較長,主要包括進行科學研究和試制兩個方面。而要解決試制中出現的關鍵問題,發展新型的具有先進水平的導彈系統,除了必須進行大量深入的科學研究工作, 還要在研制流程中不停的進行反復的迭代(具體流程如圖 19 所示),因此導彈整體從設計到裝備部隊的周期一般比較長,全過程一般需要 5-15 年時間左右。

導彈自身的性能指標主要包含三方面,飛行性能方面包括射程、飛行速度、高度以及機動性等方面;使用性能方面主要考慮發射準備時間及可靠性等;經濟性要求主要涉及導彈生產經濟要求及使用經濟要求等。

2、導彈裝備產業市場現狀

2.1 導彈裝備整機市場規模

當前,國際政治與安全局勢復雜多變,不確定因素顯著增加,國際安全形勢面臨新挑戰,由于全球轉讓與政治經濟、地區沖突、國際反恐等形式緊密相關,國際軍貿市場整體呈現一個上升的發展態勢, 據瑞典斯德哥爾摩國際和平研究所(SIPRI)2019 年發布的新版《全球軍貿報告》披露,自 21 世紀初以來,全球主要出口國的出口額保持增長,2015-2019 年全球交易量較上一個周期(2010-2014 年)增長 5.48%,較 2005-2009 年增長 20%。

導彈由于具有不同于一般進攻性的突出特點,包括威力大、射程遠、精度高,因此一直是國際軍貿市場中的重要組成部分。同時導彈裝備貿易受多種國際環境因素影響和制約,包括國際軍貿政策法規、國際政治動向、國家安全環境和[敏感詞]戰略、進出口國之間的關系,以及自身質量和價格等。可以看出,當前全球導彈裝備交易存在一定的波動性,年交易訂單量基本處于 60-100 筆之間。自 2008 年全球金融危機爆發后,導彈交易量出現下滑,而后受到中東局勢影響,印度以及沙特、伊拉克及阿聯酋的導彈進口規??焖偬嵘?,全球導彈交易量也開始出現回升,并在 2013-2014 年達到[敏感詞]。盡管隨后全球導彈的交易熱度再次降溫,但自特朗普當選美國總統以來,美國內政外交產生的重大轉折、英國脫歐帶來的新變數、敘利亞局勢的持續動蕩,俄烏地緣政治沖突、也門地區沙特聯軍與胡賽武裝的沖突、難民危機、宗教沖突的加速蔓延,同時 2020 年新冠疫情在全球的蔓延更是加劇了以上國際不確定因素,我們判斷未來全球軍貿市場交易得到進一步提高與鞏固,全球導彈交易市場熱度也將有望再次迎來恢復性增長。

從 2008-2017 年全球各類導彈裝備訂單量分布(見圖 23)來看,反坦克導彈由于一般具有價格低廉、作戰靈活的特點,交易量[敏感詞],合計可占整體導彈裝備訂單量的 65%,伴隨當前中東等局部沖突的惡化,未來反坦克導彈有望繼續保持導彈裝備交易量占比[敏感詞]的地位

根據蒂爾集團(Teal Group)發布的《2018 World Missile Briefing》對導彈的預測,2019-2027 年全球導彈產量預計共計可達到 31.79 萬枚,產值可達到 1300 億美元以上。具體情況如表 10 與表 11 所示。

具體到我國導彈市場,需求主要來源于[敏感詞]需求及軍貿出口需求,現狀如下:


 軍貿出口

根據《中國社會科學院國際形勢報告(2020)》判斷,2020 年全球形勢和世界格局將表現出八大趨勢:全球經濟進入超低利率時代、全球治理中利益博弈日趨激烈、區域和雙邊合作快速推進、國際戰略和安全領域的東西方割裂趨勢加劇、各國在網絡空間的角力更加凸顯、科技競爭更加激烈、核擴散風險上升、[敏感詞]主義行為呈國際化趨勢。在新冠肺炎疫情背景下,美國對伊朗、委內瑞拉在疫情期間仍維持制裁等事件均表明疫情并未對地緣政治沖突起到明顯的緩解作用,盡管國際軍貿市場的推廣方面可能會受到一定的疫情影響,但從 20 世紀以來的幾次重大疫情期間,國際軍貿市場仍保持增長的趨勢來看(見圖 25),我們判斷,新冠肺炎疫情對國際軍貿的負面影響有限,同時,世界面臨不穩定及不明確因素的增加均可能會對國際軍貿產生較大的正面刺激??傮w來看,我們預計,20世紀以來全球軍貿的穩定增長趨勢有望在未來得到延續,全球軍貿增速甚至可能會出現快速提升。

