艾瑞咨詢：星繪—太空資源開采及天基制造行業研究報告-簡版(34頁).pdf

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1、星繪 2020年 太空資源開采及天基制造行業研究報告 2 2020.6 iResearch Inc. 前言 來源：艾瑞研究院自主繪制。 逍遙游是我國道家大宗師，戰國時期的哲學家、思想家莊周的代表作，此文主題是表現出一種 絕對自由的人生觀。所謂朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋，想要獲得絕對的自由，需要有垂天之云一般的 羽翼，若泰山一般的膀背。而這種思想，亦是當今航天產業最頂端以深空探測、行星探測為代表的真實 寫照。 在普通人眼里，火箭升空的瞬間，衛星翱翔的瞬間，還有人類登陸月球的瞬間，才是最符合群眾期 待的航天。但實際上，航天是傾國之力甚至傾世界之力，才能取得成就的龐大產業。它不但是一項非常 龐大的系

2、統工程，也在商業上擁有自己獨特的規律。民眾所看到的高光時刻，不過是這些系統工程配合 的自然結果。 每一個航天成就的達成，都是一系列細小的階段性試驗組合在一起推動的。這種工程系統的細致程 度超乎普通民眾的想象，以至于民眾面對這件事時最直接的反應，就已經跳過或涵蓋了很多高難度的航 天任務，可以說航天產業目標遠大，但達到這個目標的每一步都謹小慎微。 在當今商業航天的火熱程度引領下，我們預計未來航天產業會有“繕、探、移”三個不同階段，每 一個階段都可以帶動一系列產業的發展，按照這種航天思維來思考，未來十年航天產業是最具投資價值 的優質賽道，在理解航天規律的基礎上，亦能帶來巨大的商業和投資回報。 3 朝

3、菌：太空的資源和意義1 冥靈：天基生態的三步走2 大椿：行星探測的意義和技術要點3 鯤鵬：現階段商業航天投資邏輯梳理4 4 2020.6 iResearch Inc. 新世界 1899年10月19日，一個17歲的少年爬上了一棵櫻桃樹，然后靈光一現。他剛剛讀了赫伯特 喬治 威爾斯的世界大戰， 對于書中火箭可以載著我們探索宇宙的想法感到激動。他想象著，如果能夠造出一個飛到火星并探索這顆紅色星球為使命 的設備，那該多么美妙。當他從樹上爬下來的那一刻，他的生命被徹底改變了。在他生命余下的時間里，他都銘記10月19 日這一天。他的名字是羅伯特 戈達德。他不斷完善第一艘液體燃料多級火箭，讓這項改變人類歷史

4、進程的項目運轉了起 來這就是人類航天產業的原點。 來源：艾瑞研究院自主繪制。 由羅伯特 戈達德起 始，到二戰時期德國 V2火箭作為武器應 用。這一階段，全球航 天產業經歷了從無到有 的過程，是0的突破。 第一階段 全球航天產業進入第四階段 1899-1945 第二階段 1945-1991 二戰結束后，航天技術與人才 成為各戰勝國爭相爭搶的戰略 資源。冷戰期間，航天成為美 蘇雙方競爭的焦點，也是在這 段時期內，人類航天產業在政 治要素的推動下，完成了載人 航天，探月等輝煌成就。這也 是迄今為止，航天產業發展最 為迅速的時期。 冷戰結束后，航天不 再是矛盾焦點，許多 有意義的項目因為立 項和資源問

5、題被束之 高閣。人類航天產業 停滯了。 第三階段 1991-20152015-至今 2015年，SpaceX成功實現了一級火 箭回收，實現了火箭復用，創造了人 類航天史上當之無愧的第一。受此影 響，SpaceX這家公司商業和運作上 的成功經驗，讓人們開始重新審視航 天的發展路徑。 更重要的是，這激活了全社會對航天 本身意義的思考。也拉開了人類大規 模探索和應用宇宙的序幕。 第四階段 全球航天產業的四個發展階段 5 2020.6 iResearch Inc. 在消耗中發展的文明 切爾諾貝利改寫了人類能源進程 19世紀50年代，熱力學第一定律被多位物理學家驗證，它的發現為人類重新審視文明發展道路奠

6、定了科學基礎。如今能源 的消耗與文明的進程息息相關，可以說在過去漫長的人類歷史中，我們的文明發展是以能源的消耗為代價的。所以在20世 紀70年代，人類尋找永續能源的需求和欲望，使核能發電的占比迅速躍升。但1986年卻爾諾貝利的災難，讓人類對永續能 源的追求，在生存安全面前退縮了。自此，核能發電量占比連年下降，21世紀后，這一占比已低于10%。時至今日，核能 都是一個很有倫理爭議的問題。又經歷將近20年的消耗性發展后，可再生能源的占比得到了顯著提高。這一數據在背后反 應出的社會思潮是非常深刻的，在極少部分科學家的視野中，對資源的發掘和應用關系著人類種族的延續，而這一問題在 21世紀的今天，將更加

