大国重器专题:无人机产业打造国防军工新一极

大国重器专题:无人机产业打造国防军工新一极
2022年08月26日 21:22 清风108

内容摘自:《大国重器专题:无人机产业打造国防军工新一极》

正文部分

1. 无人机正成为现代制空的作战主体

1.1 无人机发展历程:从“战场配角”到“作战主体”

在过去的100年里,无人机战场地位也逐渐从“战场配角”发展成遂行更多作战任务的“作战主体”,其发展历史大致分为起步阶段、使用阶段、发展阶段三个阶段。

20世纪初~20世纪50年代拉开了无人机作战的序幕。1914年“无人机”概念被首次提出,1927年成功研制出世界上第一架无人驾驶飞机。但由于当时空气动力学、轻型发动机和无线电技术发展尚不成熟,无人机功能较为单一,和战场的适配性不强,主要作为靶机使用。

20世纪20~60年代,无人机在军事战场的实用性提升。随着自主控制,自主导航等技术的不断成熟,军用无人机得以在战场上执行侦察监视、目标观测等多功能任务,在军事战场的应用日益增多。20世纪50年代,美国诞生了第一架无人侦查机,并在1955年越南战争中得到应用,军用无人机首次从日常训练扩展到实战中。

20世纪80年代至今,无人机综合集成化、高度智能化、向隐身、高空、高速、长航时发展,在局部战争中得到了全面应用。20世纪90年代后,无人机除担当全天候的实时情报侦查、通信中继等任务外,还兼具自主攻击等功能。如美军在海湾战争、阿富汗战争、伊拉克战争期间、“指针”、“先锋”、“捕食者”等无人机多次对地面目标实施打击并大获成功,无人机开始被作为一种可以直接进行对抗攻击的武器被应用到了战场中。

1.2 海外:美国领先,其余国家各有所长

目前全球军用无人机种类繁多,其功能、尺寸、重量不尽相同。其中以美国、中国、土耳其、伊朗、以色列等国的军用无人机技术最为先进,广泛服役于各国国防军队体系。

美国作为头号军事强国,无人机技术领先。侦察无人机方面,美军RQ-4“全球鹰”无人机是目前世界上飞行时间最长、距离最远、高度最高的无人机;攻击机方面,X-47B拥在B-2隐形轰炸机的基础上进行改良,体积更为小巧,实现了航母起降;察打一体方面,2001年生产的MQ-9“死神”的各项指标已遥遥领先世界其他各国,最新复仇者-ER无人机改用喷气式发动机,其速度、航程等指标进一步升级。

土耳其借中东动荡局势,无人机产业悄然兴起。土耳其陆、海、空军及宪兵部队均拥有不同级别和型号的无人机,尤其是中型和重型无人机在全球范围内具备竞争力,如俄乌冲突期间,乌克兰军队使用土耳其的Bayractar TB-2攻击无人机成功摧毁了俄军的防空系统,造成俄罗斯军事人员和设备损失。

伊朗在战场上搜集美国无人机先进技术弯道超车。20世纪80年代,伊朗在美国的援助下,航空工业突飞猛进,生产除Tallash-1、Mohajer-1等型号无人机。21世纪初由于美国介入中东战局,部分无人机残骸被伊朗获取,此后伊朗通过电子战手段捕获美国RQ-170无人机及MQ-9无人机,其无人机技术更上一层楼。

以色列无人机技术发达,在全球无人机市场地位举足轻重。由于地缘政治因素,以色列向来重视国防安全建设。20世纪80年代起,以色列政府对国内的研发资源进行整合,进一步增强了无人机的研发力量。

1.3 中国:从“引进来”到“走出去”

我国的军用无人机最初依靠对苏联的进口,1956年中国向苏联进口了Ла-17К型无线电遥控无人靶机,用于部队训练和新型装备的研制。但随着中苏关系恶化,我国无人机开始了自主研发进程。20世纪60年代末,出于国防建设和科学研究的需要,国家下达研制国产无人机的命令。

最初我国军用无人机以仿制为主。1969年,以Ла-17К为参照的“长空一号”首飞成功;1972年,根据击落的美制BQM-147H无人侦察机,仿制出了“无侦5型”无人机,二者分别于1978、1980年定型并装备部队。

20世纪末,中国无人机发展提速,ASN系列为其中代表,该时期中国生产的各种型别的无人机,基本上满足了国内军需民用,并且逐步走向国际市场。21世纪以来,随着翔龙无人侦察机、翼龙中型察打一体无人机、彩虹大型察打一体无人机、攻击隐身攻击无人机等相继出口和列装,我国的军用无人机在技术性能上,达到了与国外同类武器平起平坐的水准,同时在全球无人机贸易市场中亦占据一席之地。

1.4 中国军用无人机市场未来规模预测

根据前瞻研究预测,无人机全球市场稳步提升,2025年国内市场规模有望突破500亿元。根据中无人机招股说明书:蒂尔集团预测2019年-2028年全球军用无人机年产值年复合增长率约5.36%,预计2028年达到147.98亿美元。我国军用无人机具有性价比优势,中东地区和亚太地区是我国主要出口国。2000-2020年中国无人机在全球军贸市场份额达到17%,位列第三,合计出口394架。从细分类型来看,“翼龙”、“彩虹”系列无人机仍是热销产品,合计出口366架,占国产无人机总出口量的92%。

我国国防预算稳定增长,结构上向装备采购费倾斜。我国国防军费在GDP中的占比与美国等军事强国相比处于低位,中美军用无人机品类和规模上仍有较大差距。根据航天彩虹披露信息,2023年我国军用无人机市场规模有望达到350亿元,预计2025年市场规模突破500亿元,年均复合增长率达到23%。

1.5 无人机性能提升,向体系化、智能化发展

人工智能、飞控导航、网络通信等技术的发展,使无人机能够执行更多任务,除了在性能上强调更快飞行速度、更大载重、更长续航时间外,还先后发展出低成本可消耗无人机、无人僚机、无人加油机、空射无人机等多种新质装备,衍生出有人无人协同、无人机蜂群等新型概念,使无人机装备运用形式不断拓展,加速推动无人化智能化战争时代到来。

1.5.1.性能:更快、更远、更隐蔽、更全面

从美军MQ-1、MQ-9、复仇者-ER三代察打一体无人机看,动力系统全面升级,由涡轮增压发动机升级至喷气式发动机,相应性能参数亦大幅提升,最大速度由220km/h提升至740km/h,最大航程由3704km提升至13000km。此外,最初的MQ-1无人机未配备隐身系统,而复仇者-ER采用了隐身设计,在战场中的功能性明显提升。

1.5.2.人机协同增强,无人僚机、无人机蜂群或颠覆未来作战模式

无人僚机成为美军重要战略部署。无人僚机是可与载人作战飞机密集编队、高效协同、遂行制空作战、防空压制、空中护航等作战任务的无人机系统,其主要优势一方面在于低成本,造价仅几百万美元到数千万美元,且可以解决有人机服役规模有限、飞机老龄化等问题;另一方面在于操作便捷,无人僚机可从战场前线的分散地点进行发射和回收,不受机场使用限制,极大提高快速部署能力和突防能力。

美军战略与预算评估中心发布的《美空军未来战斗空中力量的五大优先事项》提出了多种无人机与有人机协同运用概念,其中包括携带空空导弹和激光武器的无人僚机与战斗机协同,为预警机和大型加油机提供空中护航;无人僚机与战斗机编组进入强对抗环境,执行进攻性和防御性制空作战任务等。

无人机蜂群进入项目验证阶段。近年来军事智能化快速发展、武器装备成本增加、战场环境愈发恶劣等因素影响,美军先后提出多种无人机“蜂群”作战概念,其核心理念是将不同功能的无人机通过网络化协同,形成战场中传感器和打击武器的数量优势,并利用该优势消耗敌防空弹药,瘫痪敌防空体系,迫使敌无力招架,进而执行渗透侦察、诱骗干扰、饱和攻击、有/无人协同作战等作战任务。当前已有多个项目进入全面验证阶段。