綜上,我們認為,我國導彈裝備市場需求無論從內需還是出口兩方面看,都有望總體保持穩定且快速的增長。

2.2 導彈各分系統市場情況

由于構成導彈整機的部組件、元器件的種類及數量繁多,其研發生產屬于系統工程。而一般屬于系統工程從研發生產到應用可以分為六個階段、即可行性論證、方案設計、工程研制、生產定型、使用與保障以及退役與銷毀六個階段。各階段具體工作如表 12 所示。

具體到導彈裝備,導彈全壽命周期中前五個階段為需要投入成本階段,其中可行性論證、方案設計、工程研制階段投入的成本屬于研發成本,而生產定型的投入成本屬于生產成本、使用與保障的投入成本屬于后期運維成本。從全壽命周期中各階段投入成本的構成(見圖 26)中可以看出,導彈系統在生產定型階段及使用維護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(統稱研發階段)投入占比合計較?。s 20%),表明了導彈整機的研發成本僅占約 20%,而生產成本及運維成本可占到 80%。

在生產定型階段,如 2.1 節中所述,導彈整機主要由四部分構成,即戰斗部、動力系統、制導(與控制)系統及彈體結構。以上四個分系統在導彈整體的成本占比如圖 27 所示,可以看出,彈道導彈制導系統、動力系統、戰斗部及其他(包括彈體結構)比例較為接近;而有翼導彈中,特別是對空目標導彈,制導控制系統成本占比較其他分系統明顯更加突出,表明了伴隨當前戰斗機、無人機等軍用航空器性能(特別是機動性)的不斷提高,帶動了決定導彈[敏感詞]打擊能力的制導系統性能要求指標的提高,而性能的提高也就直接帶動了制導控制分系統的成本占比提高,我們預計,未來制導控制分系統成本占比或將持續保持在高位。

3、導彈裝備產業鏈分析

導彈研發生產的產業鏈上游主要為工程研制,具體涉及到導彈的總體論證、設計(包括導彈總體設計與分系統設計)、仿真測試、試驗部分,主要由航空工業、航天科技、航天科工以及兵器工業等[敏感詞]集團所屬相關企事業單位參與實施,同時部分科研院所、廠及民營企業參與樣件的定制化研制、生產、實驗, 基于圖 26 可以看出,導彈制造產業鏈上游占導彈產業總體市場規模的 20%左右。

產業鏈中游主要以導彈研制定型后的批量生產為主,其可按照元器件配套加工生產、分系統(部組件)集成、總裝集成進行產業鏈的再次細分。其中,元器件配套加工生產及分系統(部組件)由航空工業、航天科技、航天科工、兵器工業及中國電科等[敏感詞]集團所屬企事業單位及民營企業參與,總裝集成主要由[敏感詞]集團或軍方所屬總裝廠參與?;趫D 26 可以看出,該部分占導彈產業總體市場規模的 60%左右。

產業鏈下游主要為導彈交付軍隊后的裝備保障,維護延壽等構成,主要由[敏感詞]央企所屬企事業單位及部分民營配套企業參與?;趫D 26 可以看出,該部分占導彈產業總體市場規模的 20%左右。

具體導彈研制產業鏈及各部分相關的上市公司可如圖 28 所示。

4、導彈裝備技術發展趨勢

導彈作為在當代信息化戰爭中的重要組成部分,導彈整機的技術發展趨勢主要由導彈的作戰指標需求的提升方向決定,并可以分解并建立到各個部組件、元器件配套加工生產的技術發展趨勢上。

4.1 總體技術發展趨勢

從導彈整機技術前景上來看,按照圖 17 的分類方式,可分為彈道導彈(戰略導彈)技術發展趨勢以及有翼導彈(戰術導彈)技術發展趨勢兩類去討論。

首先,在彈道導彈方面,自海灣戰爭以來,彈道導彈在戰爭中表現出的重大功效促使世界各國高度重視并競相發展彈道導彈制造和突防技術。參考國外彈道導彈的發展,可以將彈道導彈的技術發展趨勢總結為以下幾點:

(1) 總體設計方面,導彈設計更加模塊化、通用化,提升導彈可改進空間,滿足更多作戰要求;

(2) 制導方面,通過采用復合制導方法,以繼續提高彈道導彈的制導精度;

(3) 開展延壽工作,使導彈服役期不斷延長;

(4) 通過使用隱身、速燃發動機、機動變軌等技術,增強導彈的突防能力;

(5) 潛射彈道導彈由于具有隱蔽性好,機動能力強,生存概率大的特點,未來將成為戰略導彈的主要力量。

有翼導彈方面,由于包含的導彈種類較多,各類導彈功能及目標特性差異較大,需要分類進行討論, 參考海外有翼導彈的技術發展趨勢及國內相關學術文獻研究成果,各類有翼導彈具體技術發展趨勢如下:

(1) 反坦克導彈方面,主要技術發展方向為發展先進的反坦克導彈制導技術;應用先進戰斗部, 以提高毀傷與突防能力;研究新的發動機推進技術;具備對多種目標的作戰能力;實現軟發射,以提高戰場生存能力。

