手提式脱漆机(隐身材料行业深度报告:不变的内核、持续的管线、可期的空间)
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手提式脱漆机(隐身材料行业深度报告:不变的内核、持续的管线、可期的空间)
(报告出品方/作者:广发证券,孟祥杰)
一、需求基础:隐身材料是实现装备隐身的物质基础
(一)底层需求:隐身是作战装备重要特征,材料是实现隐身重要途径
飞行器生存力的主要威胁来自雷达和红外探测器。雷达隐身方面,飞行器在执行任 务过程中,雷达、通信、导航、识别等系统往往要不断向外辐射电磁信号,这些电磁 信号容易被对方的无源探测系统截获,使己方暴露。红外隐身方面,飞行器部分位 置温度过高热辐射特征显著。飞机的热辐射主要产生于发动机、发动机喷口、排气 气流、机体蒙皮等。实现飞机红外隐身的主要技术措施包括:采用红外辐射较弱的 涡扇发动机,并通过对发动机进行隔热,防止其热量传给机身;在喷管内部涂低发 射率材料;在燃料中加入添加剂抑制和改变尾焰的红外辐射频段;飞机表面涂红外 隐身涂料;释放伪装气溶胶烟幕;改进外形设计减小机体摩擦以降低蒙皮温度等。 在可见光隐身方面,涂料迷彩伪装的方法至今仍在采用。在飞行器表面可以喷涂与 背景一致的颜色和迷彩伪装图案,模拟背景的色彩,破坏飞行器的目视外形,从而 达到隐身的目的。
复盘国外隐身技术在飞机上的应用,隐身飞机重心从外形隐身转向材料隐身。根据 《隐身原理》(姬金祖等,北京航空航天大学出版社,2018年),可将隐身技术在 飞机上应用的发展历程分为五个阶段:20世纪40年代,随着雷达越来越广泛的运用, 针对雷达探测技术的隐身设计也开始出现。飞翼飞机开始得到初步发展,飞翼飞机 去掉了厚重的尾翼,将机身的主要部分与机翼融为一体,这种设计使得飞机对雷达 波的反射较小,隐身性能优良;20世纪50-60年代,美国试图通过提高飞行器飞行高 度与飞行速度以及研发的雷达吸波材料,避免飞机被陆地上的视觉、听觉传感器以 及初级的雷达传感器探测到,但此阶段的隐身技术实用性并不强;20世纪70年代, 美国飞机设计公司开始探索红外隐身技术,超级计算机的发展与战争的需要进一步 促使美国有计划地进行隐身技术研究,使其初具实用性;20世纪80年代,隐身技术 应用领域拓宽,从战斗机发展到直升机、轰炸机、巡航导弹,隐身技术在国防领域中 的地位逐渐提高。尽管80年代的隐身飞机已经趋于成熟,但隐身飞机研制和维护费用高昂,各国拥有的隐身飞机数目也因此受到限制;20世纪90年代以后,飞机面临 着需要掩盖其他信号特征的问题,同时,隐身飞机的设计开始追求多用途化与低成 本,并开始由美国迅速渗透到其他国家。
以美国为例,隐身飞机向着低RCS、高性能、低成本、多用途的方向发展。1975-1977 期间,洛克希德公司为美国空军研发了F-117,其主要通过外形设计来减少RCS,并 试图通过在机身相关部位应用吸波涂料以使其RCS减小。此外,F-117也将飞机的红 外信号纳入飞机隐身的考虑范围,设计了独特的外形使得红外辐射与RCS同时降低。 F-117成为第一架按照隐身要求设计的实用隐身战斗机,但为了达到隐身效果,牺牲 了它的机动性和灵活性。1990年,洛克希德公司研制的F-22首飞。根据《隐身材料 研究进展》(李江海等,2015年),F-22表面主要应用镀银薄片混合聚氨酯材料的 导电涂料与含有金属基材料的涂层,以减少RCS与辐射的热量。此外,F-22还在内 部结构、航电系统、机身设计上针对隐身性能进行了改进。这些技术使F-22具有超 视距攻击能力、超音速巡航能力、超机动空战性能以及优秀的隐身能力。尽管F-22 性能十分出色,但实现前述性能的结合以及后续维护需要非常高的成本。2006年, 洛克希德公司研发的F-35战斗机, F-35机身表面使用了HAVE GLASS V隐身涂层, 该隐身涂层具有更好的雷达和红外隐身性能,且在耐磨和坚固性能上将超过F-22使 用的隐身涂层。F-35还通过整机计算机模拟进行RCS分析和计算,综合了进气道、 吸波材料与机身结构等总体影响,提高整体隐身性能。虽然F-35的隐身能力不及F22,但相较于之前的隐身飞机,F-35的设计大大降低了飞机的制造和维护成本,并 实现了一机多用途。主要用于前线支援、目标轰炸、防空截击等多种任务,并因此发 展出三种衍生版本,为隐身飞机作战术提供更多可能。
隐身性能是武器装备的重要性能之一,而隐身材料是实现隐身性能的关键。(1)隐 身性能成为武器先进性的衡量指标:隐身技术是针对探测技术,在一定环境中通过 弱化呈现目标存在的雷达、红外、声波和光学等信号特征,最大限度地降低探测系 统发现和识别目标能力的技术。现代战场上,随着探测、控制、弹药技术的长足发 展,先进侦察系统和精确打击系统已经对地面武器装备构成了不可忽视的威胁。为 了提高武器装备的存活几率以形成战斗优势,往往通过隐身技术来减少被探测概率, 因此隐身性能也成为了判断武器装备先进性的指标之一。(2)开展隐身材料的研究 成为隐身技术的关键:现代隐身技术主要通过外形设计和使用隐身材料以减少电磁 波发射/反射,从而减小被探测到的概率。详细来说,一是对作战武器装备(如飞机、 坦克、舰艇等)外部形状进行改进,通过减少目标反射或发射的电磁波信号;二是采 用隐身材料,通过隐身材料降低武器装备的信号特征,达到隐身的目的。
雷达吸波材料(RAM)是应对雷达探测的主要手段。吸波材料通过吸收雷达波减少 目标的雷达散射截面(RCS),使探测器难以回收达到探测阈值的回波。其基本原 理是当雷达波辐射到隐身材料表面并加以渗透,吸波材料自身可将雷达波能量转换 成其他形式的能量(如机械能、电能或热能),并加以吸收,从而消耗掉雷达波部分 能量,降低回波信号强度,从而极大地降低被雷达发现的概率。若吸波材料自身结 构设计与阻抗匹配设计得当,再加上选材等配方及成型工艺合理,雷达吸波材料几 乎完全可衰减并吸收掉所入射的雷达波能量,达到安全隐身的目的。理想的雷达吸 收体应具有厚度薄、重量轻、频带宽、黏附力强的特点。
吸波材料分为磁损耗型和介电损耗型,磁性材料常用于武器装备常温隐身,陶瓷材 料配合介电材料常用于武器高温部位隐身。根据材料对电磁波的损耗机理,吸波材 料可分为磁损耗型和介电损耗型:(1)磁损耗型吸波材料具有低频吸波性能优异、 吸波频带可调等优点,但缺点是密度大,且绝大部分磁性吸收材料居里温度较低, 在高温下失去磁性从而失去吸波性能,因此磁性吸波材料一般只能用于武器常温部 位的隐身。磁性吸波材料主要包括铁氧体、磁性金属微粉及多晶铁纤维、纳米磁性 吸波材料等。根据《磁性吸波材料的研究进展》(刘祥萱等,2013年),由于磁性 吸波材料具有磁损耗强、成本低的特点,磁性吸波材料是目前应用得最多的一类。 例如,铁氧体吸波材料在U-2、F-117A等飞机上均有应用。(2)介电损耗型吸波材 料具有质量轻、力学性能优异、耐腐蚀、耐高温等优点,但介电材料往往低频吸波性 能差、吸波频带较窄,吸波效率远低于磁性吸波材料,需要较大厚度。通常将陶瓷吸 波材料等介电材料通过元素掺杂等方式进行改性后用于武器高温部位的隐身。
结构隐身材料则是兼具电磁吸收和高强度特性的结构型材料,主要用于武器装备中 需要结构功能和隐身功能一体化的关键部位。结构隐身材料是在先进复合材料的基 础上,将吸收剂分散在特种复合材料中,经严格的电磁结构性能一体化规划设计, 采用多轴机加或3D打印精密成型制造而成。目前国内外研究最多的是结构雷达隐身 材料,其可以与红外隐身涂层结合使用,从而达到红外/雷达兼容隐身效果。根据结 构隐身材料的类型不同,可以分为树脂基结构隐身材料和陶瓷基结构隐身材料,其 中树脂基结构雷达隐身材料的研究比较成熟,应用较为广泛。
