在人類探索宇宙、逐夢藍天的征程中，空天時代正以磅礴之勢呼嘯而來。從國產(chǎn)大飛機翱翔于藍天，到商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射頻次不斷攀升，再到未來產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，空天領(lǐng)域?qū)π虏牧闲阅芴岢隽藰O致要求。新材料技術(shù)發(fā)展的每一次躍遷，都如同點亮一盞明燈，不僅照亮了空天探索的前路，更在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域勾勒出嶄新藍圖。
“在航空航天產(chǎn)業(yè)中，材料是決定技術(shù)路線、商業(yè)模式和競爭格局的底層變量。傳統(tǒng)金屬材料已經(jīng)無法滿足當(dāng)下航空航天產(chǎn)業(yè)對于減重、增程和降本的需求?！比A泰證券股份有限公司通信及軍工行業(yè)首席分析師王興告訴《證券日報》記者，在商業(yè)航天技術(shù)競爭中，誰掌握下一代更輕、耐蝕、耐高溫的結(jié)構(gòu)材料，誰就擁有了重塑產(chǎn)業(yè)鏈的“金鑰匙”。
航空航天新材料是指具有輕量化、高強度、高溫耐受、耐腐蝕等特點，能夠滿足航空航天器在極端環(huán)境下要求的材料。其中，復(fù)合材料是當(dāng)下最受重視關(guān)注的材料。據(jù)睿略信息咨詢統(tǒng)計，預(yù)計到2029年，全球航空航天復(fù)合材料市場規(guī)模將達到4285.41億元。
激活立體交通出行網(wǎng)
“一代飛機，一代材料?！?0多年前，我國國產(chǎn)大飛機的前身運10民用機出廠，采用全金屬質(zhì)地。2015年完成首架交付并投入運營的中小型民用機ARJ21使用了約1%的復(fù)合材料。C919則開辟了中國航空制造業(yè)使用T800級碳纖維復(fù)合材料（先進復(fù)合材料）的先河，這使得體型較大的C919減重7%以上。
碳纖維復(fù)合材料是一種含碳量在90%以上的纖維結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強度大、比模量大等諸多特性，還具備透波能力。
“目前碳纖維復(fù)合材料已成為航空航天領(lǐng)域的重要新材料?！蓖跖d表示，飛行器的減重可直接轉(zhuǎn)化為運載能力提升、燃料消耗下降及航程半徑的擴大；碳纖維復(fù)合材料的高硬度屬性則是承受高速氣流壓力、空中撞擊以及起飛降落時承受地面沖擊的必要條件。
隨著低空經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料也頻頻亮相于低空經(jīng)濟領(lǐng)域。
廣州汽車集團股份有限公司自主研發(fā)的eVTOL飛行汽車GOVYAirJet，其整機結(jié)構(gòu)90%采用碳纖維，重量僅為傳統(tǒng)汽車車身的三分之一，續(xù)航有望提升至400公里。上海峰飛航空科技有限公司的eVTOL載人飛行器V1500M，在采用碳纖維機身前，機身較重導(dǎo)致能耗高、續(xù)航短，采用碳纖維機身之后，減重效果高達30%，續(xù)航提升40%。
據(jù)StratviewResearch預(yù)測，eVTOL行業(yè)對全球復(fù)合材料的需求將在近年大幅增長，預(yù)計將從2024年的約110萬磅（約500噸）激增至2030年的2590萬磅（約11750噸），增長幅度約22.5倍，年化增長率69%。
據(jù)了解，碳纖維復(fù)合材料成為包含無人機、eVTOL在內(nèi)的低空飛行器所使用的主要材料，是低空產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展重要的一環(huán)。目前，部分新材料企業(yè)已與飛行器制造企業(yè)建立起了合作關(guān)系，共同推進飛行器的輕量化工作。
更輕、更強的新材料讓“立體交通”的夢想照進現(xiàn)實。民用飛機、低空飛行器以及地面交通正在構(gòu)建起涵蓋“多元站點—地面交通—空中交通”的全鏈條出行體系，開啟立體出行新時代。
為大規(guī)模應(yīng)用鋪平道路
目前，我國航空航天新材料正處于自主創(chuàng)新階段，高端復(fù)合材料以及合金材料的國產(chǎn)化率日益提升，支撐國產(chǎn)大飛機、低空飛行器和商業(yè)火箭的批量應(yīng)用。同時，多家企業(yè)正在通過技術(shù)優(yōu)化降低成本，提高產(chǎn)能，開拓應(yīng)用場景，為大規(guī)模應(yīng)用鋪平道路。