(2) 面空導彈方面,主要技術發展方向為具備復雜戰場環境下抗干擾、抗欺騙、高毀傷等能力;利用先進制造技術取代傳統制造手段,以簡化生產工藝,減少使用部件,縮短供應鏈與開發周期,加快零部件生產與系統集成速度。

(3) 空空導彈方面,主要技術發展方向為從串行設計到一體化設計技術過渡,以更好的提高空空導彈的飛行性能;從單模導引到多模導引以提高導彈的探測能力以及抗干擾能力;從單機制導到網絡制導,實現對目標實施快速[敏感詞]攻擊;從單一氣動控制到異構多執行機構控制,提高控制響應速度及精度;提高發動機的性能;從獨立制導引信到制導引信一體化。

(4) 空面導彈方面,采用先進技術,進一步增大空地導彈射程;采用模塊化設計,提高空地導彈的通用性和適應性,降低成本;多模復合以及加裝電子戰載荷和防御載荷,加強制導精度及抗干擾能力;具備網絡化能力,提升空地導彈的協同作戰能力;持續重點發展性能更為優異的高超聲速導彈技術。

(1) 反艦導彈方面,以巡航導彈為主,射程和飛行速度需求越來越大,隱身能力、抗干擾能力進一步增強,多任務執行能力進一步增強,系列化、通用化和小型化程度進一步加強;反艦導彈智能化水平逐步提高;反艦導彈集群化作戰能力逐步增強;反艦導彈作戰信息保障能力不斷提高;同時大力發展高超聲速導彈技術。

4.2 重點分系統技術發展趨勢

本節針對幾個導彈技術的總體技術發展趨勢,分解到資本市場相關性較強的部分部組件及元器件,包括彈體結構分系統相關的先進材料制造及相關加工工藝、制導控制系統及相關光電元器件、動力系統及其他系統中的[敏感詞]特種電源的技術發展趨勢上。

4.2.1 彈體結構分系統(先進材料制造及加工)

彈體結構主要功能是將組成導彈的各部分綜合成一個整體,并使導彈形成良好的氣動外形,具體包括彈身、彈翼(對有翼導彈)和舵面等部分。傳統彈體結構一般采用比重小且強度大的材料,傳統的材料包括鋁合金、鎂合金、鈦合金、以及復合材料等。

目前,如 2.4.1 節中所述,伴隨當前[敏感詞]對導彈實現速度、機動性、射程、生存能力及抗干擾能力等指標需求的提升,該需求分解至彈體結構分系統上,可歸結為對具有更耐高溫、更高強度、具有良好的吸波特性的材料需求,而這種材料相關的合成及加工工藝等技術即為彈體結構分系統發展過程中的關鍵核心技術,這類技術的具體發展趨勢如下:

① 先進復合材料

先進復合材料(Advanced Composite Materials,ACM)在航空航天發展中具有舉足輕重的地位,其主要特點是質量輕、高剛度、高強度、設計靈活等。作為主承力和次承力結構,ACM 結構件已成功應用在多種飛行器上,對飛行器的輕量化具有重要意義。據估計,21 世紀的導彈中復合材料占全彈的結構和質量的百分比為 79%和 60%,ACM 主要包括樹脂基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料。樹脂基復合材料方面,作為目前應用在導彈結構中最多的復合材料,它的密度是鋼的 1/5、鋁的 1/2。

如美國“三叉戟 -1”導彈儀器艙采用環氧樹脂/碳纖維結構,共有 100 多個部件采用石墨烯纖維復合材料, 比鋁合金輕 30%,減重效果顯著。而經過多年發展,我國的樹脂基復合材料基本實現國產化,可以滿足航

空航天的發展需求,如神舟系列和風云衛星系列均使用了自主研發的環氧樹脂基復合材料,減輕了整體質量,降低了發射成本。但是,某些樹脂基復合材料目前的技術僅限實驗室合成,遠沒有達到量產階段。

金屬基復合材料方面,可分為鋁基、鈦基、銅基、鎂基和其他金屬基復合材料。其中,鋁基、鈦基、鎂基等 3 種輕金屬基復合材料因為具有低密度、高比強度、抗輻射以及良好的耐磨性能和減振性能等特點,在航空航天領域有廣闊的應用前景。鋁基復合材料可以用于制造導彈的導引頭組件、推進器組件、彈體結構組件等主要部件,實現成本的降低;鎂基復合材料因其尺寸穩定性等獨特的性能得到了越來越多的重視, 如 SiCp/Mg 復合材料可用于導彈尾翼及內部加強汽缸,B4Cp/Mg-Li 復合材料用于航天器天線構件;鈦基復合材料作為航空器主承力部件的理想候選材料,已成功應用在渦輪發動機的葉片、整體葉環、盤、軸、機匣、傳動桿等部件。目前,我國開展的相關前沿研究包括用鋁基復合材料制備火箭和導彈制導系統的慣導平臺構件以及用鎂基復合材料制備航空航天用管接頭部件等。