7、尖銳。 注釋：電力來源是指用于發電的投入。核能發電是指由核電站生產的電力。石油指原油和成品油。燃氣指天然氣但不包括液化天然氣。煤炭指所有類別的煤及褐煤，既指天然煤（包 括硬煤和柴煤），也指衍生燃料（包括專利燃料、焦爐焦炭、煤氣焦炭、焦爐煤氣和高爐煤氣）。泥煤也包含在此類別中?？稍偕茉床话ㄋΠl電在內的可再生能源發電包括地 熱、太陽能、潮汐、風能、生物量和生物燃料。水力發電指由水力發電站生產的電力。 來源：國際能源機構非經合組織國家能源統計與平衡、經合組織 國家能源統計數據和經合組織國家能源的平衡。 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1

8、980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 1971-2015年全球各類發電基礎能源占總發電量的比值 煤炭（%）天然氣（%）水力（%）核能（%）可再生能源（%）石油（%） 39.2% 煤炭 22.8% 天然氣 15.9% 水力 8.1% 核能 6.8% 可再生能源 3.3% 石油 6

9、2020.6 iResearch Inc. 2020.6 iResearch Inc. 星辰大海的召喚 航天產業對人類生存本身意義重大 航天是一個承載了人類崇高理想的行業，不僅因為它對宇宙的探索，從哲學層面上就直接影響我們對自身生存意義的思 索。在現實層面上，航天對人類生存空間和生存資源的獲取，對物種的延續起著至關重要的作用。正如前文所述，一切能 稱之為資源的東西，在21世紀都面臨著更嚴峻的情況。在地球上，實際上是在任何行星上，重金屬元素礦藏的儲量是有限 的，在循環利用技術達到完美狀態之前，任何一個行星的礦產資源都終將枯竭。從目前探明的儲量和消耗量來看，金、鋅 和鉛這三種重金屬的儲產比不足20

10、。也就是說在20年內，除非循環利用，否則地球上就沒這三類資源可以開采了。而諸如 鎳、銅、錳等工業生產主要使用的金屬，在未來50年內，也將面臨資源枯竭的狀態。 來源：中華人民共和國自然資源部，美國地質調查局，世界金屬統計局。 322.6 233.3 155.6 145.0 93.8 68.0 53.4 49.3 47.1 42.2 40.0 38.7 18.9 17.7 16.6 石墨 磷礦 鋰 鉀鹽 鋁土礦 鐵礦石 螢石 鈷 鉻 錳 銅 鎳 鉛 鋅 金 2018年全球主要礦種儲產比 20年內枯竭 50年內枯竭 4.4 4.7 2.7 1.9 1.0 1.0 3.8 4.3 2.3 1.1 1.

11、0 0.9 金（G/T） 鋅（%） 鉛（%） 鋰（%） 鎳（%） 銅（%） 2009&2018年全球主要礦種勘察新發現品 位變化 20092018 -13.7% -9.3% -13.7% -40.6% -6.9% -10.0% 來源：中華人民共和國自然資源部，美國地質調查局，世界金屬統計局。 7 2020.6 iResearch Inc. 物種的勇氣 冷戰結束后，航天對國際競爭的重要性驟減，除了政治訴求被大幅削弱以外。以當時的視野和技術實現難度上看，對宇宙 的開發是一件極其奢侈的事。太空的資源雖然豐富，但要想達到應用級別，地球上付出的資源要遠高于得到的。無論是礦 產、能源還是生存空間，在地球上

12、的勘探和獲取要比從太空獲取更經濟。并且動蕩時期結束后，恢復全球經濟秩序的總需 求要高于對太空的探索。諸多要素綜合在一起，航天產業放緩了腳步。 但隨著商業航天的爆發，21世紀的商業環境給以工業制造為基礎的傳統產業帶來了新的活力，這種活力不僅體現在技術可 以大規模實踐在工藝流程中，還體現在商業模式本身的變革，可以使一個崇高的目的在不考慮投入產出的情況下得到推 進。主要目標與現金牛業務的分開，資本對新產業的興趣，以及最重要的個人用戶對航天產生了需求的萌芽，這些原因為 人類這一物種探索宇宙，征服太空，注入了新的勇氣。 樣本： N=3009；艾瑞咨詢于2020年3月20日通過iClick網上調研獲得。