有人机与无人机混合编队协同作战,有望成为未来空战重要形式。在该模式中,有人机是中央指挥,而无人机直接接受有人机的指挥和控制,并进行战场态势感知、目标打击等。有人机和无人机二者优势互补,充分发挥最大综合效能,既提高了有人机的生存能力又延伸了无人机的探测距离范围和攻击距离。

1.5.3.重型无人机或为战场“大杀器”

中美俄重型无人机争锋激烈。重型无人机具备载弹量多,防御能力强的优势,且具备一定抗干扰能力,能够有效应对体系完备、强大严密的防空力量。同时重型无人机滞空时间长,作战半径大,能为军队提供长程打击和完成侦察任务的能力。当前中国、美国、俄罗斯均大力发展重型无人机,我国攻击-11重型无人机于2019年国庆阅兵首次亮相,未来有望在我军中承担制空突击、压制防空等作战任务。

例如苏-57和S-70“猎人”的协同组合在空中形成有效攻防领域,侦察警戒可以覆盖数千公里,可以利用导弹对潜在敌人的重要设施实施高精度打击。这种有人-无人密切协同的智能化无人作战系统克服了人类固有的生理限制,突破了现有的空战方式,为未来战争完成高难度任务提供了可能。

2. 无人机在近20年的现代战争中加速应用

2.1 伊拉克和阿富汗战争中的美国无人机应用

在2003年的伊拉克战争(第二次海湾战争)中,美空军使用全球鹰提供的目标图像情报累计摧毁了伊拉克13个地空导弹连、50个地空导弹发射架、70辆地空导弹运输车、300个地空导弹箱和300辆坦克。被摧毁的坦克占伊拉克已知坦克总数的38%。

阿富汗战争则是无人机大规模使用的地开始。由于阿富汗多山地峡谷,地面部队很难展开,对纵横的沟壑进行搜索面临诸多难题。随着无人机的可靠性和适应性越来越高,在阿富汗战争初期,美军无人机主要负责为地面小分队提供周边侦查和预警,同时承担日常巡逻任务。随着战争的发展,美军开始开发出“察打一体”无人机。美军刚发动阿富汗战争时,美军总共只有约16架“捕食者”无人机,到2018年美军驻阿富汗部队已经装备了多达360架“捕食者”。

2.2 俄乌冲突爆发以来无人机的巨大战略作用

2022年2月以来,俄乌冲突已经进入了第6个月份。整个事件爆发可以分为:

1、2022.2.24-2022.3.1全面冲突爆发时期,战事在南部、东南部、北部同时开始,北部基辅争夺战最为激烈,但俄军后勤补给出现不足。

2、2022.3.1-2022.3.31和平谈判边打边谈时期,基辅区域俄军逐步回撤。

3、2022.4.1-2022.4.17 双方在东南部马里乌波尔成为集中争夺点。

4、2022.4.18至今顿巴斯决战成为焦点。从顿巴斯到哈尔科夫500多公里的战线上全面开始作战,在4-6月战事中乌克兰逐渐下风。俄军已经控制顿涅茨克和卢甘斯克大部分地区。

从2022年7月至今,战线陷入僵局,没有任何一方能在本年内达成战略目标。一方面海马斯火箭系统等先进武器配合无人机大量侦察的支持,使得乌克兰远距精准打击能力出现质的飞跃,另一方面面临着宽广的战线和占领区,俄罗斯每次集结兵力都被乌克兰快速侦测并应对,难以形成突破。

俄军首轮作战以空中、空降突击作战样式为主,楔入要地以夺控机场,试图通过闪电战的方式快速获取优势,因而未大规模使用无人机参与作战。冲突持续一周后,美国及其北约盟国不断向乌克兰输送武器,战争局势转向持久战,

俄罗斯在无人机上的落后主要体现在缺乏制造半导体元器件和先进传感器,同时缺乏适合的无人机使用的发动机。在西方制裁和禁运越发严格的情况下,俄罗斯无法大量生产无人机,乃至开始求助伊朗无人机生产线来进行补充装备。

乌军在冲突开始后未获得制空权,且在俄军的火力打击下空战力量损失严重,故在冲突爆发伊始就将无人机作为空袭作战的主力,主要依靠“旗手”TB2察打一体无人机较低的雷达探测性实施低空突防,在俄军野战防空系统拦截距离外发射精确制导弹药,对俄军燃油车、地面输油装置、弹药补给车等后勤保障节点实施打击,从而减缓其进攻节奏。

2.3 局部冲突中的无人机应用(叙利亚、阿塞拜疆、也门小规模战争)

自2011年3月叙利亚危机爆发后,在地区大国以及以大国的干预下,叙利亚局势从示威游行到武装冲突,从“叙利亚自由军”出现到“伊斯兰国”异军突起,并最终形成叙政府军、反对派武装、极端组织武装等多方混战,此外俄罗斯、美国、以色列、土耳其等国家长期参与到此场冲突。

在叙利亚长期纷争之中,参战各方都大量使用了无人机进行作战。在打击伊斯兰国(ISIS) 的行动中,美空军使用MQ-9“死神”无人机后,美军在当地的友军——利比亚民族和解政府武装力量的伤亡大幅度下降至使用之前的四分之一,该无人机在利比亚70%的打击行动属于近距空中支援。俄军的各型无人机在叙利亚战场上被用于侦察、校准炮火以及发动攻击。土军就对叙利亚政府军执行任务的“利器”主要是空军“安卡-S”型长航时无人机和“巴拉克塔TB-2”察打一体无人机。

同时无人机蜂群系统在面对强大防空力量时,往往难以发挥效用。例如2018年1月6日驻叙利亚境内的俄军防空系统发现13个小型的空中目标接近俄罗斯军事设施,俄军无线电技术部队成功控制了6架无人机。其中3架被降落在基地外的地面,另外3架则在降落期间坠毁,其余7架全部被昼夜执勤的铠甲-S型防空导弹系统击落。

苏联解体后,阿塞拜疆和亚美尼亚两国因纳卡地区归属问题爆发战争。1994年,双方虽就全面停火达成协议,但一直因纳卡问题处于敌对状态,武装冲突时有发生。2020年9月,两国因纳卡问题爆发新一轮冲突,这是一场快速而又剧烈的地面冲突。在阿塞拜疆与亚美尼亚的战场上,无人机的战力得到了充分的展现,将得到各国进一步的看重。

战前,阿塞拜疆从土耳其、以色列购入大量无人机。主要有TB-2察打一体无人机、“赫尔墨斯”长程侦察无人机、“哈洛普”自杀无人机、“搜索者”中程侦察无人机、“人造卫星”短程侦察无人机和阿塞拜疆改装的安-2无人机等,获得极强战场优势,最终创造了敌方五倍于己方的战损;而亚美尼亚仅有4架苏30SM战机,装备的防空系统S-300PT对于拦截低空飞行的小目标也并不擅长。相比于亚美尼亚来说,很多发展中国家的空中力量和防空系统更加弱小,对于小型的无人机也没有很好的防御办法。

2015年3月26日,以沙特为首的阿拉伯十国出动了100架战机、15万大军对也门胡塞武装展开了代号为“决心风暴”的军事行动。经过7年时间阿拉伯联军没有把也门胡塞武装彻底消灭,也门胡塞武装控制着人口众多的也门首都萨那及北方大片地区,政府军控制着部分南方省份及一小部分北部地区。伊朗是中东地区最大的伊斯兰什叶派国家,胡塞武装收到来自伊朗的装备和技术援助,其无人机远程打击能力也突飞猛进。