涂敷型吸波材料性价比高,结构型吸波材料性能好。涂敷型吸波材料不参与结构承 力,是喷于或贴于金属表面或碳纤维复合材料表面的一种涂料或膜层,一般由粘结 剂与金属、合金粉末、铁氧体、导电纤维等吸收剂混合而成。涂覆型雷达吸波材料具 有吸波效果好、工艺简单、设计难度小、成本低等特点,能在不改变飞机外形或外形改变较小的情况下实现隐身。缺点在于涂层增加了飞机的重量,适用带宽受限制, 涂覆的吸波材料容易脱落和变质,保养和维护费用较高,且受涂覆材料厚度限制, 对S、L等波长较长的波段效果并不显著。结构型雷达吸波材料是在先进复合材料的 基础上,将吸收剂分散在特种纤维增强的结构材料中而形成的复合材料。结构型雷 达吸波材料作用机理是通过特殊的复合材料结构对雷达波进行损耗,集吸波、承载 于一体,不仅可以减轻飞行器自重,而且允许设计厚度较大,具有更好的吸波性能 以及更高的可靠性,此种材料可直接做成飞行器的气动外形所必需的复杂曲线结构, 作为承力部件使用,如机翼前缘、机身边缘等。
(二)产业链:中上游多为定制化供给,下游客户绑定体系稳定性突出
隐身材料产业链各环节业务层次明确,隐身材料制备企业位于产业链中游。隐身材 料产业链自上而下大致可分为原材料厂商、隐身材料供应商、武器装备制造商,相 互之间的业务层级明确,从下游往上游依次传递产品需求,从上游至下游依次交付 合格产品。隐身材料上游为原材料厂商,原材料包括靶材、粉体、树脂、纤维、合金、 试剂、金属结构件及连接件等。中游为隐身材料制备企业,隐身材料以涂覆型和结 构型结构方式广泛地在武器装备和尖端装备与设施上应用,包括飞机、主战坦克、 舰船和导弹,降低武器装备被探测率。下游为我国武器装备的制造商,多为军工集 团及其下属单位。
上游原料以粉体和靶材为主,不易制备。上游原材料包括靶材、粉体、树脂、纤维、 合金、试剂等,其中隐身涂层材料中的功能填料和粘结剂的主要原材料为靶材和粉 体。靶材是通过专用设备采用物理气相沉积技术在基材上制备涂层的原材料,主要 包括金属靶材、金属陶瓷靶材及氧化物靶材等,粉体包括陶瓷粉、合金粉和金属粉 等。隐身材料厂商通过设计和定制不同成分及技术标准的靶材和粉体,并按照特定 工艺在基材表面逐层制备功能填料和粘结剂,最终形成隐身涂层材料。根据华秦科 技招股说明书,靶材是公司的主要原材料,占其主营业务相关的采购总额比例的80% 以上,粉体的采购占比逐渐升高。靶材作为主要原材料,需进行定制化设计和工艺 探索,制备方法主要有熔炼法和粉末冶金法,制备工艺较为复杂,工艺过程控制要 求较高。
原材料以定制化生产为主,为保证质量,中游企业和原材料厂商稳定合作。由于隐 身材料制备是国防装备供应体系中的一个环节,中游企业在原材料采购方面受到国 防装备供应体系的统一管理。为控制原材料质量,隐身材料制备企业采购相对集中, 严格执行供应商准入管理,从资质信誉、技术水平、提供产品或服务的质量、交付能 力等全方位对供应商进行详细的评估,并对重要原材料进行试用,相关产品只有通 过试用后满足性能要求,并且经过军代表的审查才会纳入供方名单。原材料的采购 遵循的流程是中游隐身材料制备商根据下游企业依据武器装备交付计划提出的要求 制定生产计划和采购计划,依照采购计划向供应商采购,且为保障原材料的性能满 足要求,在入库时进行查验和抽检。终端产品型号设计定型时已经对原材料做出限 制,原材料样本需经过多批次试制检验,因此靶材一般是定制化生产,靶材厂商的 客户相对固定,合作关系比较稳定。且由于军品供应的特殊性,原材料采购量根据 中游企业与主机厂沟通的生产计划而定,采购价格提前协商,相对稳定。
高难度的技术工艺铸就行业高进入壁垒,其中组分配方对材料性能的实现起关键作 用。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,我国研究机构及参与企业难以取得可以借鉴的技术信息,加大了研发 难度。隐身材料制备的核心技术主要包括材料组分配方、结构设计、装备定制化设 计及工艺实现技术体系等。以雷达吸波材料为例,其主要由吸波剂与高分子材料(如 树脂与橡胶及其改性材料)组成。其中决定吸波性能优劣的关键则是所选取的吸波 剂的类型及含量,吸波性能通常用介电常数和磁导率表征。材料的吸波性能和材料 的组分设计息息相关。组分对微波磁导率的影响以多晶铁纤维为例,不同组分的三 种纤维镍、羰基铁和钴纤维,其中羰基铁纤维的微波磁导率最高。因此,需要通 过多次调配材料组分并结合电磁参数观察,获得最佳的材料组成配方以达到隐身材 料的性能需求,对技术水平要求较高。
隐身材料的结构设计作为实现隐身性能的关键因素之一,对研发技术水平有着较高 的要求。隐身涂层材料的结构设计经历单层、双层和多层的涂覆结构的发展过程。 结构设计的复杂性和设计目标的差异对算法提出了要求,需要基于多层传输线理论, 使具有不同电磁特性的各层材料结合厚度、复介电常数和复磁导率参数。此外,当 材料用于飞行器时,对质量和体积有所限制,因此多层材料还需考虑增加的附加质 量。对于结构隐身材料,需要考虑吸波剂体积分数及铺排方式以及层间界面结构的 设计等。基本结构设计形式包括波纹板夹层结构、角锥夹层结构、吸波材料充填结 构等,需考虑多种结构形式综合设计,对技术水平提出较高的要求。
从制备工艺流程角度出发,隐身材料行业存在高壁垒。隐身涂层材料和结构隐身材 料的工艺流程不同。隐身涂层材料的生产经历预处理、隐身材料制备及涂覆、热处 理、性能测试等步骤,运用定制化开发的生产设备及特定的生产工艺将特种功能材 料直接制备并涂覆在客户零部件表面,其中涂覆工艺是制备的最重要环节之一,会 直接影响涂层表面的微观结构和取向,有研究发现仅操作工艺的不同就可使同种配 方涂料的发射率出现10%偏差。结构隐身材料的工艺遵循预制体处理-浸渍固化-制备 毛坯件-零件修型-金属件连接-性能测试这一流程,直接进行零部件生产。《隐身材 料技术标准现状和标准发展设想》(郑付来,2019年)一文中指出隐身材料行业及 以上相关标准全是国家军用标准,并且数量很少,目前工艺标准无行业及以上标准 可供使用,需要企业自己确定各生产环节的工艺参数和条件,对企业的研发创新能 力提出高要求。
耐温性能的提升为隐身材料的发展趋势,对研制技术提出新要求。随着使用温度的 升高,隐身材料的体系都会发生改变,隐身材料研制难度变大。高温对材料研发提 出了更高的要求,可选用的材料范围更窄,同时对隐身材料性能调控和制备工艺提 出了更高的挑战。耐高温隐身材料是目前武器装备实现全方位隐身的短板。在中/高 温隐身材料领域,国外一直在加强基础研究,综合优化材料应用性能与高温吸波性 能。技术思路以研发能长期耐受高温的陶瓷基隐身材料为主,产品主要包括陶瓷涂 层、陶瓷贴片和陶瓷基吸波结构复合材料等。国内制备耐温隐身涂层的技术路线是 基于组分配方、结构设计和制备工艺的优化进行。采用耐温吸收剂,结合电磁参数, 耐温功能填料的优化、改性及特殊的包覆技术处理使得各组分在高温下稳定共存, 避免了高温环境下各组分间的化学反应;设计扩散阻挡层,解决隐身性能退化问题; 优化粘结层的成分设计和工艺以提高隐身涂层的附着力和抗热震性能;改进专用设 备和工装、优化制备工艺,解决工程化应用工程中制备工艺重复性和均匀性差的问 题。目前,耐温隐身涂层制备工艺均存在所需设备较为复杂、工艺要求控制高、成本 高等问题,会对耐高温隐身材料的发展造成阻碍,亟待解决。