13、31.2% 17.0% 16.3% 15.2% 12.5% 7.5% 0.4% 太空資源開采 建造可居住的太空站 普通人自由往返太空 星球改造 航天器永續飛行 發現外星人 其它 2020年中國網民對未來3-10年內航天產業取得成就的預期 新商業環境下的宇宙探索 太空資源開采 建造可居住的太空站 普通人自由往返太空 C端需求 C端需求 8 朝菌：太空的資源和意義1 冥靈：天基生態的三步走2 大椿：行星探測的意義和技術要點3 鯤鵬：現階段商業航天投資邏輯梳理4 9 2020.6 iResearch Inc. “繕、探、移”三步走 人類探索宇宙的目標是走出地球搖籃，整體上會呈現出從近地到深空，從簡單

14、到復雜的產業發展趨勢。所以在不同階段會 經歷三個重要時期。分別是以太空資產運維和續航為主的第一階段“繕”；以地外環境探索和復雜應用空間為主的第二階 段“探”；以及以星際旅行和移民為主的最終階段“移”。 來源：艾瑞研究院自主繪制。 每一步戰略目標的達成，都將帶動一系列產業的發展 在這一階段， 全球航天產業會發生巨變，具體將作 用于兩個大版塊： 一個版塊是地面的底層技術支撐， 過去依靠地面設備和技術的產業， 將得到天基的補充。 另一個版塊是當前天基產業本身， 全球太空資產的續航及維修，太空 環境的清理和維護，都將是這一階 段的重點。 Renovate 第一階段：繕 全球航天未來“繕、探、移”的三步

15、走戰略 在這一階段， 人類在太空的存在和掌控能力已經得 到大幅提高，近地空間應用逐步完 善。航天整體將向更復雜利用空間探 索，并為深遠空間的利用作準備，一 系列的探索發現，將成為最重要的工 作，包括天文、基礎科學和航天工業 本身。由此受益的產業可能包括： 太陽能、繩系發電系統、太空艙、 機械臂、太空望遠鏡、無人探測器 以及量化人類指令的人工智能算法 Explore 第二階段：探 在這一階段， 是人類大規模星際移民的階段，基本能 夠實現宇宙資源在宇宙環境完全消化， 這意味著在太空制造的工業和工藝基礎 已經比較完善。航天技術將主要集中到 類地行星的實質探索，土壤分析，和一 系列星球改造和基地建設領

16、域發展。由 此受益的產業可能包括： 深空及月基發電系統、月球及小天 體礦物研級及開采、宇宙資源的即 時應用等 Migrate 第三階段：移 5-10年實現8-15年實現15-25年實現 10 2020.6 iResearch Inc. 未來航天圖景中的龐大產業鏈 來源：艾瑞研究院自主繪制。 航天是未來5-10年內的投資主線 火箭發動機 天基生態產業鏈 火箭發射 火箭相關研發 衛星遙感 衛星通信 衛星導航 衛星研發與元件制造 芯片、新材料、精密器件等 望遠鏡與機械臂 宇航3D打印 宇航電池 11 2020.6 iResearch Inc. 繕：需求的起源 來源：衛星工業協會，憂思科學家聯盟，公開

17、市場資料，根據艾瑞統計模型核算。 可及且僅限于可及的宇宙 地球引力束縛著目前人類能控制的所有物質，所以想要實際的探索和利用太空，就必須擺脫這種束縛。需要巨大的能量， 這就對人類使用技術手段控制能量帶來了空前的挑戰。目前我們對抗地球引力的方法是粗糙且有一定破壞性的，利用化學 能產生的推力將衛星或其它航天器送入太空。實際上所謂的化學能，就是可燃物的爆炸，對于人類目前的技術水平來說， 對爆炸這種極短時間內釋放能量的物理過程，想要嚴格控制它釋放能量的大小是非常困難的，所以在應用層面非常粗糙。 所以對于一發火箭來說，效率是很低的，通常只能將火箭總重5%質量的航天器送入太空。雖然其它能產生更大能量的物 理

18、反應在理論上可以將效率提升，但對“爆炸”都尚難控制的技術來說，控制更巨破壞力的能量釋放過程是不可能的。 以上僅是人類目前將衛星送入太空過程中遇到的基礎難點，這只解決了我們在太空中有存在的第一小步，所以宇宙是可及 的。但對宇宙的開發和利用是一個更加自由且雙向的過程，航天器的返回所面臨的問題更加嚴重，如果將大質量的宇宙資 源帶回地球，那恐怕將是一場災難。所以當下，宇宙僅僅是可及的。所以在人類不斷將航天器送入太空的過程中，不知不 覺的已經積累了大量無法回收、無法復用甚至無法銷毀的太空資產。 全球： 中國： 2665顆 363顆 在軌衛星總量 214 267 260 219 473 341 505 2