也门胡塞武装在面对阿联酋、沙特等联军,通过无人机持续进行远程打击:胡塞武装武装无人机虽然是手工制作的,但航程也达到了上千公里。例如“萨马德”-3无人机的航程约为1500公里,相当于从阿布扎比到也门首都萨那的距离。胡塞武装还以沙特阿拉伯重要枢纽为目标,大量使用无人机袭击石油设施和机场,在力量极其劣势情况下保持着极强远程打击能力。

3. 无人机飞行平台产业链

无人机制造产业链分布面广、涉及领域多,上游为原材料及结构件,中游为动力装置和分系统,下游为整机制造。从竞争格局来看:1)上游:高端原材料产品需求旺盛,竞争格局稳定,而结构件加工行业壁垒低,竞争激烈;2)中游:动力系统、地面系统、飞控导航系统等单位,产品附加值较高;3)下游:整机制造商位于产业链核心位置,大型军工国企或高校处于垄断地位,主导产业链竞争。

3.1 无人机动力系统

航空发动机从结构上可分为活塞式与涡轮式,根据续航时间、飞行高度、起飞重量等因素选择不同类型的发动机进行装配。早期的飞机及直升机几乎全部使用活塞式发动机,其工作原理是指活塞承载燃气压力,在气缸中进行反复运动,并依据连杆将这种运动转变为曲轴的旋转活动。活塞式由于功率限制,只适用于低速飞行,目前适用于低速、中低空的轻型侦查无人机。

20 世纪 40 年代以来,涡轮发动机开始成为现代飞机与直升机的主要动力。航空用涡轮式发动机主要包括涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机,不同的设计速度与油耗特性差异决定了各自应用场景:

1)涡喷发动机:高速度+高油耗,已逐步被涡扇发动机替代,主要用于部分尚未退役的军用二代战机;2)涡扇发动机:高速度+中等油耗,是现在大多数客机及军机的主要动力类型;3)涡桨发动机:油耗低、推力大,但飞行速度受限,多用于低速运输机、轻型飞机及加油机等;4)涡轴发动机:功率大、易起动,主要用作直升机的动力。

涡扇发动机推进效率较高,是当前主流发展方向。涡扇发动机的动力来源于风扇推力(主要来源)+高温高压气体向外喷出,推进效率较高,但比涡喷发动机拥有更低的油耗。从结构上来看,涡喷发动机由压气机、燃烧室和涡轮组成,而涡扇发动机由风扇、 外涵道、压气机、燃烧室和涡轮组成,涡扇发动机相当于是涡喷发动机加上风扇及其外涵道的部分。根据推进效率的计算公式,当出口速度无限趋近进口速度的时候,推进效率无限趋近于 100%,涡扇发动机具有的风扇和外涵道结构可以使发动机的出口速度减低,并利用这部分动能使外涵空气加速,因此涡扇发动机具有更高的推进效率,耗油率一般为涡喷发动机的 67%。

从无人机在军事领域的应用趋势出发,活塞发动机对于无人机性能的局限性较大,而推力更大、耗油率低、高空性能好的涡扇发动机有望在无人机动力装置中将占有越来越重要的地位。现代无人机在军事领域中承担高强度的作战任务,应具备更加优良的飞行性能,如更快的飞行速度、更高的使用升限、更长的制空时长等,以确保无人机能够快速到达和脱离战区,躲避敌方防空武器的威胁;此外,察打一体无人机正逐步强化隐身能力,确保自身的低可探测性。

受限于国外的技术出口限制,中国无人机用涡轮发动机技术在2018年以前仍基本处于空白区。2018年,AEF50E涡扇发动机、AEP50E涡桨发动机、AEF20E涡喷发动机等3款可用于无人机的发动机首次亮相,标志着国产小型涡轮式发动机发展步入快车道。目前国产新一代无人机均以配备中小型涡扇发动机,其中WJ700猎鹰采用国产1吨级涡扇发动机,在3500公斤的最大起飞重量下,最大行驶速度为700公里/小时,综合性能可以媲美甚至是超越美军的MQ-9B无人机。

3.1.1. 航发动力(600893.SH):军用航空发动机龙头企业

航发动力是国内唯一能够研制涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、活塞等全谱系军用航空发动机的企业,是中国航发旗下航空动力整体上市唯一平台。在国际上,公司是能够自主研制航空发动机产品的少数企业之一。航发动力主要业务分为三类:航空发动机及衍生产品业务、外贸出口转包业务、非航空产品及其他业务。主要产品和服务有航空发动机及燃气轮机整机、部件,维修保障服务以及航空发动机零部件出口转包等。公司产品用于为航空器、舰船提供动力。

国际民用航空市场窄体客机用大型涡扇发动机已发展了四代,宽体客机用大型涡扇发动机发展了三代,民用大功率涡桨发动机、民用涡轴发动机已经发展了四代,耗油率不断降低、首翻期不断延长,产品经济性不断提高。国内民用航空市场空间巨大,随着我国经济的持续增长以及现有城市规模的扩大与新城市群的产生,预计到2030年,我国将成为世界第一大单一国家航空运输市场。航发动力于2021年10月20日声称公司下属子公司有参与无人机发动机的研发制造。

公司2021年制造业收入3,348,793.42万元,同比增长20.35%,主要是客户需求增加,产品交付增加,毛利率下降主要是产品结构调整,新产品占比增加;非航空服务业收入17,727.90万元,同比减少59.66%,主要是工贸型子公司材料销售收入减少。

3.1.2. 航宇科技(688239.SH):国内航空发动机环形锻件的主要厂商

航宇科技是一家主要从事航空难变形金属材料环形锻件研发、生产和销售的高新技术企业,产品主要应用于先进军用航空发动机、国内外新一代商用航空发动机,主要产品为航空发动机环形锻件。公司产品亦应用于航天火箭发动机、导弹、舰载燃机、工业燃气轮机、核电装备等高端装备领域。公司是为新一代窄体客机发动机LEAP 生产高压涡轮机匣锻件的企业之一,也是取得授权制造LEAP 发动机风扇机匣锻件的企业之一。公司参与了我国多个预研和在研型号航空发动机环形锻件的同步研制,包括新一代军用航空发动机、长江系列国产商用航空发动机。目前,航宇科技核心技术产品应用于新一代军用航空发动机、长江系列国产商用航空发动机、世界推力最大的商用航空发动机 GE9X 、窄体客机领域应用最为广泛的 LEAP 发动机等国内外先进航空发动机。

2021年年度,航宇科技下游航空、航天、燃气轮机和能源装备领域市场呈现良好景气度,客户需求增加,同时也受益于公司既往年度对各市场领域的持续开发和深耕、已参与的客户产品型号产业化不断推进。2021年公司营业规模持续增长,营业收入较2020年增长43.11%。

3.1.3. 中航重机(600765.SH):航空锻造件龙头

中航重机重点聚焦军工行业,在航空锻造领域具龙头地位。中航重机为中国航空工业集团旗下第一家上市公司。公司锻造业务是公司第一大收入来源(占比73.24%),聚焦于航空飞机及发动机所需的锻件产品,在飞机和发动机锻件两个领域并重,产品品类齐全。

中航重机在航空锻造产品的研制生产方面积累了雄厚的技术实力。在整体模锻件、特大型钛合金锻件、难变形高温合金锻件、环形锻件精密轧制、等温精锻件、理化检测等方面的技术居国内领先水平,拥有多项专利;在高技术含量的航空材料(如各种 高温合金、钛合金、特种钢、铝合金和高性能复合材料)应用工艺研究方面,居行业领先水平。

中航重机分别于 2018 年和2021 年两次实施定增,募资共计约32 亿元,募投项目以锻造为核心,建设完成后将增强公司在军民用飞机大型锻件领域的科研生产能力,并扩充公司的高端产能。

