> 数据图表一起讨论下2.2.2 液体火箭技术重点发展方向：液氧甲烷发动机、垂直起降回收和3D打印2025-3-32.2.2 液体火箭技术重点发展方向：液氧甲烷发动机、垂直起降回收和3D打印u 液体燃料类型趋势：液氧甲烷。液氧甲烷火箭发动机具有理论比冲高、冷却性能好、不易结焦积碳、后处理快速便捷等多种优势，适宜于作为可重复使用运载火箭的主动力，实现快速、可靠、低成本进出空间和大规模航天应用。各航天大国都在积极开展可重复使用液氧甲烷火箭发动机的工程研制，典型代表猛禽发动机、BE-4 发动机和普罗米修斯发动机，中国航天推进技术研究院和多家商业航天机构也正在进行液氧甲烷火箭发动机研制。表：火箭液体燃料对比液氧煤油2.74液氧液氢6液氧甲烷3.5混合比推进剂密度比冲/（106 kg·m−2·s−1）推力室理论比冲/s特点分析3.42.5612.797335目前的主流方案：理论比冲略低于其他两类，煤油的贮存方便且易获取，成本容易把控；煤油燃烧后会产生积碳，增加发动机的维护成本415.4需要在低温状态下贮存，且液氢本身占据空间大，导致火箭燃料箱与氧化剂箱的设计非常复杂，成本高昂，不适合商业航天345新兴方案：兼具相对较优的理论比冲和密度比冲，且使用维护和后处理快速简捷，适合作为高性能一级可重复使用主动力发动机u 重复使用是未来商业运载火箭低成本发展的重要方向。一枚运载火箭的硬件成本占每次发射总成本的80%以上，尤其是发动机占据了绝大部分成本。发动机能否实现重复使用，是决定火箭回收和降低发射成本的关键因素。回收火箭维护后重复使用可降低发射成本，以猎鹰-9运载火箭为例，全新火箭在一次使用情况下总成本为4500万美元，在复用情况下一子级不需额外投入，仅需投入二子级和整流罩等，因此随着复用次数增加，其总体平均成本逐渐降低。火箭可回收技术分为三种：垂直起降回收、升力式水平飞回、伞降回收。相比于其他回收形式，垂直起降回收对地面场地及保障要求更低、对火箭运载效率影响更小、火箭回收技术可行性更加可靠和稳定，商业应用价值更高，是当前火箭回收的最主流方式。表：截至2024年7月投入应用的重复使用火箭运载公司运载火箭名称维珍银河 (Virgin Galatic)太空船二号 (SpaceShipTwo)蓝色起源 (Blue Origin)新谢泼德号 (NewShepard)太空探索(Space X)猎鹰九号 (v1.2)复用频次2013年4月至2024年6月，共飞行20次 (不含无动力滑翔飞行)，涉及2架复用火箭飞机，损失1架、现存1架。同一产品飞行最小间隔27天，最大间隔683天,最多使用次数16次；任务最小间隔27天，最大间隔1252天；年最多飞行次数6次 (2023年)2015年4月至2024年5月，共飞行25次，涉及4枚复用火箭，损失2枚、现存2枚。同一产品飞行最小间隔53天，最大间隔502天，最多使用次数10次；任务最小间隔37天，最大间隔463天；年最多飞行次数6次(2021年)2015年12月22日至2024年6月11日，共飞行333次 (含9次9H飞行)，涉及63枚一级，实现复用的为42枚图：猎鹰九号一级使用次数统计图：复用情况下猎鹰-9运载火箭平均成本180200150发/量数品产100500复用初期降幅较大，当复用次数10次以上时降幅放缓万美元5,0004,5004,0003,5003,0002,5002,0001,5001,00050008457301-5次 6-10次 11-15次 16-21次使用数量/次使用2 次复用3 次复用4 次复用5 次复用6 次复用7 次复用8 次复用9 次1 次用复10 次用复11 次用复12 次用复13 次用复14 次用复15 次用复16 次用复17 次用复u 新技术趋势：3D打印。为降低火箭成本，火箭制造厂商尝试寻求新的技术路径，而3D打印技术正逐渐应用于火箭发动机生产中，较大程度降低了发动机的生产成本、缩短了研制周期。表：国内外3D打印在火箭发动机上的应用案例公司名称 3D打印应用案例OrbexRelativity SpaceSpaceX深蓝航天星河动力2019年采用3D打印技术打印了一台火箭发动机，重量减轻了30%，效率比同类发动机提高了20%；与传统数控加工技术相比，节省了90%的周转时间和50%的加工费第一家应用3D打印技术整体打印火箭的公司。通过采用3D打印技术，火箭的零件数量由十万多个减少到低于1000个；制造周期由24个月缩短为2个月；迭代周期由48个月减少到6个月Raptor系列发动机包括许多3D打印零件，如推进剂阀体、涡轮泵零件和喷射器系统的零件；先进金属3D打印工艺使得Raptor 3相较于Raptor 2减重7%，推力高出了21%雷霆-5发动机全机85%重量的零件都由3D打印技术制作，实现了尺寸和性能一致性好、整体生产效率高、综合总成本低的优势，并提高了产品的集成化，将原来需要多个机加工零件焊接而成的点火器浓缩为一个，且缩短了打印周期，仅需一周左右“智神星一号”苍穹发动机涡轮泵3D打印件重量占比约65%，3D打印方案较传统方案效率提高约5%；推力室3D打印占比约30%，阀门壳体类零件3D打印占比约90%资料来源：《大推力液氧甲烷火箭发动机技术研究进展》（谭永华）、北京科技报、锡创投公众号、《国内商业航天对航班化重复使用运载火箭的探索实践》（彭小波等）、《猎鹰-9运载火箭发射成本研究》（朱雄峰等）、《3D打印技术发展趋势及其在商业航天上的应用》（田彩兰等）、3D科学谷、中国3D打印网、华曙高科官网、国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明 35国海证券综合其他