下游企业为装备制造商,隐身材料应用装备包括飞机、主战坦克、舰船和导弹等。 下游企业多为军工集团下属科研生产企事业单位,根据军方要求研制生产指定型号 的武器装备,包括军机、坦克、导弹和舰船等。不同型号的武器装备在材料、规格和 性能等方面均具有特殊性要求,因此装备制造商一般要求隐身材料生产企业配合其 进行同步研发,隐身材料最终能否实现定型批产不仅取决于供应商自身研制进展, 亦取决于下游应用装备的定型批产。 从合作模式看,不同类型隐身材料的产品交付方式及形态存在差异。对于非高温隐 身涂层,一般多为隐身材料公司将产品交付客户,并指导客户材料喷涂过程中的参 数控制等。在高温隐身涂层领域,一般为下游用户将武器装备的零部件发运至隐身 材料公司,隐身材料公司完成隐身材料在零部件表面的涂覆后,由下游用户进行检 验,检验通过即生产完成。下游结构隐身材料市场,一般是由下游装备制造商提供 设计图纸、技术指标等要求,隐身材料制造商直接进行生产。从定价模式看,隐身材 料的价格由下游装备总体单位或总装单位审核,双方谈判确定暂定价格,再基于军 方对装备产品的批复价格进行调整。
(三)发展方向:低频超宽带、多频谱兼容、薄型轻量、耐高温多功能
低频超宽带化,以应对新型雷达技术等探测手段的发展。据佳驰科技招股书,随着 飞行器、舰船的隐身性能的不断提升,传统的雷达技术已经无法对抗各类隐身武 器,因此对新型雷达技术的研究逐渐展开,性能优异的低频超宽带雷达逐渐兴起。 低频超宽带雷达是工作在UHF/VHF的新型的雷达系统,其低频特性可探测隐蔽目 标,而其超宽带特性可以得到较高的距离向分辨率,具有较强的探测能力,该新型 雷达已严重影响了传统隐身技术的隐身效果。目前各类雷达隐身材料普遍存在低频 吸波机制单一、隐身效果差的问题,为了满足现代战争的需要,低频超宽带已成为 隐身材料新的发展趋势。
多频谱隐身材料具有多重隐身功能或宽频段隐身功能,雷达/红外兼容隐身材料是多 频谱隐身材料的研究重点。随着探测技术的迅猛发展,武器装备在战场上可能同时 受到来自雷达、热红外、可见光及近红外、激光等多频谱、多波段侦察仪器的探测, 因此适用于单一频段的隐身材料将很难获得进一步的实际应用,而多频谱兼容隐身 材料有希望满足武器装备在战场复杂电磁环境中的需要。多频谱隐身材料具有多重 隐身功能或宽频段隐身功能,常见的有雷达/红外兼容隐身、可见光/红外兼容隐身材 料。多频谱隐身材料的研发技术难度较大,主要体现在两方面:一是不同隐身功能 对材料特性的要求各异,很难在同一种材料上实现多种功能,需要采用多种材料复 合的方式进行,所以可用材料较少,设计空间较小;二是由于加工制造技术限制,很 多理论上可实现的材料结构设计无法用现有技术进行验证。以雷达/红外兼容隐身材 料为例,雷达隐身是通过衰减吸收、偏转雷达回波等方法降低雷达散射截面积,实 现隐身,而红外隐身则是通过降低目标红外辐射强度实现隐身。雷达吸波涂料要求 高吸收率,低反射率;红外隐身材料则要求低吸收率,高反射率。隐身机理的截然不 同,使得它们的性能要求相互矛盾和制约。
隐身材料的薄型化和轻量化有助于降低武器装备整体质量,可有效提升飞行器的航 程和载荷。轻质高强是航空结构材料的发展方向,结构隐身复合材料可以通过减轻 重量放大经济效益。根据《航空类新型高温雷达吸波材料研究进展》(邓凯文,2016 年),航空类雷达吸波材料在降低材料重量和提高高温性能等方面具有更严苛的要 求。传统高温雷达吸波材料由于存在吸收频段窄、低频吸收性能差、抗氧化性能不 佳等缺点,使用受到限制。航空结构材料其最关键的要求是轻质高强和高温耐腐性 能,上述性能也是航空类隐身材料在设计和应用过程中所必须考虑的,是区别于其 他隐身材料的关键特征。
二、商业模式:对症下药,从“Biotech”到“Big Pharma”
(一)核心特征:从底层工艺出发,以吸收剂为锚,解决不同适应症
吸波材料的关键在于吸收剂的制备。吸波材料主要由吸收剂和基体材料组成,吸收 剂是发挥吸收和反射电磁波的物质基础,常用的包含铁氧体、羰基铁、导电高聚物 等。基体材料为吸收剂的载体,能够承载并分散吸收剂,同时具有一定的力学性能。 由吸波材料的工作原理可知,吸波材料的吸波能力与吸收剂的吸收能力密切相关。 以佳驰科技主营产品EMMS(电磁功能材料与结构)材料为例,据佳驰科技招股书, EMMS实现装备隐身、电磁兼容等各类功能的核心材料是吸收剂,其配制难度大, 涉及材料损耗峰控制设计、材料粒度分布设计、材料表面界面态设计、材料合成配 方设计、材料形貌设计等多项关键步骤,需要大量的理论分析和实验积累。
靶材是决定高温隐身涂层的关键。据华秦科技招股书,为了生产隐身涂层产品,公 司设计和定制了不同成分及技术标准的靶材,分别用于粘结层和功能层的制备。功 能层主要作用是实现材料的隐身功能,同时提高隐身涂层材料的长期耐温性能;粘 结层则是用于增加隐身涂层材料和工件的结合强度,避免材料在应用过程中脱落。 靶材成分不同,对隐身涂层材料的作用就不同。采用不同的靶材,通过物理气相沉 积技术可以在工件上分别逐层制备出粘结层和功能层,最终形成隐身涂层材料产品。
我们强调,常温隐身材料,其关键在于前期吸收剂制备;对于高温区域隐身材料, 原材料靶材很重要,通过调整配方或工艺,以满足下游客户多样化需求。据佳驰科 技招股书,在公司2008~2012年早期基础研究阶段,公司开始进行EMMS领域的技 术预研。在此期间,重点开展了磁性纳米晶电磁吸收剂制备技术研究,在基础隐身 材料和关键原材料方面取得重要进展,突破了隐身材料薄型化、轻量化等关键技术 瓶颈,解决了隐身材料长期以来的厚重的问题,为公司各类产品发展奠定基础。 EMMS产品具有多样性、复杂性,需要根据不同环境设计吸波材料配方和电磁参数 频谱特性,不同产品生产工艺存在较大差异。
创新药公司君实生物,专注源头创新,重要靶点全面铺开。据广发医药组2020年12 月报告《君实生物:专注源头创新,从本土到全球》,公司的核心产品特瑞普利单抗 是首个国产抗PD-1单抗,通过自主研发及权益引进,在重点新型靶点上均有丰富的 布局,将构建多层次的PD-1联用组合,产品间具备较强的协同作用;从商业竞争策 略看,核心产品采取的是快速上市,特瑞普利在临床急需有突出临床优势的适应症 上,通过优先审评纳入“绿色通道”进而实现快速上市的目标,具体而言,黑色素瘤 二线已获批,在鼻咽癌三线及尿路上皮癌三线适应症的拓展临床试验上已经显示出 巨大的临床受益。
合成生物学公司华恒生物,敢为人先,掌握核心菌种和酶。据广发化工组2022年5月 报告《华恒生物:敢为人先,合成生物学领跑者》,合成生物学行业一般分为研发型 和产品型公司,华恒生物在研发和产品端齐发力,上游,掌握核心菌种和酶,厌氧发 酵法生产L-丙氨酸、L-缬氨酸等系全球首创;中游,工程放大能力突出,多个产品万 吨级产业化,实现低成本、规模化生产;下游,大客户资源丰富,与巴斯夫、味之素、 德之馨、帝斯曼、伊藤忠、华中药业、诺力昂、天新药业等企业建立长期业务往来。
(二)发展路径:差异化管线持续迭代,从“Biotech”到“Big Pharma”
隐身材料公司发展方向,以底层技术为核心,快速扩大产品管线。据佳驰科技招股 书,公司经过十余年的自主研发,持续优化吸收剂材料配比和加工工艺流程,不断 提升吸收剂性能参数,公司已研制四大吸收剂体系、数十种吸收剂牌号,在多频段 上解决了装备隐身和电磁兼容问题,取得了宝贵的核心技术积累。据华秦科技招股 书,截至2022年3月招股说明书签署日,公司共计3个牌号的隐身材料实现批产,24 个牌号的隐身材料及19个牌号的隐身材料分别处于小批试制及预研试制阶段,产品 管线不断扩大。