19、013201420152016201720182019 2013-2019年全球發射衛星數量 全球發射衛星數（顆） 12 2020.6 iResearch Inc. 繕：需求的起源 來源：衛星工業協會，憂思科學家聯盟。 中型衛星以上級別的衛星存在天基運維需求可能性 2020年2月26日，美國諾斯羅普 格魯曼公司及其全資子公司空間后勤公司在高度為35786公里的軌道上成功完成任務延壽 飛行器1號(MEV-1)與國際通信衛星901 (IS-901)的首次在軌對接，為后者提供壽命延續航服務。此舉為航天第四階段第一 步的推進奠定了實踐基礎。 截至2020年4月，全球共有2665顆衛星在軌工作，其中1噸

20、以上的衛星有755顆，其中通信衛星450顆，未來這些1噸以上的 大衛星，都是衛星運維服務的主要需求方。為了客觀嚴謹，在我們對未來市場規模的核算中，以最保守的通信衛星為主要 受眾，其它類別衛星暫不做考慮。但未來衛星延壽服務不可能僅局限于通信衛星，原因在于，目前低軌衛星星座成為熱 點，并且2017到2019年，這三年時間，600公斤以下的小衛星每年以300顆以上的數量被發往太空，比之前時期增加了1倍 多，這對大質量通信衛星的發展有一定制約。而每顆重量300公斤左右的小型通信衛星，無論是技術上還是成本上，當下 都不支持延壽服務。另一方面，通信衛星之所以成為首批服務對象，源自于其制動方面的特性，所以理

21、論上與通信衛星具 備相同特性的衛星，都可以延壽。 755 450 所有用途衛星通信衛星 2020年全球1噸以上衛星數量 1噸以上衛星數（顆） 潛在市場規模=1噸以上通信衛星總數延壽服務滲透率延壽年限單價 參數選取說明：以目前唯一成功案例MEV-1延壽衛星為參考依據。 MEV-1為國際通信衛星提供為期5年的延壽服務。所以 統一取5年。 國際通信衛星公司執行副總裁兼首席財務官克雷斯特 在曾表示，該公司支付的MEV-1衛星提供的延壽服務 費用約為每年1300萬美元。 保守預計只有5%的通信衛星需要延壽。 延壽年限： 單價： 滲透率： 潛在市場規模=4505%51300=14.625億美元 13 20

22、20.6 iResearch Inc. 1.00 0.65 0.62 0.60 阿德里安6質子獵鷹9號長征3號乙 中美歐典型運載火箭發射成本 對比 發射成本（億美元） 繕：需求的起源 來源：美國聯邦航空管理局，企業訪談，市場公開資料，根據艾瑞統計模型核算。 衛星延壽服務的經濟效益和未來衛星的進一步模塊化設計 MEV-1延壽衛星的主要成本有兩個方面，第一是衛星本身的制造成本，第二是發射成本。根據目前公開的情報來看，諾格 公司并未公布MEV-1延壽衛星的造價，但市場普遍估算其制造成本大約為4000萬美元，由于MEV-1衛星的發射，是由俄羅 斯質子火箭以一箭雙星的方式發射升空，并且2.36噸的重量只

23、占質子火箭總運力的30%，所以理論上發射成本不是一枚火 箭的總報價。 在技術層面，MEV-1延壽衛星雖然創造了歷史，但它只是過渡性的服務。延壽業務的成功將促進未來衛星的進一步模塊化 設計。MEV-1延壽衛星采取的技術是通過機械臂，捕捉抓住被延壽的通信衛星，再利用自身的制動系統，讓燃料耗盡的通 信衛星恢復機動能力，但本身并不影響也不介入通信衛星的功能。這樣做的弊端是延壽服務只能1對1，宇宙中2600多顆衛 星不可能通過2600多顆延壽衛星來續航，從經濟效益上也難以持久。因此參考飛機空中加油和智能手機充電線制式統一化 的經驗，未來衛星平臺或許會因考慮到延壽和運維服務，統一預留燃料注入模塊，甚至其它