中航重机2021年实现营业收入89.90亿元,规模显著超过其他同业公司。同时,中航重机第二大业务液压环控业务(占比22.88%)中的液压产品主要是高压柱塞泵及马达,下游客户集中在航空航天等军工领域;环控业务主要产品是航空热交换器,为各种军用/民用飞机、发动机配套。

3.1.4. 宗申动力(001696.SZ):无人机活塞发动机关键提供商

宗申动力是国内专业化小型热动力机械产品制造基地之一,公司坚持外延式发展战略,重点加大了在“航空动力、新能源、高端零部件”等产业的拓展力度。公司控股子公司重庆宗申航空发动机制造有限公司(简称“宗申航发公司”)是公司重要的资本运作平台和战略转型业务平台。

宗申航发公司产品以200HP以下航空活塞发动机为主,可适用于国内外军、民用无人机及轻型通航飞机市场。

C115HT发动机、C145HT发动机、航空变距螺旋桨等产品已在多型无人机和多款自旋翼有人机上使用,填补了国产航空活塞发动机空白。目前,宗申航发公司已成功研发小型重油航空活塞发动机,自主研发的电动变距桨可广泛应用于军用无人机及通航轻型飞机,已在多款无人机上完成产品验证。

现宗申航发公司正以“做中国领先的无人机及通航动力系统服务商”为发展目标,积极完善产品谱系、质量控制体系和构建正向研发能力,快速拓展业务领域,利用资本市场平台促进宗申航发公司销售收入和企业价值的快速增长。

2021年全年,公司营收93.64亿元,同比增长19.32%,归母净利润4.81亿元,同比下降18.24%;2022年一季度,公司营收22.97亿,归母净利润1.05亿,营收继续保持增长。

3.1.5. 爱乐达(300696.SZ):航空零部件核心供应商

爱乐达立足航空制造领域,主要从事飞机零部件及发动机零件的生产。成立十余年来,累积参与了20多种型号涉及5000余项航空零部件的配套研制及生产,积累了丰富的精密加工经验,并形成了一批广泛应用于公司主营业务的核心技术和专利。以生产经营和客户要求为主线,从产品的工艺研发、生产制造、质量管控、售后服务等环节,有效组织,产品良品率达到99.5%以上。

爱乐达围绕航空零部件全流程开展业务,2021年公司在继续夯实航空零件数控精密加工、特种工艺独有优势基础上,着力建设航空部件装配和机体装配全流程管理能力。

以无人机大部件装配为基础,除完成其复杂中心段部件装配外,完成机身段整体交付,推进从“原材料—数控精密加工—特种工艺—机身和机体装配”全流程供应链管理能力建设。2021年该项目顺利完成产付,实现了全流程的产业升级。目前产品涉及中航工业下属企业的多种机型,以及中国商飞C919/ARJ21 ,波音B737/B747-8/B767/B787-9、空客A320/A340/A350、以色列G280公务机等机型。

爱乐达坚持客户需求为中心,加强市场拓展能力建设。一方面,持续加强和巩固现有客户合作,深化客户需求,延展业务链条。另一方面,强化无人机、民机、航空发动机以及航天各板块业务,以及国内与国际客户的拓展,为后续新增产能储备市场订单基础。

2021年全年,公司营收6.14亿元,同比增长102.12%,归母净利润2.55亿元,同比增长86.47%;2022年一季度,公司营收1.77亿,同比增长63.10%归母净利润0.66亿,同比增长40.95%,继续保持营收利润双增长。

3.2 无人机整机制造

军用无人机整机生产由航天集团等军工国企主导,部分民参军企业协同参与。在中大型长航时无人机制造领域,中无人机和航天彩虹的无人机业务均处于国内领先地位,在军贸市场及国内市场均拥有一定的客户,且已形成品牌效应;在中小型无人机制造领域,航天电子背靠航天工业集团具备技术优势和渠道优势。民参军企业主要为军工科研单位提供各类武器装备配套产品及服务。

3.2.1. 中无人机(688297.SH):国内大型固定翼无人机翘楚

中无人机是专注于大型固定翼长航时无人机系统成体系、多场景、全寿命的整体解决方案提供商,主要从事无人机系统的设计研发、生产制造、销售和服务,是目前国内大型固定翼长航时无人机系统的领军企业。公司主要产品为翼龙系列无人机系统,由无人机平台、地面站、任务载荷及综合保障系统组成。产品包括翼龙-1、翼龙-1D、翼龙-2等,具备长航时、全自主多种控制模式、多种复合侦察手段、多种载荷武器集成、精确侦察与打击能力和全面灵活的支持保障能力。

外贸领域,翼龙系列无人机系统已出口“一带一路”沿线多个国家。根据斯德哥尔摩国际和平研究所(SIPRI)统计,2010年至2020年间,翼龙系列无人机军贸出口订单累计数量位列国内第一,另据2021年5月美国航空周刊(AVIATION WEEK)报道,翼龙系列无人机在全球察打一体无人机中市占率位居全球第二,是我国军贸无人机出口的主力机型。而在国内市场中,无人机系统主要主要应用于军用系统领域,将支撑一流军队建设、强军首责作为公司发展的主要方向,公司翼龙-2无人机系统实现了无人机空空打击、对海上移动目标实弹打击等突破。未来公司将立足全球高端无人机市场,拓展“翼龙”核心品牌,引领行业技术发展,发挥无人机产业链“链长”企业的主导作用,构建高端无人机产业生态圈,形成全体系全寿命全场景整体解决方案能力,成为国内领先、世界一流的无人机专业化公司。

2021年全年,公司营收24.76亿元,同比增长103.41%,归母净利润2.96亿元,同比增长79.29%;2022年一季度,公司营收8.56亿,归母净利润1.35亿,继续保持营收利润双增长。公司主营业务为无人机系统产品销售及提供相关无人机技术服务,报告期内公司主营业务突出,占营业收入的比重均在 99.90%以上。

3.2.2. 航天彩虹(002389.SZ):国内无人机发展核心力量

航天彩虹是中国航天科技集团有限公司第十一研究院控股的上市公司,成立于2001年11月,原名为浙江南洋科技股份有限公司,主营业务为新材料的研发、生产与销售。2017年12月完成重大资产重组,成为我国证券市场军用无人机第一股,目前拥有特种飞行器和新材料两大主业。

航天彩虹的主营业务包括无人机和新材料两大业务板块,其中:无人机业务主要分为整机产品和应用服务;新材料业务分为电容器薄膜、太阳能电池背材膜、光学膜、锂离子电池隔膜几大业务板块。无人机主业依托十一院空气动力技术传统优势,经过二十余年创新发展,形成“高、中、低”空相结合,“远、中、近”程相衔接的无人机产品体系。新材料主业致力于高科技膜领域的工艺技术创新和新产品研发,为客户提供高品质产品与高质量服务,产品涵盖功能聚酯薄膜、光学膜两大门类,确立了国内新材料行业领跑者地位,打破了国外材料巨头公司几十年的垄断经营,目前各类膜产品品质优异,质量处于世界先进水平,在民用领域广泛应用。

航天彩虹建立了完善的的研究体系,技术创新实力雄厚,且研发工作与工程实际“紧耦合”,产品紧跟用户体验不断更新迭代,重视创新性、实用性、系统性。截至2021年9月底,航天彩虹及子公司彩虹公司、神飞公司共拥有发明专利约48项。目前在研产品主要为瞄准未来作战场景和用户实际需求开展的型号研制,包括彩虹-6大型双发高速多用途无人机、彩虹-7隐身无人机、彩虹-10无人倾转旋翼机、彩虹-101无人自转旋翼机、彩虹-817微型攻击无人机、智能集群无人机系统以及巡飞弹等具有国际领先水平、填补国内空白的系统。