我们认为,对于隐身材料公司而言,虽然下游需求较为多样化,但底层工艺技术的 同一性,决定其发展方向在于,从解决“小适应症”到“大适应症”方向拓展,从 “Biotech”到“Big Pharma”。 以创新药公司君实生物为例,采取快速上市、辅以“小适应症+大适应症”并快速扩 大市场份额的竞争策略实现领先。据广发医药组2020年12月报告《君实生物:专注 源头创新,从本土到全球》,公司基于核心产品特瑞普利在临床急需有突出临床优 势的适应症,通过优先审评纳入“绿色通道”进而实现快速上市的目标,具体而言, 黑色素瘤二线已获批,在鼻咽癌三线及尿路上皮癌三线适应症的拓展临床试验上已 经显示出巨大的临床受益。 “小适应症+大适应症”的市场拓展策略是指,公司特 瑞普利率先拓展黑色素瘤,鼻咽癌和尿路上皮癌三个病患群体相对较小的适应症, 同时积极进行肺癌,肝癌,食管癌,乳腺癌等病患群体较大的适应症临床试验,带动 大适应症的市场拓展。在完善的新药研发体系下,公司从Biotech逐步转型Big Pharma,由肿瘤向多病种布局,全面提升公司的市场竞争力。
以佳驰科技为例,从解决雷达吸波等 “小适应症”,向解决多频谱兼容等“大适应 症”拓展;从隐身功能涂层材料“小适应症”,向隐身结构件“大适应症”拓展。 据佳驰科技招股书,公司在不断积累军方客户的基础上,利用自身核心技术及产品 优势积极开拓产品应用领域,目前已经在隐身功能涂层材料、隐身功能结构件、电 磁兼容材料三大领域形成包括电磁缺陷修复材料、雷达吸波涂料、红外蒙皮涂料、 泡沫类吸波材料、蜂窝类吸波材料、胶板类吸波材料在内的多个产品序列。从公司核心技术视角看,从“薄型雷达吸波涂料设计和制备技术”、“低发射红外涂料设 计和制备技术”,到“多频谱兼容功能涂料一体化设计和制备技术”解决多频谱涂 料的兼容性问题;从隐身功能涂层涂料,到“超宽带非线性梯度渐变吸波蜂窝制备 技术”、“ 低可探测隐身功能结构件设计技术”拓展。生产环节从“吸收剂制备” 向“结构件制备”领域拓展,实现从“小适应症”到“大适应症”的转变,扩大了 市场空间;实现从“Biotech”到“Big Pharma”,实现平台型转化。
(三)赛道优势:下游客户粘性壁垒较高,装备服役及升级周期较长
我们认为,隐身材料赛道具有两点比较优势,高转换成本下的客户优势、长服役及 升级周期下的市场优势。
隐身材料下游客户的转换成本相对较高。To B的隐身材料行业,(1)客户出于稳定 性考虑一般较少更换供应商。下游具备隐身装备研制能力的主机厂相对较少,且隐 身装备的附加值、装备地位相对较高,使得一般情况下游客户为了产品的稳定性考 虑,一般不轻易更换供应商;(2)底层工艺的同一性使得强者恒强,且由于客户需 求多品种、多定制、小批次,若非掌握底层谱系化的工艺(如全面的吸收剂制备体 系),难以在短时间内对现有龙头产生实质性影响;(3)较高的认证壁垒。据佳驰 科技招股书,“一般来说,只有预先进行大量的研发工作,才有可能通过军工配套项 目的招标进入…前期预研阶段时间较长,一旦产品通过评审批产定型,供求双方会 形成长期稳定的合作关系,后来企业难以再进入市场,存在较强的进入壁垒”。
下游装备的长服役及升级周期带来更高的持续性需求。对于隐身材料赛道下游主要 装备,如飞机、发动机等,尤其是军品领域,其服役周期及升级周期相对更长。并且 在较高的客户转换成本下,中上游隐身功能涂层或者结构件供应商的收入确定及持 续性相对更高。
1. 军机方面,强调装备较长的服役寿命与升级周期
拉长维度,美国装备采购支出整体呈现强周期性特征,战机采购数量接近整体采购 变动趋势,但采购景气一旦上行一般持续10-15年。近几十年来,美国国防采购支出 周期性特征明显。例如在20世纪60年代到达一定高位后支出开始下降,在20世纪70 年代中期至80年代末期又逐步增长,并自反恐战争后逐步增加。在此期间,国防部 购买的军机数量变动趋势接近于整体采购预算。例如,当总开支在1975年下降时, 国防部采购了193架战斗机和391架飞机。当开支在1985年达到顶峰时,国防部采购 了300架战斗机。当开支在1995年再次下降时,国防部只采购了24架战斗机和101架 飞机。但整体上不断变化的威胁以及在役战机的寿命决定了整体的采购趋势。
从美国看,以固定翼为代表的军机呈现制造成本不断提升的趋势,因此在军方装备 升级背景下潜在的需求空间随军方对性能的需求提升而不断增加。参考《Why Has the Cost of Fixed-Wing Aircraft Risen》(美国兰德智库,2008年),基于统计的运 输机、轰炸机、战斗机等,在过去25年固定翼军机成本的增长率已超出普通的通货 膨胀指数,如消费者指数、国防部采购平减指数和GDP平减指数等,无论是基于采 购成本还是单位空重成本衡量,都体现为该趋势。美军多数军机的采购多使用成本 加成定价合同,在该合同条款下成本的上升决定了军方采购价格的上升,意味着在 同等采购数量下武器装备的升级换代所需费用随之增加,而对于洛马等企业,则是 潜在装备升级换代市场空间的不断增加。
2. 发动机方面,强调更为广阔的升级及维修空间
发动机总体呈现单机成本不断提升的趋势,主要系发动机代际更迭追求更高性能带 来的成本提高。对于军用飞机来说,从第1代发动机到第4代发动机,为了满足战斗 机的超声速巡航、超机动、超隐身和短距起落等能力,第4代战斗机发动机对推力与 推重比、推力矢量、雷达和红外信号等提出了更高的要求,明显增加了技术难度。为 了满足第4代战斗机的综合性能最优和全寿命周期费用较低的要求,第4代战斗机发 动机对耐久性、维修性、可靠性和保障性等提出了更高的要求,明显拓展了技术范 围,增加了研制难度。同时,由于原材料占比超过一半,先进材料的使用也增加了发 动机成本,第4代战斗机发动机的价格显著高于第3代。
从全寿命周期角度来看,发动机运营和维护费用高于整机采购成本。根据《Whole Life Cost Methods for Aero-Engine Design》(James Stephen Wong,2012年11 月),航空发动机全寿命周期成本包括采购成本(acquisition cost)和拥有成本 (ownership cost),采购成本包含研发成本和投资成本,拥有成本包含运营维护成 本和处置成本。根据《An Approach to the Life-cycle Analysis of Aircraft Turbine Engines》(美国兰德智库,1979年),发动机维护成本占发动机全寿命周期总成本 的75%~80%。
(四)民用领域:同样受益底层技术同一性,巩固全球民用龙头地位
军用与民用之间存在技术迁移,有利于企业巩固行业市场地位。
(1)在军用往民用进行技术迁移上:从材料角度,根据《磁性吸波材料与应用》(余 声明,2009年),军用雷达吸波材料以磁性吸波材料为主,而磁性吸波材料在民用 市场具有广阔的前景。一方面,电磁波吸波材料技术作为材料科学的分支,其应用 的广泛性及其电子信息产业的紧密相关性将使之成为崛起的新兴产业。另一方面, 通过军用向民用的技术迁移,磁性吸波材料已大量应用于民用企业,金属与合金系 列吸波材料也因吸收频带宽、工艺简单而备受关注;从应用角度,常温隐身材料与 高温隐身材料存在不同的特性,因此在民用领域有着不同的应用。由于常温隐身材 料具有更优的吸波性能,因此常常作为电磁屏蔽材料应用于民用领域。高温隐身材 料则往往兼具热防护、高温燃气防护、高温氧化防护和耐环境腐蚀等功能而作为防护材料应用于民用领域。