陶瓷基復合材料,與樹脂基和金屬基復合材料相比,陶瓷基復合材料具有穩定的耐燒蝕、耐腐蝕以及強韌性特點,是某些航天器關鍵部件材料的不二選擇。例如,高超音速導彈飛行速度大于 8 馬赫時,頭錐瞬時溫度將達到 1000℃以上。在如此[敏感詞]環境下,導彈天線罩要求具備承載、透波等功能,超高溫的陶瓷基復合材料則成為唯一的天線罩材料。我國在陶瓷基復合材料的研發和應用上一直處于世界前列,具有代表性的是西北工業大學為液體火箭發動機研制的 C/SiC 復合材料系列噴管已經成功通過考核,上海硅酸鹽研究所研制出碳纖維增韌陶瓷基復合材料,已經用于導彈端頭帽和衛星的天線窗框。針對我國在陶瓷基復合材料應用中的不足,研究重點包括:開發優質的基體和增強體材料以提高產品的熱力學性能;確定陶瓷

基復合材料的疲勞性能以解決產品長期服役帶來的時效問題;攻克陶瓷基復合材料與異質材料的連接難題以拓寬產品的應用領域等。

② 輕質高強的金屬材料

目前,彈體結構分系統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度、高比剛度、耐腐蝕、結合性能好、耐高溫、抗蠕變等特點的材料,被廣泛用于航空航天等[敏感詞]領域。針對當前導彈追求高速化和小型化引起的氣動熱問題,導致對鈦合金等主要結構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研究方向。目前,高溫鈦合金主要應用于導彈的艙段殼體、舵面與翼面等。我國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 種具有代表性的國產 550℃高溫鈦合金。中科院金屬所、寶鈦集團、北京航空材料研究院共同開發的 TA12A 合金,已經成功應用于國產先進航空發動機加力燃燒室筒體和巡航導彈彈體結構等。目前高溫鈦合金的研究重點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展最迅速的輕量化材料,鋁鋰合金的特點是低密度、高彈性模量、高比強度和比剛度。鋰是最輕的金屬,其與鋁溶解度極高。鋁鋰合金代替常規鋁合金,可使結構件質量減輕 10%-15%,彈性模量提高 6%,剛度提高 15%-20%。與先進復合材料相比,鋁鋰合金抗壓強度較好, 并且防雷擊,造價低。目前,我國已經具備第三代鋁鋰合金 2195 的生產能力,基本能夠滿足航空航天的材料需求。目前的研究重點在于研制新型高強、高損傷容限的鋁鋰合金,并解決復雜結構件的鈑金成形和熱處理工藝問題。

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、高強度等特性,是一種新型的結構材料和結構涂層材料。金屬間化合物種類繁多,在航空航天領域得到應用的主要有 Ti-Al系、Ni-Al 系金屬間化合物。目前,我國航天工業目前正試圖采用 Ti2AlNb 合金替代 Ni 基高溫合金制作發動機熱端部件。

③ 先進的工藝技術

目前,用于導彈結構分系統的先進工藝技術主要包括近無余量成形技術、超精密加工技術、3D 打印技術及智能制造技術。

近無余量成形技術方面,是指零件在成形后,不需要加工或需很少加工就可用作結構件的成形技術。由于該技術在降低飛行器重量以及復雜零件整體化方面的獨特優勢,成為航空航天領域中復雜結構薄壁零件成形的關鍵技術。目前,比較成熟的近無余量成形技術有超塑成形(SPF)/擴散連接(DB)、熔模精密鑄造等。在 SPF/DB 技術上,我國發展已有 40 多年的歷史,基礎研究和應用都已取得了很大發展。而熔模精密鑄造方面,我國已形成了完整的鑄造體系,但國內熔模精鑄生產線使用的關鍵設備仍依靠進口,且大部分為西方國家 20 世紀 80 年代產品。因此,我國熔模精鑄技術落后西方大概 30 年。因此,研制長壽命、高可靠性的熔模精鑄設備是重點發展趨勢。

3D 打印技術及智能制造技術方面,3D 打印用于導彈制造可以有效降低成本、提高效率。雷神公司已利用 3D 打印技術制造出 80%的導彈部件;ATK 公司成功試驗了 3D 打印的高超聲速發動機燃燒室;美國海軍“三叉戟-2”D5 潛射導彈在 2016 年首次測試了采用 3D 打印的導彈部件。同時,智能制造也對導彈生產制造產生重大影響,目前美國導彈防御局已啟動“數字化推進器工廠”項目,支持從設計到生產的數字化工廠環境;洛馬公司的新一代數字化制造系統已應用于導彈生產;雷神公司采用自動導引車實現導彈及零部件的自動搬運,使用六軸機器人完成導彈導引頭光學系統的裝配。