24、功能升級性模塊，天基服務設 施的完善與衛星接受天基服務的模塊化接口的廣泛應用，將成為第一階段完成的主要標志。我們預計這在2028年前后可能 完成。 衛星延壽利潤=延壽年限單價-衛星制造成本-發射成本 參數選取說明： 如前文所述，5年1300萬美元收入評估： 衛星制造： 發射成本： 衛星延壽利潤= 51300-4000-2000=500萬美元 質子號火箭發射報價6500萬美元，地球同步軌道運力6 噸左右，MEV-1衛星質量約占總運力的30%，所以暫 預估發生成本為6500的30%，約為2000萬美元 市場預計4000萬美元 *我們僅簡單測算了衛星延壽這一種服務的可行性，還有充電、更換元件、物理修

25、復等更多 內容包含在運維層面。因此在天基生態的第一步中，還有更大的潛在商業價值存在。 14 2020.6 iResearch Inc. 繕：需求的起源 來源：衛星工業協會，憂思科學家聯盟，公開市場資料，根據艾瑞統計模型核算。 小衛星的集中發射，對未來火箭發射提出了要求 2017年后，600公斤以下級別的小衛星發射數量由每年不足200顆，躍升至每年300顆以 上。一方面，衛星小型化技術的發展，讓原本應由機械控制完成的部分，可以由星載電腦 完成，縮減了衛星體積和質量。在火箭運載能力不變的情況下，可以發射更多小衛星入 軌，提高了效率。另一方面，掌握小衛星制造技術的商業航天企業，也通過自身的商業行 為

26、，讓小衛星產業得到更多的關注。在這種現象的背后，體現出的其實是一輪更宏大的歷 史進程，經過將近30年的沉浮，航天再一次成為國際矚目的焦點。 除了現有的小衛星發射需求，低軌星座組網等發射需求外。在第二步“探”所在的時期， 人類若想在太空中有進一步的存在，做更復雜和深度的試驗和探索，將地面設備送往太空 52 130 195 173 126 338 328 389 20122013201420152016201720182019 2012-2019年全球600公斤以下小衛星發射衛星數量 發射數量（顆） 得到最大促進的產業鏈板塊 的投送能力是基本條件。即便是在第一步內，諸如OneWeb等曾經的明星公司

27、，也都因為其自身并不具備投送能力而相繼 破產。這從側面證明，航天產業鏈各板塊的連接，要比預想的更加緊密。這也為航天產業鏈的整合提供了契機，優秀的投 送能力，定制化的服務能力以及飽和可控的造箭能力，都是產業鏈火箭版塊內公司制勝的關鍵。 15 2020.6 iResearch Inc. 探：時代的過渡 復雜利用太空的嘗試與深空探索技術的準備 事實上關于太空的探索從航天產業出現的一刻起，就一直在進行中。作為基礎科學的天文和作為技術實現的航天，二者相 輔相成，互相促進。所以在第二階段的探，主要指以太空平臺為基礎，進行的與天基資源開采、技術研發實現天基資源在 軌應用為目標的一系列探索。之所以把這部分作為

28、第二階段，是因為我們預計在第一步繕和最終實現太空移民之間，很長 一段時間都會以科研探索為主。在這個過程中，能源類成品的制造與傳輸，可能是實現難度最小的版塊。 另一方面，以目前人類航天器的能力，實現實質行的太陽系外行星探測難度非常大，受制于化學燃料和太空資源利用的能 力，航天器所有的動力基礎幾乎只能以靠地球上攜帶的資源，效率和續航能力都受限，所以航天器很難飛出太陽系去拜訪 另一個恒星。所以探的這個階段，也有為進一步深空探測做技術準備的目標。 基于這兩個方面的問題，第二階段探接近完成的標志是天基資源的原位應用，比如：首座太空電站或天基設備的在軌制造 工廠的建立?；蛘邚牧硪粋€維度上思考，人類首次大規

29、模有組織的太陽系外行星探索的高性能探測器出航，亦可以看作是 這一階段進入成熟期的標志。我們預計這三件事有可能在2032年前后實現。 現有衛星太陽翼應用成本=太陽翼造價+發射成本 參數選取說明： 根據目前公開市場資料，一個2噸的大衛星，太陽翼總面積 16.48平方米。我們取略低一點的平均值10平方米。根據訪 談太陽翼平均造價50-100萬之間，取80萬/平米。所以太陽 翼面積造價=1080=800萬人民幣 造價成本： 現有衛星太陽翼成本=800+1960=2760萬人民幣 發射成本： 同樣基于市場資料，一個2噸的大衛星，太陽翼總重90公 斤，我們取略低一點的平均值，70公斤。發射單價為28萬/