(2)军工技术向民用领域转化,开辟收入新增长点:在常温隐身材料的转化上,以 佳驰科技为例,佳驰科技利用薄型轻量化制备技术等核心技术,在高端电磁兼容材 料产品方面持续实现突破,拓展电磁兼容材料在消费电子、汽车电子等民用领域的 应用。根据佳驰科技招股说明书,公司逐步开展吸波电磁兼容材料的研制,并抓住 磁性基板国产化替代的契机,成功研制了包括高性能水性环保磁性基板材料在内的 多个产品,打破国外的技术垄断;在高温隐身材料的转化上,以华秦科技为例,华秦 科技积极开拓军工技术向民用转化,利用在军品行业已形成的快干型长效防腐材料 制备技术、低表面能耐候性自清洁防腐材料制备技术和高效隔热技术等核心技术, 拓展防护材料在航空、冶金、石油化工、船舶、海洋等民用领域的推广应用。企业的 防护材料以高效热阻材料和重防腐材料为主,高效热阻材料应用于民用航空发动机, 延长其使用寿命;重防腐材料可大幅提高涂覆部件的使用寿命和应用性能,能够广 泛用于航空、航海、陆航、海洋工业、石油化工、核电工业、市政公用设施等领域。 华秦科技的重防腐材料已在冶金、港口、船舶等领域实现民用产品的成功应用,已 实现收入,且截至2022年3月2日,民用产品合同金额超过1000万元。
隐身材料为解决民用领域的电磁兼容问题提供解决方案,复盘海外民用领域龙头发 展历史,或基于底层技术同一性、拓展产品谱系,巩固其竞争优势。 随着电子信息的不断发展,电磁兼容问题越来越突出,隐身材料的民用拓展提供了 更佳的解决方案。根据佳驰科技招股说明书,(1)电磁兼容问题突出:一方面,随 着电子芯片技术和加工工艺的提升,电子器件的厚度、重量等参数已成为手机、穿 戴设备等电子设备的重要竞争指标,各类消费电子设备向着轻、薄、小的趋势发展, 因此越来越难以通过优化设备结构设计和电子元器件布局来解决电磁干扰问题;另 一方面,随着5G时代的到来,智能手机等设备的传输速率、信号强度均显著提升, 内部电磁兼容问题愈发严重。为了保障电子产品的功能的顺利运行,从而保持产品 的竞争力,该领域对电磁兼容材料的需求尤为突出。(2)隐身材料的民用拓展提供 了更佳的解决方案:由于军用隐身材料具有极佳的电磁波吸收能力,并且材料的性 能要求较高,例如,军用材料对材料吸收率、薄度、厚度、重量都有更苛刻的要求。 因此,由军用隐身材料向民用电磁屏蔽材料拓展,有利于提供更好的电磁兼容的解 决方案。
军民用吸波材料市场份额约各占一半,民用应用领域分散、需求广泛但性能要求不 高。从市场份额来看,据Hexa Research 2018年市场预测报告,2015~2017年全球 吸波材料市场份额中,民品和军品的份额几乎对半分,民品市场中,应用较大的是 医疗和纺织,此外还有汽车、消费等。相较军品主要用于战机,民品下游应用较分散 且需求要求不高,如:医疗领域主要用于屏蔽医疗仪器的辐射以保证其他医疗仪器 的正常运行;建筑领域主要通过在建筑材料中加入吸波材料以减少家用电子设备造 成的电磁污染;汽车领域主要用于噪音屏蔽和车身保护;消费领域主要用于噪音屏 蔽和防晒产品等。
海外民用隐身材料的产品谱系、品类众多。发达国家隐身材料发展较为成熟,大型 民用隐身材料企业以英国的Laird为代表,其隐身吸波材料广泛应用于汽车、医疗、 通信、建筑等行业;从公司产品谱系来看,吸波产品已经发展出34个系列,且每个 系列产品发展成熟,内部衍生出了多种细分产品,可覆盖20MHz至100GHz频率范围 的微波吸收;仅Eccosorb MF系列的吸波产品内部就包含229种细分产品;所有系列 的吸波产品共有769种,同一系列内部产品的差异主要在于适用频率场景和材料厚度 的不同,可以满足绝大部分行业需求。
民用隐身材料技术具有同一性。一方面,民用隐身材料对产品性能的要求较为宽松, 相比军品,民品制造难度相对更低,因此主要采用已发展成熟的磁性吸波材料,通 过磁损耗来吸收电磁波;另一方面,民用产品下游应用场景虽多,但每个应用场景 需求的确定性和稳定性较高,例如,从21世纪初至今,将吸波材料混入建筑材料中 削弱外部电磁污染依然是吸波材料在建筑领域应用的主要方式。因此,发展成熟阶 段下,民用产品谱系众多但不同谱系、同一谱系内部产品之间均存在同一性特征。 以Laird为例,其产品不仅覆盖频率较广,在同一频率范围的产品系列也较多,例如, 在隔离大于1Ghz的微波上,可以选取Eccosorb LS、Eccosorb QR-13AF、Eccosorb JCS、Eccosorb JCP PP、Eccosorb JCP PA、Eccosorb JCP PBT 252系列材料, 但根据鑫澈电子说明,Laird不同谱系之间其吸波材料在原理上属于磁损耗型,在材 料设计上均采用磁性吸波剂(金属铁粉、铁合金粉、羰基铁粉等)+硅橡胶基体材料, 因此,虽然Laird产品系列较多但不同谱系仍存在同一性;而在其绝大多数同一系列 的旗下,由于产品的各项参数相同,例如,Ecostock FFP系列代号为33016000- 33016004的零件介电常数、损耗角正切、密度等参数一致,因此产品标准化程度较 高,在工艺上也存在较大程度上的同一性。
军用与民用之间也存在技术迁移,有利于企业巩固民用市场地位。以Laird为例,其 主要产品用途为电磁波屏蔽材料民用导向,主要解决热与电磁干扰屏蔽问题,且在 该领域颇有建树,其部分民用产品在定制化或改进后也承担军用,且其应用于军用 的部分在军事领域承担电磁波屏蔽的作用,而不承担军事装备隐身吸波功能。例如 根据Laird声明,其产品可用于天线模式增强,在相互冲突的系统之间增加吸收屏障 以解决宽带电子战设备在通信或雷达系统附近运行。因此,公司主要为立足民用产 品发展军用产品,其军用产品为其优质民用产品的衍生应用。而军用供应商形象则 会进一步巩固Laird民用隐身材料市场上技术领先的形象,有利于其长期发展。
三、市场空间:主战装备列装、后期运营维护空间较广
(一)首次涂覆:主战装备列装及代际升级,向海陆空全平台拓展可期
美军军费持续维持高位推动航空装备部署进一步扩大。2022 年 3 月 28 日,美国白 宫正式对外公布 2023 财年国防预算,达到 8133 亿美元,较 2022 财年的 7820 亿 美元预算增速达 4%,创下国防预算历史最高纪录。从美军 2010-2022 财年武器系 统采办预算的发展脉络可知,任务支持活动和飞机及相关航空装备始终是国防预算 重点投资领域,占据了整个武器系统采办预算的半壁江山。其中,飞机及相关航空 装备平均每年投资额超过 500 亿美元,是各类具体装备类型中最多的。2020-2024 财年美国武器系统采办预算趋势同样显示航空装备在各类装备中的占比最大,为 40%。此外,导弹与弹药近四年投入均超过 200 亿美元,在 2020-2024 财年美国武 器系统采办预算趋势中在各类装备的占比 8%左右。美军在实施战略转变的背景下, 始终保持对先进航空装备在全球投送和全球打击等方面能力的重视程度。
军贸出口为隐身战机潜在增长点。F-35是全世界进行中的最庞大战斗机研发计划, 美国是F-35主要的设计方、采购方和资金提供者,英国、意大利、荷兰、加拿大、挪 威、丹麦、澳大利亚、土耳其等国为其开发提供了总计43.75亿美元的经费。截止至 2022年5月2日,F-35外贸订单共计888架。