今年7月份，中簡科技股份有限公司披露的公告顯示，公司ZT7系列碳纖維產(chǎn)品在航空、航天領(lǐng)域已實現(xiàn)多年穩(wěn)定批量應(yīng)用。針對用戶對材料“高功能化、多功能化、結(jié)構(gòu)和功能整體化、智能化及低成本化”的發(fā)展需求，公司不斷投入資源培育新的業(yè)務(wù)增長點。
“未來我國航空航天產(chǎn)業(yè)將持續(xù)通過技術(shù)創(chuàng)新，探索高性能、低成本的可持續(xù)發(fā)展路徑，并推動復(fù)合材料向多功能化方向發(fā)展。我國航空航天材料行業(yè)正步入一個技術(shù)趕超、應(yīng)用廣泛、前景廣闊的新階段，為我國航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展提供堅實支撐?！蓖跖d表示。
“航空航天裝備產(chǎn)業(yè)正從千億元級向萬億元級規(guī)模躍遷，技術(shù)迭代速度已突破傳統(tǒng)路徑依賴。新一代材料的‘功能結(jié)構(gòu)一體化’特性，是解決新一代航空航天裝備復(fù)雜功能設(shè)計的唯一技術(shù)路徑。公司將持續(xù)深耕新材料行業(yè)，積極把握新一代航空航天萬億元級賽道機遇?！惫鈫⒓夹g(shù)股份有限公司董事長劉若鵬對《證券日報》記者表示。
增材制造市場空間廣闊
事實上，商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)對于新材料的要求更復(fù)雜，商業(yè)火箭可復(fù)用運載技術(shù)的發(fā)展對航天材料提出了新的要求。
王興向記者舉例，火箭發(fā)動機動輒溫度高達2000度以上，這就意味著發(fā)動機材料需要耐高溫的屬性，并要求火箭所配備的推進劑貯箱需要具備耐低溫的屬性。同時，火箭、衛(wèi)星速度極高，箭體與衛(wèi)星需保持強度并具備耐高溫和耐腐蝕的屬性。
近期，由藍箭航天空間科技股份有限公司自主研制的朱雀三號可重復(fù)使用運載火箭一級動力系統(tǒng)試車，在東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)順利完成。此次試驗任務(wù)取得圓滿成功，意味著應(yīng)用于航天領(lǐng)域的高溫合金材料逐步完成工況考核與工程化成熟度驗證。
同時，為了兼顧研發(fā)周期與經(jīng)濟適用性，增材制造技術(shù)正應(yīng)用于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、火箭箭體以及發(fā)動機部件。王興認為，3D打印可以被視為未來的新材料技術(shù)以及探索的重要方向。
江蘇深藍航天有限公司（以下簡稱“深藍航天”）自主研發(fā)的“星云一號”火箭于2024年進行首次高空回收飛行試驗。該火箭搭載的“雷霆R”液體火箭發(fā)動機（以下簡稱“LT-R”），是國內(nèi)較早采用3D打印技術(shù)打造的針栓式液氧煤油發(fā)動機。
“LT-R的部分部件是用3D打印技術(shù)制造的，與傳統(tǒng)加工工藝相比，3D打印優(yōu)化設(shè)計進一步降低生產(chǎn)成本，大幅減少零件數(shù)量，實現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以制造的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且大大縮短迭代周期?！鄙钏{航天相關(guān)負責(zé)人告訴《證券日報》記者，“我們認為通過3D打印制造火箭是未來的發(fā)展趨勢，為此我們設(shè)立了增材制造事業(yè)部。目前我們已經(jīng)能夠用3D打印技術(shù)加工制造包含高溫合金、鈦合金、不銹鋼等材料?！?/p>
“3D打印技術(shù)能夠幫助火箭企業(yè)突破發(fā)動機產(chǎn)能瓶頸?！痹谕跖d看來，近年來，液體發(fā)動機的產(chǎn)能限制在一定程度上限制了我國民用火箭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，3D打印技術(shù)能夠快速釋放發(fā)動機制造產(chǎn)能，加快發(fā)動機迭代效率，提升液體火箭研發(fā)速度。
中航證券預(yù)計，2025年至2030年期間，國內(nèi)商業(yè)航天領(lǐng)域增材制造市場空間約為105億元至240億元。隨著行業(yè)的進一步發(fā)展，3D打印技術(shù)將在高溫、高壓、高速、重載等極端工況中得到更全方位的驗證。
隨著新材料的研發(fā)與應(yīng)用日新月異的躍遷，一個真正屬于空天的時代正澎湃而來，新材料以其強勁支撐力與引領(lǐng)性，正為整個產(chǎn)業(yè)擘畫出一幅充滿無限想象的新藍圖。
（文章來源：證券日報）
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