在人类探索宇宙、逐梦蓝天的征程中，空天时代正以磅礴之势呼啸而来。从国产大飞机翱翔于蓝天，到商业卫星发射频次不断攀升，再到未来产业加速发展，空天领域对新材料性能提出了极致要求。新材料技术发展的每一次跃迁，都如同点亮一盏明灯，不仅照亮了空天探索的前路，更在产业领域勾勒出崭新蓝图。
“在航空航天产业中，材料是决定技术路线、商业模式和竞争格局的底层变量。传统金属材料已经无法满足当下航空航天产业对于减重、增程和降本的需求。”华泰证券股份有限公司通信及军工行业首席分析师王兴告诉《证券日报》记者，在商业航天技术竞争中，谁掌握下一代更轻、耐蚀、耐高温的结构材料，谁就拥有了重塑产业链的“金钥匙”。
航空航天新材料是指具有轻量化、高强度、高温耐受、耐腐蚀等特点，能够满足航空航天器在极端环境下要求的材料。其中，复合材料是当下最受重视关注的材料。据睿略信息咨询统计，预计到2029年，全球航空航天复合材料市场规模将达到4285.41亿元。
激活立体交通出行网
“一代飞机，一代材料。”40多年前，我国国产大飞机的前身运10民用机出厂，采用全金属质地。2015年完成首架交付并投入运营的中小型民用机ARJ21使用了约1%的复合材料。C919则开辟了中国航空制造业使用T800级碳纤维复合材料（先进复合材料）的先河，这使得体型较大的C919减重7%以上。
碳纤维复合材料是一种含碳量在90%以上的纤维结构材料，具有密度低、比强度大、比模量大等诸多特性，还具备透波能力。
“目前碳纤维复合材料已成为航空航天领域的重要新材料。”王兴表示，飞行器的减重可直接转化为运载能力提升、燃料消耗下降及航程半径的扩大；碳纤维复合材料的高硬度属性则是承受高速气流压力、空中撞击以及起飞降落时承受地面冲击的必要条件。
随着低空经济产业的发展，碳纤维复合材料也频频亮相于低空经济领域。
广州汽车集团股份有限公司自主研发的eVTOL飞行汽车GOVYAirJet，其整机结构90%采用碳纤维，重量仅为传统汽车车身的三分之一，续航有望提升至400公里。上海峰飞航空科技有限公司的eVTOL载人飞行器V1500M，在采用碳纤维机身前，机身较重导致能耗高、续航短，采用碳纤维机身之后，减重效果高达30%，续航提升40%。
据StratviewResearch预测，eVTOL行业对全球复合材料的需求将在近年大幅增长，预计将从2024年的约110万磅（约500吨）激增至2030年的2590万磅（约11750吨），增长幅度约22.5倍，年化增长率69%。
据了解，碳纤维复合材料成为包含无人机、eVTOL在内的低空飞行器所使用的主要材料，是低空产业链发展重要的一环。目前，部分新材料企业已与飞行器制造企业建立起了合作关系，共同推进飞行器的轻量化工作。
更轻、更强的新材料让“立体交通”的梦想照进现实。民用飞机、低空飞行器以及地面交通正在构建起涵盖“多元站点—地面交通—空中交通”的全链条出行体系，开启立体出行新时代。
为大规模应用铺平道路
目前，我国航空航天新材料正处于自主创新阶段，高端复合材料以及合金材料的国产化率日益提升，支撑国产大飞机、低空飞行器和商业火箭的批量应用。同时，多家企业正在通过技术优化降低成本，提高产能，开拓应用场景，为大规模应用铺平道路。
今年7月份，中简科技股份有限公司披露的公告显示，公司ZT7系列碳纤维产品在航空、航天领域已实现多年稳定批量应用。针对用户对材料“高功能化、多功能化、结构和功能整体化、智能化及低成本化”的发展需求，公司不断投入资源培育新的业务增长点。
“未来我国航空航天产业将持续通过技术创新，探索高性能、低成本的可持续发展路径，并推动复合材料向多功能化方向发展。我国航空航天材料行业正步入一个技术赶超、应用广泛、前景广阔的新阶段，为我国航空航天事业的蓬勃发展提供坚实支撑。”王兴表示。
“航空航天装备产业正从千亿元级向万亿元级规模跃迁，技术迭代速度已突破传统路径依赖。新一代材料的‘功能结构一体化’特性，是解决新一代航空航天装备复杂功能设计的唯一技术路径。公司将持续深耕新材料行业，积极把握新一代航空航天万亿元级赛道机遇。”光启技术股份有限公司董事长刘若鹏对《证券日报》记者表示。
增材制造市场空间广阔
事实上，商业航天产业对于新材料的要求更复杂，商业火箭可复用运载技术的发展对航天材料提出了新的要求。
王兴向记者举例，火箭发动机动辄温度高达2000度以上，这就意味着发动机材料需要耐高温的属性，并要求火箭所配备的推进剂贮箱需要具备耐低温的属性。同时，火箭、卫星速度极高，箭体与卫星需保持强度并具备耐高温和耐腐蚀的属性。
近期，由蓝箭航天空间科技股份有限公司自主研制的朱雀三号可重复使用运载火箭一级动力系统试车，在东风商业航天创新试验区顺利完成。此次试验任务取得圆满成功，意味着应用于航天领域的高温合金材料逐步完成工况考核与工程化成熟度验证。
同时，为了兼顾研发周期与经济适用性，增材制造（3D打印）技术正应用于卫星结构、火箭箭体以及发动机部件。王兴认为，3D打印可以被视为未来的新材料技术以及探索的重要方向。
江苏深蓝航天有限公司（以下简称“深蓝航天”）自主研发的“星云一号”火箭于2024年进行首次高空回收飞行试验。该火箭搭载的“雷霆R”液体火箭发动机（以下简称“LT-R”），是国内较早采用3D打印技术打造的针栓式液氧煤油发动机。
“LT-R的部分部件是用3D打印技术制造的，与传统加工工艺相比，3D打印优化设计进一步降低生产成本，大幅减少零件数量，实现传统工艺难以制造的复杂内部结构，并且大大缩短迭代周期。”深蓝航天相关负责人告诉《证券日报》记者，“我们认为通过3D打印制造火箭是未来的发展趋势，为此我们设立了增材制造事业部。目前我们已经能够用3D打印技术加工制造包含高温合金、钛合金、不锈钢等材料。”
“3D打印技术能够帮助火箭企业突破发动机产能瓶颈。”在王兴看来，近年来，液体发动机的产能限制在一定程度上限制了我国民用火箭产业的发展，3D打印技术能够快速释放发动机制造产能，加快发动机迭代效率，提升液体火箭研发速度。
中航证券预计，2025年至2030年期间，国内商业航天领域增材制造市场空间约为105亿元至240亿元。随着行业的进一步发展，3D打印技术将在高温、高压、高速、重载等极端工况中得到更全方位的验证。
随着新材料的研发与应用日新月异的跃迁，一个真正属于空天的时代正澎湃而来，新材料以其强劲支撑力与引领性，正为整个产业擘画出一幅充满无限想象的新蓝图。
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