隐身战机机身及发动机隐身涂装需求带来广阔市场空间。战机机身的隐身涂层主要 有3层,第1层(最内层)为直接喷涂在机体表面蒙皮上的涂层,用于填补机体表面 缝隙以隔绝蒙皮和外界空气水分的直接接触;第2层(中间层)为雷达吸波涂层,用 以吸收敌方雷达发射的雷达波;第3层(最外层)红外反射涂层可以反射自身产生的 热能红外光。同时,发动机部位通常用致密碳泡沫层来吸收发动机排气的热辐射, 并且在进气道内壁上涂覆厚度更薄、理化性能更高的高温吸波材料,例如碳-碳复合 材料;在道口安装格栅提升反射次数便于吸波材料的吸收。以F-22战斗机为例,其 大量采用了复合材料结构,复合材料占整个结构质量的26%;在重点部位(如进气 道和机翼前后缘)采用了将隐身涂层涂覆于吸波结构材料表面的方法,高频雷达信 号被表面吸波涂层吸收,低频雷达信号则被吸波结构材料吸收。发动机部分热辐射 特征显著,多用陶瓷基复合隐身材料。法国研制的SiC/SiC陶瓷基复合隐身材料已经 成功应用在M88-2发动机喷管外调节片和F100型发动机调节片上。英美联合研制的 SiC/SiC陶瓷基复合隐身材料目前已经成功应用于F110-GE-129发动机尾喷管、 F136发动机涡轮叶片、F414发动机和CFMLEAPX发动机涡轮壳环等构件。法国SEP 公司研制的C/SiC 复合隐身材料喷瓣、尾喷管调节片已用在阵风战斗机的 M88SNEMA发动机和幻影2000战斗机的M53发动机上。F-22隐身战机的发动机的推 力换向和反推力喷管以及发动机周围的构件可能采用了陶瓷基复合结构隐身材料。
隐身舰艇是未来近海作战重要的核心装备之一。美国海军拟于2021年起采购FFG-X 隐身护卫舰,该舰及其装备皆体现隐身特性,其采用AN/SLQ-61轻型拖曳线列阵声 呐,AN/SLQ-62变深声呐,TB-37多功能拖曳线列阵声呐,AN/SQQ-89F水下反潜作 战系统,以及MH-60R/S反潜直升机,配置3联装MK-50舰载轻型反潜鱼雷。该舰的 制造项目于2017年启动,共计建造20艘;此外各军事强国均先后应用隐身材料于舰 船制造中。舰艇的上层建筑通常采用聚合物涂层,以吸收和散射雷达波;舰体表面 会采用消声瓦或涂敷吸引涂层来强化隐身的目的。且随着技术的发展,吸波材料逐 渐从早期的涂敷型吸波涂层,向与其他材料制成具有吸波能力的复合材料转型。
配合隐身飞机与隐身舰艇的使用,导弹隐身化受到更高程度的重视。精确制导导弹 是进攻和打击敌方战略目标的重要手段,导弹需要对敌方的侦察设备、制导雷达和 拦截导弹采取反侦察和抗干扰措施,减小其被发现的概率。导弹的隐身一方面采用 了独特的隐身气动外形设计和巧妙的结构布局,另一方面弹头、弹体和弹翼都采用 了吸收电磁波的复合材料和吸波涂料。美国2022财年国防预算中导弹和弹药采办预 算申请共203亿美元,占国防总预算的8%。国防部采办重点转向战略导弹和高端战 术导弹,旨在通过为精确打击武器增程,提升对陆打击能力和打击精度,以提高军 队杀伤力。在世界范围内,美欧、俄罗斯和以色列等军事强国在隐身导弹领域取得 先机,相继研制成功并装备部队,有的甚至已经参加实战,如美国AIM-9X隐身空空 导弹、 AGM-129、 AGM-129A隐身巡航导弹、法国斯卡耳普/风暴前兆隐身巡航导 弹、俄罗斯Kh-102隐身巡航导弹等。
顶层政策强调富国与强军的统一,国际政治局势趋紧背景下装备需求存在一定上升 空间。2020 年 10 月下旬,中国共产党第十九届中央委员会第五次全体会议公报发 布。全会提出,加快国防和军队现代化,实现富国和强军相统一......加快机械化信息 化智能化融合发展,全面加强练兵备战,提高捍卫国家主权、安全、发展利益的战略 能力,确保 2027 年实现建军百年奋斗目标。要提高国防和军队现代化质量效益,促 进国防实力和经济实力同步提升,构建一体化国家战略体系和能力,推动重点区域、 重点领域、新兴领域协调发展,优化国防科技非工业布局。2020 年 11 月 3 日,《中 共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标的建议》 发布,要求加快机械化、信息化和智能化融合发展;提高捍卫国家主权、安全、发展 利益的战略能力,确保 2027 年实现建军百年奋斗目标;加快武器装备现代化,聚力 国防科技自主创新、原始创新,加速战略性前沿性颠覆性技术发展,加速武器装备 升级换代和智能化武器装备发展;到 2035 年“关键核心技术实现重大突破”;促进 国防实力和经济实力同步提升。
国家出台政策支持特种功能材料,厚积薄发景气向好。航空航天和国防产品或拉动 隐身材料的需求,全球商用和军用飞机机队的扩张将补充该细分市场的增长。此外, 传感器、雷达系统、微处理器和外围设备等机舱设备的复杂性日益增加,预计将提 高其在航空领域的渗透率。较之国外,我国虽然对于隐身材料的研发起步较晚,商 业化进程处于发展初期,但新型武器装备的批产及政策的支持或进一步打开隐身材 料市场空间;且由于其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 了严密的封锁,隐身材料的自主研发为较强需求。
(二)维修市场:隐身材料是耗材,各类型武器装备均面临高维护需求
隐身材料作为消耗品,随着武器装备的使用要不断修复和补充。在装备使用和贮存 过程中,高温、高速气流、石击、碰撞、机械震动、热震、擦挂等外因会造成隐身涂 层的多种失效现象,包括脱落、开裂、起层和吸波性能下降等。在列装服役过程中, 沿海湿润环境会腐蚀涂层;沙漠高温干燥环境会加速隐身材料的龟裂、脱落;高速 大机动飞行时,强烈的气流冲击也会影响隐身涂层的牢固度。为保障装备性能完好, 研究能迅速而经济的恢复涂层隐身功能的维修技术是武器装备隐身性能的重要保障。 涂层的开裂和脱落,会增大装备的雷达散射截面面积,降低装备的隐身功能。判断 涂层是否完好需要检测涂层厚度、涂层表面状态、涂层结合强度、涂层硬度、涂层孔 隙率等方面。对寿命期内吸波涂层局部损伤引起的涂层开裂、脱落,通常采取原位 修复的方法进行修补,即在外场条件下,对故障区域进行局部脱漆、底材表面处理、 涂漆、固化、后处理、检测等,以修复故障区域。
F-35作为美国当前主推的隐身战斗机,其隐身涂层依然面临脱落和维修的问题,且 维修难度大。根据《F-35低探测性维修保障方法》(张宝珍,2012),洛马公司为 F-35开发了一套机器人飞机精整系统(RAFS),用于喷涂整个机体,平尾、垂尾和 众多小零件则用另一套机器人部件精整系统(RCFS)喷涂,以期实现F-35能够经受 住恶劣的航母甲板和战斗条件,且不会带来增量维修。
(三)维修份额:按失效面积分为三级维修,承包商的维护市场空间大
隐身材料的维护方法分为三级,分别为基层级、中继级与基地级维修。根据《美国 空军的装备维修保障体制》(丁利平,2010年),基层级维修(Unit Level)主要是 在外场完成飞机的飞行前、飞行后检查,日常维护保养和某些工作量不大的周期性 工作,以原位维修为主。中继级维修(External to Unit-Level)主要是承担外场维修 所不能完成的维修和保障工作,包括某些工作量较大、需要仪器设备较多、技术上 也比较复杂的周期性维修工作,各种机件的修理或机械加工,以及简单零件的制作 等,以离位维修为主。基地级维修(Depot-Level)主要是对武器系统和其他终端项 目(如飞机发动机)进行装备上的维修和大修,以及在维修站对系统部件进行非装 备上的维修,需要比基层级与中继级更加工业化的维修设施以及更高技能的维修人 员。基层级维修和中继级维修由各联队在联队基地完成;基地级维修主要由政府和 承包商共同提供。根据《美国空军航空装备维修保障体制现状及启示》(李晓峰, 2010年),中国处在采用三级维护制度,探索向二级过渡的阶段。