2021年全年,公司营收29.14亿元,同比下滑2.49%,归母净利润2.28亿元,同比下滑79.29%,无人机及相关产品实现营收11.18亿元,同比增长5.15%。公司2021年业绩下滑主要原因为无人机出口受疫情影响。

据2018年新浪网报道,伊拉克陆军航空部队目前正在使用中国产彩虹-4无人机,已经针对IS恐怖组织的重要目标进行了260余次打击。近年公司无人机产品在海外实战中的优秀表现以及国内武器设备研发中取得重大突破,随着疫情形势好转,公司2022年一季度营收7.24亿,同比增长46.08%,归母净利润0.35亿,同比增长82.34%,业绩迎来向上拐点。

3.2.3. 航天电子(600879.SH):国产航天电子配套龙头厂商

航天电子是中国航天科技集团有限公司旗下从事航天电子专业产品研发与生产销售的高科技上市公司。前身为武汉电缆(集团)股份有限公司,1995 年上市,主营业务为电线、电缆生产。1999 年 9 月,中国运载火箭技术研究院通过承接转让股权成为公司第一大股东。并于同年 11 月及 2000 年 12 月与公司电缆类资产进行了两次资产置换,基本完成向航天高科技产业转型。

目前航天电子主要从事军用电子专用产品、电线电缆产品研发与生产销售,业务涉及无人装备、物联网、惯性导航、遥测遥控、集成电路、机电组件、电线电缆等七大板块。主要业务可以分为航天军用以及民用两大类,其中2021年航天军用业务占比为74.03%,民用业务占比为25.97%。主要产品包括军民用无人机系统、精确制导武器系统;测控通信系统、遥感信息系统、卫星应用等系统级产品;军民用惯性导航产品、卫星导航产品、遥测遥控设备、精确制导与电子对抗设备、计算机技术及软硬件等专业设备;军民用集成电路、传感器、继电器、电连接器、微波器件、精密机电产品;民用电线电缆及军用特种电缆等产品;智慧城市、智慧政务、智慧农业等系统解决方案。

公司无人装备系统业务方面的子公司中,无人机子公司航天飞鸿主营收入为7.80亿元,同比下降10.99%,净利润为0.58亿元,同比增长3.17%,其原因可能与公司无人机型号产品结构与收入确认节奏有所变化所致。净利率7.42%,远大于航天电子整体净利率3.72%。值得注意的是,2021年,航天飞鸿的研发费用率高达8.45%,结合公司在2021年的珠海航展上首次向社会发布“飞鸿”无人机品牌,可以判断公司的无人装备系统业务仍然处于高研发投入的快速成长期。

在“十四五”开局之年,航天电子生产的飞鸿98大商载无人运输系统圆满完成国家民航局批复的从陕西至宁夏航线的首次飞行任务,充分验证了飞鸿98无人运输系统实际运营任务执行能力,并获得阶段型号设计/生产许可,为飞鸿98大商载无人运输系统产业化生产和销售创造了条件;公司抓总研制的人工影响天气探测作业无人机系统取得重要进展,精细化立体探测先进技术将在人工增雨、森林防火、生态治理、应急救灾、卫星定标等多领域发挥重要的应用价值;激光雷达围绕气象、海洋、测绘等方向,打造了空天地多平台的多谱系产品,在气象应急保障、应急救灾、人工影响天气等领域,取得了可喜的成果,获得了多个专项支持;“中国航天科技集团有限公司智能无人系统总体技术研发中心”获集团公司批复并进入试运行阶段。

2021年全年,公司营收159.89亿元,同比增长14.14%,归母净利润5.49亿元,同比增长14.79%;2022年一季度,公司营收36.85亿,归母净利润1.66亿,继续保持营收利润双增长。

3.2.4. 腾盾股份:高端无人机飞行器服务商

腾盾股份主要从事以高端无人飞行器为代表的智能装备的全寿命期运维、全价值链经营和全产业链发展。腾盾股份主要拥有TA-扑天雕多用途长航时无人机系统、TB-双尾蝎多用途空中长航时无人机系统、HA-没羽箭多用途无人直升机系统及HB-小李广无人直升机系统等。

腾盾科创已建立起完整的智能飞行器研制体系,涵盖无人机系统设计、制造、试验、试飞、综保和运维等11大领域77个专业,并汇聚了行业顶尖和高端人才百余名,其中获国家级科技进步奖项专家8名、获省部级科技进步奖项专家20余名,高级以上职称专业人才60余名,专业设置齐全、人才结构合理。截至2021年9月底腾盾股份及子公司共拥有发明专利约22项。

3.2.5. 天宇长鹰:无人机研发中坚力量

天宇长鹰曾为长鹰信质的子公司,是一家专业从事无人机系统及相关配套系统的研发、制造、销售及服务的高新技术企业。天宇长鹰主要业务为专业级无人机,其中长鹰无人机是国内海军最早装备的无人侦察机产品,在研型号也是国内和国际军方强需求产品;天宇长鹰产品分为军品和外贸两部分。军用无人机主要为BZK-005系列,主要用于部队中远程侦察任务,目前,产品已经列装海军、空军、战略支援部队多年,有效满足了部队作战训练需要,在2015年“九三阅兵”上还接受了检阅。民用无人机主要有长鹰系列,可广泛用于中高空勘测、电力巡线、环境监测、防灾植保等方面,目前正在逐步拓展外贸市场;科技创新是公司持续发展的基石和动力。天宇长鹰专注无人机技术多年,截至2021年9月底,长鹰天宇共拥有发明专利约49项,产品具备较高的稳定性、可靠性、平台更加成熟。特别是无人机测绘功能需要较好的稳定性来实现,这是优于其他竞争对手的显著优势。

天宇长鹰的核心研发团队承接了原北航无人机所的全部研发人员,掌握导航、飞控、气动、结构、电器、火控等关键设计,该团队已合作超过10年时间,能够全面了解国内外最新的无人机技术,有着多年的团队合作经验和技术沉淀,形成了一套特有的团队文化和优势;未来北航无人系统系统研究院及北航各院系承担基础研发工作,依托北京航空航天学的科研与教育优势,天宇长鹰承担产业化工作,双方将展开多方面合作。

3.2.6. 海鹰航空:中高端无人机技术推进者

海鹰航空是中国航天科工集团有限公司唯一的无人机总体单位和无人机产业平台,重点负责无人机预研创新以及无人机产品研制、生产、试验和服务等全寿命周期的技术抓总与指导。公司拥有完整的研发、生产、销售体系和研发生产所必须的核心技术及知识产权,各项资质完备,主营业务为军用无人机、靶机、民用无人机以及无人机商业运营服务,在高空高速、察打一体、飞翼布局等中高端无人机研制与应用方面处于国内领先水平。

海鹰航空目前主营产品包括WJ-700“猎鹰”察打一体无人机系统、“天鹰”无人机、HW-350小型长航时无人机、WJ010小型电驱动无人机以及WJ-100小型多用途无人机。

公司现有职工320余人,其中集团级型号总师4人,享受政府特殊津贴3人,总师、副总师及科技委专家近30人,自培研究生13人,研发人员、硕博以上占比60%以上。公司2019年入选国资委“双百行动”试点单位,拥有核心自主知识产权国防专利等专利、软件著作权64项,先后获得国防科技进步一等奖、多项国家技术进步二等奖。

3.3 无人机先进制造材料——隐身材料

当前全球空战模式已经发生了很大的改变,隐身战斗机、隐身无人机等成为现代空战体系中的绝对主力,但这也产生了一个新的问题,不具备隐身能力的飞机及无人机很容易遭到敌方隐身战机的针对,一旦这些目标被摧毁,将影响空军的整体战斗力,空战中飞机损失80-90%的原因是由于飞机被观测。

隐身能力可以通过外形设计和使用隐身材料来实现。外形设计是指尽量降低其雷达散射截面,但因受到战术技术指标和环境条件的限制,进行理想设计有相当大的难度,因此开展隐身材料的研究成为隐身技术的关键。