4.2.2 制導控制系統及相關光電元器件(光電元器件)

制導與控制系統是導彈[敏感詞]命中目標的關鍵,隨著信息技術的快速發展以及戰場對[敏感詞]制導的廣泛需求,制導與控制技術有了長足的發展。目前國內外的導彈制導控制方式關鍵技術大體可分為慣性制導控制、雷達制導控制、多模復合制導控制、光電制導控制、協同制導控制等 5 個技術分支,各技術分支涉及到的具體技術如圖 29 所示

在制導與控制系統中,制導系統主要依靠制導設備,涉及到的零部件包括各類導引頭及慣性儀表等, 主要以[敏感詞]央企所屬企事業單位及民營企業參與研制,而飛行器控制系統則主要依賴于制導系統測量得到的飛行狀態參數進行結算,以算法程序為主,主要以[敏感詞]央企所屬企事業單位設計為主。

基于各導彈制導技術相關專利發布數量來看,導彈制導控制技術發展經歷了最早的慣性制導,而后出現了 SAR 制導、紅外成像制導、激光三維成像制導,近年出現了目標融合識別、協同組網、量子成像雷達制導、主被動雷達復合制導的發展歷程。其中,紅外成像制導和激光三維成像制導是研究熱點,協同制導的控制與導引律技術也是未來發展方向之一。

我們重點針對制導控制產業中的慣性制導控制以及光電制導控制,特別是制導系統部分進行詳細技術發展及投資機會分析(雷達制導控制可詳見報告《中航證券[敏感詞]行業深度報告:電子探測系統,信息時代的“火眼金睛”》)。

① 慣性制導控制

慣性導航系統(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航系統,是以陀螺和加速度計為敏感器件的導航參數解算系統,該系統根據陀螺的輸出建立導航坐標系,根據加速度計輸出解算出運載體在導航坐標系中的速度和位置。

慣性制導控制相較于其他制導控制技術方向,具有自主隱蔽、實時連續、全天候、全時空、全地域環境敏感等特點,已成為天基、空基、?;完懟b備導航定位、制導控制、瞄準定向及姿態穩定的通用核心裝備,在慣性制導控制系統中,核心元器件為以陀螺儀、加速度計等為代表的慣性儀表,目前,慣性儀表具有如下發展趨勢:

(1) 新興原子自旋陀螺、核磁共振陀螺、干涉原理樣機陀螺、晶體光學陀螺和高端慣性傳感技術已見高精度應用端倪。而 MEMS 技術作為原子慣性系統及其有效應用高精度、高動態有機融合的基礎支撐技術,同樣是重點發展領域。

(2) 光學慣性傳感技術以其成本壽命、精度可靠性優勢已具備取代傳統機械慣性陀螺傳感技術傾向, 采用三軸旋轉調制可有效減小常值誤差,提高光學捷聯慣性系統應用精度。而傳統高精度機械三浮陀螺、靜電超導陀螺慣性儀表依然在戰略和特種需求目標任務中仍具有獨特需求,發展方向為高精度,長期穩定, 基礎微觀量化深入綜合性能提升等方面。同時,采用三軸旋轉調制和電鎖緊,實現不同任務剖面的平臺捷聯混合導航制導也可提升應用性能。

(3) MEMS 固體振動陀螺有望實現高精度極限和高端應用,成為未來高端 MEMS 慣性傳感器發展趨勢。多源復合、多元陣列式慣性微系統也有助于對實現不依賴 GPS 的自主導航、同時降低成本、提高精度,推動戰術制導智能化的進程。

(4) 新功能材料的產生、新興精密超精密制造的發展、人機智能微應力的集成以及微觀量化標準規范,推動了高精度高可靠長壽命、快速反應、小型輕質低成本、大動態抗高過載、適應多元復雜苛刻環境的慣性傳感器不斷進步發展,從而滿足智慧導航控制的需求。

(5) 動態、過載、電磁、溫度等[敏感詞]條件和多要素復合模擬仿真、綜合激勵測試試驗,交付評估, 加強試驗理論、機理、方法、設備技術研究已成制約慣性技術發展的瓶頸和亟待解決的問題。

② 光電制導控制

如圖 29 所示,當前光電制導控制主要構成包括紅外成像制導、激光三維成像制導以及多高光譜成像制導三部分。而在光電制導控制中,導引頭是兼具自主搜索、識別與跟蹤目標的復雜功能,能夠持續輸入目標信息并給出制導控制指令的核心部組件,其可以確保導彈系統不斷地跟蹤目標,進而實現對目標的[敏感詞]打擊。