隐身材料的维护级别选择与失效面积相关。地面隐身武器装备的RCS通常要求小于 5m2,因此,根据失效的面积,隐身材料的维护采用三级维护。对失效部分总面积小 于0.1m2和战场损伤时,采用基层级维护级别,由装备的使用人员进行维护。维护方 法采用铲子等工具将失效部位清理干净,刮涂吸波腻子和粘吸波贴片材料等方法快 速恢复部分隐身功能。失效部分总面积在0.1m2~5m2之间时,采用中继级维护级别, 由旅级维护部门进行维护。维护方法采用专用的涂层清除工具清除受损吸波涂层, 并对受损吸波涂层进行扩大边沿处理,采用喷涂和刷涂的方式相结合,对失效部位 进行维护,采用便携式附着力仪和便携式雷达波反射率测试仪等进行性能现场测试。 对于失效部分总面积大于5m2,采用基地级维护级别返厂维护。维护方法将隐身失效 的零部件送往维护工厂,采用抛丸等方法清除原材料涂层,并按标准施工工艺重新 涂装,采用室内紧缩场或外场等进行隐身性能测试。
参考美国“50/50”规则,武器系统承包商(含OEM)在维护和支持市场中能占据50% 左右的潜在市场空间。1984年美国国会颁布法律首次提出“核心维护能力”概念, 即各军兵种和国防部各局确立合同,基地级维护军方承担的任务量要求必须超过总 任务量的一半。军方保留为确保及时有效应对国防动员和其他紧急情况所需要的最 重要、最基本、最少的核心维护能力,其他工作量经过分析可交由工业界完成。“50/50” 规则以美元计算,核心维护能力多以直接工时计量,在此基础上,当前承包商获得 的基地级维护合同订单金额通常与军方接近。例如,据《美国空军希望从工业界拿 回维修业务》(宋可为,任淑霞,2019年),伊拉克战争中美国空军把49%装备保 障任务交给承包商。以F-22基地级维护为例,自2005年服役后,F-22基地级维护任 务一直由建制力量美国希尔空军基地的奥格登空军后勤综合体和合同商洛马公司在 帕姆代尔的工厂共同负责。
四、格局塑造:材料选择与工艺路径为核心竞争壁垒
(一)工艺优势:底层制备工艺强化经验壁垒,常温高温中短期较难渗透
1. 隐身材料功能的实现离不开吸收剂的制备。因此,一方面,在高研发投入、高认 证等壁垒下,决定隐身材料行业的高门槛;另一方面由于常温与高温吸收剂的差异, 决定二者在中短期内较难互相大范围渗透。 国内隐身材料制备商通过产学研合作方式,形成技术壁垒,推动科研成果的转移转 化。隐身材料的研制难度较大,企业采取合作研发的方式,与高校、科研机构等合作 创新,提高研发创新水平,并加快科技成果转化。佳驰科技通过产学研合作、自主研 发创新,先后获得专利三十二项,形成了具有自主知识产权的专利壁垒。华秦科技 依托西工大平台积累核心技术,吸引高校人才,加快科技成果产业化进度。
隐身材料公司依托实验室平台转化成果→配合装备制造商完成预研在研→批产列装 →反哺技术发展积极与实验室合作→参与下一轮预研,使得领先的隐身材料企业格 局稳固性较强。隐身材料制备企业依托实验室的基础研究进行成果转化,攻克隐身 材料制备过程中原辅料选材及成分配比、实验室样品制备等技术难点;拥有相关的 技术基础后,制备商配合下游装备制造商技术指标要求,进行应用研究,形成产业 化的技术基础,并完成预研、在研任务;产品经过不断试验,在试制定型后,进入批 产列装阶段;随着产品的批产列装,公司可获得收入,反过来加大研发投入,提高技 术水平,并且产品的定型批产有助于企业和下游客户保持紧密联系,基于军工行业 的下游客户的排他性、稳定性,公司能参与下一轮型号研制项目。在这种良性模式 下,龙头企业竞争壁垒稳固性相对较高。
2. 对于隐身材料细分领域,如常温、高温等,下游应用差异决定吸收剂及制备工艺 等环节存在较大差异,从而在长期的经验工艺壁垒下,中短期二者或相对较难形成 直接、激烈竞争。
隐身材料选择范围根据应用温度不同存在较大差异,材料厂商需基于自身研究领域 深入研究材料基础机理及体系选型。在隐身材料的成分设计过程中,企业需基于自 身研究领域,通过深入研究材料基础机理及体系选型,同时结合电磁参数设计技术, 对材料的成分及性能进行设计和优化,从而提高材料隐身性能。用于常温武器部位 的隐身材料往往选取磁性吸波材料。部分磁性吸波材料如铁氧体的损耗机理除磁损 耗外也包括一定的介电损耗,是常温隐身材料研发企业的材料首选材料之一。因磁 性吸波剂大多数居里温度点较低,在较高温度下会失去磁性从而失去吸波性能,因 此常温电磁波吸收材料通常不能应用于高温,这使高温要求下可选用的材料范围变 窄。现有在高温仍具有优异吸波性能的材料,大多是电损耗型吸波材料,仅仅依靠 材料的电损耗来吸收电磁波,故其吸波效率远低于磁性吸波材料,因此高温稀薄材 料具有较大厚度。
隐身材料企业通过know how模式积累制备工艺多环节参数控制。隐身材料制造企 业具有know how模式特征,将其在生产过程中积累的行业经验转化成生产流程各环 节明确的工艺参数。隐身材料生产工艺技术研发是隐身材料行业企业发展的关键壁 垒之一,制备企业需从产品制造全流程工艺方案设计角度出发,通过工序设计、工 装设计、关键工艺参数设计与精确控制实现隐身材料的制备工艺的稳定性、一致性 与可靠性。根据佳驰科技招股说明书,材料需要经过数十道工艺,上百个工艺控制 点管控,每个工艺点对材料参数都有不同的影响,工艺流程需长期的技术积累。对 于常温隐身材料与高温隐身材料,因材料成分与应用环境的不同,其制备工艺路径 也存在较大差异。
常温吸波材料在涂覆环节基本参数明确化,有利于企业转化经验优势为技术壁垒。 物理涂覆法是常用的制备工艺,且涂层材料制备与涂覆往往分环节进行,但涂覆过 程同样具有较多参数控制环节。与常温吸波材料涂覆流程不同,在高温吸波材料的 制备过程中,往往将功能材料直接制备并涂覆在需要隐身的材料上。材料选择、损 耗类型以及工艺选择上路径的差异使常温隐身材料与耐温隐身材料企业之间形成了 一定的技术研发壁垒。
溅射法是高温隐身材料常用工艺之一,其溅射功率、溅射气压、靶片间距、本体真 空度均会对材料性能产生影响,对工艺控制要求较高。溅射法是物理气相沉积法中 的一种,利用气体放电产生的正离子在电场作用下的高速运动,轰击作为阴极的靶 材,使靶材中的原子或分子逸出来而沉淀到基材表面,形成所需要的薄膜。溅射设 备一般含有真空室,将基体放入其中抽真空后再进行薄膜沉积有利于减少薄膜中的 杂质成分,因此溅射法往往采用真空溅射的方式,其他条件不变时,随着本底真空 度的提高,薄膜厚度呈增加的趋势。由于在溅射过程中,溅射功率并不完全用于溅 射,会有靶材发热、二次电子发射等无用能量损耗,因此,当溅射功率较小时,用于 溅射时的有用功达不到要求,导致溅射也就无法进行。若溅射功率过大,薄膜的沉 积速率太快,导致基片温度升高,薄膜均匀性与致密度达不到要求,因此需要探究 合适的溅射功率。溅射气压的变化也会引起薄膜表面形貌和沉积速率的变化,同时 影响薄膜的性能。同时,靶材与基片之间需要保持合适的间距,过大或过小均会使 镀膜的均匀性和致密性较差。
(二)管线平台:谱系化配方加快满足客户需求,强者恒强或为长期趋势