目前国际上的隐身材料主要分为雷达隐身材料、红外隐身材料、多频谱隐身材料、激光隐身涂料和超材料等,隐身材料已经在各国的多款飞机中应用。但由于隐身材料技术涉及重大军事材料的研制,国外在该项技术方面对我国实行严密的封锁,目前国内从事隐身材料的生产与研究的上市公司数量很少。未来随着我国飞机等武器装备的自主可控和国产替代进程将加速,将为隐身材料带来广阔的市场空间。

3.3.1. 华秦科技(688281.SH):我国隐身材料龙头

华秦科技成立于1992年,于2022年3月在我国上海证券交易所科创板上市。公司主要从事特种功能材料,包括隐身材料、伪装材料及防护材料的研发、生产和销售,产品主要应用于我国重大国防武器装备如飞机、主战坦克、舰船、导弹等的隐身、重要地面军事目标的伪装和各类装备部件的表面防护。

华秦科技是我国研发隐身材料的龙头军工企业。隐身材料是隐身技术的关键,而隐身能力已成为衡量现代武器装备性能的重要指标之一。而我国从事隐身材料研发和生产的企业较少,稀缺性显著。根据招股书披露,目前国内隐身材料规模企业寥寥无几,其中华秦科技为其中翘首。隐身材料、伪装材料等均在2017年和2018年获得“国防技术发明一等奖”与“国家技术发明二等奖”。截止公司最新招股说明书签署日,公司已获授权国防发明专利38项、国家发明专利2项。

华秦科技2021年实现营业收入5.1亿元、同比增长23.7%;实现归母净利润2.3亿元、同比增长50.6%。公司主要从事特种功能材料,并在2016年起陆续取得了与军工业务相关的全套资质,部分特种功能材料产品实现了小批量生产。另外,公司隐身材料及伪装材料的核心型号分别在2019年及2020年实现了批产应用,业绩快速放量。公司批产产品已在航空航天领域批量应用,也逐步拓展至其他领域市场。高壁垒市场为公司带来高利润率水平,为公司未来业绩持续增长奠定基础。

3.3.2. 光启技术(002625.SZ):我国新一代尖端装备的核心供应商

光启技术股份有限公司为光启集团旗下以超材料智能结构及装备及汽车座椅功能件为核心业务的尖端科技创新型公司。成立于2001年,2011年11月在深圳证券交易所上市。光启技术是我国新一代尖端装备的核心供应商,公司的主要业务为新一代超材料尖端装备产品的研发、生产及销售。

公司掌握新一代超材料技术产品的深度计算、智能制造以及高效测试等核心技术,与尖端装备行业结合,率先应用到了我国尖端装备领域,在世界超材料产业化竞争中抢占了先机,成为行业引领者。公司曾在2019年收到2235万元订单,为新一代隐身技术首次在新的尖端武器装备领域取得批量应用。

近年来公司不断优化系统架构及算法,2021年结合峰值计算能力达到4,200万亿次/秒的超算中心,实现超材料的快速优化设计。公司及公司控股子公司合计申报专利64项(其中:发明专利32项),获得授权90项,在研1项超材料领域标准,累计持有3项国家标准。公司及关联主体在超材料领域的专利申请量及授权量均排名第一,建立起了强大的专利壁垒优势,并打造了知识产权管理系统,在知识产权申请、管理等方面走向了流程化、高效化,为主航道业务保驾护航。

公司全资子公司光启超材料完成了国家高新技术企业的认定。截至2021年底,公司旗下的国家高新技术企业数量达到4家。

光启技术2021年实现营业收入8.6亿元、同比增长35.01%;实现归母净利润2.7亿元、同比增长66.25%。业绩变化原因是:公司超材料尖端装备产品收入同比大幅增长,收入结构不断优化导致的。

3.4 无人机先进制造材料——碳纤维材料

碳纤维复合材料由于其比强度、比模量高,不生锈,已成为飞机、导弹、 运载火箭、人造卫星等结构上不可缺少的基础材料。飞机主翼、水平和垂直的横尾翼和横梁、装饰材料、板材料采用碳纤维复合材料可大幅度降低飞机结构重量,减少燃料消耗,加强其抗侵蚀性能和整体强度。比如想要达到400公斤的普通钢强度,碳纤维复合材料仅需要160公斤。同时,对于碳纤维和其他轻量化材料的力学性能对比,可以看出碳纤维的拉伸强度和比强度是目前众多材料难以望其项背的。

目前世界各国都在无人机上大幅度使用以碳纤维复合材料为主的先进复合材料,占到了结构总质量分数的 60-80%,使机体减质量 25%以上。例如美国“全球鹰”无人侦察机复合材料达 65%,机翼由轻质高强的碳纤维复合材料制成,翼梁和翼盒由高模碳纤维环氧预浸料制造;X-45C、X-47B 运用了 90%的复合材料;2013年,中国首架应用碳纤维复合材料和燃料电池动力的“雷鸟”无人机首次亮相,其机身和机翼为全碳纤维复合材料。

我国从 20 世纪 60 年代开始研发聚丙烯腈基碳纤维。到目前为止,我国已经建立起了自己的碳纤维技术体系和较完整的碳纤维产业,涉及 10 多家企业和科研院所。产业链主要的上市公司有中简科技、中航高科以及光威复材等。

3.4.1. 中简科技(300777.SZ):军用碳纤维龙头企业之一

根据中复神鹰2022年半年度董事会经营评述,援引《2021全球碳纤维复合材料市场报告》数据,2021年我国碳纤维需求总量为6.24万吨、同比增长27.7%;其中国产碳纤维销量2.9万吨,国产化率达到46.9%。由于碳纤维复合材料在结构轻量化中无可替代的材料性能,在军用航空的应用领域得到了广泛应用和快速发展,从最初的战斗机中的使用比例仅2%,到现在美国B-2隐形轰战机复合材料用量可能超过60%。中美在军费开支和军机等装备方面相差较大,目前中国军事装备数量仍处于较快速发展阶段,在国防支出稳增长、装备费占国防费比例提高等背景下,预计高端装备领域碳纤维市场有望实现稳健增长。

中简科技作为我国高端碳纤维研发制造的领先企业,目前所生产的高端碳纤维皆为聚丙烯腈(PAN)基碳,属于高性能小丝束碳纤维,主要应用于国防工业以及飞机、导弹、火箭、卫星等高技术领域。其生产的ZT7 系列高性能碳纤维产品已批量稳定供应我国航空航天单位,打破了发达国家对我国高性能碳纤维的技术封锁与垄断,产品技术壁垒高,具有较强不可替代性,市场准入难度大。

中简科技是我国航空航天碳纤维核心供应商之一,国内大型航空航天企业集团等前5大客户占收入的比重在99%以上,具有客户粘性优势。

中简科技以技术研发为核心驱动,不断加大新产品研发力度,2021年研发费用同比增长44.98%,占营业收入的比重10.8%。2022 年中简科技新募资 20 亿扩产,继续发力碳纤维中高端市场。项目计划建设期 4 年,建成后将具备年产 1500 吨(12K)高性能碳纤维及织物生产能力,该项目的实施将进一步发挥公司特有的技术和产品质量优势。

3.4.2. 中航高科(600862.SH):我国航空复合材料行业的领跑者

中航高科成立于1988年,1994年5月在上海证券交易所上市,是中国航空工业集团有限公司旗下的大型国有控股上市企业。主要从事航空新材料研发生产、高端智能装备研发制造,是我国航空复合材料行业的领跑者,在高性能树脂及预浸料技术、高性能复合材料新型结构、树脂基复合材料制造技术、金属基及陶瓷基(含C/C)复合材料成型技术、材料表征与测试技术、先进无损检测技术等方面均处于国内领先地位,是集复合材料研发、生产、销售和服务于一体的专业化高科技公司,目前正积极推进航空复合材料技术在民用飞机、汽车、轨道交通、石油、电力和新能源等领域的应用和产业化。