在紅外制導控制中,紅外導引頭可利用紅外探測器識別、捕獲和跟蹤目標輻射能量實現自動尋的的制導裝置,由于紅外導引頭在精度、抗干擾性、隱蔽性和效費比等方面具有很大優勢,己經成為導彈廣泛采用的目標敏感裝置之一。近年來,隨著以機器學習為基礎的圖像識別、日標跟蹤等人工智能技術以及光電子技術、計算機技術和網絡信息技術的深入發展,紅外導引頭在成像制導方面得到很大的提升,為了更好地適應未來信息化電子戰環境,紅外導引頭目前的技術發展方向主要為具備更強的紅外探測能力、更快的圖像實時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、自動目標識別技術、圖像實時處理技術等均是現階段各個國家圍繞提高導彈系統智能化水平和抗干擾能力的重點發展方向。另外,伴隨海陸空天聯合作戰網絡,各類導彈等[敏感詞]制導都需要制冷和非制冷的先進紅外傳感器,共同的需求特點包括更大規模的陣列、更小的像元間距、更高的靈敏度以及更低的功耗,同時,紅外探測器低成本也勢在必行,所以非制冷紅外探測器未來市場將更為廣闊。

在激光三維成像制導中,主要采用主動成像制導方式,通過激光掃描,對目標進行成像,再與預先裝定在導引頭中的待打擊目標的激光成像特征進行匹配分析,自動識別并跟蹤打擊目標。主動式激光導引頭獨特的工作機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、獲取信息量大、靈敏度高等特點,但其受制于硬件發展水平,在裝備的實際應用中并不多。其關鍵技術主要包括高靈敏度探測接收、目標成像識別等,同時,非掃描成像技術也可解決傳統掃描成像幀率低、視場小、體積大等問題,其研究重點是 APD 陣列、PIN 陣列光電二極管探測器和集成信號處理器,以及利用其他成熟的陣列成像器件,采用新的工作體制實現非掃描三維成像。另外,激光導引頭中的激光探測類器件在未來應用中,對于器件、技術單元集成化要求較高,構成激光光源、探測單元和信號處理單元一體化也是其重要的發展趨勢。

多高光譜成像制導則主要應用于反隱身領域,通過采用多波段高光譜探測來更多地獲取目標的多維度信息以實現目標識別,同時也有利于區分目標和誘餌,提高制導抗干擾水平,目前該項制導已應用于國內外新一代空空導彈等領域,多高光譜成像制導的核心技術在于多傳感器信息融合,發展趨勢在于從硬件上采用高速微處理器和并行處理技術、軟件上發展更加有效的特征級、決策級算法等。

4.2.3 動力系統

導彈動力系統是提供導彈飛行動力的系統,動力系統主要由發動機及推進劑兩部分組成,其中推進是能源,發動機是能量轉化裝置。本節將重點針對發動機的技術發展趨勢進行分析,目前導彈的發動機主要可以分為應用于彈道導彈的大型固體火箭發動機、應用于戰術導彈的中小型固體火箭發動機以及吸氣式發動機(包含渦輪發動機、沖壓發動機等)、新體制組合發動機(TBCC、RBCC)等。

① 大型固體火箭發動機

大型固體火箭發動機的應用領域主要包含彈道導彈及運載火箭中,技術發展具有共同性,本節將主要以運載火箭用大型固體火箭發動機的技術發展趨勢作為主體進行分析,得到的結論對彈用大型固體火箭發動機技術發展趨勢同樣具有參考性。

大型固體火箭發動機是大型/重型運載火箭助推級的[敏感詞]動力,也是固體運載火箭的主要動力裝置, 其發展一直備受各世界主要航天大國的關注。縱覽世界各主要航天強國在大推力固體火箭發動機方面的研制歷程,發展趨勢包括:固體火箭發動機直接用作大型運載火箭芯級動力受到各國重視;整體式固體發動機發展取代百噸級裝藥量分段式固體發動機趨勢明顯;復合材料結構件在大型固體火箭發動機的應用日益加重。具體到我國大型固體火箭發動機技術發展上,雖然我國在大型固體火箭發動機方面已取得不錯進展, 但相較于美國、歐洲、印度均已實現直徑 3m 級大型固體火箭發動機工程應用的現狀,還有一定差距。國內已經試車成功的[敏感詞]固體發動機在外徑、長度和整體質量上,均不如印度的 S-200 助推器,因此我國仍需在裝藥技術、復合材料殼體技術以及噴管技術等三個方面進行技術攻關。

裝藥技術方面,技術目標在于實現創新裝藥技術,實現大噸位裝藥。具體技術發展路徑包括從設備入手,例如發展連續裝藥技術,建立連續裝藥生產線;或者從工藝入手,借鑒分段式裝藥的經驗,在現有設備基礎上,創新裝藥形式。