30、公斤。所以發射成本=7028=1960萬人民幣 來源：衛星工業協會，憂思科學家聯盟，上海交通大學，專家訪談，根據艾瑞統計模型核算。 由于1噸以下的中小衛星，其自身攜帶電力系統本身比第三 方受電更加經濟。所以我們只選取1噸以上的大衛星作為估 算對象。 大衛星 28.3% 其他 71.7% 截至2020年4月全球在軌衛星 重量分布 16 2020.6 iResearch Inc. 探：時代的過渡 太空電站背后體現出的是資源原位利用的理念 通過前文計算可以粗略的看出，單衛星在電能獲取這件事情上，平均要消耗2760萬人民幣。而全球目前在軌衛星中有755 顆1噸以上的大衛星，所以全球單純在衛星獲取電能領

31、域就已經支出了200多億人民幣，如果再加上已經退役的老衛星、中 小衛星和諸如空間站，望遠鏡等其他航天器，那么這一數字將變得更加龐大。這些資金都是未來太空電站建設過程中，可 能節約或一勞永逸的解決太空用電問題的總成本。在理論上，太空電站的電能可以用微波進行輸送，但是在電能送往地球 的問題上，效能和安全性方面還需要更前沿的技術支持與論證。 除了空間太陽能電站以外，在太空中產生電能的方式還有很多，其中繩系發電和核能發電，都是可以備選的技術。這二者 在目前應用過程中，都有不得不考慮的問題，比如在繩系發電原理是用以跟數百米長的電纜懸浮在太空中，利用導電電纜 與地球磁場的切割產生電能，但目前已知的實驗中，

32、由于電流過大導致電纜燒斷，是尚未解決的問題。而空間核能則是因 為十噸兩級的核反應堆堆芯，在火箭發射過程中，存在發射失敗導致墜落的安全問題，而沒有被大規模推廣。 不過繩系發電技術和空間核能技術的進一步探索，其意義也并不一定局限在電能本身。繩系發電技術的逆向應用可以使衛 星通過向電纜中傳輸電流而改變軌道高度，對于提高大型空間設施的在軌壽命是另一種方式的促進。而空間核能本身也有 飛創的核熱制動與核電制動兩種用途，也即是說當飛船由火箭帶入太空后，化學能消耗殆盡，可以通過天基原件的更換， 讓飛船裝備核能發動機，進行時間更長的深空探索。無論出于哪種目的，這些技術都體現了太空資源原位應用的理念，相 比起地球

33、本位的航天基礎設施建設思路，已經是更成熟，更復雜利用空間的探索與嘗試。 來源：公開市場資料，專家訪談，根據艾瑞統計模型核算。 323343355 445 900 四氧化二氮/偏二甲肼液氧/煤油液氧/甲烷液氧/液氫核熱核電 不同燃料類型發動機比沖對比 比沖（秒） 理論可達上萬秒 17 2020.6 iResearch Inc. 1600 10000 建造費用科研實驗產值 國際空間站建造費用 及科研產值 金額（億美元） 探：時代的過渡 來源：NASA，JAXA，專家訪談，根據艾瑞統計模型核算。 置身太空，本身就可以成為商業化的基礎 除了真實太空資源的原位應用外。如前文所述，在太空中很多我們習以為常

34、的東西都變成了非常珍貴的資源。但是反過來 說，置身太空就掌握了宇宙環境這一資源，對地面來說，這已經具備了資源變現的商業化基礎。自從和平號空間站建成以 后，人類就有了利用太空自然環境進行科學試驗的平臺。2016年隸屬于國際空間站的NanoRacks公司，客戶只需要支付相 關費用，就可以將自己的試驗品送到太空，體驗微重力環境和太空輻射，之后完好無損地回到地球，每次支付不少于10萬 美元的價格。并且該公司宣稱預計2020年末，在太空開展棲息地建設實驗，這已經是在做航天時代第三步的探索了。 太空實驗的收益很難有個科學的評估，當年和平號空間站，前蘇聯僅利用地形數據庫在數年間就產出了1000多萬盧布的收

35、益。而國際空間站建造成本雖然高達1600億美元，但在其實驗艙內完成的科研實驗產生了萬億級別的產值。需要注意的 是，這僅僅是以空間站這種龐然大物為載體的探索方式，未來對其他太空資源的探索和收集并不需要龐大的空間站來完 成，更小、更機動、功能性更專一的設備或設備群會和空間站一起成為人類探索太空資源的平臺。 天基實驗回收成本年限=造價/科學實驗年收入 參數選取說明： 國際空間站的希望號實驗艙造價約為25.5億人民幣建造成本： 實驗收入：根據NanoRacks公司公布的數據，以每個實驗10萬美 元（約71萬人民幣）計算，該公司的太空平臺可一次 最多容納32個實驗。單個實驗基礎時長30天，即一年 可完成