随着我国国防科学事业的不断进步,高端装备等应用需求逐步扩大,碳纤维、芳纶纤维等高 性能纤维产业发展迅速,相关工艺装备研发和制造能力大幅提升,部分技术已达世界先进水平, 拉动国内复合材料市场迅猛发展。此外,智能制造、5G、人工智能等高新科技的发展也为中国复 合材料产业注入了活力。

航空工业复材作为航空复合材料专业化供应商,在航空复合材料领域具有较强的核心竞争力 和领先的行业地位。目前正积极推进航空复合材料技术在民用飞机、汽车、轨道交通和新能源等 领域的应用和产业化,积极开拓国际民用航空市场。

2021 年是“十四五”规划的开局之年,公司管理层和全体员工在董事会的领导下,以“改革 发展”为工作主题, 完成了复合材料原材料生产交付、民机复合材料技术创新、生产能力 及设施建设和混合所有制改革等重点工作任务。全年实现营业收入 380,762 万元,同比增长 30.77%; 实现净利润 59,127.77 万元,同比增长 37.56%,较好完成了年度经营目标,实现公司“十四五”。

3.4.3. 光威复材(300699.SZ):军用碳纤维重要生产企业之一

光威复材是致力于高性能碳纤维及复合材料研发和生产的高新技术企业。公司专业从事碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料、碳纤维复合材料制品以及碳纤维核心生产设备的研发、生产与销售,拥有碳纤维行业全产业链布局。其生产的产品在国防军工以及民用领域均有广泛的应用前景,是发展国防军工以及国民经济的战略物资。碳纤维复合材料在军用无人机上的使用,一方面为结构设计一体化的实现提供了更加广阔的操作空间,这是因为基于数字化和自动化技术,可以对碳纤维复合材料进行气动弹性剪裁设计和大面积整体化成型;另一方面,碳纤维和其他基体材质可以进一步复合成结构/阻尼、结构/隐身、结构/防热等结构/功能一体化碳纤维复合材料,并且还可在碳纤维复合材料的内部嵌人智能材料,提高无人机的自诊断、自适应和自修复的能力。

光威复材于2021年加强了对于研发费用的控制和压缩,其研发费用占营业收入的比重由2020年的12.96%下降至8.91%;光威复材的营业收入与归母净利润同比增速于2019年后均呈现缓慢下降的趋势。进入2022年,受定型碳纤维产品价格下降、疫情停工停产等不利因素影响,光威复材一季度营业收入与归母净利润较上年同期分别下降5.46%和5.35%。

4. 无人机辅助支持产业链

4.1 无人机孔径雷达

合成孔径雷达(SAR)是一种脉冲雷达技术,其工作原理为使用一个小天线作为单个辐射单元,将此单元沿一直线不断移动,最终在不同位置接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理。SAR具有高分辨率、远探测距离、广探测范围以及不受云雾雨雪遮挡等优势,因此自上世纪50年代问世以来一直是雷达遥感领域的发展热点,同时也是实现对地观测不可或缺的重要手段。SAR载荷高分辨率、广探测范围的特点使得无人机系统具有更高的工作效率,便于降低系统的运行成本;而SAR载荷远探测距离的特点有利于无人机进行远距离探测,从而避免危险,提升生存能力。

近年来,随着应用需求进一步增加,SAR技术得到更为迅速的发展。该技术的应用也由原先的条带成像、聚束成像扩展至地面运动目标指示、海面广域搜索与目标追踪、ISAR成像、多极化成像以及干涉三维成像等,具体而言即广泛应用于城建勘测、农业普查、海洋监测和立体测绘等方面。

纵观SAR的发展历程,其经历了早期的孕育期(1970-1990年)、成长期(1990-2000年)到目前的蓬勃期(2000年至今),整个发展趋势已经由传统的单项技术突破转向概念体制的更新。各种面对需求的SAR系统不断出现,如美国的FIA系列卫星、德国的TerraSAR系列卫星、欧空局的Sentinel系列卫星等等,呈现出工作模式多样化、分辨能力精细化、空间布局层次化的特点。

国内无人机孔径雷达企业例如:

(1)中国电子科技集团:中国电子科技集团是于2002年3月,经国务院批准,在原信息产业部直属46家电子类科研院所及26户企业基础上组建而来。公司主要生产利用声、光、电磁信号进行信息感知、传输、运用的系统级装备和产品,打造全域多维新一代电子装备。(2)天津萨瑞德:天津萨瑞德科技有限公司成立于2014年,所属行业为科技推广以及应用服务业,主要经营范围为电子设备研发和销售以及计算机数据处理以及提供测绘服务等。(3)中科宇达:中科宇达(北京)科技有限公司成立于2018年,所属行业为科技推广和应用服务业,主要销售通讯设备、电子产品等。

4.2 无人机通信系统及导航装备

无人机通信系统主要分为三大部分:地面站、飞控以及无线通信链路。链路系统是无人机系统的重要组成部分,其主要任务是建立一个空地双向数据传输通道,用于完成地面控制站对无人机的远距离遥控、遥测和任务信息传输。遥控实现对无人机和任务设备进行远距离操作,遥测实现无人机状态的监测。任务信息传输则通过下行无线信道向测控站传送由机载任务传感器所获取的视频、图像等信息,是无人机完成任务的关键,质量的好坏直接关系到发现和识别目标的能力。

连接地面控制站和无人机的通信链路也称为控制与非有效载荷通信(CNPC)链路,该链路对于无人机的生存能力至关重要。过去10年中,造成无人机坠毁的最常见故障是飞机与地面站之间的通信中断。由于军用无人机携带着本国可能拥有的尖端先进武器,因此保护承载该技术的无人机至关重要。CNPC链路必须通过地面通信系统提供视距通信和/或使用卫星系统提供超视距通信。使用低轨卫星超视距链路将无人机平稳集成到5G系统中的一个可能方式就是5G中继节点(RN)概念。无人机上具备卫星能力的低复杂度中继节点通过连接实际基站的一条低轨卫星链路传输5G下行/上行链路波形,实际基站即无人机地面站处的所谓施主节点B。为了在无人机和地面站之间实现可靠的高速率和低延迟无线链路,目前已经提出了蜂窝连接的无人机。无人机将作为新的空中用户集成到蜂窝网络中,实现各种各样的新应用。

国内无人机通信系统企业例如:(1)星网宇达:成立于2005年,是一家专注惯性技术创新应用及产业化的企业。公司主要产品涵盖了导航、测量、控制等方向,其主要分类有信息感知,包括组合导航、卫星定位、光电吊舱、相控雷达等产品。在卫星通信领域,公司的主要产品是“动中通”天线。公司是国内较早从事智能无人系统产品研发、技术服务及推广应用的企业,具有无人系统平台开发能力。(2)易瓦特:成立于2010年,是全球领先的民用无人机系统制造商。公司自主研发全系列无人机,产品涵盖多旋翼无人机、固定翼无人机、无人直升机3大整机系列近10余款机型。(3)中海达:成立于1999年,是北斗+精准定位装备制造类第一家上市公司。公司深耕北斗卫星导航产业,是国产卫星导航接收机(RTK)的先行者,持续多年开创行业前沿技术。公司 以卫星导航技术为基础,融合声呐、光电、激光雷达、UWB超宽带、惯导等多种技术,已形成“海陆空天、室内外”全方位的精准定位产品布局,可提供装备、软件、数据及运营服务等综合解决方案。(4)观典防务科企业成立于2004年,是国内领先的无人机禁毒服务供应商。公司的主要产品涵盖无人机飞行服务与数据处理方面,公司使用自主研发、生产的无人机,对客户指定区域进行覆盖飞行。在无人机系统及智能防务装备方面,公司多年来保持较高的研发投入,开发了多款无人机机型和智能防务装备。