丰富的产品管线是隐身材料企业的核心竞争力。以常温为例,由于军机定制化程度 较高,不同装备、不同型号、同一型号不同部位等的技术指标要求存在差异,在军品 多品种、小批次的产品特征下,具备多产品管线企业,更能快速满足下游客户需求。 同时从经济性角度考虑,对于企业,由于底层工艺的同一性,供应多种产品的边际 成本相对更低,强调范围经济;对于客户,由于装备需求量相对较小,规模化采购、 缩减供应层级更能发挥其规模经济力量,实现效率的提升。
(三)先发优势:复盘海外,定制设计+创新垄断+经济性奠定先发壁垒
梳理美国隐身飞机隐身材料的研制情况,大部分由主机厂主导研制,主要由主机厂 自主研发或其与学术界、工业界合作研制。其中,由主机厂自主研制的,有F-117上 洛克希德公司研制的耐腐蚀多晶羰基铁吸波涂料以及用在尾喷管的后缘的陶瓷基吸 波结构、洛克希德公司研制出用于RAM口盖的碳纳米管(CNT);与学术界的合作, 有U-2上洛克希德和麻省理工学院联合研制的羰基铁氧体涂层、雷神公司与大学合作 开发的“透波率可控人工复合蒙皮材料”;与工业界的合作,有F-35上洛克希德和 3M公司联合研制的“3M”材料等。
美国军用隐身材料多由主机厂自研或与实验室联合研制,而中国存在佳驰科技、华 秦科技等军用隐身材料的领军企业的原因,在于先发优势。技术差距在企业是否内 生发展新业务时起决定性作用。对于美国而言,主机厂最早研发隐身材料,已确立 了先发优势;而中国隐身材料起步较晚,隐身材料企业结合实验室成果率先研制批 量化生产的隐身材料形成市场及认证壁垒,其他企业如主机厂难以进入高技术壁垒 的隐身材料行业。
1. 需求角度:隐身装备性能要求不一,需要定制化设计
武器装备材料的性能需要定制化设计。(1)装备设计要求定制化:在不同种类隐身 装备上,根据《国外水下无人移动装备综合隐身技术研究》(宋超等,2021),水 下装备隐身材料需要注重声隐身,例如针对声探测可采用以橡胶为媒介的声学覆盖 层(消声瓦)技术,此外涂层还需要包含疏水、反可见光、迷彩等多种功能。而高空 飞行装备隐身材料则需要注重雷达隐身,例如针对雷达探测而在机身表面采用多层 复合吸波材料;在同一类隐身装备上,为了设计出能够躲避雷达探测的飞机,洛克 希德设计的隐身飞机机身采用了平面,而诺斯罗普采用了曲面,因此针对不同类型 的机身需要进行不同隐身材料的设计。在不同部位上,主机厂需要按照不同隐身要 求采用不同种类隐身材料,例如,座舱盖、导弹透明窗口及夜视红外装置电磁窗口 需要图层透明的隐身材料,可采用苯胺与氰酸盐晶须的混合物或电路模拟吸收体; 隐身飞机的尾喷管需要可以承受高温的隐身材料,可采用结构陶瓷及陶瓷基复合材料;飞机机翼对气动外形有较高要求,可采用电阻型薄膜和纤维织物(R卡)。(2) 不同类型隐身材料的原料组分存在差异,材料结构也需要针对性设计:涂覆型和结 构性两类吸波材料的制备工艺和结构设计差异较大,例如涂覆型导电材料(介电损 耗类)使用金属粉末和树脂类基体,铁磁性吸波材料则主要使用铁氧化体,结构性 纤维吸波材料使用纤维和塑料等;即使同为结构型吸波材料,还需要根据吸波机理 的不同进行不同的结构设计,具体结构包括锥心夹层、波纹夹层等。
2. 技术角度:美国隐身材料研制始于主机厂,先发企业创新垄断
军用隐身飞机对隐身材料要求高,研制出符合条件的隐身材料技术难度高,因此新 的供应商进入市场会存在较高的技术要求,形成市场进入壁垒,先发优势明显。而 在高技术要求上,有深厚研发经验积累的主机厂和实验室的先进理论与技术能更好 地满足材料的高要求。 军用隐身材料研制复杂,根据《Lessons from Stealth for Emerging Technologies》 (Peter Westwick,2021),20世纪50年代,美国空军开始支持雷达吸波材料的研 究。在理论上,研制雷达吸波材料则需要进一步对雷达散射的原理以及RCS测量进 行理论研究。密歇根大学和俄亥俄州立大学的实验室获得对理论研究的投资后对所 需理论进行研究,产生了对雷达散射复杂的理论描述,同时,实验室进一步提出测 量RCS的方法,并且发现实验设置中的微小变化会导致最终数据的巨大差异;在实 地测验上,需要建立雷达测试范围:空军在白沙导弹试验场建立雷达目标散射点 (RATSCAT),数组的天线能够产生不同频率和偏振的雷达信号,并可探测模型飞 机的RCS;在材料上,根据《Stealth technology: Methods and composite materials— A review》(Husnain Ahmad etc.,2019),当时的研究者需要基于最新研究成果 电路理论,通过电阻加载回路、电阻加载偶极子、电阻箔槽、谐振材料的磁加载、表 面整形和不同取向磁材料条,制作实验雷达吸波材料。在工艺上,不同吸波材料的 制备工艺不一样,铁氧化体吸波材料(涂覆型)的制备采用溶胶-凝胶法、纳米材料 的制备采用水热合成法,而这些工艺核心参数的最优化需要依赖于试验数据和生产 经验的积累。
与研究前沿的实验室或研究所合作有利于推动创新,维持高技术壁垒。不同高校或 公司具有不同研究方向实验室或研究所,它们往往具有先进的材料研究理论与技术。 当研制隐身材料的过程中存在学术前沿问题时,往往可以通过与相关实验室/研究所 共享研究成果合作来共同解决,随后可通过购买专利来丰富研发的隐身材料,从而 加强高技术壁垒。根据《Stealth technology: Methods and composite materials—A review》(Husnain Ahmad etc.,2019),隐身材料从20世纪30年代发展至今离不 开各个高校与研究机构的研究成果。而主机厂可以根据自身需求与实验室/研究所已 有成果、研究方向来选择合作对象,研制出所需的隐身材料,推动创新。
3. 经济角度:研发军用高性能隐身材料,采购普通性能隐身材料
高性能隐身材料的研发需要大量且长期的投资。在金额上,美国国防部2021年4月15 日公布的信息显示,洛克希德·马丁公司获得价值970万美元的成本加固定费用合同, 用于“材料研发”,旨在提高“功能材料”及其应用。在时间成本上,根据《Lessons from Stealth for Emerging Technologies》(Peter Westwick,2021),美国空军 (DARPA和军队导弹防御计划)从20世纪50年代开始投入资金支持研究雷达吸波材 料,经过了几十年的持续研究,直到20世纪80-90年代才开始获得回报。由于需要大 量且长期的投资,高性能隐身材料的研发往往由拥有军方项目拨款的主机厂自主研 发或由主机厂与实验室合作研发。
为降低研制成本,普通性能隐身材料往往选取市场上成熟产品。自1950年起,在美 国政府的支持下,美国隐身材料得到了极大的发展,同时也带来了技术溢出效应, 出现一些像Laird、ARC等具有一定隐身材料技术的公司。尽管隐身飞机对隐身材料 要求普遍较高,但仍然存在对普通性能隐身材料的需求。研制普通性能隐身材料需 要耗费较高费用,因此主机厂通过采购部分材料公司生产的符合要求的隐身材料来 降低材料研发费用,从而降低隐身飞机的总体研制成本。而前述公司生产的部分产 品往往可以满足武器装备对普通性能隐身材料的要求,如F-22、F-35研制厂向Laird 购买电磁屏蔽材料以降低电磁波对隐身装备电子系统的干扰等。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
精选报告来源:【未来智库】。未来智库 - 官方网站
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