36、12輪實驗。 6.25倍以上 天基實驗回收成本年限= 25.5/(0.00713212）9.35年10年 使用年限： 國際空間站設計壽命10-15年 *我們僅簡單驗證空間站簡單實驗的商業可行性，并且不包含實驗結果帶動的產值，一些更 復雜的實驗費用遠高于10萬美元，所以理論潛在市場空間比實際更大。 18 2020.6 iResearch Inc. 2020.6 iResearch Inc. 探：時代的過渡 天基實驗基地與平臺的重要性 面對太空這個無垠的空間，人類很多的基礎設施都可能往宇宙轉移。包括通信、能源和極端自然環境的實驗等等。未來預 期100%的通信會轉移到天基，30%的可再生能源由太空中

37、的太陽能供給。除了這些以外，航天行業本身也急需要能夠在 宇宙環境中運作和測試的平臺反哺自身，以彌補很多在地面上無法解決，或成本過高的問題。 對于通信等行業外應用，現在天基的基礎設施能力較弱，以全球最優秀的低軌星座SpaceX星鏈來看，一期組網成功后一 共12000顆衛星（在此暫且忽略衛星組網期間的損耗），每顆衛星的帶寬有10Gbps，如果有1億用戶使用，那么平均每個 人的帶寬只有1.2Mbps。這與目前地面一個普通4G用戶的平均需求相差很多。這有賴于衛星性能的提升。 來源：中國移動，中國聯通，中國電信，專家訪談，公開市場資料，根據艾瑞統計模型 核算。 得到最大促進的產業鏈版塊 對于航天行業本身

38、，無論中外，新型火箭和發動機的研發統一存在一個嚴重制約，那就是天空和宇宙環境中的測試與變化 問題。盡管有高空試車平臺的輔助，但那也并非真正意義的太空環境，所以無法穩定保證試驗成功的發動機能夠正常應用 在火箭上。在這個領域，全球積累的數據還太少。在未來，如果想充分利用太空，未來的技術迭代必然需要天基試驗平 臺。這依然對“泛衛星”技術提成了要求。 1.2 4 50 低軌星座可實現 1080P 4K高清 衛星通信與實際通信帶寬需求對比 需要帶寬（Mbps） 1 10 火箭發動機成本試驗成本 火箭發動機研發成本對比 成本（一標準單位） 來源：中國移動，中國聯通，中國電信，專家訪談，公開市場資料，根據艾

39、瑞統計模型 核算。 19 2020.6 iResearch Inc. 21 14 SpaceXOrbital ATK 2013-2019年為國際空間站提供商業貨運服 務的次數 貨運飛船發射次數（次） 移：宇宙永居狀態 來源：NASA，SpaceX，Orbital ATK，相關媒體報道，專家訪談，根據艾瑞統計模型核算。SpaceX和Orbital ATK商業貨運服務，各有一次失敗，同事也包含測試發射數。 正確認識天基生態中的多種需求 對于航天產業來說，宏觀上存在一正一反兩種聲音，正向的聲音以支持為主，而反向的聲音，則認為目前航天產業的投入 產出比太少。除了軍事上的必須以外，商業上大規模投入航天，

40、所獲得的收益微乎其微。舉例來說：宇宙資源豐富，但為 了開采他們付出的資源要大于獲取的資源；地球生存空間有限，但太空環境更加惡劣等，總之所有矛盾的焦點，都集中在 “是否值得”這個問題上。這也導致對太空探索與開發的思考，無法避免的集中到了現有航天商業化較為成功的三大產業 中，即：通信，遙感和導航。在能看到商業前景的前提下，這傳統的三大產業也存在，軌道和頻率資源的限制，所以在航 天商業化進程中，疑慮要遠大于樂觀情緒。 但正如本報告一直強調的內容一樣，未來關于天基的應用會像地面一樣豐富，以宜居空間站為核心的基礎設施會衍生出許 多新的航天需求，這部分需求在目前正以可見的速度向前推進。如果說太空旅游，太空

41、資源開采還太過科幻，那么關于太 空站的現實情況，則是這部分潛在需求的一種現實體現。2010至2019年，SpaceX的龍飛船一共為國際空間站運送了21次 物資。orbital ATK的天鵝座貨運飛船在2013至2019年也有向國際空間站提供14次商業貨運服務。除此之外，俄羅斯、歐空 局和日本等，都曾經向國際空間站提供過政府行為的貨運服務。也就是說，這些運輸服務并不屬于傳統航天三大成熟產業 層面的應用，是單純為了維持太空設施而帶動的商業行為。再加上建設方面的可能商業訴求，在航天第三階段的潛在應用 非常廣闊。 中國天宮空空間站 建設預計發射次數： 20次 空間站建設與運維 駐人運維發射次數：3-5