4.3 无人机光电吊舱

光电吊舱是飞行器在空中完成对目标的探测和跟踪任务时配备的硬件系统,通常由一个机载稳定平台和一个搭载在该平台上的探测设备组成。光电吊舱具有目标识别、视轴稳定、探测与自动跟踪、数据传输等功能,是无人机侦察的核心装备,其最本质的功能就是实现远距离的侦察与高质量的成像,不同吊舱参数的选取以及功能的要求最高的需求为作用距离,这是吊舱的最最核心的需求。系统参数方面,稳定精度和跟踪精度是吊舱的两个核心指标。为了保证成像设备能够稳定清晰成像,吊舱必须保证视轴在惯性空间上持续稳定,即稳定精度的提高;跟踪精度是在一定的扰动条件下跟踪固定或移动目标,并使其保持在视场中心的能力,直接关系到照射精度、目标定位精度等指标。

从上世纪 90 年代起,航空光电吊舱已经成为发达国家空军的标准配备,并且在海湾战争及其他几次局部战争之中发挥了重要的作用,目前西方新一代光电吊舱已经大量装备,这些吊舱的探测距离更远,打击能力更强。我国光电吊舱市场发展的主要驱动因素包括国防开支稳定增长、航空器保有量逐步提升以及无人机市场蓬勃发展等,整体来看,光电吊舱技术要求较高,国内从事研究和生产光电吊舱的企业多属于国家高新技术或专精特新企业。随着相关技术不断突破,以及新一代信息技术深入应用,光电吊舱行业发展逐渐向智能化、小型化、集成化等方向升级。

国内无人机光电吊舱企业例如:(1)伊贝基科技:创立于2007年,致力于研发、生产和销售高端机电控制和电子应用技术,专注于位移传感器,尤其是微型光电位移传感器与伺服控制系统的研发和制造。(2)大立科技:前身为1984年成立的浙江省测试技术研究所,2001年完成改制,专业从事非制冷红外焦平面探测器、红外热成像系统、智能巡检机器人、惯性导航光电产品研制。(3)武汉天进科技:公司2016年成立于武汉光谷,专注于光电系统的研发及集成。公司掌握光电系统总体设计、光电探测、伺服控制、图像跟踪等核心技术,目前研制的光电吊舱、激光导引头等产品主要应用于航天和工业无人机领域。(4)航天数维:成立于2013年,主要从事无人机机体的研发、生产、销售,无人机应用技术的开发、培训,以及提供无人机为载体的飞行服务。公司主营业务包含数据采集平台研发生产、数据采集和处理服务、与行业应用服务。

4.4 无人机飞行控制

无人机的发展始终秉持着一个不变的原则:无人机由人使用,人是无人机的“主人”,无人机必须听从人的管控。无人机自我独立工作权限自然是由人随时进行设置的,标准的无人机应有3个工作模态,人通过制定规则和策略管控无人机,按规则和策略自主(自动)生成控制指令控制飞机的飞行。飞行中出现与人的设想不一致结果时,人可进行适度的修正;飞行出现应急情况时,人可直接操控飞机。

在无人机飞行控制系统技术应用研究方面,飞行控制技术非常关键,将时域响应模块、根轨迹模块等作为根本,打造多元处理模型和应用形态,并且基于经典设计理论和动态逆控制理论,有效匹配自适应控制等现代控制要求,建构完整的飞行控制技术应用运行体系。在应用经典设计理论的过程中,能依托综合应用平台,维持纵向耦合和横向耦合处理模式,并充分融合机动性要求,这种方式最大的优势就在于操作较为便捷,且应用模式更加贴合现代飞机飞行的指标参数框架,配合建模技术就能有效提升飞行性能和应用效果。

自主、智能的本质内涵及其相互关系准则是无人机设计的基本原则。无人机智能实现的基本原则或底线是: 在自主体三层面的每个层面都要有基本的智能功能和能力,三者协调互补;每层的智能功能应实现基本的自然规律或行为规则,有自学习和自完善的能力。信息感知与提取要独立自主能力体现在下面三个方面:(1) 信息源应是自然属性,信息源不能人为设置特征属性,这会难以保证信息的唯一性、可信性和 安全性;(2) 信息源的信息感知要自主完成,不能利用其他外部信息和辅助段;(3) 信息特征的提取要自主完成,不能利用其他外部手段提供的特征信息。

国内无人机飞行控制系统企业例如:

(1)广为海洋:成立于2016年,公司的主业为海洋科技技术开发、船艇、浮标、传感器、环境监测设备、海洋渔业用设备制造、销售以及无人机产品的技术研发和销售等。

(2)麦克普特:成立于2002年,公司的主业为无人飞行器控制系统、计算机及办公自动化产品的技术开发。

(3)威海广泰:成立于1996年,是一家航空地面服务车辆研发商,专注于从事空港地面设备、特种车辆的研发与设计,旗下主要产品包括纯电动飞机牵引车、飞机地面空调车、飞机油罐式加油车、纯电动机场摆渡车、登机车等。

(4)大疆:成立于2006年,主要从事航空电子设备、自动控制设备、无人驾驶航空器等业务。

(5)华科尔:成立于1994年,是一家无人机设备制造商,旗下拥有航拍无人机、AR无人机、竞速无人机等设备。

地面站是地面上的基站,即指挥无人驾驶飞行器的基站,作为整个无人机系统的作战指挥中心,其控制内容包括:飞行飞行过程,飞行轨迹,有效载荷的任务功能,通讯链路的正常工作,以及飞行器的发射和回收。它除了完成基本的飞行与任务控制功能外,同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响,适应各种复杂的环境,保证全系统整体功能的成功实现。

目前,一个典型的地面站由一个或多个操作控制分站组成,主要实现对飞行器的控制、任务控制、载荷操作、载荷数据分析和系统维护等。地面站目前正向一站多机的方向发展,即指一个地面站系统控制多架、甚至是多种无人机。

未来无人机地面站将向高性能、低成本、通用化方向发展。因此,一站多机是发展趋势,这也对地面站的显示和控制提出了更严格的要求。

5. 军工行业长期景气助推无人机产业崛起

俄乌冲突后,长期国际军事和政治格局紧张将是常态。各国态度的不同,建立在自身经济结构、政治形态角度,基本形成发达国家和发展中国家的两大阵营。以北约各国为首,对俄罗斯开展了多轮经济制裁和军事援助乌克兰。从组织来看,北约国家占比超过80%。目前多轮制裁影响俄罗斯的进出口贸易、投资、旅游等领域;制裁将针对70%的俄罗斯银行市场和关键国有企业,包括国防领域。目前对俄乌局势持中立态度的主要是发展中国家,尤其是金砖四国中其他三个成员国,如巴西、中国、印度,此外还有阿根廷、巴基斯坦、伊朗,阿拉伯国家联盟表示保持中立。

面对台海问题下中美力量博弈是我国军事力量升级驱动主线。当前美国及其盟友在太平洋第一岛链部署兵力,一方面,威胁我国领土完整和国家安全;另一方面,加大我国原油等重要战略物资进口的不确定性。不断升级我国军备力量,持续遏制“台独”挑衅,台海和平才有保障,两岸关系才能重回正轨。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年(2021-2025年)规划和2035年远景目标纲要》提出“促进国防实力和经济实力同步提升”,并强调“集中力量实施国防领域重大工程”、“促进军事建设布局与区域经济发展布局有机结合,更好服务国家安全发展战略需要”等,国防和军队建设得到政策的明确支持。因此,强化国防安全的必要性长期存在,军工行业景气度有望在长周期内维持较高的水平。以2027年建军百年作为节点,预计对于军工行业的投入以及相关设备的采购将达到前所未有的高度。

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