復合材料殼體技術方面,技術目標在于大直徑復合材料殼體技術,實現大尺寸殼體纏繞。具體關鍵技術包括在于具有比強度大、比模量高以及材料性能的可設計性等優點的纖維增強復合材料研制上。

噴管技術方面,技術目標在于長時間、大流量噴管技術,實現大尺寸噴管制造。具體關鍵技術包括大型固體火箭發動機噴管的大尺寸喉襯的成型技術;柔性擺動噴管關鍵技術。

② 中小型固體火箭發動機

在戰術導彈中,中小型固體火箭發動機是戰術導彈飛行的主要動力裝置之一,其質量和尺寸可以占到導彈質量和尺寸的 50%-80%,是導彈實現中、遠程防空反導和[敏感詞]打擊的關鍵技術基礎,其性能直接關系到導彈作戰效能和威懾力。目前,防空反導、遠程精打、未來智能導彈的發展對固體發動機的推進劑能量、質量比和調控能力等方面的要求越來越高,而發動機服役環境卻越來越嚴酷,對固體發動機低易損性和環境適應性的需求日趨迫切,這都給固體發動機的研制提出了更高要求。目前,固體火箭發動機的發展可以歸結為高能化、輕質化、可控化和低易損 4 個方向。

高能化方面,體現在固體火箭發動機能量水平仍需要提高,實現固體火箭發動機高能化的關鍵技術包括:推進劑采用新型高能或超高能物質;創新成型工藝,引入納米含能材料;基于高比強度殼體材料和耐燒蝕噴管材料的高壓強發動機技術;建立固體發動機高壓強下的性能計算模型等。

輕質化方面,體現在基于輕質高效的能量管理能力上。關鍵技術途徑包括:發動機燃燒室與封頭或噴管一體化設計研究以及制造成型技術;固體發動機開展帶裝藥纏繞一體化關鍵技術;高強碳纖維的工程化應用和新型殼體材料的開發;多脈沖固體發動機的柔性脈沖隔離裝置(軟隔艙)。

可控化方面,體現在固體火箭發動機可控化的發展正在從開環控制向閉環控制,從開關式向連續可調式方向發展,能量管理方式也從預設式到隨控式方向發展,向著高精度、快響應的方向發展。具體技術途徑包括:高功率密度驅動裝置和高精度控制算法等方面;開展可多次啟停固體發動機研究;裝藥結構優化設計、喉部調節裝置研制、高壓力指數固體推進劑研制等。多脈沖發動機的多次點火技術。

低易損方面,體現在固體發動機低易損技術從組件級往整機級發展。關鍵技術包括有效集成鈍感固體推進劑和復合材料殼體等組件級低易損性實施途徑,開展固體發動機整機級低易損性研究;固體裝藥的尺寸效應和發動機組件間的相互影響研究;發動機整機層面的失穩機理研究以及擴穩技術;通過環境危險實時感知與主動擴穩相結合等技術,研制主動安全的固體發動機。

除此以外,為了支撐戰術導彈實現智能化,固體發動機需要在智能可控、彈道最優、高安全性、能量自裝配、狀態感知、智能制造、免維護等方面深入發展。

目前,俄羅斯、美國等已經在可控化和低易損方面實現了戰術導彈裝備的服役,走在了中小型固體發動機發展的前列。盡管國內相關技術也日益成熟,但較之俄、美仍存在一定的差距,需要逐個突破推

進劑和熱防護原材料、新型裝藥工藝、可調燃氣閥門、壓力閉環控制、有效擴穩等關鍵技術,加速工程化進程,為我國戰術導彈的跨越式發展提供技術支撐。

③ 吸氣式發動機

彈用吸氣式發動機可以細分為亞音速導彈使用的渦輪噴氣或渦輪風扇發動機(統稱為渦輪發動機)、以及沖壓發動機兩大類。

渦輪發動機方面,小型渦輪噴氣和渦輪風扇發動機可為高亞音速、中遠程導彈提供理想的巡航動力,是各[敏感詞]強國競爭的焦點。彈用渦輪發動機具有成本低、壽命短、尺寸小、轉速高、增壓比低、容積熱強度大、起動和點火方式多樣等特點,已被廣泛應用于巡航、反艦和空地等多種戰略與戰術導彈。針對這類傳統渦輪噴氣和渦輪風扇發動機,如何在[敏感詞]限度滿足性能要求的前提下,進一步降低成本、減少油耗、簡化結構仍將是今后重要的發展方向。另一方面,目前的渦輪噴氣和渦輪風扇推進技術經過幾十年的發展已日趨完善,在系統結構和材料耐溫能力的制約下,欲大幅提升性能十分困難。以螺槳風扇發動機、脈沖爆震渦輪發動機為代表的新型動力裝置,在循環效率、燃油消耗或系統結構等方面具有潛在優勢,若能夠突破現存的技術瓶頸,則有望取代渦輪噴氣和渦輪風扇發動機,成為未來導彈的巡航動力。