42、次/年 1-2次/年 無人運維發射次數： 20 2020.6 iResearch Inc. 1 7.5 太空制造替代飛行器重量 天基制造與地面制造的質量比 重量（千克） 移：宇宙永居狀態 來源：NASA，專家訪談，根據艾瑞統計模型核算。 在宇宙中每制造1千克質量的設備，相當于地面制造7.5千克 根據官方報道，中國新一代載人飛船試驗取得圓滿成功，本次任務中攜帶了一臺3D打印機完成了宇宙環境下的3D打印試 驗。目前3D打印主要應用在航天裝備制造中各種復雜組件的制造過程中，并且關于火箭燃料箱的3D打印，也是解決焊縫 處耐用度問題的可選方案之一，可以說應用前景比較廣闊。宇宙中各種物質的儲量與地球不在一

43、個量級，只小行星帶的資 源就是地球的數倍，且離地球最近的月球和臨近行星，尤其火星，這些行星也是未來人類跨出地球很重要的先期落腳點， 在充分分析不同行星土壤成分后，3D打印技術在未來極有可能最先打出殖民行星上的建筑。 除制造外，天基產業還有另外一個重要作用是工業組裝。雖然火箭的運載能力符合標準，但衛星尺寸往往“超標”，所以 一些衛星無法通過火箭完整發射，這就導致衛星在設計時，需要考慮各種結構件、天線和帆板框架在升空時必須是折疊狀 態，升空后再做復雜的展開動作，消耗能量、自動化系統復雜且可能增加了沒必要的展開裝置增加重量。因此，全球目前 已有技術實現了在軌組裝的空間站，這些地面組件依次升空后，可以

44、實現天基組裝。而且這類組裝空間站還可以輔助或者 完全勝任一些應急維修保障任務，這樣也會和第一步“繕”的戰略目標相互呼應，真正完成“天基4S店”的基礎設施。 天基制造成本回收測算=建站成本每千克平均制造價值 參數選取說明： 以美國最便宜的電子號火箭來計算，電子號火箭發射 價格600萬美元，運載能力在150-200KG，平均每千克 價值=600150=4萬美元28萬人民幣。 制造價值： 建站成本：根據官方報道，中國天宮空間站約耗資200億人民幣。 但天基制造工廠并不需要這么龐大的空間，取天宮空 間站的50%，即100億人民幣。 35.8噸相當于12顆星鏈衛星的重量，也就是說天基制造12顆小衛星或相

45、應的 元件即可收回成本。 成本回收： 100億28萬/千克35714千克35.8噸 21 2020.6 iResearch Inc. 移：宇宙永居狀態 來源：NASA，專家訪談，公開市場資料，根據艾瑞統計模型核算。 關于天基生態的設想都基于地球本位 以當下的視角審視，這一部分所帶動的產業鏈版塊和常規意義中的航天關系已經有所疏 遠，并且在目前在思考這一問題時，很容易將第三階段的問題與第一階段聯系起來，這樣 造成的結果是火箭技術將無法避免的成為每個時期的發展重點。但在第三階段，火箭運載 能力問題必然已經得到解決，所以產業鏈上得到帶動的，將是與太空生存和天基制造息息 相關的產業。在這一問題上，目前所

46、有的論證都處在絕對宏觀狀態下理論計算階段，這也 是為什么在這一階段產業鏈帶動的問題上，大眾和學界都會回歸基礎運力的問題上來。關 于這個問題本報告在最后一個章節中，也將詳細討論。 目前人類已知的所有小行星中，有諸如谷神星、愛神星等未來殖民和開采為目標的知名行 得到最大促進的產業鏈版塊 星，以這些行星本身礦產資源來看，排名前十的小行星總價值超過了1000萬億美元，再加上其殖民與地外生存價值實際上 想客觀評估已不太可能。我們選取了一些與地球最小軌道交叉距離較近的10顆小行星，由于這些小行星存在與地球“擦肩 而過”的可能性，所以理論上有觸達的機會。換言之，這些小行星資源在第一輪太空移民潮中，將成為首批開采目標。 名稱 最小軌道交叉距離 （天文單位） 總價值 （美元） 預期利潤 （美元） 行星資源 Asteroid 最可能觸達的小行星 Nereus0.00315347.1億13.9億鎳、鐵、鈷 Bennu0.0032236700億1850億鐵、氫、氨、氮 Didymos0.039777622.5億164.1億鎳、鐵、鈷 2011 UW 1580.002914 66.9億17.4億鉑、鎳、鐵、鈷 2002