近日,全球碳纤维行业巨头日本东丽株式会社宣布,自2026年1月起,其王牌产品——碳纤维“东丽卡”及其中间加工品(如预浸料、织物、层压板)的全球售价将上调10%至20%。
碳纤维的应用领域很多,而航天用碳纤维价格高企,参考太平洋证券数据:军用碳纤维价格在3000-4000元/公斤,复材价格上万元/公斤。
马斯克的spacex曾在2016年与日本东丽签订了20-30亿美元的供货合同,以支持其火箭及卫星的制造。

减重,是航天飞行器结构设计与制造中考虑最多的问题之一。碳纤维,正是结构减重的利器,也是航空航天材料主要三大细分赛道之一(碳纤维、高温合金及钛合金)。
一般来说,碳纤维不会直接使用。通常以碳纤维为增强体,与树脂、金属、陶瓷等为基体结合形成为碳纤维复合材料。
比如位于嫦娥五号探测器系统最顶端的上升器,使用碳纤维复合材料,做到了结构自重占整器重量(769kg)仅6.2%(47.758kg),低于标准比例的7.6%。
2022年11月,NASA新登月计划第一次发射的无载人火箭SpaceLaunchSystem(SLS)的外壳也采用了橘红色的碳纤维复合材料。
再以上海航天八院抓总研制的新一代运载火箭为例,若能在现有金属贮箱的基础上减重30%,火箭的运载能力就会提升6%。在此基础上,火箭可以多搭载300公斤的载荷。对运力价格以克计的运载火箭来说,减重的重要性毋庸置疑。
碳纤维可按照力学性能、纤维数量、原丝类型进行分类。目前,国外应用较多的碳纤维包括M40、M40J、M55J和M60J级高强高模碳纤维。
航天碳纤维是典型的“量少、价高”。以2022年为例,全球碳纤维需求的应用领域中,航空航天军工领域占比仅14.9%。
太平洋证券数据显示,在2020年以前,航空航天领域碳纤维复材需求量仅在5%左右,但价值量(金额)却占到近40%。随着商业航天的发展,火箭和卫星将拉动航天T700/800碳纤维及复合材料量价齐升。
那么,如此昂贵的材料用在火箭和卫星的什么地方呢?价值量又是多少?
以高性能碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料,在导弹、运载火箭和卫星飞行器上发挥着不可替代的作用,其应用水平和规模已关系到武器装备的跨越式提升和型号研制的成败。
碳纤维复合材料主要应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的结构部件和卫星主体结构承力件上,碳/碳和碳/酚醛是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热材料。应用于以下地方:






用量方面,中简科技曾表示,据不完全统计,碳纤维复材在航天器结构重量中占比可达70%至90%,轻量化、耐高温、抗疲劳等优势是碳纤维复合材料作为火箭箭体、卫星支架等关键部件的首选材料。因用户对具体应用场景、性能和成本等因素考虑不同,使用数量、等级等难以细化披露。
考虑到价格昂贵,包括马斯克猎鹰9号在内的众多火箭的壳体材料放弃了碳纤维,选择了金属材料,但火箭和卫星结构件中仍大量使用碳纤维。一枚火箭重量数十上百吨,若碳纤维复合材料仅占10%的重量,也将达到5-10吨,碳纤维复合材料价格一公斤上万元,那么其在火箭的价值量是5千万-1个亿。
低轨卫星一般数百公斤至一吨,碳纤维复合材料占比会大一些,预计20%,则碳纤维材料价值量是100万-200万左右。

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