沖壓發動機方面,采用沖壓式發動機的導彈由于可以實現全程有動力巡航,具有響應速度快、突防能力強、彈道機動不引起過大的速度損失、末端速度較高等獨特優勢,是未來飛行器的顛覆性發展方向之一。其中,超聲速燃燒沖壓發動機(簡稱超燃沖壓發動機)被認為是目前實現飛行器在大氣層內高超聲速飛行的最佳動力裝置,由于其良好的經濟性與結構簡單性,已經成為 21 世紀航空航天領域研究的重點之一。我國自 1980-1990 年中期就已開始超燃研究,90 年代后期至今,隨著國家大量資金的投入,超燃沖壓發動機的地面試驗設施逐漸完善,超燃研究進一步深入與細化,涌現出大量研究成果,并突破了一些超燃沖壓發動機關鍵技術。但同美國、英國、俄羅斯、法國、澳大利亞以及日本等國的研究狀況相比,我國的高超聲速推進技術在研究手段、設備建設、經費投入和人才培養等方面還有很大的差距,仍需要圍繞超燃沖壓發動機在推進系統設計、測量技術與飛行試驗、材料與結構、飛行控制等關鍵技術上加強研究、尋求突破,

為超燃沖壓發動機的廣泛應用鋪平道路??傮w來看,超燃沖壓發動機技術發展上的關鍵技術主要仍在于對相關基礎科學的問題研究。包括火、火焰傳播與火焰穩定、碳氫燃料的詳細化學反應機理及壁面熱防護等。

4.2.4 [敏感詞]電源

導彈電源系統是導彈的重要組成部分,是導彈能夠正常工作的保障。導彈電源系統通常由一次電源、二次電源以及電源控制電路等構成,具有響應時間快、功率密度大、高可靠、工作環境嚴酷、體積小、質量輕、耐貯存等特點。

目前,伴隨熱電池和電力電子器件水平的不斷提高,為導彈電源系統的性能提高提供了有效的保證。電源系統性能的提高主要體現在大功率、小體積、小質量、快速的起動反應時間、高效率、以及低噪聲等方面,同時,隨著電源系統功能的不斷增強,特別是涉及到火工品的點火控制功能,對導彈的安全性有至關重要的影響,因此需要電源系統具備自檢功能。采用常規的模擬電路很難實現,同時會造成接口和電路的復雜性,降低可靠性。未來的導彈電源系統中將會采用智能化數字系統如 DSP,實現對電源系統的自檢, 保證電源系統安全、可靠。

總體來看,隨著導彈技術的不斷發展和需求的不斷提高,導彈電源系統將向數字化、智能化、小型化、多功能的方向發展。

5 導彈產業投資機會分析

綜合以上分析,關于導彈產業投資,我們有如下判斷及建議:

(1) 在當前國際形勢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關系間的不確定性,而對導彈產業市場而言,無論從內需還是出口兩方面看,導彈裝備都將保持穩定且快速的增長。該增長也將傳導至導彈產業鏈中上游領域,兌現至相關企業業績。

(2) 目前,導彈整機研發、集成、制造的投資項目標的較少,民營上市公司包括高德紅外等。標的較少的主要原因為導彈產業參與主體,航天科工集團及航天科技集團在導彈整機相關科研院所、廠的資產證券化程度較低,同時,作為歷史悠久的[敏感詞]央企,我國導彈整機研發、集成、制造的核心技術基本沉淀于航天央企相關單位,導彈整機單位一般又屬于[敏感詞][敏感詞]中[敏感詞]等級(一級)保密企業,資質壁壘與技術壁壘均較高。因此建議重點關注伴隨我國航天科技或航天科工集團所屬相關優質企事業單位的資產證券化進程產生的投資機會。

(3) 在各類戰術導彈中,制導控制系統(及其相關零部件)成本占導彈總體成本比例較高,附加值較高,且涉及到的市場標的最多,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,應當重點關注 2.4.2.2 節中提出的,在慣性器件及光電制導設備上擁有符合當前技術發展趨勢,與相關航天央企單位具有穩定的供應關系、且能夠切實解決與當前導彈產業中面臨技術痛點相關核心技術的企業項目。

(4) 彈體結構、電源分系統產業中存在較多上市公司標的。其中,彈體結構標的主要集中在彈體結構用原材料領域,上市公司包括光威復材及中簡科技等,建議可以重點關注擁有 2.4.2.1 節中提到的彈用先進材料發展趨勢相關核心技術的項目標的;[敏感詞]電源產業上市公司包括航天長峰及新雷能等,建議關注與相關航天央企單位存在密切、穩定供給關系、且成本控制良好的相關項目標的。

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